THIẾT KẾ MẠCH LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG

Hình 4. 1. Sơ đồ nguyên lý (hình a) và đồ thị điện áp, dòng điện tải (hình b)



Đồ thị biến thiên của u21 và u22 như hình 4.1 ( đường nét đứt)

Ở nửa chu kỳ thứ nhất (0 ≤ θ ≤ π), u21 > 0, điôt D1 mở, điện áp trên D1 là uD1

= 0 ( coi các điôt là lý tưởng), điện áp đưa ra tải u d = u21, dòng điện qua tải id=ud/R,

còn điện áp trên D2 là uD2= u2 –ud = u22 – u21= -u21- u21 = -2u21< 0 nên D2 khoá. Ở

nửa chu kỳ thứ hai ( π ≤ θ ≤ 2π), u22 > 0, điôt D2 mở, điện áp trên D2 là uD2 = 0,

điện áp đưa ra tải ud = u22, dòng điện qua tải id=ud/R, còn điện áp trên D1 là uD1= u21

–ud = u21 – u22= -u22- u22 = -2u22 < 0 nên D1 khoá.

Như vậy ở mỗi nửa chu kỳ chỉ có một điôt mở và đồ thị biến thiên của u d

như hình 2.1a ( đường nét liền)

Các thông số của sơ đồ chỉnh lưu này bao gồm :

D2



a) Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu

U do =



1

2π



2π



∫u

0



d



dθ =



2 2

U2

π



33



b) điện áp ngược cực đại trên mỗi điôt Ungmax

U ng max = 2 2U 2



c) Hệ số nhấp nhô của điện áp chỉnh lưu

K0 =



u d max − u d min π

=

2U do

4



d) Giá trị trung bình dòng điện tải

Id =



U do

R



e) Dòng điện trung bình qua van: Ivan=



Id

2



Đặc biệt trong trường hợp phụ tải là một động cơ điện một chiều có sức

phản điện E, điện trở R và điện cảm L ta có:

Id =



U do − E '

R



4.1.2. Sơ đồ cầu một pha

Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu cầu một pha như hình 4.2a

Trong sơ đồ này người ta dùng 2 nhóm điôt: nhóm catôt chung gồm 2 điôt D1 và

D3 và nhóm anôt chung gồm 2 điôt D2 và D4.

Điện áp thứ cấp của máy biến áp là: u2 = Um sin θ và có đồ thị như hình 2.2b.



34



u



u1



u2



*



ud



*



u2



D4

iD4



o



iD2



-



iD1

D3



D2



iD3



B



ud



π



2π



π



0



D1



A



2π



id

+ K



0



id



R



a)



b)



Hình 4. 2. a) Sơ đồ nguyên lý và b) đồ thị điện áp, dòng điện tải

Ở nửa chu kỳ thứ nhất (0 ≤ θ ≤ π), u2 > 0, điôt D1 và D2 mở, dòng điện đi từ

điểm A qua D1 đến điểm K qua phụ tải đến điểm O qua D2 đến điểm B. Điện áp

trên D1 và D2 là uD1=uD2 = 0, điện áp đưa ra tải ud = u2, dòng điện qua tải id=ud/R ,

còn điện áp trên D3 và D4 là uD3= uD4 =- u2< 0 nên D3, D4 khoá. Ở nửa chu kỳ thứ

hai ( π ≤ θ ≤ 2π), u2< 0, điôt D3, D4 mở, điện áp trên D3,D4 là uD3, uD4 = 0, điện áp

đưa ra tải ud = - u2, dòng điện qua tải id=ud/R, còn điện áp trên D1, D2 là uD1= uD2 =

u2< 0 nên D1, D2 khoá.

Đồ thị biến thiên dòng điện, điện áp như hình 4.2b

Các thông số của sơ đồ chỉnh lưu này bao gồm:

a) Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu

U do =



1

2π



θ



2π



∫u



d



dθ =



0



2 2

U2

π



b) Điện áp ngược cực đại trên mỗi điôt Ungmax



35



θ



U ng max = 2U 2



c) Hệ số nhấp nhô của điện áp chỉnh lưu

K0 =



u d max − u d min π

=

2U do

4



d) Giá trị trung bình dòng điện tải

Id =



U do

R



e) Dòng điện trung bình qua van: Ivan=



Id

2



4.1.3. Chỉnh lưu hình tia 3 pha



a)



b)



36



Hình 4. 3. a) Sơ đồ nguyên lý và b) Đồ thị điện áp tải



Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu ba pha hình tia như hình 4.3a

Trong sơ đồ này nếu chọn điện áp thứ cấp của pha a làm gốc pha, ta có biểu

thức điện áp pha thứ cấp của máy biến áp là:

ua = Um sin ωt =



2U 2 sinθ



ub = Um sin (θ - 120o);

uc = Um sin (θ + 120o)

và đồ thị biến thiên của chúng như hình 4.3b. Để chỉnh lưu các điện áp này, người

ta dùng một nhóm điôt catốt chung gồm 3 điôt D1, D2, D3.

Ở đây theo quy tắc của nhóm điôt catôt chung, chỉ điôt nào nối với pha có

điện áp dương nhất thì điốt mới đó mở. Do đó trong khoảng (θ1 ≤ θ ≤ θ2 ), ua

dương nhất, chỉ D1 mở, dòng điện sẽ đi từ điểm a qua D 1 đến K qua phụ tải đến

điểm trung tính O; điện áp đưa ra tải ud = ua, dòng điện qua tải id=ud/R, điện áp trên

D1 là uD1 = 0. Trong khoảng θ2≤ θ ≤ θ3, ub dương nhất chỉ D2 mở , dòng điện đi từ

điểm b qua D2 đến K qua phụ tải đến điểm trung tính O. Điện áp đưa ra tải u d = ub,



37



dòng điện qua tải id=ud/R, điện áp trên điốt D1 lúc đó là : uD1 = ua – ud = ua – ub < 0

và trị số tuyệt đối của nó bằng khoảng cách giữa hai đường cong u a và ub .

