Đồ án điện tử công suất thiết kế bộ chỉnh lưu hình cầu 1 pha kép để điều khiển tốc độ động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập có đảo chiều

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
HỌC PHẦN: ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ BỘ CHỈNH LƯU HÌNH CẦU 1 PHA KÉP
ĐỂ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1
CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP CÓ ĐẢO CHIỀU

Người hướng dẫn:

TS. GIÁP QUANG HUY

Sinh viên thực hiện:
Số thẻ sinh viên:
Nhóm HP / Lớp:
Ngành:

Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hóa

MỤC LỤC
DANH SÁCH HÌNH ẢNH................................................................................................5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU....................................7
1.1 GIỚI THIỆU CHUNG:...............................................................................................7
1.1.1

Khái niệm:............................................................................................................. 7

1.1.2

Cấu tạo của động cơ điện một chiều:....................................................................7

1.1.3

Phân loại động cơ điện một chiều:........................................................................8

1.1.4

Nguyên lý động cơ điện một chiều:.......................................................................8

1.2 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU:.............................................8
1.2.1

Đặc tính động cơ điện:..........................................................................................8

1.2.2

Sơ đồ nối dây của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:..................................8

1.2.3

Đặc tính cơ tự nhiên:.............................................................................................9

1.2.4

Đặc tính cơ nhân tạo:..........................................................................................10

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH THAY ĐỔI TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT
CHIỀU:............................................................................................................................ 10
1.3.1

Thay đổi điện trở phụ trong mạch phần ứng:......................................................10

1.3.2

Thay đổi từ thông kích từ của động cơ:...............................................................11

1.3.3

Thay đổi điện áp phần ứng của động cơ:.............................................................12

1.4 KẾT LUẬN CHUNG:...............................................................................................13
CHƯƠNG 2: CHỈNH LƯU HÌNH CẦU 1 PHA ĐIỀU KHIỂN HOÀN TOÀN.............14
2.1 GIỚI THIỆU CHUNG:..............................................................................................14
2.1.1

Khái niệm:...........................................................................................................14

2.1.2

Phân loại:............................................................................................................14

2.1.3

Đặc điểm của điện áp và dòng điện chỉnh lưu:....................................................14

2.2 CHỈNH LƯU HÌNH CẦU 1 PHA ĐIỀU KHIỂN HOÀN TOÀN.............................15
2.2.1

Sơ đồ mạch nguyên lý:........................................................................................15

2.2.2

Nguyên lý làm việc:............................................................................................16
Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

2.2.3

Điện áp và dòng điện chỉnh lưu:..........................................................................17

2.2.4

Hiện tượng trùng dẫn:.........................................................................................17

2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHỈNH LƯU:..............................................18
2.3.1

Khái niệm chung:................................................................................................18

2.3.2

Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính:....................................................19

2.3.3

Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos:..........................................................19

2.4 BỘ CHỈNH LƯU CẦU 1 PHA KÉP ĐIỀU KHIỂN HOÀN TOÀN:........................20
2.4.1

Sơ đồ nguyên lý:.................................................................................................20

2.4.2

Nguyên lý hoạt động:..........................................................................................20

2.4.3

Phương pháp điều khiển hai bộ biến đổi mắc song song ngược:.........................21

2.5 KẾT LUẬN CHUNG:...............................................................................................25
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐỘNG LỰC.......26
3.1 GIỚI THIỆU CHUNG:..............................................................................................26
3.1.1

Sơ đồ khối mạch động lực:..................................................................................26

3.1.2

Chức năng của từng khối:...................................................................................26

3.2 TÍNH TOÁN MẠCH ĐỘNG LỰC:..........................................................................26
3.2.1

Tính chọn Thyristor:...........................................................................................26

3.2.2

Tính toán máy biến áp chỉnh lưu:........................................................................28

3.2.3

Thiết kế bộ lọc:...................................................................................................31

3.3 KẾT LUẬN CHUNG:...............................................................................................32
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐIỀU KHIỂN..................................33
4.1 GIỚI THIỆU CHUNG:..............................................................................................33
4.1.1

Sơ đồ khối điều khiển thyristor:..........................................................................33

