Điện tử công suất 12.8 - HIỆN TƯNG CHUYỂN MẠCH

Trong các phần trước đây, bộ chỉnh lưu được phân tích với giả thiết bỏ qua
cảm kháng trong của nguồn áp. Hệ quả là quá trình chuyển mạch giữa các nhánh
chứa thyristor diễn ra tức thời. Trong thực tế, nguồn có cảm kháng trong làm
dòng điện qua nó không thể thay đổi đột ngột. Vì thế, hiện tượng chuyển mạch
giữa các nhánh chứa các thyristor không diễn ra tức thời mà kéo dài một khoảng
thời gian, hình thành trạng thái các nhánh chứa thyristor cùng dẫn điện. Hiện
tượng này được gọi là hiện tượng trùng dẫn (overlapping) hoặc hiện tượng
chuyển mạch (commutation).
Xét bộ chỉnh lưu mạch tia ba pha điều khiển (hình H2.33) Nguồn xoay chiều có cảm kháng trong L
b
.
Trạng thái V3:
Giả thiết dòng qua tải liên tục và V
3
dẫn dòng điện. Khi đó, dòng điện tải
dẫn qua mạch (u
3
,L
b
,V
3
,RLE ). Phương trình mô tả mạch:
u

di
LiRu
d
dd
++= ..

Trạng thái (V1V3):
Tại thời điểm đưa xung kích đóng cho V
1
(góc α ), do tác dụng đồng thời
của điện áp khoá và xung kích đóng, V
1
đóng .
Do V
1
mắc nối tiếp với L
b
nên dòng qua nó tăng liên tục từ giá trò 0. Tương
tự , dưới tác dụng của điện áp chuyển mạch (u
3
-u
1
) và cảm kháng L
b
, dòng điện
qua V
3
giảm một cách liên tục từ giá trò dòng tải. Hệ phương trình mô tả trạng
thái mạch:


V
bd
1
1
−+=
(2.44)

E
dt
di
LiRu
d
dd
++= ..

u
V1
= 0 ; u
V3
= 0
Giả sử khoảng thời gian trùng dẫn nhỏ hơn nhiều so với hằng số thời gian
của tải chỉnh lưu, có thể xem dòng điện tải không thay đổi độ lớn. Do đó:
i
v1
+ i
v3
= I
d
= const


O
dòch sang phải
của điểm O và
6
OO
π
=
′
, ta có:
XdXUuu
m
′′
=− sin3
31
(2.47)
Từ đó:

()
()
dXXsin
L2
U3
di
X
b
m
Xi
i
1V
1V

() ()
'Xcoscos
L.2
U3
'Xi
b
m
1V
−α
ω
=
(2.50)
1Vd1Vd3V
iIiii −=−=
(2.51)
Đồ thò biểu diễn các hệ thức dòng điện cho thấy i
v1
tăng dần từ giá trò 0 và
dòng i
v3
giảm dần từ giá trò I
d
.
Trạng thái V1:
Trạng thái V
1
,V
3
cùng dẫn sẽ kéo dài đến vò trí X
k

ii;
0u
1V
b1d
d1V1V
−+=
==

0i;
dt
di
Luuu
0i;E
dt
di
LRiu
2V
2V
b122V
3V
d
dd
=+−=
=++=
(2.53)
Tương tự như trên, ta có thể xét quá trình chuyển mạch giữa V
1
,V
2
và V

α
ω
αµ
−
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−=
m
db
U
IL
3
2
cosarccos
(2.55)
Góc chuyển mạch (và thời gian chuyển mạch) phụ thuộc vào góc điều
khiển
α
, vào độ lớn dòng điện tải và cảm kháng trong cuả nguồn áp

Các hệ quả:
1. Hiện tượng chuyển mạch làm giảm áp tải. Ví dụ, trong thời gian chuyển
mạch giữa V
3

−
π
=
′
−
π
=∆ Xd
2
uu
2
3
Xd.uu
3
2
1
U
31
d1dx
(2.57)
Từ (2.46) ta suy ra:

