Bcl Cau 1pha 4

TS. LÊ MINHPHƯƠNG

[CHƯƠNG III : BỘ CHỈNH LƯU – RECTIFIER]

VII. BỘ CHỈNH LƯU CẦU MỘT PHA ĐIỀU KHIỂN HOÀN TOÀN. 1.

Sơ đồ. -

Nguồn xoay chiều một pha: u = U m sin ωt Linh kiện bán dẫn: 4 thyistor công suất T1,T2 ,T3,T4 Tải một chiều dạng tổng quát RLE

id iT1 UT1

iT3 T1 UT3

T3

L

R

UT4

Ud

T2

T4 UT2

E

iT4

iT2

2.

Ký hiệu: - Dòng tức thời qua linh kiện SCR công suất iT1 , iT2 , iT3, iT4 - Điện áp trên linh kiện SCR công suất uT1 , uT2 , uT3, uT4 - Điện áp và dòng điện tải ud ,id - Trị trung bình điện áp, dòng điện tải Ud ,Id - Trị hiệu dụng áp pha nguồn U - Trị hiệu dụng dòng điện nguồn I1 - Biên độ điện áp pha nguồn Um 3. Giả thiết: - Nguồn áp lý tưởng: nguồn xoay chiều một pha lý tưởng, điện trở trong của nguồn bằng không. - Các linh kiện bán dẫn lý tưởng: điện áp trên linh kiện khi dẫn bằng 0. - Tải L đủ lớn để dòng tải phẳng và liên tục. - Mạch ở trạng thái xác lập. 4. Phân tích. - Tương tự BCL cầu ba pha ta chia thành hai nhóm: nhóm Anode (T1, T3) và nhóm Cathode (T4, T2). Trong cùng một khoảng một thời gian sẽ có hai linh kiện của hai nhóm cùng dẫn. a. Xác định khoảng dẫn của các SCR - [α ÷ π + α ] -Linh kiện T1, T2 cùng dẫn. - [π + α ÷ 2π + α ] -Linh kiện T3, T4 cùng dẫn. id id iT1 UT1

iT3 T1 UT3

T3

U2

U1

UdA

U1

U2

UdK

T4 UT2

UT4

iT4

BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUÂT

T2

iT2

Page 29

TS. LÊ MINHPHƯƠNG

[CHƯƠNG III : BỘ CHỈNH LƯU – RECTIFIER]

Giả sử nguồn xoay chiều một pha được chia làm hai nguồn u1 , u 2 : u U − u Um u1 = = m sin ωt ; u 2 = = (sin ωt − π )     2 2 2 2 [α ÷ π + α ] : T1,T2 dẫn u dA = u1 ⎧uT 1 = 0 ⎧uT 3 = u 2 − u1 = −u ⎨ ⎨ ⎩iT 1 = id ⎩iT 3 = 0 ⎧uT 2 = 0 ⎨ ⎩iT 2 = id

u dK = u 2

⎧uT 4 = u 2 − u1 = −u ⎨ ⎩iT 4 = 0

[π + α ÷ 2π + α ] :

u d = u dA − u dK = u1 − u 2 = u = U m sin ωt T3,T4 dẫn

⎧uT 1 = u1 − u 2 = u < 0 ⎨ ⎩iT 1 = 0

⎧uT 3 = 0 ⎨ ⎩iT 3 = id

u dA = u 2

⎧uT 2 = u1 − u 2 = u < 0 ⎨ ⎩iT 2 = 0

⎧uT 4 = 0 ⎨ ⎩iT 4 = id

u dK = u1

u d = u dA − u dK = u 2 − u1 = −u = −U m sin ωt T3T4

T1T2

T3T4

T1T2

iT1 iT4

Hình 3.11 Giản đồ áp chỉnh lưu, áp và dòng qua linh kiện BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUÂT

 

Page 30

TS. LÊ MINHPHƯƠNG

UT2(V)

UT3(V)

UT4(V)

UT1(V)

[CHƯƠNG III : BỘ CHỈNH LƯU – RECTIFIER]

Hình 3.11 Giản đồ điện áp và dòng điện qua linh kiện

 

5.

Hệ quả Áp chỉnh lưu có dạng hai xung trong một chu kỳ áp nguồn, BCL được gọi là bộ chỉnh lưu hai xung. Tần số hài cơ bản áp chỉnh lưu bằng 2 lần tần số áp nguồn f (1) = p. f = 2.50 = 100 Hz

Trong đó: p - số xung chỉnh lưu Trị trung bình điện áp chỉnh lưu (điện áp tải). π +α 1 2 2 2 Ud = ∫ U m sin ωtd (ωt ) = U m cos α = U cos α

π

π

α

Khi 0 ≤ α ≤ π

−

2 2

π

U ≤ Ud ≤

π

2 2

π

U

- Như vậy bộ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển hoàn toàn có thể làm việc ở chế độ nghịch lưu và chuyển năng lượng về nguồn. Nó có thể làm việc ở hai góc phần tư I và IV Trị trung bình dòng điện chỉnh lưu (dòng điện tải). Ud − E Id = R Áp ngược lớn nhất mà SCR phải chịu. BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUÂT

Page 31

TS. LÊ MINHPHƯƠNG

[CHƯƠNG III : BỘ CHỈNH LƯU – RECTIFIER]

U RWM = 2U = U m

Dòng trung bình qua SCR. I T 1 = ... = I T 4 =

Id 2

- Khi thiết kế ta phải chọn linh kiện sao cho : URRM ≥ Ku.U RWM và Id ≥ Ki ID1 Trong đó: Ku = 2,5- 3,5 : Hệ số an toàn áp Ki ≥ 1 : hệ số an toàn về dòng Trị hiệu dụng dòng điện nguồn. I1 = I d Công suất tiêu thụ trên tải. Pd = U d I d Hệ số công suất nguồn bộ chỉnh lưu. 2 2UI d P U I λ= d = d d = = 0.901cos α S UI 1 πUI d

BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUÂT

Page 32

TS. LÊ MINHPHƯƠNG

1.

[CHƯƠNG III : BỘ CHỈNH LƯU – RECTIFIER]

VIII. BỘ CHỈNH LƯU CẦU 1 PHA ĐIỀU KHIỂN BÁN PHẦN ĐỐI XỨNG Sơ đồ: id - Nguồn 1 chiều u = U m sin ωt - Linh kiện gồm hai Thyristor công suất iT1 iT3 (T1, T3) và hai Diode công suất (D2,D4). UT1 - Tải một chiều RLE dạng tổng quát T1 UT3 T3 L Ud R

UD4

D2

D4 UD2

E

iD4

iD2

2.

Ký hiệu: - Dòng tức thời qua linh kiện công suất iT1 , iD2 , iT3, iD4 - Điện áp trên linh kiện công suất uT1 , uD2 , uT3, uD4 - Điện áp và dòng điện tải ud ,id - Trị trung bình điện áp, dòng điện tải Ud ,Id - Trị hiệu dụng áp pha nguồn U - Trị hiệu dụng dòng điện nguồn I1 - Biên độ điện áp pha nguồn Um 3. Giả thiết: - Nguồn áp lý tưởng: nguồn xoay chiều một pha lý tưởng, điện trở trong của nguồn bằng không. - Các linh kiện bán dẫn lý tưởng: điện áp trên linh kiện khi dẫn bằng 0. - Tải L đủ lớn để dòng tải phẳng và liên tục. - Mạch ở trạng thái xác lập. 4. Phân tích. - Chia thành hai nhóm: nhóm Anode (T1,T3) và nhóm Cathode (D2,D4). Trong cùng một khoảng một thời gian sẽ có hai linh kiện của hai nhóm cùng dẫn. id iT1 UT1

iT3 T1 UT3

T3

UdA

U1

U2

a. Xác định khoảng dẫn của các linh kiện. Giả sử nguồn xoay chiều một pha được chia làm hai nguồn u1 , u 2 : u U − u Um u1 = = m sin ωt ; u 2 = = (sin ωt − π ) 2 2 2 2 BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUÂT

Page 33

TS. LÊ MINHPHƯƠNG

[CHƯƠNG III : BỘ CHỈNH LƯU – RECTIFIER]

