Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
Đề tài : Xây dựng mô hình mô phỏng cầu chỉnh lưu Thyristor 3 pha đối
xứng:
Chương I .Giới thiệu chung về chỉnh lưu cầu 3 pha
Thyristor 3 pha đối xứng
I.1 Thyristor : ( SCR- SILICON CONTROLLED RECTIFIER )
Hình 1.1
I.1 Cấu tạo (Hình 1.1) :
Thyristor gồm 3 lớp PN nối vào mạch ngoài thông qua 3 cổng : điện
cực A (Anode) ,điện cực C (Cathode) , điện cực G (Gate) . Về mặt lý
thuyết tồn tại cấu trúc Thyristor NPNP và PNPN , nhưng trong thực tế chỉ
phát triển loại SCR PNPN . Sơ đồ thay thế của SCR bằng Transistor_BJT
được trình bày như hình vẽ trên . Giả sử điện áp A dương hơn so với điện
áp đặt vào cực K của SCR đồng thời đưa 1 xung dòng I
G
vào cực G , K
transistor NPN dẫn . Dòng điện dẫn tiếp tục qua cực E – B của Transistor
PNP .Các transistor này tiếp tục dẫn ngay cả dòng i
G
xuống bằng
không .Dòng qua Colector của transistor này đồng thời qua cực Badơ của
transistor thứ hai .Dòng qua colector của transistor này cũng chính là
dòng qua Badơ của transistor khác .Các transistor này sẽ cùng nhau duy
trì trạng thái đóng.
Các tính chất và trạng thái cơ bản :
+, Nếu SCR bị ngắt thì hiệu điện thế giữa A và K có thể dương tức là
SCR có thể bị ngắt hoặc có thể điện áp âm hơn so với so với K => trạng
thái nghịch . Để SCR chuyển từ trạng thái khóa sang trạng thái mở cần
thỏa mãn hai điều kiện :
Hiệu điện áp giữa A và K là dương
Có xung kích mở (dòng kích mở i

điện trở r
D
(differential block resistance) .Tương tự ta có điện áp đóng U
B0
thay vì U
BR
. Khi điện áp đạt tới U
B0
SCR không bị phá hỏng mà sẽ bị
đóng (chuyển từ trạng thái khóa sang trạng thái mở ) . Khi i
G
thay đổi ,
tùy thuộc vào độ lớn của i
G
mà điện thế khóa thay đổi theo (điện thế khóa
giảm khi i
G
tăng) . Hiện tượng SCR dẫn điện do tác dụng điện vượt quá
U
B0
(i
G
=0) là sự cố gây ra do độ quá điện áp xuất hiện trên lưới . Thông
thường ,ta đóng xung dòng qua
mạch G_K .Điện trở thuận r
T
và điện áp thuận U
T0
được định nghĩa tương
tự

sử dụng các biến áp xung ,càn phải giải quyết vấn đề làm tắt nhanh dòng
từ hóa khi xung bị ngắt nếu không thì dòng từ hóa không ngừng tăng lên
sau mỗi lần đưa xung vào ) và vấn đề bảo vệ lớp cổng của SCR trước
điện áp nghịch
Các tính chất động :
Tác dụng điện áp khóa U
V
(hoặc U
D
) ; về bản chất đó là tác dụng của điện
áp nghịch lên lớp bán dẫn .Lúc đó nó hoạt động như một tụ điện điện áp
của nó phụ thuộc vào điện dung của tụ và phụ thuộc điện áp đặt vào
y
V
C V
dU
d(C.U )
dC
i = =U . +C.
dt dt dt
Theo phương trình trên , dòng i
C
đạt giá trị lớn khi
y
dU
dt
giả sử
C=const .Bởi vì một đường dẫn của i
C
trùng với đường dẫn của mạch

V
tăng quá nhanh chỉ có phần nhỏ tiết diện xung
quanh cực G dẫn điện và dẫn đến quá tải , có thể làm tăng nhiệt độ lên
đến giá trị phá hỏng linh kiện . Vì thế độ tăng của dòng i
V
được giới hạn
bởi
V
crit
max
di
Si =
dt
 
