Bài giảng Điện tử công suất
Chương 2 THIẾT BỊ CHỈNH LƯU
2.1. Các khái niệm cơ bản
• Chỉnh lưu là biến đổi năng lượng điện xoay chiều thành năng lượng điện 1
chiều
• Các bộ chỉnh lưu thường dùng là các phần tử bán dẫn công suất (điôt,
tranzitor, tiristor…). Tùy theo thiết bị chỉnh lưu mà người ta phân thành:
* Chỉnh lưu không điều khiển (dùng điôt)
* Chỉnh lưu có điều khiển (dùng tiristor)
• Để chỉnh lưu tín hiệu công suất nhỏ thường dùng bộ chỉnh lưu 1 pha và
chỉnh lưu tín hiệu công suất lớn thường dùng bộ chỉnh lưu 3 pha. Điện áp
và dòng điện sau chỉnh lưu có chiều không thay đổi nhưng vẫn dao động
về trị số, để hạn chế dao động thường người ta cho qua bộ lọc
• Sơ đồ khối
2.2. Chỉnh lưu một pha
2.2.1 Chỉnh lưu một pha không điều khiển
a) Sơ đồ hình tia:
Error: Reference source not found
* Nguyên lý:
- Trong khoảng 0
π÷
:
- Trong khoảng
π÷π
2
:
+ Tải trở: u
d

↑
, i

2
θ
π
0
Tín hiệu
vào XC
bộ chỉnh
lưu
bộ lọc
ra 1C
Tín hiệu
Tín hiệu
ra
1C còn dao
động
u
21
=
θ=ω sinV.2tsinV.2
22
u
22
=-
θ−=ω sinV.2tsinV.2
22
Bài giảng Điện tử công suất
+ Tải trở kháng: u
d
↑
, i

0
d
V
22
dsinV2
2
2
du
2
2
du
2
1
π
=θθ
π
=θ
π
=θ
π
∫∫∫
πππ
- Giá trị trung bình của dòng tải:
* Tải R: I
d
=
R
U
d
* Tải R+E: I

u
==
- Giá trị hiệu dụng dòng điện trong cuộn thứ cấp MBA
I
2
=
d
d
T
Id
I
di
T 4
)
2
sin
(
2
11
0
2
0
2
2
π
θ
θπ
π
θ
π

d
U
21
U
22
u,i
2
π
0
i
d
R
E
u
d
+
-
i
d
u
d
U
21
U
22
u,i
2
π
0
E

U
2222
ππ
= 1.23P
d
- Công suất máy biến áp:
S
ba
= (S
1
+S
2
)/2 = 1.48P
d
* Nhận xét:
- Để đảm bảo công suất tải là P
d
thì công suất lắp đặt của MBA lớn gấp 1.48 lần.
- Dòng điện qua 1 pha bằng ½ dòng tải, điện áp ngược gấp 2 lần biên độ nên sơ
đồ hình tia dùng trong trường hợp tải có dòng lớn và điện áp thấp
b) Sơ đồ hình cầu:
* Nguyên lý:
+ Xét tải thuần trở:
- Điện áp chỉnh lưu trung bình:
U
d
=
∫
π
π

k
I
=
22
I
k
1
d
ba
π
(với I
2
được xác định như trên)
- Công suất máy biến áp:
S
ba
= (S
1
+S
2
)/2 = V
2
I
2
=
dd
IU
2222
ππ
=1.23P

* Nhận xét:
- Sơ đồ cầu dùng MBA tốt hơn sơ đồ hình tia vì công suất lắp đặt MBA chỉ hơn
công suất chỉnh lưu 1.23 lần
- Sơ đồ cầu phù hợp với tải có dòng nhỏ, điện áp cao vì điện áp ngược mỗi điôt
phải chịu chỉ bằng biên độ của áp nguồn.
- Tuy nhiên tổn thất công suất và điện áp trong sơ đồ cầu lớn hơn sơ đồ hình tia.
2.2.2 Chỉnh lưu 1 pha có điều khiển
Trang 11
T
2
U
U
22
R
L
U
21
T
1
u
i
u
θ
θ
θ
θ
u
D1
θ
π 2π