4.1.2

Yêu cầu của mạch điều khiển:.............................................................................33

4.1.3

Nhiệm vụ mạch điều khiển:.................................................................................34

4.1.4

Nguyên tắc điều khiển:........................................................................................34

4.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG TỪNG KHÂU:..........................................................35
Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

4.2.1

Khâu đồng pha:...................................................................................................35

4.2.2

Khâu so sánh:......................................................................................................36

4.2.3

Khâu tạo xung chùm:..........................................................................................36

4.2.4

Khâu khuếch đại:................................................................................................38

4.2.5

Sơ đồ mạch điều khiển:.......................................................................................39

4.3 TÍNH TOÁN THÔNG SỐ MẠCH ĐIỀU KHIỂN:...................................................39
4.3.1

Tính biến áp xung:..............................................................................................40

4.3.2

Tính tầng khuếch đại cuối cùng:.........................................................................40

4.3.3

Chọn cổng AND:................................................................................................41

4.3.4

Chọn tụ C3 và R9:................................................................................................41

4.3.5

Tính chọn bộ tạo xung chùm:\.............................................................................42

4.3.6

Tính chọn tầng so sánh:.......................................................................................43

4.3.7

Tính chọn khâu đồng pha:...................................................................................43

4.3.8

Tạo nguồn nuôi:..................................................................................................44

4.3.9

Tính toán máy biến áp nguồn nuôi và đồng pha:.................................................45

4.3.10 Chọn các Diode cho bộ chỉnh lưu:......................................................................46
4.4 KẾT LUẬN CHUNG:...............................................................................................46
CHƯƠNG 5: MẠCH BẢO VỆ VÀ KẾT LUẬN............................................................47
5.1 GIỚI THIỆU CHUNG:..............................................................................................47
5.2 BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN:...................................................................................47
5.2.1

Bảo vệ dòng điện quá tải:....................................................................................47

5.2.2

Bảo vệ dòng điện ngắn mạch:.............................................................................47

5.3 BẢO VỆ QUÁ ĐIỆN ÁP:.........................................................................................48
5.4 SƠ ĐỒ MẠCH BẢO VỆ CỦA MẠCH ĐỘNG LỰC:..............................................51
5.5 KẾT LUẬN CHUNG:...............................................................................................51
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................52

Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Hình 1. 1: Hình ảnh động cơ điện một chiều...........................................................7
Hình 1. 2: Cấu tạo động cơ điện một chiều.............................................................7
Hình 1. 3: Sơ đồ nối dây động cơ điện một chiều kích từ độc lập...........................8
Hình 1. 4: Hình ảnh đặc tính cơ – điện....................................................................9
Hình 1. 5: Hình ảnh đặc tính cơ..............................................................................9
Hình 1. 6: Đặc tính điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi Rf.................................10
Hình 1. 7: Đặc tính điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi ϕ ..................................11
Hình 1. 8: Đặc tính điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi Uư................................12
Y
Hình 2. 1: Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn.........................16
Hình 2. 2: Sơ đồ và đồ thị u, i của chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển...................16
Hình 2. 3: Hiện tượng trùng dẫn chỉnh lưu cầu 1 pha............................................17
Hình 2. 4: Đồ thị dạng sóng khi xảy ra hiện tượng trùng dẫn................................17
Hình 2. 5: Sơ đồ khối điều khiển thyristor............................................................18
Hình 2. 6: Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính......................................19
Hình 2. 7: Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos............................................19
Hình 2. 8: Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha kép điều khiển hoàn toàn............................20
Hình 2. 9: Sơ đồ hai bộ chinh lưu mắc song song ngược......................................21
Hình 2. 10: Giản đồ dòng điện điều khiển đảo chiều tuyến tính phụ thuộc...........22
Hình 2. 11: Mạch trừ sử dụng OPAMP.................................................................23
Hình 2. 12: Giản đồ dòng điện điều khiển đảo chiều khống chế độc lập...............24
Hình 3. 1: Sơ đồ khối mạch động lực....................................................................26
Hình 3. 2: Sơ đồ mạch lọc LC...............................................................................31

Hình 4. 1: Sơ đồ khối điều khiển thyristor............................................................33
Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