Phân tích nhóm Anode: T1,T3 : [α ÷ π + α ] : T1 dẫn khi khoá áp trên linh kiện dương tức là trong bán phần dương của điện áp nguồn u1 [π + α ÷ 2π + α ] : T3 dẫn khi khoá áp trên linh kiện dương tức là trong bán kỳ dương của điện áp nguồn u 2 Phân tích nhóm Cathode: D2,D4 [0 ÷ π ] : D2 dẫn khi khoá áp trên linh kiện dương tức là trong bán kỳ âm của điện áp nguồn u2 . [π ÷ 2π ] : D4 dẫn khi khoá áp trên linh kiện dương tức là trong bán kỳ âm của điện áp nguồn u1 [0 ÷ α ]: T3,D2 dẫn u dA = u 2 ⎧uT 3 = 0 ⎧uT 1 = u1 − u 2 ⎨ ⎨ ⎩iT 1 = 0 ⎩iT 3 = 0 u dK = u 2 ⎧u D 4 = u 2 − u1 = −u ⎧uT 2 = 0 ⎨ ⎨ ⎩iT 2 = 0 ⎩i D 4 = 0 u d = u dA − u dK = u 2 − u 2 = 0  

[α ÷ π ]:

T1,T2 dẫn

⎧uT 1 = 0 ⎨ ⎩iT 1 = id

⎧uT 3 = u 2 − u1 = −u ⎨ ⎩iT 3 = 0

u dA = u1

⎧uT 2 = 0 ⎨ ⎩iT 2 = id

⎧uT 4 = u 2 − u1 = −u ⎨ ⎩iT 4 = 0

u dK = u 2

u d = u dA − u dK = u1 − u 2 = u = U m sin ωt

[0 ÷ α ]:

T1,D4 dẫn

⎧uT 1 = 0 ⎨ ⎩iT 1 = 0

⎧uT 3 = u 2 − u1 ⎨ ⎩iT 3 = 0

u dA = u1

⎧uT 2 = u1 − u 2 ⎨ ⎩iT 2 = 0

⎧u D 4 = 0 ⎨ ⎩i D 4 = 0

u dK = u1

u d = u dA − u dK = u 2 − u 2 = 0

[π + α ÷ 2π ]:

T3,D4 dẫn

⎧uT 1 = u1 − u 2 = u < 0 ⎨ ⎩iT 1 = 0

⎧uT 3 = 0 ⎨ ⎩iT 3 = id

u dA = u 2

⎧uT 2 = u1 − u 2 = u < 0 ⎨ ⎩iT 2 = 0

⎧uT 4 = 0 ⎨ ⎩iT 4 = id

u dK = u1

u d = u dA − u dK = u 2 − u1 = −u = −U m sin ωt

BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUÂT

Page 34

TS. LÊ MINHPHƯƠNG

T1D4

T1D2

T3D4

T3D2

T1D2

i1(A)

UT1(V)

iT1(A)

Ud(V)

Us(V)

T3D2

[CHƯƠNG III : BỘ CHỈNH LƯU – RECTIFIER]

iT1 iD4

Hình 3.13 Giản đồ áp chỉnh lưu, áp và dòng qua linh kiện

BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUÂT

 

Page 35

TS. LÊ MINHPHƯƠNG

T1D4

T1D2

T3D4

T3D2

T1D2

UD2(V)

UT3(V)

UD4(V)

UT1(V)

T3D2

[CHƯƠNG III : BỘ CHỈNH LƯU – RECTIFIER]

Hình 3.14 Giản đồ áp chỉnh lưu, áp và dòng qua linh kiện

 

5.

Hệ quả Áp chỉnh lưu có dạng hai xung trong một chu kỳ áp nguồn, BCL được gọi là bộ chỉnh lưu hai xung. Tần số hài cơ bản áp chỉnh lưu bằng 2 lần tần số áp nguồn f (1) = p. f = 2.50 = 100 Hz

Trong đó: p - số xung chỉnh lưu Trị trung bình điện áp chỉnh lưu (điện áp tải). π U 1 2 U d = ∫ U m sin ωtd (ωt ) = m (1 + cos α ) = U (1 + cos α )

