Bài Giảng Môn Học ĐIỆN TỦ ỨNG DỤNG GVGD:Vũ Thế Đảng
Trang 1
Bài 1: CHỈNH LƯU - NGHỊCH LƯU - BIẾN TẦN
1.1. CHỈNH LƯU:
1.1.1. Khái niệm chung:
Chỉnh lưu là biến đổi năng lượng xoay chiều thành năng lượng một chiều.
Hiện nay trong kĩ thuật chỉnh lưu hầu như người ta chỉ dùng các phần tử bán dẫn
công suất (diode, thyristor). Điều đó là do các bộ chỉnh lưu bán dẫn có hiệu suất
rất cao, làm việc tin cậy, gia thành rẻ, chi phí bảo dưỡng không đáng kể, kích
thước và trọng lượng bé. Để chỉnh lưu công suất nhỏ người ta thường dùng các bộ
chỉnh lưu 1 pha 2 nữa chu kì, còn để chỉnh lưu công suất công suất lớn, người ta
thường dùng các bộ chỉnh lưu 3 pha. Ưu điểm của các bộ chỉnh lưu 3 pha là cho
công suất ra tải lớn và điện áp, dòng điện ra tải ít dao động.
1.1.2. CHỈNH LƯU MỘT PHA
1.1.2.1. CHỈNH LƯU BÁN KÌ CÔNG SUẤT: ( hay chỉnh lưu 1 pha, nửa
chu kì)
a) Sơ Đồ Mạch:
Trên sơ đồ điện áp xoay chiều phía thứ cấp máy biến áp, ở đầu vào chỉnh
lưu có dạng sin xoay chiều .
b) Hoạt Động:
Ở bán kì (+) của dòng điện xoay chiều qua biến áp đến diode. Do diode
mắc theo chiều thuận nên ở bán kì (+) diode sẽ không nối tải Rt vào nguồn làm
cho Vt= U
Ở bán kì (-) của dòng điện xoay chiều qua biến áp đến diode. Do diode mắc
theo chiều thuận nên ở bán kì (-) diode sẽ không thông (không dẫn)→không
nối tải Rt vào nguồn→Vt=0
D1
RtU
V
ACng
VV .2
max
=
d. Ứng Dụng:
Đây là sơ đồ đơn giản rất ít ứng dụng trên thực tế .
1.1.2.2. CHỈNH LƯU TOÀN KÌ CÔNG SUẤT: ( chỉnh lưu cầu 1 pha)
i. Chỉnh Lưu Toàn Kì Công Suất Không Điều Khiển:
a/ Sơ đồ mạch:
_Chỉnh lưu cầu 1 pha có cấu tạo từ 4 dioe :D1 và D2 có kathode chung,D3
và D4 có anode chung
_Các diode dẫn dòng theo từng cặp D1 và D3, D2 và D4
V
IN
V
t
t
t
Rt
V
IN
qua D2→ Rt→ D4→ nguồn, ta có: Ut= - V
IN
c/ Các thông số của mạch:
Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu:
int
Vu .
2
π
=
Điện áp ngược cực đại trên mỗi diode
Ungmax= Vin
Giá trị trung bình của dòng điện tải:
in
t
t
Trang 4
ii. Chỉnh Lưu Toàn Kì Công Suất Có Điều Khiển:
a/ Sơ đồ mạch:
Đối với các mạch nắn điện điều khiển dùng SCR thì thường SCR được đặt
sau tải để kathode nối đến mạch có U = 0V thì mạch điều khiển tạo dòng điện
kích sẽ có thiết kế tính toán đơn giản hơn
Khi dùng SCR thì ngoài điều khiển để có V
AK
> 0V để phân cực thuận SCR
thì cần phải có thêm điều kiện I
G
> 0. như vậy khi nguồn V
AC
có bán kì (+)
nhưng nếu không kích 1 xung (+) vào cực G thì SCR không dẫn điện lúc đó
điện áp ra trên tải vẫn là 0V.