1
, T
2
được điều khiển bằng i
G1
, i
G2
với i
G1
chậm sau u
21
một góc
α
i
G2
chậm sau i
G1
một góc
α+π

Để i
d
liên tục thì điều kiện là:
ϕ<α
với
R
L
arctg
ω
=ϕ

u
2
< 0 T
2
, T
4
phân cực thuận
+ Tải trở:
+ Tải trở kháng: do có cuộn dây L nên i
d
tăng hay giảm chậm hơn so với
u
d
.
Trang 12
T
3
T
4
i
d
Z
T
2
T
1
A
B
u
2

d
liên tục thì T
1
, T
3
chưa tắt phải kích mở T
2
, T
4
* i
d
được xác định theo phương trình:
L
tsinURi
dt
di
m2d
ω=+
- Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu
U
d
=
α
π
=θθ
π
∫
π+α
α
cosU

2
, T
4
vẫn mở. Đồng thời tại vị trí này T
1
, T
3
phân cực thuận và có
tín hiệu điều khiển
→
các Ti mở. Cả 4 Ti cùng mở gọi là hiện tượng trùng dẫn,
khi có hiện tượng trùng dẫn
→
U
d
= 0 bắt đầu từ
α=θ
đến khi i
T2
, i
T4
giảm đến 0
tại
µ+α=θ
+ Chứng minh u
d
= 0
+ T
1
, T

d
i
d
θ
α
α
i
G2
,i
G4
i
G
i
G1
,i
G3
θ
α + θ
Bài giảng Điện tử công suất
u
c
= u
22
– u
21
= 2L
c
di
c
/dt

I
d
/
2
2U
+ Giá trị trung bình U
d
↓
một lượng
µ
∆U
:
µ
∆U
=
π
=µ+α−α
π
=ωω
π
∫
µ+α
α
dc
m2
m2
IX2
)]cos([cos
U
ttdsinU

D2
M
A
B
U
2c
C
R L
E
i
d
u
d
U
21
U
22
u
2
θ
π
0
µ
µ
Điện áp các pha thứ cấp biến áp
u
2a
=
θsinU2
2

u
2a
u
2b
u
2c
Đ
1
u
θ
Đ
2
Đ
3
0
E
u
d
2π
θ
Bài giảng Điện tử công suất
6
5
6
π
<θ<
π
: Đ
1
mở

π
=θθ
π
∫
π
π
2
U3
)
6
5
cos
6
(cosU2
2
3
dsinU2
2
3
m
6
5
6
22
I
d
=
R
U
d

o
) =
)120t2cos(U3
m
−ω
U
D1max
=
m
U3
+ Giá trị trung bình dòng chảy trong điôt:
I
D
=
3
I
d
+ Giá trị hiệu dụng qua cuộn sơ cấp MBA
I
2
=
∫
π
θ
π
2
0
2
2
2

= 1.209P
d
, S
2
= 3U
2
I
2
= 1.481P
d
Trang 15
Bài giảng Điện tử công suất
2.3.2 Chỉnh lưu ba pha hình tia có điều khiển
* Sơ đồ:
Error: Reference source not found
* Nguyên lý:
i
G1
, i
G2
, i
G3
các xung điều khiển cách nhau
3
2π
Trong mỗi chu kỳ tại góc pha
6
1
π
+α=θ

d
=
α
π
=θθ
π
∫
α+
π
α+
π
cosU
2
63
dsinU2
2
3
2
6
5
6
2
U
d
= U
do
.cos
α

∈

chịu điện áp ngược U
ngc
= U
AB
= U
dây
=
m2
U3
* Đồ thị điện áp tải,và dòng qua các tiristo:
Trang 16
i
d
U
2a
U
2b
T
1
T
2
T
3
i
D1
i
D3
N
i
D2