()
()
d
b
i
i
1Vbdx
I.
2


Điện áp trên tải thực tế có độ lớn:

dcm0ddx
IRcos.UU −α=∆
(2.58)
Với
π
=
2
X.p
R
b
cm
(2.59a)
hoặc
π
=
b
cm
X.p
R
(2.59b)
Công thức (2.59a) áp dụng cho:
- bộ chỉnh lưu tia một xung với diode không (p=1);
- bộ chỉnh lưu cầu một pha điều khiển bán phần khi
0>α
(p=2);
- các bộ chỉnh lưu tia m pha điều khiển hoặc không điều khiển, có hoặc
không có diode không (p=m);

(L
b
= 0), ta có góc an toàn của thyristor
γ
:

α−π=ω=γ
q
t.
(2.60)
t
q
là thời gian khôi phục khả năng khóa của thyristor.
Nếu thyristor có giá trò
γ
cho trước, giá trò góc điều khiển cực đại cho phép
có độ lớn bằêng:

α π γ
max
=−
(2.61)
Nếu xét cả hiện tượng chuyển mạch với
µ
là độ lớn góc chuyển mạch, độ
lớn góc an toàn còn lại của thyristor bằng:

(2.62)
()
γπαµ πα

→
165
0
.
Do
α
max
giảm nên trò trung bình áp chỉnh lưu trong chế độ nghòch lưu bò
giảm theo:
U
dmin
= U
do
.cos
α
max
- X
cm
.I
d
(2.64)
Trong trường hợp mạch tia ba pha, ta dễ dàng suy ra:

()
dcmd
m
b
dd
IXI
U

dây giữa hai điểm
AB (hình H2.35), ta
thấy nó bò méo dạng,
trên đồ thò điện áp
pha hình H2.35 xuất

2-38
Điện tử công suất 1hiện các gai và lõm điện áp. Các lõm và gai điện áp có độ lớn tỉ lệ với giá trò cảm
kháng L
b
và dòng điện tải. Do đo,ù nếu mắc các tải tiêu thụ khác vào mạch nguồn
chung với bộ chỉnh lưu, sự biến dạng áp nguồn gây ra do tác dụng chuyển mạch
của bộ chỉnh lưu có thể không chấp nhận được.
Để hạn chế độ biến dạng của áp nguồn, người ta không mắc trực tiếp bộ
chỉnh lưu vào lưới điện mà thông qua máy biến áp hoặc cuộn kháng. Máy biến áp
trong hoạt động mạch tác dụng như cuộn kháng lọc với độ lớn xác đònh bởi cảm
kháng tản của các cuộn dây. Cấu trúc mạch nguồn đấu vào bộ chỉnh lưu có dạng
thay thế vẽ trên hình H2.36.
Hiện tượng chuyển mạch tác dụng làm ngắn mạch giữa các pha nguồn. Cảm
kháng hoặc máy biến áp mắc nối tiếp với bộ chỉnh lưu có tác dụng tương đương
cảm kháng L
T
. Do có L
T

T
, X
b
=
ω
L
b
(2.66)
Trong thực tế, giá trò X
T
thường chọn trong khoảng
X
T
= ( 0,04
→
0,1).
f
f
I
U
2
2
(2.67)
U
2f
, I
2f
là trò hiệu dụng điện áp và dòng điện đònh mức của nguồn cấp
cho tải (ví dụ điện áp và dòng điện pha thứ cấp máy biến áp).


⎝
⎛
dt
di
V

d/- Tính độ lớn góc chuyển mạch
µ
khi
α
=0
e/- Tính góc điều khiển
α
max
, giả thiết thời gian khôi phục khả năng khóa của
SCR là t
q
= 50
µ
S

Giải:
a/- Giả sử V3,V4 đang dẫn, V1,V2 bò ngắt. Trong nửa chu kỳ dương của áp
nguồn, tại ví trí tương ứng góc kích
α
, xung kích đưa vào V1,V2 làm cho chúng đóng.
Do tác dụng L
b
, hình thành trạng thái đồng dẫn điện của V1,V2,V3,V4 với hệ phương
trình mô tả sau:

⎜
⎜
⎝
⎛
−=
U
LI
bd
.
...
cosarccos
2
2

Độ tăng dòng điện qua SCR (ví dụ khi đóng V1,V2):

α
sin
.
.
b
V
L
U
dt
di
2
2
=