π

π

α

Khi 0 ≤ α ≤ π

0 ≤ Ud ≤

2 2

π

π

U

- Như vậy bộ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển bán phần chỉ có thể làm việc ở chế độ chỉnh lưu. Nó có thể làm việc ở hai góc phần tư I Trị trung bình dòng điện chỉnh lưu (dòng điện tải). Ud − E Id = R Áp ngược lớn nhất mà SCR phải chịu. BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUÂT

Page 36

TS. LÊ MINHPHƯƠNG

[CHƯƠNG III : BỘ CHỈNH LƯU – RECTIFIER]

U RWM = 2U = U m

Dòng trung bình qua SCR. I T 1 = ... = I D 6 =

Id 2

- Khi thiết kế ta phải chọn linh kiện sao cho : URRM ≥ Ku.U RWM và Id ≥ Ki ID1 Trong đó: Ku = 2,5- 3,5 : Hệ số an toàn áp Ki ≥ 1 : hệ số an toàn về dòng Trị hiệu dụng dòng điện nguồn. π −α I1 = I d

π

Công suất tiêu thụ trên tải.

Pd = U d I d Hệ số công suất nguồn bộ chỉnh lưu.

λ=

BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUÂT

Pd U d I d = S UI 1

Page 37

TS. LÊ MINHPHƯƠNG

[CHƯƠNG III : BỘ CHỈNH LƯU – RECTIFIER]

IX. BỘ CHỈNH LƯU CẦU 1 PHA ĐIỀU KHIỂN BÁN PHẦN KHÔNG ĐỐI XỨNG 1. Sơ đồ: id iT1 UT1

iD3 T1 UD3

D3

L

Ud

R

UT4

D2

T4 UD2

E

iT4

iD2  

Nguồn 1 chiều lý tưởng u = U m sin ωt -Linh kiện gồm hai Thyristor công suất (T1, T4) vàhai Diode công suất (D2, D3) - Tải một chiều RLE dạng tổng quát 2. Giả thiết : - Nguồn một pha lý tưởng - Linh kiện lý tưởng - Dòng tải liên tục và mạch ở trạng thái xác lập 1. Phân tích. -Tương tự BCL cầu ba pha ta chia thành hai nhóm : nhóm Anode (T1,T3) và nhóm Cathode(D4,D2). Trong cùng một khoảng một thời gian sẽ có hai linh kiện của hai nhóm cùng dẫn. u U u1 = = m sin ωt 2 2 u U u 2 = − = m sin(ωt − π ) 2 2 i d id iT1 UT1

iD3 T1 UD3

U2

U1

D3

UdA

U1

UdK

T4 UD2

UT4

U2

iT4

D2

iD2

   

- [α ÷ π ] -Linh kiện T1,D2 cùng dẫn. - [π ÷ π + α ] -Linh kiện D2,D3 cùng dẫn. - [π + α ÷ 2π ] - Linh kiện D3,T4 cùng dẫn. BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUÂT

Page 38

TS. LÊ MINHPHƯƠNG

[CHƯƠNG III : BỘ CHỈNH LƯU – RECTIFIER]

- [0 ÷ α ] - Linh kiện D3,D2 cùng dẫn. Phân tích nhóm Anode: T1, D3 - T1 dẫn khi khoá áp trên linh kiện dương tức là trong bán phần dương của u1 uT 1 = 0; uT 3 = u 2 − u1 = −u < 0; u dA = u1 -D3 dẫn khi khoá áp trên linh kiện dương tức là trong bán phần dương của u 2 u D 3 = 0; uT 1 = u1 − u 2 = u < 0; u dA = u 2 Phân tích nhóm Cathode: D2, T4 -D2 dẫn khi khoá áp trên linh kiện dương tức là trong bán phần âm của u 2 u D 2 = 0; uT 4 = u 2 − u1 = −u < 0; u dK = u 2 -T4 dẫn khi khoá áp trên linh kiện dương tức là trong bán phần âm của u1 uT 4 = 0; u D 2 = u1 − u 2 = u < 0; u dA = u1

BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUÂT

Page 39

TS. LÊ MINHPHƯƠNG

D2D3

T1D2

T3D4

D3D2

T1D2

i1(A)

UT1(V)

iT1(A)

Ud(V)

Us(V)