* Trùng dẫn:
Do dòng điện trong cuộn dây L tăng hay giảm chậm hơn so với điện áp
nên các T không thể đóng mở tức thời được, vì vậy có hiện tượng các Ti cùng
dẫn gọi là hiện tượng trùng dẫn. Khi có trùng dẫn tương tự hiện tượng ngắn mạch
2 pha, trong quá trình trùng dẫn điện áp chỉnh lưu bị nhỏ đi
T
1
đang dẫn i
d
= i
T1
, tại
2
θ=θ
cho xung điều khiển mở T
2
cả 2 Tiristor T
1
, T
2
đều
cho dòng chảy qua làm ngắn mạch 2 nguồn e
a
, e
b

+ Điện áp ngắn mạch:
u
n
= e

π
−θ
+ Dòng điện ngắn mạch xác định theo phương trình:
u
n
= 2X
c
θ
π
−θ−=→
∫
µ+θ
θ
d)
3
cos(3
X2
U
i
dt
di
2
2
c
m2
n
n

Trang 17
u

Bài giảng Điện tử công suất
=
)]
3
sin()
3
[sin(
X2
U3
22
c
m2
π
−µ+θ−
π
−θ
i
c
↑↑
i
T2
: T
2
mở hoàn toàn
i
c
↑↓
i
T2
: T

ω
C
L
: điện cảm lúc trùng dẫn
+ Điện áp tải U
d
khi trùng dẫn:
e
a
- L
C
dt
di
1T
= u
d
e
b
- L
C
dt
di
2T
= u
d
u
d
=
2
ee

d)
3
cos(U3
2
3
d)
2
ee
e(
2
3
m2
ba
b
=
)]
3
sin()
3
[sin(
4
U33
22
m2
π
−µ+θ−
π
−θ
π
=

N
U
2c
U
2a
U
2b
D
1
D
4
D
3
D
6
D
2
D
5
M
A
B
C
i
d
u
d
E
R
L

3
6
π
÷
π
: D
1
, D
6
mở, u
d
= u
2a
– u
2b
6
5
6
3 π
÷
π
: D
1
, D
2
mở, u
d
= u
2a
– u

2b
– u
2a

6
11
6
9 π
÷
π
: D
5
, D
4
mở, u
d
= u
2c
– u
2a

6
13
6
11 π
÷
π
: D
5
, D

6
3
6
m2m2
=
)]
3
2
6
cos()
3
2
6
3
cos(
6
3
cos
6
[cosU
2
6
m2
π
−
π
−
π
−
π

π
π
+ Giá trị trung bình dòng chảy trong mỗi điôt
I
D
=
3
I
d
R
Eu
2
2
d
6
3
6
d
=θ
−
π
∫
π
π
* Đồ thị điện áp tải, dòng qua điôt:
Error: Reference source not found
Error: Reference source not found
Trang 19
u
d

* Sơ đồ:
Error: Reference source not found
Nhóm anôt chung: T
1
, T
3
, T
5
Nhóm catôt chung: T
2
, T
4
, T
6
Với u
2a
= U
2m
sin
tω
u
2b
= U
2m
sin(
tω
-
3
2π
)

6
3
: T
1
, T
2
dẫn
α+
π
<θ<α+
π
6
7
6
5
: T
3
, T
2
dẫn
α+
π
<θ<α+
π
6
9
6
7
: T
3

Trang 20
N
U
2c
U
2a
U
2b
T
1
T
4
T
3
T
6
T
2
T
5
M
A
B
C
i
d
u
d
R
L

θ
π
2
0
d
du
2
1
=
θ
π
−θ−θ
π
∫
α+
π
α+
π
d])
3
2
sin(UsinU[
2
6
6
3
6
m2m2
=
)]