 ÷
 
Quá trình ngắt SCR được trình bày ở hình 1.4 :
Hình 1.4 .Quá trình ngắt SCR
Giai đoạn đầu diễn ra tương tự như ngắt đối với Diode . Thời gian phụ
hồi
Tạ Quang Long ĐTĐ46ĐH1
4
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
tính nghịch t
rr
điện tích chuyển mạch Q
r
(lớn hơn đối với SCR) . Sau thời
gian phục hồi điện trở nghịch của các lớp của các lớp J
1

dt
kết hợp với mạch RC (mắc
song song với SCR ) giới hạn độ dốc
V
du
dt
Điện áp nghịch cực đại có thể lặp lại u
RRM
và điện thế khóa u
DRM
Khả năng làm mát cho SCR
Khả năng chịu quá tải dòng ,áp
Ví dụ :
Tạ Quang Long ĐTĐ46ĐH1
5
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

I.2. Giới thiệu về quá trình chỉnh lưu
Để cấp nguồn cho tải một chiều, chúng ta cần thiết kế các bộ chỉnh lưu
với mục đích biến đổi năng lượng điện xoay chiều thành một chiều. Các
loại bộ biến đổi này có thể là chỉnh lưu không điều khiển và chỉnh lưu có
điêu khiển. Với mục đích giảm công suất vô công, người ta thường mắc
song song ngược với tải một chiều một điôt (loại sơ đồ này được gọi là sơ
đồ có điôt ngược). Trong các sơ đồ chỉnh lưu có điôt ngược, khi có và
không có điều khiển, năng lượng được truyền từ phía lưới xoay chiều
sang một chiều, nghĩa là các loại chỉnh lưu đó chỉ có thể làm việc ở chế
độ chỉnh lưu. Các bộ chỉnh lưu có điều khiển, không điôt ngược có thể
trao đổi năng lượng theo cả hai chiều. Khi năng lượng truyền từ lưới xoay
chiều sang tải một chiều, bộ nguồn làm việc ở chế độ chỉnh lưu, khi năng
lượng truyền theo chiều ngược lại (nghĩa là từ phía tải một chiều về lưới

.I
d
.
2. Chnh lu c chu k vi bin ỏp cú trung tớnh.(Hỡnh 2.2)
Theo hỡnh dng s , thỡ bin ỏp phi cú hai cun dõy th cp vi
thụng s ging ht nhau, mi na chu k cú mt van dn cho dũng in
chy qua. Cho nờn c hai na chu k súng in ỏp ti trựng vi in ỏp
cun dõy cú van dn .Trong sơ đồ này điện áp tải đập mạch trong cả hai
nửa chu kỳ, với tần số đập mạch bằng hai lần tần số điện áp xoay chiều
S :
Hỡnh 2.2 Chnh lu c chu kỡ vi bin ỏp cú trung tớnh
in ỏp trung bỡnh trờn ti, khi ti thun tr dũng in giỏn on c
tớnh:
U
d
= U
do
.(1+cos)/2
U
do
: in ỏp chnh lu khi khụng iu khin v U
d0
= 0,9.U2
T Quang Long T46H1
7
0
0
1
1
2

L
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
α : Góc mở van
Khi tải điện cảm lớn dòng điện, điện áp tải liên tục, lúc này điện áp
U
d
= U
do
.cosα
Trong các sơ đồ chỉnh lưu thì loại sơ đồ này có điện áp ngược của
van phải chịu là lớn nhất
Mỗi van dẫn thông trong một nửa chu kỳ, do vậy dòng điện mà van
bán dẫn phải chịu tối đa bằng 1/2 dòng điện tải , trị hiệu dụng của dòng
điện chạy qua van I
hd
= 0,71.I
d
.
So với chỉnh lưu nửa chu kỳ, thì loại chỉnh lưu này có chất lượng
điện áp tốt hơn. Dòng điện chạy qua van không quá lớn, tổng điện áp rơi
trên van nhỏ.
Tuy vậy việc chế tạo biến áp có hai cuộn dây thứ cấp giống nhau,
mà mỗi cuộn chỉ làm việc có một nửa chu kỳ, làm cho việc chế tạo biến
áp phức tạp hơn và hiệu suất sử dụng biến áp xấu hơn, mặt khác điện áp
ngược của các van bán dẫn phải chịu có trị số lớn nhất
3. Chỉnh lưu cầu một pha.
Sơ đồ
Hình 2.3 Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha
Chỉnh lưu cầu một pha có chất lượng điện áp ra hoàn toàn giống
như chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp có trung tính . Trong sơ đồ này

Sơ đồ :
Hình 2.4 .Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha
Điện áp trung bình của sơ đồ với tải thuần trở với chế độ dòng liên tục :
U
d
= U
do
.cosα
Trong đó U
d0
= 1,17.U
2f
(U
2f
: điện áp pha thứ cấp máy biến áp )
Điện áp trung bình của sơ đồ với tải thuần trở với chế độ dòng gián đoạn :
d0
d
U
π
U = . 1+sin -α
3
3
 
 
 ÷
 
 
 
So với chỉnh lưu một pha, thì chỉnh lưu tia ba pha có chất lượng điện một

5
5
R
L
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
a, b,

Hình 2.5
Chỉnh lưu tia sáu pha.
a Sơ đồ động lực; b đường cong điện áp tải.
Sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha ở trên có chất lượng điện áp tải chưa thật tốt
lắm. Khi cần chất lượng điện áp tốt hơn chúng ta sử dụng sơ đồ nhiều pha
hơn. Một trong những sơ đồ đó là chỉnh lưu tia sáu pha. Sơ đồ động lực
mô tả trên hình a.Sơ đồ chỉnh lưu tia sáu pha được cấu tạo bởi sáu van
bán dẫn nối tới biến áp ba pha với sáu cuộn dây thứ cấp, trên mỗi trụ biến
áp có hai cuộn giống nhau và ngược pha. Điện áp các pha dịch nhau một
góc là 60
0
như mô tả trên hình 2.5b. Dạng sóng điện áp tải ở đây là phần
dương hơn của các điện áp pha với đập mạch bậc sáu. Với dạng sóng điện
áp như trên, ta thấy chất lượng điện áp một chiều được coi là tốt nhất so
với sơ đồ khác, thì ở chỉnh lưu tia sáu pha dòng điện chạy qua van bán
dẫn bé nhất . Theo dạng sóng điện áp ra (phần nét đậm trên giản đồ hình
b) chúng ta thấy rằng mỗi van bán dẫn dẫn thông trong khoảng 1/6 chu
kỳ. So với các sơ đồ khác, thì ở
chỉnh lưu tia sáu pha dòng điện chạy qua van bán dẫn bé nhất. Do đó sơ
đồ chỉnh lưu tia sáu pha rất có ý nghĩa khi dòng tải lớn. Trong trường hợp
đó chúng ta chỉ cần có van nhỏ có thể chế tạo bộ nguồn với dòng tải
lớn.Theo dạng sóng điện áp ra (phần nét đậm trên giản đồ hình 2.5 b)
chúng ta thấy rằng mỗi van bán dẫn dẫn thông trong khoảng 1/6 chu kỳ.

4
5
5
L
*
T1
B
T2
C
T3
T4
A*
T5
B*
T6
C*
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
khác, thì ở chỉnh lưu tia sáu pha dòng điện chạy qua van bán dẫn bé nhất.
Do đó sơ đồ chỉnh lưu tia sáu pha rất có ý nghĩa khi dòng tải lớn. Trong
trường hợp đó chúng ta chỉ cần có van nhỏ có thể chế tạo bộ nguồn với
dòng tải lớn.
6.Chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng :
Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng hình a có thể coi như
hai sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha mắc ngược chiều nhau, ba Tiristo T1,T3,T5
tạo thành một chỉnh lưu tia ba pha cho điện áp (+) tạo thành nhóm anod,
còn T2,T4,T6 là một chỉnh lưu tia cho ta điện áp âm tạo thành nhóm
catod, hai chỉnh lưu này ghép lại thành cầu ba pha Hình a.Theo hoạt
động của chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng, dòng điện chạy qua
tải là dòng điện chạy từ pha này về pha kia, do đó tại mỗi thời điểm cần
mở Tiristo chúng ta cần cấp hai xung điều khiển đồng thời (một xung ở