b/ Hoạt động:
• ở bán kì(+) và nếu T1 được kích xung (+) ở cực G thì T1 dẫn điện ,
dòng điện đi từ A qua T1→ R
t
→ D2→ B
• ở bán kì (-) nếu T2 được kích xung (+) ở cực G thì T2 dẫn, dòng điện đi
từ B → T2→ R
t
→ D1→A
Trong mạch này sau khi SCR được kích, SCR sẽ duy trì trạng thái dẫn cho
hết bán kì (+), (-) thì SCR sẽ tắt Ơ những bán kì (+)(-) tiếp theo phải có xung
kích tiếp cấp cho cực G thì SCR mới dẫn điện.
Rt
t
V
t
Bài Giảng Môn Học ĐIỆN TỦ ỨNG DỤNG GVGD:Vũ Thế Đảng
Trang 6
1.1.3.CHỈNH LƯU 3 PHA
1.1.3.1. CHỈNH LƯU HÌNH TIA 3 PHA DÙNG DIODE:
i) Sơ Đồ Mạch:
Chỉnh lưu hình tia 3 pha cấu tạo từ máy biến áp 3 pha và 3 diode D1, D2,
D3. Ba diode có thể đấu kathode chung hoặc đấu anode chung. Phụ tải Rt được
đấu giữa điểm Kathode chung ( hoặc anode chung) với điểm trung tính N của thứ
cấp máy biến áp.
Hệ thống điện áp cung cấp vào là hệ thống điện áp 3 pha với cùng biên độ
và lệch pha nhau một góc 120
độ.
Giá trị tức thời của điện áp đầu vào là:
θSinUu
m
A
.
1
=
)
3
4
pha của nguồn
DA
DB
DC
Rt
u
t
A
B
C
u
1
u
2
u
3
N
Bài Giảng Môn Học ĐIỆN TỦ ỨNG DỤNG GVGD:Vũ Thế Đảng
Trang 7
Trên đồ thị các điểm θ
1
, θ
2
, θ
3
, θ
4
: u
2
lớn nhất (dương nhất), chỉ có D
B
dẫn, dòng
điện sẽ qua phụ tải R
t
đến điểm N. Điện áp đưa ra tải u
t
= u
2
Trong khoảng θ
3
≤ ωt ≤θ
4
: u
3
lớn nhất (dương nhất), chỉ có D
C
dẫn, dòng
điện sẽ qua phụ tải R
t
đến điểm N. Điện áp đưa ra tải u
t
= u
3
Vậy điện áp chỉnh lưu thu được là đường bao phía trên các đường điện áp
pha, đập mạch ba lần trong một chu kỳ.
V
t
t
t2 V
AC
- 2 V
AC
2 V
AC
θ
1
θ
2
θ
3
θ
4
θ
5
u
1
u
2
u
3
Bài Giảng Môn Học ĐIỆN TỦ ỨNG DỤNG GVGD:Vũ Thế Đảng
b/ Hoạt động – Các thông số của mạch:
• Hoạt động: Trên sơ đồ ta đánh dấu các điểm chuyển mạch tự nhiên, đó là các điểm mà
các đường điện áp pha u
A
, u
B
, u
C
cắt nhau:1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,…từ đó có thể thấy
u
t
tu
A
u
B
u
C
Rt
D1
D2 D3
D4
4≤<5 : D2, D4 dẫn → u
t
=u
BA
5≤<6 : D3, D4 dẫn → u
t
=u
CA
6≤<7 : D3, D5 dẫn → u
t
=u
CB
• Các thông số của mạch:
• Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu:
ACACt
VUu 34.2.2
2
33
=
Π
=
V
AC
: điện áp pha
• Dòng trung bình qua diode:
G1
, i
G6
, i
G2
, i
G4
,
i
G3
, i
G5
cách nhau 1 khoảng = ð / 3
Mỗi SCR trong nhóm kathode chung sẽ mở khi điện áp pha của cuộn dây
thứ cấp nối với nó là lớn nhất và nó có tín hiệu điều khiển i
G
. Còn mỗi SCR trong
nhóm anode chung sẽ mở khi điện áp pha của cuộn dây thứ cấp nối với nó là âm
nhất và nó có tín hiệu điều khiển i
G
. Khi 1 trong 3 SCR của nhóm mở thì 2 SCR
còn lại của nhóm đó khoá lại
iii. Chỉnh Lưu Cầu 3 Pha Không Đối Xứng:
Rt
T1 T2 T3
T4 T5 T6
A
B
C
A
C
D1
D2
D3
D4
D5
D6
A
Zt
B
C
M N
Bài Giảng Môn Học ĐIỆN TỦ ỨNG DỤNG GVGD:Vũ Thế Đảng
Trang 12
vào từ điểm M sẽ được chia đôi và cuộn kháng sẽ ở trong chế độ cân bằng sức từ
động như một máy biến áp.
v) Ưng Dụng:
Các dạng chỉnh lưu cầu ba pha có thể dùng với máy biến áp hoặc không,
hoặc có thể áp dụng nếu mạch làm việc với điện áp thấp ví dụ như một nguồn hàn
hồ quang một chiều.
1.2.A. MẠCH NGHỊCH LƯU:
1.2.1.NGHỊCH LƯU PHỤ THUỘC
1.2.1.1. TỔNG QUAN:
i) Hiện Tượng Chuyển Mạch:
Trong các chương trước ta luôn giả thiết các phần tử trong sơ đồ là lý
tưởng: máy biến áp chỉ đơn thuần là bộ biến đổi mức điện áp, nghĩa là điện áp phía
thứ cấp liên hệ với điện áp phía sơ cấp qua tỉ số máy biến áp; nguồn cấp điện xoay
chiều thuần tuý là nguồn điện áp với trở kháng trong bằng không, các khoá lý
tưởng với thời gian đóng mở bằng không…
không đổi.
iii) Chuyển Mạch Trong Sơ Đồ Cầu 1 Pha :
T1
La
T4
T3
T2ia1
ia2
Zt
La
T1
La
T2
U1
U2
ia
ia
It
Zt
M
ạch v
òng chuy
ển mạch trong s
ơ đ
ồ tia 1
Bài Giảng Môn Học ĐIỆN TỦ ỨNG DỤNG GVGD:Vũ Thế Đảng
Trang 14
Sơ đồ tương đương của quá trình chuyển mạch trong sơ đồ cầu 1 pha
Trên sơ đồ tương đương giả sử T1, T2 đang dẫn, có tín hiệu điều khiển đưa
điện cảm tản L
Xét sự chuyển mạch giữa T2, T1. Giả sử T1 đang dẫn. Điện áp u
b
bắt
đầu(+) nhất nên nếu có tín hiệu điều khiển đưa đến T2 thì T2 sẽ mở ra được và bắt
đầu quá trình chuyển mạch giữa T2 với T1
v) Chuyển Mạch Trong Sơ Đồ Cầu 3 Pha:
Sơ đồ tương đương của 1 chỉnh lưu cầu 3 pha
Bài Giảng Môn Học ĐIỆN TỦ ỨNG DỤNG GVGD:Vũ Thế Đảng
Trang 15
Chuyển mạch trong sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha sẽ diễn ra giống như ở sơ đồ
tia 3 pha đối với 2 nhóm SCR kathode chung và anode chung. Điểm khác nhau sẽ
là trong một chu kì điện áp nguồn sẽ có 6 lần chuyển mạch xảy ra chứ không phải
là 3 lần như ở chỉnh lưu tia 3 pha.