α
π
cosU
2
36
m2
* Hiện tượng trùng dẫn: Giả thiết T
1
, T
2
đang dẫn dòng
Tại
3
θ=θ
cho xung điều khiển mở T
3
. Do L
C
≠
0, i
T3
không thể tăng đột
ngột từ 0
→
I
d
và i
T1
không thể giảm đột ngột từ I
d

3
4
cos(U3)
3
sin()
3
cos(U22
m22
π
−θ=
π
−
π
−θ
+ Dòng ngắn mạch i
c
:
u
c
= 2X
c
dt
di
c
i
c
=
)
3
4

−θ−
π
−θ
i
c
cùng chiều với i
T3
làm cho i
T3
tăng từ 0 đến I
d
i
c
ngược chiều với i
T1
làm cho i
T1
giảm từ I
d
đến 0
+ Dòng điện chảy trong T
1
, T
3
là:
i
T1
= I
d
- i

d
→
I
d
=
)]
3
4
sin()
3
4
[sin(
X2
U3
33
c
m2
π
−θ−
π
−µ+θ
Mà
m2
dc
33
U3
IX2
)
3
4

u
d
di
X2 +
θ
→
u
d
=
c
ba
e
2
ee
−
+
Do trùng dẫn nên áp chỉnh lưu giảm đi một lượng
θ+
+
−−
π
=∆
∫
µ+θ
θ
µ
d)e
2
ee
ee(

[sin(U
2
33
d)
3
4
cos(U
2
3
2
6
33m2m2
3
3
π
−θ−
π
−µ+θ
π
=θ
π
−θ
π
∫
µ+θ
θ
π
=∆
µ
dc

∆U
µ
(e
c
+e
b
)/2
(e
c
+e
a
)/2
(e
a
+e
b
)/2
Bài giảng Điện tử công suất
khi tăng góc điều khiển
0U0cos
2
d
<→<α→
π
>α
điện áp chỉnh lưu trung bình
đổi dấu Để mạch làm việc có dòng điện liên tục thì: L lớn
E < U
do
< 0

2.5.2 Bộ biến đổi kép:
Là bộ biến đổi gồm 2 bộ biến đổi riêng rẽ ghép song song ngược, có thể
đảo chiều dòng điện
* Sơ đồ: gồm 2 bộ biến đổi G
1
, G
2
và cuộn kháng cân bằng L
c
Trang 23
L
R
R
L
E
E
M1
M2
Bài giảng Điện tử công suất
Sơ đồ hình cầu 3 pha kép Sơ đồ hình tia 3 pha kép
* Nguyên lý hoạt động:
- Từng bộ biến đổi có thể làm việc ở chế độ chỉnh lưu hoặc nghịch lưu. Nếu
1
α
là góc mở đối với G
1
,
2
α
là góc mở đối với G

α
> 0, G
2
làm việc ở chế độ nghịch lưu
2
α
> 90
o
, U
d2
= U
o
cos
2
α
< 0
Cả 2 điện áp đều đặt lên phần ứng động cơ M, M chỉ chạy theo chiều thuận vì
các Tiristo không thể cho dòng chảy từ catôt sang anôt
Khi
1
α
=
2
α
= 90
o
, U
d1
= U
d2

−π

Trang 24
v
d
Chỉnh lưu
Rv
L
L
Bài giảng Điện tử công suất
m là tỉ số tần số sóng thấp nhất trên tần số điện áp vào, ví dụ chỉnh lưu 3 pha thì m= 6
+ Bộ lọc tụ điện: san bằng điện áp chỉnh lưu
Error: Reference source not found
- Điện áp trên tụ biến thiên giữa giá trị cực đại U
m
và cực tiểu U
m
- U
r
, khi điện áp
biến thiên nhỏ có thể tính gần đúng :
U
r
=
RCf
U
r
m
với f
r