0
và thành phần điện cảm
của tải quá nhỏ, điện áp tải sẽ bị gián đoạn như các đường nét đậm trên
hình 2.6d (khi góc mở các Tiristo α =90
0
với tải thuần trở). Trong các
trường hợp này dòng điện chạy từ pha này về pha kia, là do các van bán
dẫn có phân cực thuận theo điện áp dây đặt lên chúng cho tới khi điện áp
dây đổi dấu, các van bán dẫn sẽ có phân cực ngược nên chúng tự khoá.
Tạ Quang Long ĐTĐ46ĐH1
11
0
0
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
R
T1
T3
T5
L
T6
T4

1. Sơ đồ khối của quá trình chỉnh lưu nói chung:
Hình 3.1
+, Khâu đồng pha có nhiệm vụ nhận dạng điểm không của
nguồn
+,Khâu so sánh có nhiệm vụ so sánh khâu tạo tín hiệu đặt
và khâu đông pha từ đó tạo ra xung điều khiển
+,Khâu tạo xung cùng với khâu khuyếch đại xung : tạo
xung phù hợp để mở van .
Đối với chỉnh lưu cầu 3 pha : để tạo ra các xung kích mở cho 6 van công
suất ta tạo ra 1 hệ điện áp đồng bộ lệch pha so với điện áp nguồn 30
0Ta có hệ điện áp nguồn (hình vẽ 3.2):
Tạ Quang Long ĐTĐ46ĐH1
14
§ång pha
So s¸nh
T¹o xung
KhuyÕch
®¹i xung
M¹ch van
c«ng suÊt
TÝn hiÖu
®Æt
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
====================================================
0(0) 0.005 0.01 (180) 0.015 0.02(360) 0.025 0.03 0.035 0.04
-400
-300

400
600
Time (s)
Dien ap(V)
He dien ap dong bo
AC
BA
CB
Hình 3.4 .Hệ điện áp dồng bộ
Hệ điện áp này sau khi qua khối đồng bộ :
Tạ Quang Long ĐTĐ46ĐH1
16
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
CB
BA
AC
Hình 3.5 .Hệ điện áp đồng bộ sau khi đi qua khối đồng bộ
Thực chất bộ chỉnh lưu cầu 3 pha được xây dựng bộ chỉnh lưu cầu 1 pha :

Khối nhân tín hiệu logic kích vào khối này ta có các hàm toán Logic :

Thực hiện mô phỏng khi góc kích mở 0
0
thu được xung :
Sơ đồ thí nghiệm :
Tạ Quang Long ĐTĐ46ĐH1
19
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
Kết quả mô phỏng :
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
TT
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04
0
0.5
1
TN
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04
-400
-200
0
200
400
Dien ap nguon

+, AC , BA , CB : Chân đưa điện áp nguồn đồng bộ đối với chỉnh lưu
cầu 3 pha
+, Ctr : Chân điều khiển góc mở
+, g : Đầu ra các xung điều khiển
Cấu tạo bên trong của “IC” TCA 3pha
Sơ đồ khảo sát xung ra của khối :
Tạ Quang Long ĐTĐ46ĐH1
22
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
Kết quả mô phỏng
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04
0
0.5
1
T1
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04
0
0.5
1
T2
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04
0
0.5
1
T3
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04
0
0.5
1
T4

M ,N
t(s )
Dien ap(V )
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1
0
200
400
600
t(s )
Dien ap day(v )
Ud
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1
0
0.2
0.4
0.6
0.8
I
t(s )
Dong dien(A )
M
N
Sơ đồ mô phỏng cầu chỉnh lưu 3 pha đối xứng với tải RLE (Động cơ điện
DC) :
Thông số :
Tạ Quang Long ĐTĐ46ĐH1
25