1.2.1.2. NGHỊCH LƯU PHỤ THUỘC:
Nghịch lưu phụ thuộc là 1 chế độ làm việc của các sơ đồ chỉnh lưu, trong
đó năng lượng từ phía một chiều được đưa trả về lưới điện xoay chiều. Đây là chế
độ làm việc rất phổ biến của các bộ chỉnh lưu, đặc biệt với các ứng dụng trong các
hệ thống truyền động một chiều. Khi một máy điện một chiều được điều khiển bởi
một bộ chỉnh lưu, máy điện có thể là động cơ tiêu thụ năng lượng từ lưới điện và
cũng có thể đóng vai trò là nguồn phát năng lượng.
Các yêu cầu để có thể thực hiện được chế độ nghịch lưu phụ thuộc, trong
đó năng lượng từ phía một chiều được đưa trả về phía xoay chiều.
Trong mạch một chiều phải có suất điện động một chiều E
đ
có cực tính tăng
cường dòng It, nghĩa là dòng một chiều của bộ biến đổi phải đi vào ở cực âm và đi
ra ở cực dương của E
đ
Zt
Uii) Nghịch Lưu Phụ Thuộc Trong Sơ Đồ Cầu 1 Pha:
Chế độ nghịch lưu thuộc trong sơ đồ cầu 1 pha xảy ra tương tự như sơ đồ tia 1
pha, chỉ khác là sụt áp do quá trình chuyển mạch sẽ lớn gấp đôi.
iii) Nghịch Phù Thuộc Trong Sơ Đồ Hình Tia 3 Pha:
Với sơ đồ tia 3 pha các yêu cầu đề có thể thực hiện được chế độ nghịch lưu
thuộc cũng giống như ở các sơ đồ 1 pha.
iv) Nghịch Lưu Thụôc Trong Sơ Đồ Cầu 3 Pha:
Ua
Ub
Uc
L
L
L
T1 T3 T5
T4 T6 T2
L
Ed
Zt
It
u
t
t
ð 2ð
ii) Điều Khiển Riêng:
L
L
CL1
CL2
Zt
Bài Giảng Môn Học ĐIỆN TỦ ỨNG DỤNG GVGD:Vũ Thế Đảng
Trang 18
Trong thực tế các bộ biến đổi có đảo chiều đều được thực hiện theo cấu trúc
điều khiển riêng biệt. Ơ mỗi thời điểm chỉ có một bộ biến đổi làm việc, nhờ đó sẽ
không cần đến cuộn kháng cân bằng. Như vậy công suất lắp đặt được giảm đến
mức tối thiểu gọn nhẹ, hiệu suất cao.
Vấn đề chính trong thực hiện cấu trúc điều khiển riêng ;là điều khiển quá
trình đảo chiều sao cho thời gian trễ là ngắn nhất mà vẫn đảm bảo an toàn cho
thiết bị, không để xảy ra ngắn mạch. Vì vậy trong cấu trúc điều khiển riêng thì
mạch điện thực hiện logic đảo chiều có vai trò quan trọng
1.2.2.NGHỊCH LƯU ĐỘC LẬP
1.2.2.1. TỔNG QUAN:
Nghịch lưu độc lập là thiết bị dùng để biến đổi nguồn điện một chiều thành
nguồn điện xoay chiều có tần số mong muốn, cấp cho phụ tải xoay chiều làm việc
độc lập ( nghĩa là phụ tải không có liên hệ trực tiếp với lưới điện) . Như vậy các bộ
nghịch lưu có chức năng ngược với bộ chỉnh lưu.
i) Các Dạng Nghịch Lưu Độc Lập:
Tuỳ theo chế độ làm việc của nguồn một chiều cung cấp mà nghịch lưu độc
lập được phân loại là nghịch độc lập nguồn áp( nghịch lưu dòng điện).