Hình 4. 2: Sơ đồ mạch khâu đồng pha...................................................................35
Hình 4. 3: Sơ đồ dạng sóng của UA, UB, UC...........................................................35
Hình 4. 4: Sơ đồ mạch khâu so sánh.....................................................................36
Hình 4. 5: Sơ đồ dạng sóng của UA, UB, UC,UD.....................................................36
Hình 4. 6: Sơ đồ phối hợp tạo xung chùm.............................................................36
Hình 4. 7: Sơ đồ mạch tạo xung chùm dùng khuếch đại thuật toán.......................37
Hình 4. 8: Sơ đồ dạng sóng UE..............................................................................37
Hình 4. 9: Sơ đồ mạch khâu khuếch đại................................................................38
Hình 4. 10: Sơ đồ mạch điều khiển thyristor.........................................................39
Hình 4. 11: Giản đồ các đường cong mạch điều khiển..........................................39
Hình 4. 12: Sơ đồ chân IC 4081............................................................................41
Hình 4. 13: Sơ đồ chân IC TL084.........................................................................42
Hình 4. 14: Sơ đồ mạch tạo nguồn nuôi................................................................44
Y
Hình 5. 1: Hình ảnh các giai đoạn của dây chảy....................................................48
Hình 5. 2: Sơ đồ bảo vệ các thiết bị biến đổi dùng cầu chì....................................48
Hình 5. 3:Sơ đồ bảo vệ dùng mạch RLC...............................................................49
Hình 5. 4: Hình ảnh dùng mạch RC để bảo vệ quá áp...........................................50
Hình 5. 5: Sơ đồ mạch bảo vệ của mạch động lực.................................................51

Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
1.1

GIỚI THIỆU CHUNG:

1.1.1 Khái niệm:
Động cơ điện một chiều là loại máy điện một chiều biến điện năng dòng một chiều
thành cơ năng.
Khi máy điện một chiều làm việc ở chế độ động cơ thì công suất đầu vào là công
suất điện cơ, công suất đầu ra là công suất cơ.

Hình 1. : Hình ảnh động cơ điện một chiều.
1.1.2 Cấu tạo của động cơ điện một chiều:
Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai thành phần chính gồm: phần tĩnh và
phần động.

Hình 1. : Cấu tạo động cơ điện một chiều.
1- Thép, 2- Cực chính với cuộn kích từ, 3- Cực phụ với cuộn dây, 4- Hộp ổ bi, 5Lõi thép, 6- Cuộn phần ứng, 7- Thiết bị chổi, 8 Cỗ góp, 9- Trục, 10- Nắp hộp đấu dây.
Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

1.1.3 Phân loại động cơ điện một chiều:
Động cơ điện một chiều được phân loại theo kích từ thành những loại sau:
 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Phần ứng và phần kích từ được
cung cấp từ hai nguồn riêng lẻ.
 Động cơ điện một chiều kích từ song song: Cuộn dây kích từ được mắc
song song với phần ứng.
 Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: Cuộn dây kích từ được mắc nối
tiếp với phần ứng.
 Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp: Gồm có hai cuộn dây kích từ, một
cuộn mắc song song với phần ứng, một cuộn mắc nối tiếp với phần ứng.
1.1.4 Nguyên lý động cơ điện một chiều:
Động cơ điện một chiều hoạt động dựa trên tác dụng của từ trường lên khung dây
dẫn có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường. Khi hoạt động động cơ điện một chiều
biến điện năng của dòng điện một chiều thành cơ năng.
1.2

ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU:

1.2.1

Đặc tính động cơ điện:

Đặc tính cơ của động cơ điện là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen của động
cơ: M = f(ω).
1.2.2 Sơ đồ nối dây của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: nguồn một chiều cấp cho phần ứng và
cấp cho kích từ độc lập nhau.

