Hai Duong Vocational Training College
CHƯƠNG 2
CHỈNH LƯU
2.1. Giới thiệu chung
2.1.1. Cấu trúc mạch chỉnh lưu
Chỉnh lưu là quá trình biến đổi năng lượng dòng xoay chiều thành năng
lượng dòng một chiều.
Chỉnh lưu là thiết bị điện tử công suất được sử dụng rộng rãi nhất trong
thực tế. Sơ đồ cấu trúc thường gặp của mạch chỉnh lưu trên hình 2.1.
Hình 2.1. Sơ đồ cấu trúc của mạch chỉnh lưu
Trong sơ đồ MBA làm hai nhiệm vụ chính là:
- Chuyển từ điện áp của lưới điện xoay chiều U
1
sang điện áp U
2
thích
hợp với yêu cầu của tải. Tuỳ theo tải mà MBA có thể là tăng áp hoặc giảm áp.
- Biến đổi số pha của nguồn lưới sang số pha theo yêu cầu của mạch van.
Thông thường số pha của lưới lớn nhất là 3, song mạch van có thể yêu cầu số
pha là 6,12…
Mạch van là các van bán dẫn được mắc theo cách nào đó để có thể tiến
hành quá trình chỉnh lưu.
Mạch lọc nhằm đảm bảo điện áp (hoặc dòng điện) một chiều cấp cho tải
là bằng phẳng theo yêu cầu.
2.1.2. Phân loại
Chỉnh lưu được phân loại theo một số cách sau đây:
- Phân loại theo số pha nguồn cấp cho mạch van: một pha, hai pha, ba
pha, sáu pha…
- Phân loại theo loại van bán dẫn trong mạch van: Hiện nay chủ yếu dùng
Thysistor và điốt, vì thế có ba loại mạch sau:
+ Mạch van dùng toàn điốt, gọi là chỉnh lưu không điều khiển;

)(
1
dudttu
T
U
d
T
dd
+ I
d
: giá trị dòng trung bình của dòng điện từ mạch van cấp ra:
∫
=
π
θθ
π
2
0
)(
2
1
diI
dd
+ P
d
là công suất một chiều mà tải nhận được từ mạch chỉnh lưu:
P
d
= U
d

nhóm, tuy nhiên nó chỉ dẫn được nếu điện thế của anốt này dương hơn điện thế
ở điểm Catốt chung φ
KC
. Thí dụ ở thời điểm hiện tại ta có:
φ
A1
> φ
A2
> φ
A3
> > φ
An
và đồng thời φ
A1
> φ
KC
thì van D
1
sẽ dẫn. Lúc đó nếu coi sụt áp trên van bằng 0
thì khi D
1
dẫn ta thấy φ
KC
= φ
A1
. Điều này dẫn đến điện áp trên các van còn lại sẽ
âm:
φ
AK2
= φ

3
Hai Duong Vocational Training College
Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý và giản đồ thời gian của mạch chỉnh lưu
một pha nửa chu kỳ với tải trở R
b, Nguyên lý làm việc
Mạch van chỉ có một van duy nhất là Điốt D. Do vậy ở nửa chu kỳ đầu (0
÷ π) khi điện áp đặt vào mạch van u
2
> 0, điốt được phân cực thuận nên dẫn. Vì
coi ΔU
D
= 0 nên u
d
= u
2
. Ở nửa chu kỳ sau: (π ÷ 2π) điện áp u
2
đảo dấu nên D
khoá lại, vì thế u
d
= 0.
Như vậy điện áp chỉnh lưu nhận được trên tải là:
22
0
2
2
0
45.0
2
)sin(2

Thực chất, theo phân loại thì đây là mạch chỉnh lưu hình tia hai pha, vì
biến áp đã biến điện áp một pha ở sơ cấp u
1
thành hai điện áp ngược pha nhau
180
0
ở thứ cấp u
’
2

và u
’’
2
.
Ở mạch van này các điốt D
1
, D
2
đấu theo kiểu catốt chung, vì vậy chúng
sẽ làm việc theo luật dẫn 1 trong đó Anốt của D
1
nối với u
’
2
, còn Anốt của D
2
nối
với điện áp

u

22
0
2
2
0
9.0
22
)sin(2
2
2
)(
2
1
UUtdtUtdtuU
dd
====
∫∫
π
ωω
π
ωω
π
ππ
Vì tải thuần trở nên:
R
U
I
d
d
=

2
sin(ωt – 180
0
)
Nên điện áp cực đại đặt lên van là: 2
2
U
2
2.2.3. Chỉnh lưu cầu một pha
a, Sơ đồ nguyên lý
5
Hai Duong Vocational Training College
Hình 2.6. Sơ đồ nguyên lý và giản đồ thời gian mạch chỉnh lưu cầu một pha
b, Nguyên lý làm việc
Ở nửa chu kỳ đầu (0 ÷ π) D
1
và D
2
được phân cực thuận nên mở, còn hai
van D
3
và D
4
bị phân cực ngược nên bị khoá lại. Do hai van D
1
và D
2
cùng mở
nên sụt áp trên chúng giảm về 0 và ta có u
2