Phụ tải của nghịch lưu độc lập có thể là một tải xoay chiều bất kì. Tuy
nhiên có một dạng phụ tải đặc biệt cấu tạo từ 1 mạch vòng dao động, trong đó điện
áp hoặc dòng điện có dạng dao động hình sin yêu cầu một loại nghịch lưu riêng,
gọi là nghịch lưu cộng hưởng. Nghịch lưu cộng hưởng có thể là loại nguồn áp và
1.2.2.2. NGHỊCH LƯU ĐỘC LẬP:
i) Nghịch Lưu Độc Lập Nguồn Dòng 1 Pha:
Bài Giảng Môn Học ĐIỆN TỦ ỨNG DỤNG GVGD:Vũ Thế Đảng
Trang 20
Trên sơ đồ mỗi SCR được điều khiển mở trong nửa chu kì như vậy điện áp
một chiều E được luân phiên đặt lên mỗi nửa cuộn dây của máy biến áp. Kết quả
là bên phía thứ cấp xuất hiện điện áp xoay chiều. Tụ điện C mắc song song với
phụ tải ở bên phía sơ cấp máy biến áp đóng vai trò là tụ chuyển mạch. Điện cảm L
có trị số lớn mắc nối tiếp với nguồn đầu vào làm cho dòng đầu vào hầu như được
phẳng hoàn toàn và ngăn tụ phóng ngược trả về nguồn khi các SCR chuyển mạch.
Khi T1 mở thông điện áp E đặt lên nửa cuộn sơ cấp máy biến áp, như vậy
tụ C sẽ được nạp tới điện áp trên toàn bộ phần sơ cấp →tụ C sẽ được nạp tới điện
áp trên toàn bộ phần sơ cấp. Khi T2 nhận được tín hiệu điều khiển, T2 mở thông
dòng i
d
chạy qua T2 , điện áp trên C đặt cực tính ngược lên T1→ khoá T1. Tụ C sẽ
được nạp điện lại để sẵn sàng cho lần chuyển mạch tiếp theo khi T1 lại nhận được
tín hiệu điều khiển.
ii) Nghịch Lưu Độc Lập Nguồn Dòng 3 Pha:
E
T2
T1
SCR
+
C1
1uF
L1
1uH
Z
Tại t = ð/3 cho xung điều khiển mở T2 → điện áp trên tụ điện C1 trở thành
điện áp ngược đặt lên T1 →khoá T1 → i
a
giảm về 0→ i
d
từ cực (+) của E
→T2→Z
B
→Z
C
→T6→ cực (-) của nguồn E → i
b
= i
d
, i
a
= 0, i
c
= -i
d
Trên sơ đồ mạch mỗi SCR được điều khiển để dẫn dòng trong khoảng 120
độ, mỗi scr cách nhau 60 độ.Các tụ C1, C2, C3 mắc song song vớiphụ tải đóng vai
trò là các tụ chuyển mạch. Về nguyên lý hoạt động và các tham số cơ bản của sơ
đồ cũng giống như ở sơ đồ cầu một pha.
Ưu điểm cơ bản của nghịch lưu dòng song song là có khả năng trao đổi
công suất phản kháng với nguồn lưới xoay chiều nếu như đầu vào một chiều là
một chỉnh lưu có điều khiển với mạch vòng dòng điện. Do đó các sơ đồ này có
nhiều ứng dụng trong các hệ thống truyền động không đồng bộ.
L
Sơ đồ gồm bốn SCR điều khiển T1→T4 và các diode mắc ngược D1→D4.
Các diode là các phần tử bắt buộc trong các sơ đồ nghịch lưu áp giúp cho quá trình
trao đổi công suất phản kháng giữa tải với nguồn. Đầu vào là nguồn áp một chiều
E. Tụ C có vai trò là tụ lọc sao bằng điện áp trong trường hợp E là một nguồn
chỉnh lưu vừa có vai trò chứa công suất phản kháng trao đổi với tải qua các diode
ngược.