Hình 1. : Sơ đồ nối dây động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Phương trình cân bằng điện áp:
Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

Uư = Eư +(Rư + Rf).Iư
 Sức điện động của phần ứng động cơ:
Eư = Kϕω
 Momen điện từ của động cơ:
M = Kϕ Iư
 Phương trình đặc tính cơ - điện:
ω=

Uư Rư + Rf
−
I
Kϕ
Kϕ ư

Hình 1. : Hình ảnh đặc tính cơ – điện
 Phương trình đặc tính cơ:
ω=

Uư Rư + Rf
−
M
Kϕ ( Kϕ)2

Hình 1. : Hình ảnh đặc tính cơ
1.2.3

Đặc tính cơ tự nhiên:

Đặc tính cơ tự nhiên: là đặc tính cơ có các tham số định mức và không sử dụng
thêm các thiết bị phụ trợ khác. Mỗi động cơ chỉ có một đặc tính cơ tự nhiên.
 Phương trình đặc tính cơ – điện tự nhiên:
Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

ω=

U ư Rư
−
I
Kϕ K ϕ ư

 Phương trình đặc tính cơ tự nhiên:
ω=

1.2.4

R
Uư
− ư 2M
Kϕ (Kϕ)

Đặc tính cơ nhân tạo:

Đặc tính cơ nhân tạo là đặc tính cơ có một trong các tham số khác định mức hoặc
có điện trở phụ trong mạch phần ứng động cơ. Mỗi động cơ có thể có nhiều đặc tính cơ
nhân tạo.
 Phương trình đặc tính cơ:
ω=

1.3

Uư Rư + Rf
−
M
Kϕ ( Kϕ)2

CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH THAY ĐỔI TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN
MỘT CHIỀU:

1.3.1 Thay đổi điện trở phụ trong mạch phần ứng:
Từ phương trình đặc tính cơ:
ω=

Uư Rư + Rf
−
M
Kϕ ( Kϕ)2

Ta thấy rằng khi thay đổi R f thì ω o=const còn Δ ω thay đổi, vì vậy ta sẽ được các
đường đặc tính điều chỉnh có cùng ω o và dốc dần khi Rf càng lớn, với tải như nhau thì tốc
độ càng thấp.

Hình 1. : Đặc tính điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi Rf
Đặc điểm điều chỉnh:
Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

 Tốc độ không tải lý tưởng không đổi.
 Chỉ cho phép điều chỉnh thay đổi tốc độ về phía giảm.
 Khi Rf tăng, độ dốc đặc tính cơ càng lớn, đặc tính cơ càng mềm ⇒ độ ổn
định tốc độ càng kém, sai số tốc độ càng lớn.
 Tổn hao công suất dưới dạng nhiệt trên điện trở phụ.
Nếu ta tăng Rf đến một giá trị nào đó thì sẽ làm M ≤Mc như thế động cơ sẽ không
quay được và động cơ làm việc ở chế độ ngắn mạch ( ω=0 ). Từ lúc này, ta có thể thay đổi
Rf thì tốc độ vẫn bằng 0, nghĩa là không điều chỉnh tốc độ động cơ được nữa. Do đó
phương pháp điều chỉnh này là phương pháp điều chỉnh không triệt để.
Ưu điểm: Thiết bị thay đổi rất đơn giản, thường dùng cho các động cơ cần trục,
thang máy, máy nâng, máy xúc.
Nhược điểm: Tốc độ điều chỉnh càng thấp thì giá trị điện trở đóng vào càng lớn,
đặc tính cơ càng mềm, độ cứng giảm dẫn đến sự ổn định tốc độ khi phụ tải thay đổi kém.
Tổn hao phụ khi điều chỉnh rất lớn, tốc độ càng thấp thì tổn hao phụ càng cao.
⇒ Phương pháp thay đổi Rf chỉ phù hợp khi khởi động động cơ.

1.3.2 Thay đổi từ thông kích từ của động cơ:
Từ phương trình đặc tính cơ:
ω=

Uư Rư + Rf
M
−
Kϕ ( Kϕ)2

Ta thấy rằng khi thay đổi ϕ thì ω o và Δ ω đều thay đổi, vì vậy ta sẽ được các đường
đặc tính điều chỉnh dốc dần và cao hơn đặc tính cơ tự nhiên khi ϕ càng nhỏ, với tải như
nhau thì tốc độ càng cao khi giảm từ thông ϕ .