3
và D
4
được phân cực thuận nên mở. Do hai van D
3
và D
4
cùng mở
nên sụt áp trên chúng giảm về 0 và ta có u
2
= u
d
; u
D3
= u
D4
= 0; u
D1
= u
D2
= - u
2
;
i
D1
= i
D2
= 0; i
D3
= i

U
I
d
d
=
Điện áp ngược cực đại đặt lên điốt là: U
ng.max
= U
2m
=
2
2U
2.2.3. Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha
a) Sơ đồ nguyên lý
6
Hai Duong Vocational Training College
Hình 2.7. Sơ đồ nguyên lý của mạch chỉnh lưu hình tia ba pha không điều khiển
b, Nguyên lý làm việc
Mạch chỉnh lưu gồm 3 Đi ốt mắc theo kiểu Ca tốt chung nên các đi ốt sẽ
dẫn dòng khi điện thế tại A nốt là dương nhất.
Giả thiết rằng L
d
là vô cùng lớn.
Giả sử rằng trong khoảng thời gian trước ωt = π/6 thì D
3
đang dẫn dòng,
các van khác ở trạng thái khóa.
Trong khoảng thời gian ωt = π/6 ÷ ωt = 5π/6: u
a
> 0 D

a
; i
D2
= i
D3
= 0; u
D1
= 0; u
D2
= u
ba
; u
D3
= u
ca
Từ ωt = 5π/6 ÷ ωt = 9π/6 thì u
b
là dương nhất, khi đó D
2
được đặt điện áp
thuận vì u
ba
> 0. D
2
được đặt áp thuận nên mở và u
D2
giảm về 0. Do u
D2
= 0 nên
u

; u
D3
= u
cb
7
Hai Duong Vocational Training College
Hình 2.8. Giản đồ thời gian của mạch chỉnh lưu hình tia ba pha không ĐK
Từ ωt = 9π/6 thì u
c
là dương nhất, khi đó D
3
được đặt điện áp thuận vì u
cb
> 0. D
3
được đặt áp thuận nên mở và u
D3
giảm về 0. Do u
D3
= 0 nên u
d
= u
c
và u
D2
= u
b
– u
c
= u

6/
2
17.1
2
63
)sin(2
3/2
1
UUtdtUU
d
===
∫
π
ωω
π
π
π
2.2.4. Mạch chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển
a, Sơ đồ nguyên lý
Hình 2.9. Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu cầu ba pha không ĐK
b, Nguyên lý làm việc
Mạch van gồm hai nhóm:
- Các đi ốt D
1
, D
3
, D
5
đấu ca tốt chung nên:
+ D

âm nhất;
+ D
6
dẫn khi u
b
âm nhất;
- Trong khoảng thời gian v1: u
c
dương nhất và u
b
âm nhất nên D
5
và D
6
đang dẫn dòng:
I
D1
= I
D2
= I
D3
= I
D4
= 0; i
D5
= i
D6
= i
d
= I

D2
= I
D3
= I
D4
= I
D5
= 0; i
D1
= i
D6
= i
d
= I
d
9
Hai Duong Vocational Training College
u
D2
= u
bc
; u
D3
= u
D4
= u
ba
; u
D5
= u

= i
d
= I
d
u
D3
= u
ba
; u
D4
= u
D5
= u
ca
; u
D6
= u
cb
; u
D1
= u
D2
= 0.
- Trong khoảng thời gian v4: u
b
dương nhất và u
c
âm nhất nên D
2
và D

= u
ab
; u
D2
= u
D3
= 0.
- Trong khoảng thời gian v5: u
b
dương nhất và u
a
âm nhất nên D
3
và D
4
cùng dẫn dòng:
I
D5
= I
D6
= I
D1
= I
D2
= 0; i
D3
= i
D4
= i
d

I
D6
= I
D1
= I
D2
= I
D3
= 0; i
D4
= i
D5
= i
d
= I
d
u
D6
= u
ab
; u
D1
= u
D2
= u
ac
; u
D3
= u
bc

ωωω
π
ω
π
2.3. Các mạch chỉnh lưu có điều khiển
2.3.1. Mạch chỉnh lưu hình tia một pha
a, Sơ đồ nguyên lý
11
Hai Duong Vocational Training College
Hình 2.11. Sơ đồ nguyên lý và giản đồ thời gian của mạch chỉnh lưu
một pha nửa chu kỳ với tải trở R
Tải thuần trở R
Mạch van chỉ có một van duy nhất là Thysistor T. Do vậy ở nửa chu kỳ
đầu (0 ÷ π) khi điện áp đặt vào mạch van u
2
> 0, Thysistor được phân cực thuận,
tại thời điểm ωt = α, ta phát xung mở van thì Thysistor sẽ dẫn. Vì coi ΔU
T
= 0
nên u
d
= u
2
. Ở nửa chu kỳ sau: (π ÷ 2π) điện áp u
2
đảo dấu nên T khoá lại, vì thế
u
d
= 0.
Như vậy điện áp chỉnh lưu nhận được trên tải là:

d
=
Điện áp ngược cực đại đặt lên T là: U
ng.max
= U
2m
=
2
2U
2.3.2. Mạch chỉnh lưu cầu một pha
a, Sơ đồ nguyên lý
12
Hai Duong Vocational Training College
Hình 2.12. Sơ đồ nguyên lý của mạch chỉnh lưu cầu một pha có ĐK
b, Nguyên lý làm việc
Ở nửa chu kỳ đầu (0 ÷ π) điện áp u
2
> 0: T
1
, T
2
được đặt điện áp thuận tại
thời điểm ωt = α ta phát xung mở van T
1
, T
2
thì T
1
và T
2

c, Giản đồ thời gian
13
Hai Duong Vocational Training College
Hình 2.13. Giản đồ thời gian của mạch chỉnh lưu cầu một pha
điều khiển hoàn toàn
c, Biểu thức điện áp
- Điện áp trên tải:
∫
+==
π
α
α
α
π
ωω
π
)cos1(sin
1
max2
max2
U
ttdUU
d
2.3.3. Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha
Hình 2.14. Sơ đồ nguyên lý của mạch chỉnh lưu hình tia ba pha có ĐK
14
Hai Duong Vocational Training College
b, Nguyên lý làm việc
Giả thiết rằng L
d

=
u
ca
< 0 tức là T
3
bị đặt điện áp ngược nên khóa lại, van T
2
thì vẫn bị khóa. Do
vậy ta có:
u
d
= u
a
; i
T2
= i
T3
= 0; u
T1
= 0; u
T2
= u
ba
; u
T3
= u
ca
Từ ωt = 5π/6 + α, T
2
được đặt áp thuận nên mở và u

= 0; u
T2
= 0; u
T1
= u
ab
; u
T3
= u
cb
Từ ωt = 9π/6 + α, T
3
được đặt áp thuận nên mở và u
T3
giảm về 0. Do u
T3
=
0 nên u
d
= u
b
và u
T2
= u
b
– u
c
= u
bc
< 0 tức là T

απ
απ
cos
2
63
)sin(2
3/2
1
2
6/5
6/
2
UtdtUU
d
∫
+
+
==
15
Hai Duong Vocational Training College
Hình 2.15. Giản đồ thời gian của mạch chỉnh lưu hình tia ba pha có ĐK
2.3.4. Mạch chỉnh lưu cầu ba pha ĐK hoàn toàn
a) Sơ đồ nguyên lý
16
Hai Duong Vocational Training College
Hình 2.16. Sơ đồ nguyên lý của mạch chỉnh lưu cầu ba pha ĐK hoàn toàn
b, Nguyên lý làm việc
Mạch van gồm hai nhóm:
- Các Thysistor T
1

c
âm nhất;
+ T
4
dẫn khi u
a
âm nhất;
+ T
6
dẫn khi u
b
âm nhất;
- Trong khoảng thời gian từ ωt = 0 ÷ v1, T
4
và T
5
cùng dẫn dòng:
u
d
= u
c
– u
a
= u
ca
;
I
T1
= I
T2

= 0.
- Trong khoảng thời gian v1, T
5
và T
6
cùng dẫn dòng:
u
d
= u
c
– u
b
= u
cb
;
I
T1
= I
T2
= I
T3
= I
T4
= 0; i
T5
= i
T6
= i
d
= I

b
= u
ab
;
I
T2
= I
T3
= I
T4
= I
T5
= 0; i
T1
= i
T6
= i
d
= I
d
u
T2
= u
bc
; u
T3
= u
T4
= u
ba

T5
= I
T6
= 0; i
T1
= i
T2
= i
d
= I
d
u
T3
= u
ba
; u
T4
= u
T5
= u
ca
; u
T6
= u
cb
; u
T1
= u
T2
= 0.

u
T4
= u
ca
; u
T5
= u
T6
= u
cb
; u
T1
= u
ab
; u
T2
= u
T3
= 0.
- Trong khoảng thời gian v5, T
3
và T
4
cùng dẫn dòng:
u
d
= u
b
– u
a

T2
= u
ac
; u
T3
= u
T4
= 0.
- Trong khoảng thời gian v6, T
4
và T
5
cùng dẫn dòng:
u
d
= u
c
– u
a
= u
ca
;
I
T6
= I
T1
= I
T2
= I
T3

d, Biểu thức điện áp
∫∫
+
+
+
+
=−−=−=
απ
απ
απ
απ
ωωω
π
ω
π
2/
6/
0
2
2/
6/
)]120sin([sin2(
6/2
1
)(
6/2
1
tdttUtduuU
bad