Các SCR trong sơ đồ được điều khiển mở trong mỗi nửa chu kì theo từ cặp
T1 với T2, T3 với T4. kết quả điện áp ra sẽ có dạng xoay chiều xung chữ nhật với
biên độ bằng điện áp nguồn đầu vào, không phụ thuộc phụ tải.
iv) Nghịch Lưu Độc Lập Nguồn Ap 3 Pha:
C
T1
T4
D1
D4
T2
T5
D2
D5
T3
T6
D3
D6
ZA
E
+
_
ZB
ZC
Mạch nghịch lưu cộng hưởng song song có sơ đồ giống như nghịch lưu độc
lập nguồn dòng song song chỉ khác ở phụ tải là tải trở cảm với hệ số công suất
thấp. Tụ C song song phu tải và phải tạo với tải mạch dòng dao động song song.
Điện cảm đầu vào L có giá trị lớn nên đầu vào có thể coi là nguồn dòng. Khi đó
điện áp ra u
c
có dạng hình sin.
ii) Nghịch Lưu Cộng Hưởng Nguồn Ap:
C1
T1
T3
D1
D3
T2
T4
D2
D4
C
L
R
E
+
_
Bài Giảng Môn Học ĐIỆN TỦ ỨNG DỤNG GVGD:Vũ Thế Đảng
Trang 24
Sơ đồ nghịch lưu cộng hưởng nguồn áp có mạch phụ tải là mạch dao động
nối tiếp R-L-C , nguồn một chiều đầu vào là nguồn áp.
Bài Giảng Môn Học ĐIỆN TỦ ỨNG DỤNG GVGD:Vũ Thế Đảng
Có các loại thiết bị nghịch lưu sau đây:
• Thiết bị đổi điện từ bình ăcquy 12, 24 hoặc 48V ra điện xoay chiều tân số 50 Hz điện
áp 220V dùng để cấp điện dự phòng khi mất điện lưới, dùng cấp nguồn cho các thiết
bị như tivi, ampli, đầu máy trên xe du lịch.
• Thiết bị đổi điện một chiều ra điện xoay chiều cấp cho phụ tải cộng hưởng tần số và
điện áp có thể thay đổi cho bằng tần số cộng hưởng của phụ tải phù hợp với tình trạng
phụ tải như lò nấu thép trung tần. Đó là thiết bị nghịch lưu cộng hưởng cao tần.
• Thiết bị đổi điện một chiều ra điện xoay chiều có tần số và điện áp thay đổi được để
cấp điện cho động cơ không đồng bộ hay đồng bộ 3 pha. Điện 1 chiều được cấp từ
lưới điện xoay chiều 220V, 50 Hz qua bộ chỉnh lưu để có điện xoay chiều tần số thay
đổi được từ 1 đến 400 Hz, điện áp thay đổi theo yêu cầu của động cơ có tốc độ thay
đổi vô cấp.
• Linh kiện đóng ngắt dùng trong thiết bị nghịch lưu là transistor lưỡng cực, transistor
trường hoặc transistor lưỡng cực kết hợp với transistor trường làm việc ở chế độ điều
biến độ rộng xung nếu cần điện có dạng gần sine. Linh kiện phải làm việc đóng ngắt
điều biến độ rộng xung để tăng hiệu suất và công suất thiết bị.
• Có nhiều sơ đồ làm việc nghịch lưu có bản. Ta sẽ lần lượt nói đến theo thứ tự thuận
lợi cho việc tìm hiểu nguyên lý thiết bị.
1.2.B.2 NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ NGHỊCH LƯU ÁP
• Bộ nghịch lưu áp cung cấp và điều khiển điện áp xoay chiều ở ngõ ra. Trong các
trường hợp khảo sát dưới đây ta xét bộ nghịch lưu áp với quá trình chuyển mạch
cưỡng bức sử dụng linh kiện có khả năng điều khiển ngắt dòng điện.
Copyright: Tài liệu đại học ©