Trong khoảng θ3 ≤ θ ≤ θ4 , uc lớn nhất chỉ D3 mở . Dòng điện đi từ điểm c

qua D3 đến điểm K qua phụ tải đến điểm O. Điện áp đưa ra tải u d = uc, dòng điện

qua tải id=ud/R. Điện áp trên điôt D1 lúc đó là : uD1 = ua – ud = ua – uc < 0 và trị số

tuyệt đối của nó bằng khoảng cách giữa hai đường cong ua và uc .

Như vậy đồ thị biến thiên của ud có dạng như đường đậm nét hình 4.3b.

Các thông số chính của sơ đồ chỉnh lưu này bao gồm :

a) Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu



U do =



1

2π



2π



∫ u d dθ =

0



3

2π



θ2



∫

θ



2U 2 sin θdθ =



1



3 6

U2

2π



( θ1=π/6; θ2=5π/6)



b) Điện áp ngược cực đại trên mỗi điôt Ungmax

U ng max = 6U 2



c) Hệ số nhấp nhô của điện áp chỉnh lưu: K 0 =



udmax= 2U 2 ; udmin= 2U 2 sin



38



u d max − u d min

2U do



π

=0,5 2U 2

6



K0 =



nên



0,5 2U 2

6

3

U2

π



= 0,3



d) Giá trị trung bình của dòng điện tải: I d =



U do

R



Đặc biệt trong trường hợp phụ tải là một động cơ điện một chiều có sức

phản điện E, điện trở R và điện cảm lớn L. Với điều kiện



Id =



E


U do − E

R



e) Trị số trung bình của dòng điện qua mỗi điôt:

Vì mỗi điôt chỉ dẫn điện trong 1/3 chu kỳ nên: i0=Id/3

g) Giá trị hiệu dụng dòng điện pha thứ cấp Is

Dòng điện thứ cấp mỗi pha cũng chính là dòng điện qua điôt của pha đó.

Do đó: Is=Id/ 3

h) Công suất biểu kiến của máy biến áp nguồn



S = 3U 2 .I s = 3



U2

3



.I d



4.1.4. Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha

Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu cầu ba pha như hình 4.4a( Zt=R)

39



Trong sơ đồ này nếu ta chọn điện áp thứ cấp ua làm gốc pha, ta có:

ua = Um sin θ

ub = Um sin (θ - 120o)

uc = Um sin (θ + 120o)

Trong đó: Um là biên độ của điện áp thứ cấp của một pha máy biến áp.

Đồ thị biến thiên của các điện áp này như hình 4.4.



M

BA

A*



*



B*



*



C*



D5



D3



D1



*



id



a

b



ud



Zt



c

D

4



D2



D6



N



Hình 4. 4. Sơ đồ nguyên lý

40



u



ua

0



ud



b)



3p/6



p/6



ua

b



uc



u

b



5p/6



ua

c



0



7p/6



ub

c



9p/6



ub

a



ϕM



11p/6



uc

a



wt



2p



uc

b



ϕN



2p



wt



id

0



2p



Hình 4. 5. Đồ thị điện áp, dòng điện tải



41



wt



Để chỉnh lưu các điện áp này người ta dùng 2 nhóm điôt: nhóm điôt catôt

chung gồm 3 điôt D1, D3 ,D5 và nhóm điôt anôt chung gồm 3 điôt D2, D4 ,D6

Trong khoảng π/6 ≤ θ ≤ 3π/6, ua dương nhất và ub âm nhất nên D1, D6 mở,

dòng điện đi từ a qua D1 đến điểm M qua tải đến điểm N qua D 6 về điểm b. Điện

áp đưa ra tải ud = ua - ub = uab, điện áp trên điốt D1, D6 là uD1 = uD6 = 0.

Trong khoảng 3π/6≤ θ ≤ 5π/6, ua dương nhất và uc âm nhất nên D1 , D2 mở

dòng điện đi từ a qua D1 đến điểm M qua tải đến điểm N qua D 2 về điểm c. Điện

áp đưa ra tải ud = ua – uc =uac, điện áp trên điốt D1 là uD1= uD2 = 0.



42



Đồ án tốt nghiệp

điện tử



Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện,



Lập luận trong các khoảng tiếp theo. Ta có kết quả trong bảng như sau :

Khoảng



Điôt thông



Chiều dòng điện



Điện áp phụ tải



π/6 ÷ 3π/6



1 và 6



Từ a qua tải về b



ua- ub



3π/6 ÷ 5π/6



1 và 2



Từ a qua tải về c



ua- uc



5π/6 ÷ 7π/6



3 và 2



Từ b qua tải về c



ub- uc



7π/6 ÷ 9π/6



3 và 4



Từ b qua tải về a



ub- ua



9π/6 ÷ 11π/6



5 và 4



Từ c qua tải về a



uc – ua



Kết quả là điện áp trên phụ tải trong một chu kỳ dòng điện ba pha là chỏm

hình sin ứng với số đập mạch là m = 6.

Các thông số chính của sơ đồ chỉnh lưu này bao gồm :

a) Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu



U do =



1

2π



2π



∫ u d dθ =

0



6

2π



θ2



∫

θ



1



2U 2 cos(θ −



π

3 6

)dθ =

U2

3

π



b) Điện áp ngược cực đại trên mỗi điốt Ungmax

U ng max = 6U 2



c) Dòng điện qua tải trung bình là:

I d = Ud / R



43



( θ1=π/6; θ2=5π/6)