D2D3

[CHƯƠNG III : BỘ CHỈNH LƯU – RECTIFIER]

iT1 iT4

BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUÂT

Page 40

TS. LÊ MINHPHƯƠNG

T1D2

T1D4

T3D2

T3D4

T1D2

UD2(V)

UT3(V)

UD4(V)

UT1(V)

T3D2

[CHƯƠNG III : BỘ CHỈNH LƯU – RECTIFIER]

Giản đồ áp chỉnh lưu, khoảng dẫn các linh kiện -Trong khoảng [0 ÷ α ] hoặc [2π ÷ 2π + α ] - D3,D2 dẫn ⎧u D 2 = 0 ⎧uT 3 = 0 ⎧u D 4 = −u < 0 ⎧uT 1 = u > 0 ⎨ ⎨ ⎨ ⎨ ⎩i D 4 = 0 ⎩iT 1 = 0 ⎩iT 2 = id ⎩iT 3 = id did u d = u dA − u dk = 0; ud = Rid + L +E dt -Trong khoảng [α ÷ π ] T1, D2 dẫn ⎧uT 1 = 0 ⎧u D 2 = 0 ⎧uT 3 = −u < 0 ⎧u D 4 = −u < 0 ⎨ ⎨ ⎨ ⎨ ⎩i D 4 = 0 ⎩iT 1 = id ⎩i D 2 = id ⎩iT 3 = 0

u d = u dA − u dk = u; ud = Rid + L -Trong khoảng [π ÷ π ⎧uT 1 = u < 0 ⎨ ⎩iT 1 = id

+ α ] D2,D3 dẫn ⎧u D 2 = 0 ⎨ ⎩i D 2 = id

⎧u D 3 = 0 ⎨ ⎩i D 3 = id

u d = u dA − u dk = 0; ud = Rid + L -Trong khoảng [π + α ÷ 2π ] D3,T4 dẫn BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUÂT

did +E dt ⎧uT 4 = −u > 0 ⎨ ⎩iT 4 = 0

did +E dt Page 41

TS. LÊ MINHPHƯƠNG ⎧uT 1 = u < 0 ⎨ ⎩iT 1 = 0

[CHƯƠNG III : BỘ CHỈNH LƯU – RECTIFIER]

⎧uT 3 = 0 ⎨ ⎩iT 3 = id

⎧u D 2 = u < 0 ⎨ ⎩i D 2 = 0

u d = u dA − u dk = −u; ud = Rid + L T1D2

D2D3

T3D2

T3D4

did +E dt T1D2

UD2(V)

UD3(V)

UT4(V)

UT1(V)

D2D3

⎧u D 4 = 0 ⎨ ⎩i D 4 = id

Giản đồ áp chỉnh lưu, khoảng dẫn các linh kiện 4. Hệ quả.

-Trị trung bình áp chỉnh lưu: U d =

1

π

U m sin(ωt )dωt =

0 ≤ α ≤ π ⇒ 0 ≤ Ud ≤

2 2

π

2

π

U (1 + cos α )

U

Như vậy BCL này chỉ có thể làm việc ở chế độ chỉnh lưu . Khi dòng qua tải liên tục điện áp tải có dạng chỉ phụ thuộc vào góc điều khiển α và áp nguồn U −E I dα = dα -Trị trung bình dòng tải: R π −α -Dòng trung bình qua linh kiện Thyristor I T = Id 2π BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUÂT

Page 42

TS. LÊ MINHPHƯƠNG

[CHƯƠNG III : BỘ CHỈNH LƯU – RECTIFIER]

-Dòng trung bình qua linh kiện Diode I T =

π +α Id 2π

- Áp ngược lớn nhất qua linh kiện

U RNM = 2U

- Trị hiệu dụng dòng nguồn

I1 =

- Hệ số công suất nguồn bộ chỉnh lưu λ =

π −α Id π U d .I d U .I

Nhận xét. - Cả hai cấu hình đều làm mất phần âm trên tải vì thế thuận lợi hơn cho các ứng dụng - Chế độ nghịch lưu không xảy ra - Hệ số công suất cao hơn so với chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn - Thời gian ngắt an toàn : mạch không đối xứng an toàn hơn mạch đối xứng và điều khiển hoàn toàn.

BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUÂT

Page 43