Hình 1. : Đặc tính điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi ϕ
Đặc điểm điều chỉnh:
Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

 Giảm từ thông thì tốc độ thay đổi tỉ lệ nghịch, từ thông càng giảm thì tốc độ
không tải lý tưởng càng tăng, tốc độ động cơ càng lớn.
 Dòng điện ngắn mạch không đổi.
 Độ cứng đặc tính cơ giảm khi giảm từ thông.
Nếu giảm ϕ quá nhỏ thì có thể làm cho tốc độ động cơ lớn quá giới hạn cho phép,
hoặc làm cho điều kiện chuyển mạch bị xấu đi do dòng phần ứng tăng cao. Như vậy, để
đảm bảo chuyển mạch bình thường thì cần phải giảm dòng phần ứng ⇒ momen trên trục
động cơ giảm nhanh ⇒ động cơ bị quá tải.
Ưu điểm: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông có thể điều
chỉnh vô cấp và cho tốc độ lớn hơn tốc độ cơ bản. Phương pháp nảy thường được dùng
cho các máy như: máy mài vạn năng, máy bào giường,… Việc điều chỉnh được thực hiện
trên mạch kích từ nên tổn thất năng lượng ít, thiết bị đơn giản nên giá thành thấp.
Nhược điểm: Do điều chỉnh sâu nên β giảm, sai số tĩnh lớn, kém ổn định với tốc
độ cao. Nghĩa là điều chỉnh càng sâu thì Δ ω càng lớn. Nên đặc tính càng dốc momen nhỏ
đến khi nhỏ hơn momen phụ tải thì động cơ không chạy được.
1.3.3 Thay đổi điện áp phần ứng của động cơ:
Từ phương trình đặc tính cơ:
ω=

Uư Rư + Rf
M
−
Kϕ ( Kϕ)2

Ta thấy rằng khi thay đổi U ư thì ω o thay đổi còn Δω=const , vì vậy ta sẽ được các
đường đặc tính điều chỉnh song song với nhau. Nhưng muốn thay đổi U ư thì phải có bộ
nguồn một chiều thay đổi được điện áp ra, thường dùng các bộ biến đổi.

Hình 1. : Đặc tính điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi Uư
Đặc điểm điều chỉnh:
 Tốc độ động cơ tăng/giảm theo chiều tăng/giảm của điện áp phần ứng.
Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

 Thay đổi được cả tốc độ không tải lý tưởng ω o, và dòng điện ngắn mạch.
 Độ cứng đặc tính cơ giữ không đổi trong toàn bộ dải điều chỉnh.
 Chỉ có thể điều chỉnh tốc độ về phía giảm vì chỉ có thể thay đổi với
Uư≤Uđm.
Ưu điểm: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng
động cơ sẽ giữ nguyên độ cứng đường đặc tính nên được dùng nhiều trong các máy cắt
gọt kim loại. Đảm bảo tính kinh tế, tổn hao năng lượng thấp, phạm vi điều chỉnh rộng.
Nếu kết hợp với phương pháp điều chỉnh từ thông thì ta có thể điều chỉnh tốc độ lớn hơn
và nhỏ hơn tốc độ định mức.
Nhược điểm: Phương pháp này cần một bộ nguồn có thể thay đổi trơn điện áp.
1.4

KẾT LUẬN CHUNG:

Qua phân tích 3 phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều trên, thì
phương pháp điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng là tốt hơn
cả và triệt để nhất. Vì vậy, chúng em lựa chọn phương pháp thay đổi điện áp phần ứng để
điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều.

Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

CHƯƠNG 2: CHỈNH LƯU HÌNH CẦU 1 PHA ĐIỀU KHIỂN HOÀN
TOÀN
2.1

GIỚI THIỆU CHUNG:

2.1.1 Khái niệm:
Chỉnh lưu là các bộ biến đổi tĩnh cho phép chuyển đổi năng lượng của một nguồn
với các đại lượng xoay chiều thành một nguồn khác với các đại lượng một chiều.
Ứng dụng: Cấp nguồn cho các tải một chiều như: Động cơ điện một chiều, bộ nạp
acquy, mạ điện phân, máy hàn một chiều, nam châm điện, truyền tải điện một chiều cao
áp,….
2.1.2 Phân loại:
Dựa theo số pha nguồn cấp cho các van chỉnh lưu: 1 pha, 2 pha, 3 pha, 6 pha…
Dựa theo loại van bán dẫn:
 Mạch chỉnh lưu không điều khiển.
 Mạch chỉnh lưu điều khiển hoàn toàn.
 Mạch chỉnh lưu bán điều khiển.
Dựa theo sơ đồ mắc van:
 Sơ đồ hình tia: Số van bằng số pha nguồn cung cấp. Các van đấu chung một
đầu nào đó với nhau: Anode chung hoặc Cathode chung.
 Sơ đồ hình cầu: Một nữa số van mắc chung nhâu Anode, một nữa số van
mắc chung Cathode.
2.1.3 Đặc điểm của điện áp và dòng điện chỉnh lưu:
2.1.3.1 Điện áp chỉnh lưu:
ud =U d +uσ

ud: Giá trị tức thời của điện áp chỉnh lưu.
uσ: Thành phần xoay chiều.
Ud: Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu.
2π

1
U d = ∫ u d dθ
2π 0

p: Số xung đập mạch của sóng điện áp chỉnh lưu.
Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

p=

f σ (1)
f

fσ(1): Tần số của sóng điều hòa bậc 1 thành phần xoay chiều của ud.
f: Tần số điện áp lưới.
Giá trị hiệu dụng của điện áp chỉnh lưu:

√

2π

1
2
2
U d (RMS )=
u2d dθ=√ U d + U σ
∫
2π 0

Uσ: Giá trị hiệu dụng thành phần xoay chiều của điện áp chỉnh lưu.
2.1.3.2 Dòng điện chỉnh lưu:
i d =i dσ + I d

id: Giá trị tức thời của dòng điện chỉnh lưu.
idσ: Thành phần xoay chiều.
I σ ( n) =

U σ (n)

√ R +[ω
2

σ ( n)

L] 2

Uσ(n): Giá trị hiệu dụng của sóng điều hòa bậc n thành phần xoay chiều của điện áp
chỉnh lưu.
ω σ ( n) : Tần số góc của sóng điều hòa bậc n thành phần xoay chiều.

Nhấp nhô của dòng tải: Do thành phần xoay chiều của điện áp chỉnh lưu gây ra.
Nếu L → ∞ ⇒ Iσ(n) → 0 ⇒ id= Id ⇒ Dòng phẳng tuyệt đối.
2.2

CHỈNH LƯU HÌNH CẦU 1 PHA ĐIỀU KHIỂN HOÀN TOÀN

2.2.1 Sơ đồ mạch nguyên lý:
u1 =

Um
sinθ
2

u2 =

Um
sin ⁡(θ−π)
2

u=u1−u2=U m sinθ
ud =udA −udK

Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

Hình 2. : Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn
2.2.2 Nguyên lý làm việc:

Hình 2. : Sơ đồ và đồ thị u, i của chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển
Xét ở những chu kỳ làm việc xác lập:
Trong (0 ÷ π ) ⇒ điện áp u1 > 0 ⇒ Giả sử T2, T4 đang dẫn dòng phản kháng
⇒ id = iT2 = iT4 = ipk > 0; T1, T3 đang khóa, ud < 0.

Đến θ1 ≡α ⇒ u1 > 0 và có xung điều khiển ⇒ T1, T3 mở ⇒ id = iT1 = iT3 > 0, còn T2,
T4 khóa, ud > 0.
Trong ( π ÷ 2 π ) ⇒ điện áp u2 > 0 ⇒T1, T3 vẫn đang dẫn dòng phản kháng
⇒ id = iT1 = iT3 = ipk > 0, ud < 0.

Đến θ2 ≡(π + α) ⇒ u2 > 0 và có xung điều khiển ⇒ T2, T4 mở
⇒ id = iT2 = iT4 > 0; còn T1, T3 khóa, ud > 0.

Cứ như vậy, chúng ta sẽ điều khiển mở lần lượt từng cặp T1, T3 rồi đến T2, T4 cách
nhau một góc π .

Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

2.2.3 Điện áp và dòng điện chỉnh lưu:
 Trị trung bình điện áp chỉnh lưu:
1
Ud=
π

α+ π

∫ U m sinθdθ=
α

2 Um
cosα
π

 Dòng trung bình qua tải:
I d=

U d −E
R

 Trị trung bình dòng qua thyristor:
I v 1 AV =

Id
2

 Áp khóa và áp ngược cực đại đặt lên linh kiện: Um
2.2.4 Hiện tượng trùng dẫn:
Hiện tượng trùng dẫn là trạng thái các nhánh thyristor ở cùng nhóm cùng dẫn điện
tại thời điểm chuyển mạch.

Hình 2. : Hiện tượng trùng dẫn chỉnh lưu cầu 1 pha.

Hình 2. : Đồ thị dạng sóng khi xảy ra hiện tượng trùng dẫn
Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

Trong máy biến áp có cuộn dây nên có điện cảm L nên trong mạch sẽ xảy ra hiện
tượng trùng dẫn.
Giả sử T1, T3 đang mở cho dòng chảy qua i T1 = iT3 = Id. Khi θ=π +α phát xung mở
T2, T4. Vì có L nên dòng iT1, iT3 không giảm đột ngột về 0 và dòng i T2, iT4 cũng không tăng
đột ngột từ 0 ÷ Id. Lúc này, cả 4 van cùng mở không cho dòng chảy qua, phụ tải bị ngắn
mạch Ud = 0.
Hệ quả của hiện tượng trùng dẫn:
 Hiện tượng chuyển mạch làm giảm điện áp tải.
 Hiện tượng chuyển mạch hạn chế phạm vi điều khiển điện áp điều khiển và
do đó hạn chế phạm vi điều khiển điện áp chỉnh lưu.
 Hiện tượng chuyển mạch làm biến dạng điện áp nguồn.
2.3

CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHỈNH LƯU:

2.3.1 Khái niệm chung:
Xung điều khiển đưa vào thyristor lúc điện áp đặt lên anode thyristor phải là xung
dương.
⇒ Phải biết khi nào điện áp đặt lên thyristor dương.
⇒ Phải có điện áp đồng bộ: đồng bộ với điện áp khóa đặt lên thyristor.

Sơ đồ khâu phát xung – bộ điều khiển:

Hình 2. : Sơ đồ khối điều khiển thyristor

Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

2.3.2 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính:

Hình 2. : Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính
Điện áp điều khiển Uc là điện áp một chiều.
Điện áp đồng bộ Udb là điện áp răng cưa.
Điện áp so sánh uss = Uc - Udb.
Khi Uc = Udb ⇒ uss = 0 là thời điểm so sánh tạo xung điều khiển.
Góc điều khiển: α =π ×

Uc
=k ×U c
U dbM

Điện áp chỉnh lưu: Ud = Udo.cos(kUc).
2.3.3 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos:

Hình 2. : Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos
Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

Điện áp điều khiển Uc là điện áp một chiều.
Điện áp đồng bộ Udb là một đường cosin: Udb = Umcosθ
Điện áp so sánh uss = Uc - Udb.
Khi Uc = Udb ⇒ uss = 0 là thời điểm so sánh tạo xung điều khiển.
Khi θ=α thì Uc = Udb =Umcosα
⇒ Góc điều khiển α =arccos

Uc
Um

Điện áp chỉnh lưu: U d =U do ×
2.4

Uc
Um

BỘ CHỈNH LƯU CẦU 1 PHA KÉP ĐIỀU KHIỂN HOÀN TOÀN:

2.4.1 Sơ đồ nguyên lý:
Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha kép điều khiển hoàn toàn có cấu tạo gồm bộ chỉnh lưu cầu
1 pha có điều khiển mắc song song ngược với nhau.

Hình 2. : Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha kép điều khiển hoàn toàn
2.4.2 Nguyên lý hoạt động:
Để phân tích nguyên lý hoạt động ta tách ra một sơ đồ chỉnh lưu để phân tích. Đây
là sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển. Nguyên lý hoạt động được trình bày
như ở phần trước.
Sinh viên thực hiện:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy