Bài giảng Điện tử công suất - Chương 3: Thiết bị chỉnh lưu

 i
= = − = −
= = = = =
Nhịp Vn:
1 1
1
0; ;
; ; 0
Vn V n Vm m n
d n d Vn d V Vm
u u u u u u u
u u i i I i i
= = − = −
= = = = =
Quá trình chuyển mạch tại các thời 
điểm θ2:
Æ Điện áp chuyển mạch là uk = u2 – u1
Tương tự tại các thời điểm θ3, θ4:
điện áp chuyển mạch lần lượt là
u3 – u2 và u1 – u3
Î Chuyển mạch tự nhiên
p = mSố xung:
3.3.2 Chỉnh lưu hình tia có điều khiển
Tín hiệu
điều khiển
uc
Khâu phát xung
Thời điểm chuyển mạch tự nhiên
Góc điều khiển α: tính từ thời điểm chuyển 
mạch tự nhiên đến thời điểm phát xung 
mở thyristor.
Phạm vi của góc điều khiển α:
πα <≤0
ααππ coscossin 0di
m
di Um
mUU ==
0 sinmdi
mUU
m
π
π=
Udi0: Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu không điều khiển.
2
0 2
3 3 3 3 6sin 1.17
3 2 2
m m
di
U U UU Uππ π π= = = =
m = 3
Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu
2
2
sin
2
m
di m
m
mU U d
π π α
π π α
θ θπ
+ +
− +
= ∫
Các đường đặc tính
Đặc tính điều khiển: Đặc tính ngoài (đặc tính tải):
• Đầu ra: Ud
• Đầu vào: α
0 cosdi diU U α=
Chế độ
chỉnh lưu
Chế độ
nghịch lưu
6 2
π πα< < để có dòng liên tục: trong tải phải có L
3.3.3 Chế độ làm việc chỉnh lưu và nghịch lưu phụ thuộc
• Chế độ làm việc chỉnh lưu
• Chế độ làm việc nghịch lưu
d dP U I=
 chế độ nghịch lưu phụ thuộc
2
πα >
• Trong tải phải có Eư
• Eư đảo chiều2
πα⋅ > dE U⋅ >−
Điều kiện để có nghịch lưu phụ thuộc
Góc an toàn
0 α π γ≤ < −
γ
Chế độ
chỉnh lưu
Chế độ
nghịch 
lưu
offtγ ω=
3.3.4 Chỉnh lưu hình tia 3 pha có diode V0
dV uu −=0
V0 sẽ mở khi trong trường hợp 
không có V0 thì ud < 0
Î V0 chỉ hoạt động khi
2 m
π πα ≥ −
Chen vào giữa các nhịp V1, V2, V3 là các nhịp V0:
0 1 1 2 2 3 3
0
0; ; ;d V V V V
d V d
u u u u u u u u
i i I
= − = = = =
= =
ααππ coscossin 0di
m
di Um
mUU ==
0 sinmdi
mUU
m
π
π=
2 m
π πα• ≤ −
2 2m m
π π π πα• − ≤ ≤ +
0
2
1 sin( )
sin
2 2sin
m
di di
m
mU mU d U
m
π
π π α
πα
θ θ ππ
− +
− −
= =∫
0 sinmdi
mUU
m
π
π=
Ảnh hưởng của diode V0
• Không có chế độ nghịch lưu
• Diode V0 làm tăng hiệu suất của bộ chỉnh lưu
d dU I
mUI
λ =
U, I: giá trị hiệu dụng của điện áp và dòng điện pha
1
2
V
dI I
ψ
π= 1 0
2
V Vm
πψ ψ= −
• Diode V0 làm giảm giá trị hiệu dụng thành phần xoay chiều của điện 
áp chỉnh lưu
3.4 Chỉnh lưu hình cầu trong chế độ dòng liên tục
Thiết bị chỉnh lưu sơ đồ đấu nối hình cầu về thực chất là hai bộ chỉnh lưu 
hình tia mắc nối tiếp
N
hóm
 K
A
TO
D
E
N
hóm
 A
N
O
D
E
Nhóm 
ANODE
Nhóm 
KATODE
3.4.1 Chỉnh lưu hình cầu 3 pha điều khiển hoàn toàn
Sơ đồ
• Dòng điện trong các pha:
i1 = iV1 – iV4; i2 = iV3 – iV6; i3 = iV5 – iV2
• Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu:
p = 2m
di diA diKU U U= −
2 sin cos
diA diKU U
m U
m
π απ
= −
=
Trong trường hợp m = 3
0
0
cos
2 2 sin
di di
di
U U
mUU
m
α
π
π
=
=
0
3 6 2.34di
UU Uπ= =
• Giản đồ đóng cắt 
– Xung điều khiển:
3.4.2 Chỉnh lưu hình cầu bán điều khiển
0 0
3 6 cos
2
3 6 1 cos 3 6;
2 2
diA
diK di di di
UU
U UU U U U
απ
α
π π
=
+= − ⇒ = =
3.4.3 Chỉnh lưu hình cầu điều khiển hoàn toàn có diode V0
Diode V0 sẽ hoạt động khi
623
;)
6
sin(1
2
0 ππαππα +≤≤⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ −−= didi UU
Tác dụng: - Giảm độ nhấp nhô của điện áp và dòng điện tải
 - Tăng hiệu suất
- Không cho phép chế độ nghịch lưu phụ thuộc
0
3 6
di
UU π=
3.4.4 Chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn
1 2
1
2
sin
sin
2
sin( )
2
m
m
m
u U u u
Uu
Uu
θ
θ
θ π
= = −
=
= −
1 4 2 3
d dA dK
V V V V
u u u
i i i i i
= −
= − = −
00
cos
2 2 0.9
di di
di
U U
UU U
α
π
=
= =
Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu
00
1 cos
2
2 2
di di
di
U U
UU
α
π
+=
=
3.4.5 Chỉnh 
lưu cầu một 
pha bán điều 
khiển
So sánh giữa hai phương án: điều khiển hoàn toàn và bán điều khiển
• Đỉnh âm của sóng điện áp chỉnh lưu bị cắt Î đỡ nhấp nhô
• Không thể làm việc ở chế độ nghịch lưu
• Hiệu suất bộ biến đổi cao hơn.
3.5 Dòng điện liên tục và gián đoạn của chỉnh lưu p – xung
3.5.1 Thiết bị chỉnh lưu ở chế độ dòng điện gián đoạn
Sự xuất hiện của dòng điện gián đoạn
• Tải R: 0 0d di u≥ ⇒ ≥
• Tải R,L: 0d dU RI= >
Î với các α mà ở chế độ dòng liên tục Ud < 0 
sẽ xuất hiện dòng điện gián đoạn 
Trong nhịp “0”:
Trong nhịp “0”:
• Tải L, Eư: dU E= −
Î với các α mà ở chế độ dòng liên tục Ud < Eư
sẽ xuất hiện dòng điện gián đoạn 
Trong nhịp “0”:
0;d Vi iu u u= =
0;d Vi iu u u= =
;d Vi iu E u u E= = −− −
;MIN MAXθ θ∃
3.5.2 Phân tích dòng điện chỉnh lưu của chỉnh lưu p – xung,
không có V0
p = 1 Î Dòng điện luôn gián đoạn
Với p > 1:
• Chỉnh lưu hình tia có điều khiển m –
pha. p = m. Um là biên độ điện áp pha
• Chỉnh lưu hình cầu điều khiển hoàn toàn 
m – pha. p = 2m. Um là biên độ điện áp 
dây (trừ trường hợp m = 1)
Zθ α=
Góc bắt đầu:
• p = 1:
2Z p
π πθ α= − +• p > 1:
sin (1)dd m
diRi L E U
d
ω θθ+ + =−
Tải tổng quát R, L, Eư:
sin( )
1
( ) sin( )
Z
Z
m
d
m
d Z Z
Ui
Z
E e
R
Ui e
Z
θ θ
ωτ
θ θ
ωτ
θ ϕ
θ θ ϕ
−−
−−
= − −
⎛ ⎞⎜ ⎟− − +⎜ ⎟⎝ ⎠
⎡ ⎤+ − −⎢ ⎥⎣ ⎦
−
(2)
2 2 2
arctg
Z R L
L
R
L
R
ω
ωϕ
τ
= +
=
= 0di ≥Điều kiện:
Dòng điện gián đoạn:
MIN Z MAXθ θ θ< <
arcsin
2
arcsin
2
MIN
m
MAX
m
E
U
E
U
πθ
πθ
= <
= >
−
−
( ) 0d Zi θ = Thay vào (2)
sin( )
1
sin( )
Z
Z
m
d
m
Z
Ui
Z
E e
R
U e
Z
θ θ
ωτ
θ θ
ωτ
θ ϕ
θ ϕ
−−
−−
= − −
⎛ ⎞⎜ ⎟− − +⎜ ⎟⎝ ⎠
− −
− (3)
( ) 0 sin( )
1
sin( )
K Z
K Z
m
d K K
m
Z
Ui
Z
E e
R
U e
Z
θ θ
ωτ
θ θ
ωτ
θ θ ϕ
θ ϕ
−−
−−
= = − −
⎛ ⎞⎜ ⎟− − +⎜ ⎟⎝ ⎠
− −
−
2
K Z p
πθ θ− ≤
Sử dụng toán số giải (4) để xác định θK với điều kiện: 
(4)
Dòng điện liên tục
2
K Z p
πθ θ= +( ) ( ) 0;d Z d Ki iθ θ= >
Áp dụng vào (2)
2 2
2( ) ( ) sin( )
1 ( ) sin( )
m
d Z d K Z
p pm
d Z Z
Ui i
Z p
UE e i e
R Z
π π
ωτ ωτ
πθ θ θ ϕ
θ θ ϕ− −
= = + − −
⎛ ⎞ ⎡ ⎤⎜ ⎟− − + − −⎢ ⎥⎜ ⎟ ⎣ ⎦⎝ ⎠
− (5)
Suy ra 2
2
2sin( ) sin( )
( ) ( )
1
p
Z Z
d Z d K m
p
e
Epi i U
Z
Z e
π
ωτ
π
ωτ
πθ ϕ θ ϕ
θ θ
−
−
+ − − −
= = −⎛ ⎞⎜ ⎟−⎜ ⎟⎝ ⎠
− (6)
3.5.3 Dòng điện chỉnh lưu của chỉnh lưu p – xung,
có diode V0
3.6 Hiện tượng trùng dẫn
1 2V V d di i i I+ = =
2 1
2 1
V V
K
di diL u u
dt dt
⎛ ⎞− = −⎜ ⎟⎝ ⎠
2 1 sin
2 sin
k km
km m
u u u U
U U
m
θ
π
= − =
=  biên độ điện áp dây giữa hai pha kề nhau
2
2
0
sin
2
Vi
km
V
K
Udi d
L
θ
α
θ θω=∫ ∫
( )
( )
2 cos cos2
cos cos
2
km
V
K
km
km
km
K
Ui
L
I
UI
L
α θω
α θ
ω
= −
= −
=
( )cos cosd kmI I α α µ= − +⎡ ⎤⎣ ⎦
arccos cos d
km
I
I
µ α α⎛ ⎞= − −⎜ ⎟⎝ ⎠ góc trùng dẫn
2
2
1 2
2
V
d k
diu u L
dt
u u
= −
+=
( )cos coskm di I Iα θ= − −
km
km
K
UI
Lω=
( )1 2
3 4 1
cos cos
2
km
V V
V V d V
Ii i
i i I i
α θ= = −
= = −
( )2 cos cosd kmI I α α µ= − +⎡ ⎤⎣ ⎦
2arccos cos d
km
I
I
µ α α⎛ ⎞= − −⎜ ⎟⎝ ⎠
0du =
Sụt áp do trùng dẫn Udθ
d dU R Iθ θ=
2
kpXRθ π=
• Chỉnh lưu hình tia ba pha
• Chỉnh lưu cầu 3 pha
kpXRθ π=
• Chỉnh lưu cầu một pha
Udθ: Sụt áp do Lk.
Udr = Rk.Id: Sụt áp trên Rk
UdF: Sụt áp trên van
Đặc tính ngoài khi xét đến sụt áp và dòng điện gián đoạn
Ảnh hưởng đến góc an toàn của thyristor:
Mα µ γ π+ + =
( )cos cosdM
km
I
I
α π γ= + −
Chỉnh lưu hình cầu 3 pha, tia ba pha
Chỉnh lưu hình cầu một pha
( )2cos cosdM
km
I
I
α π γ= + −
Xác định giá trị điện áp chỉnh lưu cực đại
( )0 1di c dM d M drM dFMU c U U U Ub θ= + + +
cc: hằng số dự trữ cho điều khiển – cc = 1.04 – 1.06
b: hằng số dự trữ của lưới điện ±5% – b = 0.95 
3.7 Chỉnh lưu có đảo chiều dòng điện - bốn góc phần tư
Nguyên lý điều khiển:
• Điều khiển riêng:
Từng bộ chỉnh lưu làm việc độc lập, 
trong khi đó bộ chỉnh lưu còn lại 
không làm việc.
• Điều khiển chung
Xung điều khiển cùng một lúc được đưa 
vào cả hai bộ, trong đó có một bộ được 
điều khiển với góc α < π/2, làm việc ở
chế độ chỉnh lưu. Còn bộ thứ hai được 
điều khiển với góc α > π/2, ở chế độ
chờ.
Để không có dòng ngắn mạch giữa hai bộ
chỉnh lưu: 
UdI + UdII  0
( )
0 0
0
.cos .cos 0
cos cos 0
di I di II
di I II
I II
U U
U
α α
α α
α α π
+ ≤
+ ≤
+ ≥
Tuy nhiên:
udI + udII ≠ 0
Æ dòng điện tuần hoàn
Hạn chế dòng tuần hoàn:
lắp thêm cuộn kháng cân bằng
3.8 Máy biến áp động lực
3.8.1 Dòng điện
iS = IS(AV) + iSσ
NP: số vòng dây cuộn sơ cấp
NS: số vòng dây cuộn thứ cấp
iP.NP = iS.NS
3)(
d
AVS
II =
Giả sử NP = NS = N
1 1 1
2 2 2
3 3 3
3
3
3
d
S S P
d
S S P
d
S S P
Ii i i
Ii i i
Ii i i
σ
σ
σ
= − =
= − =
= − =
1 3 1
2 1 2
3 2 3
L P P
L P P
L P P
i i i
i i i
i i i
= −
= −
= −
3.8.2 Công suất biểu kiến của máy biến áp
2
P S
tN t tN
S SS K P+= =
StN: Công suất biểu kiến định mức máy biến áp
SP: Công suất biểu kiến cuộn dây sơ cấp
SS: Công suất biểu kiến cuộn dây thứ cấp
PtN: Công suất hữu công định mức của máy biến áp
Đối với máy biến áp ∆/Y
2 /3
2
0
1
2 3
d
S d
II I d
π
θπ= =∫
( ) ( )2 /3 22 2
0 2 /3
21 2 /3 / 3
2 3
d
P d d
II I d I d
π π
π
θ θπ
⎛ ⎞= + =⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠∫ ∫
3 3
3 2
S S SN S dN
P P PN P dN
S U I U I
S U I U I
= =
= =
Với chỉnh lưu tia ba pha: 0
3 6
2di
U Uπ=
0
0
2 2
3 3
2 2
3 3 3 3
S di dN dN
P di dN dN
S U I P
S U I P
π π
π π
= =
= =
2 2
3 3 3 1.35
2tN dN dN
S P P
ππ +
= =
3.9 Các nguyên tắc điều khiển chỉnh lưu
Xung điều khiển đưa vào thyristor lúc điện áp đặt lên thyristor dương
Æ Phải biết được khi nào điện áp đặt lên thyristor dương
Î Phải có điện áp đồng bộ: đồng bộ với điện áp khóa đặt lên thyristor
Sơ đồ khối của khâu phát xung – bộ điều khiển:
Đồng bộ
uđb
So sánh
uc
Khuyếch đại
và p.p
iG1, iG2, iG3
3.9.1 Nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính
Điện áp đồng bộ là điện áp răng cưa
. cK uα =
( )0 0cos cos .di di di cU U U K uα= =
uđb1
uđb2
uđb3
uC
uC
uC
3.9.2 Nguyên tắc arccos:
Điện áp đồng bộ là một đường cosin
max cosđbu U θ=
max
max
cos
arccos
đb c
c
u u U
u
U
α
α
= =
⎛ ⎞⇒ = ⎜ ⎟⎝ ⎠
0 0
max
cos cdi di di
uU U U
U
α= =
Umax
θα
uc
uđb
uAK