công suất

CHƯƠNG 1

MỞ ĐẦU – CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

1.1 Khái niệm chung

Điện tử Công suất lớn

Các linh kiện điện tử công suất được sử dụng trong các mạch động lực – công suất lớn

Sự khác nhau giữa các linh kiện điện tử ứng dụng (điện tử điều khiển) và điện tử công suất

• Công suất: nhỏ – lớn

• Chức năng: điều khiển – đóng cắt dòng điện công suất lớn

I_B

I_C

• Thời điểm

• Công suất Động lực

Điều khiển Các linh kiện điện tử công suất chỉ làm chức năng đóng cắt dòng điện – các van

Transistor điều khiển: Khuyếch đại

Transistor công suất: đóng cắt dòng điện

B I_C

UR

a b

A

A

U_CE = U - RI_C U_CE = U_CE1

U_CE1 U

I_B2 > I_B1

I_B1 > 0 I_B = 0

U_BE < 0 U_CE I_B2

IB

R

U u_CE

i_B C

B

u_BE E

i_E i_C

Đặc tính Volt – Ampe của van công suất lý tưởng

i

u điều khiển

u i

a c

b

d

Đối tượng nghiên cứu của điện tử

công suất

• Các bộ biến đổi công suất

• Các bộ khóa điện tử công suất lớn Chỉnh lưu

Nghịch lưu

BBĐ điện áp một chiều (BĐXA)

• BBĐ điện áp xoay chiều (BĐAX)

• Biến tần

1. 2. Các linh kiện điện tử công suất

1.2.1 Chất bán dẫn - Lớp tiếp giáp P - N

Ở nhiệt độ bình thường có độ dẫn điện nằm giữa chất dẫn điện và chất cách điện Loại P: phần tử mang điện là lỗ trống – mang điện tích dương

Loại N: phần tử

mang

+ + +

+ +

+ + +

-

- -

+

-

- -

-

- -

Miền bão hòa - Cách điện

P N

+ + +

+ +

+ + +

+ + +

- -

- -

+

- -

- -

- -

- -

P N

J

Phân cực ngược

+ + +

+ +

+ + +

-

- -

+

-

- -

-

- -

Miền bão hòa - Cách điện

P N

- +

+ + +

- - -

Miền bão hòa - Cách điện

P N

- +

Phân cực thuận

+ + +

+ +

+ + +

-

- -

+

-

- -

-

- -

Miền bão hòa - Cách điện

P N

-

+

-

+

i

1.2.2 Diode

Cấu tạo, hoạt động

R: reverse – ngược F: forward – thuận P N Katode

A K Anode

i_R u_R i_F

u_F

K A

Hướng ngược

Hướng thuận

Đặc tính V – A

Diode lý tưởng

u

i Nhánh thuận – mở

Nhánh ngược – đóng

Diode thực tế

U_TO: điện áp rơi trên diode

điện trở thuận trong diode

F F

F dI

r = dU điện trở ngược trong diode

R R

R

r dU

= dI

U_BR: điện áp đánh thủng

Hai trạng thái: mở – đóng

U_[BR]

IR [mA]

U_F [V]

U_R [V]

1 1,5 800 400 0

50 100

30 20

U_RRM Tj = 30 C^o

T o

j = 160 C I_F [A]

U_RSM

Nhánh thuận – mở

Nhánh ngược – đóng

Đặc tính động của diode

• U

: Điện áp chuyển mạch

• t

: Thời gian phục hồi khả năng đóng

• i

: Dòng điện chuyển mạch – phục hồi

∫

=

t rr

r

i dt

Q

0

: điện tích chuyển mạch

Quá áp trong

L

+

U_K

-

S I

i_F

irr

i_R

i_F

Ðóng S

trr

0,1 i_rrM

irrM i_R

iF = I O t

irr Qr

t

u_R u_F

U_k

u_RM

u_R = U_k O

Bảo vệ chống quá áp trong

R C

u

L

V

U

i

i

i

- +

V

O t

irr i_RC

O

U_k t Mở Đóng

L

R k

u U L di

= − dt

RC rr

L i i

i = +

Các thông số chính của diode

Điện áp:

• Giá trị điện áp đánh thủng U

• Giá trị cực đại điện áp ngược lập lại:

U

• Giá trị cực đại điện áp ngược không lập lại: U

Dòng điện - nhiệt độ làm việc

• Giá trị trung bình cực đại dòng điện thuận: I

• Giá trị cực đại dòng điện thuận không lập lại: I

U_[BR]

IR [mA]

UF [V]

UR [V]

1 1,5 800 400 0

50 100

30 20

URRM

Tj = 30 C^o T o

j = 160 C IF [A]

U_RSM

Nhánh thuận – mở

Nhánh ngược – đóng

Diode thực tế: IDB30E60 – Infineon Technologies

1.2.3 Transistor lưỡng cực (BT)

Cấu tạo, hoạt động

R

U u_CE

i_B C

B

u_BE E

i_E i_C

R

U u_EC

i_B C

B

u_EB E

i_E i_C

N

N B P

C

E

P

P B N

C

E

(Bipolar Transistor)

Đặc tính Volt – Ampe

Miền mở bão hòa

Miền đóng bão hòa

Mở

Đóng

• Đặc tính ngoài I

= f(U

)

• Đặc tính điều khiển I

= f(I

)

B I_C

RU

a b

A

A

U_CE = U - RI_C U_CE = U_CE1

U_CE1 U

I_B2 > I_B1

I_B1 > 0 I_B = 0

U_BE < 0 U_CE I_B2

I_B

I_CE

I_CE0 I_CER I_CES I_CEU

U_CE0 U_CE

U_BR(CEU) U_BR(CES) U_BR(CER) U_BR(CE0)

I_B = 0

U_CER U_CES

U_CEU R_B

-I_B U_BE +

-

R_B

-I_B U_BE +

+ -

- I_CEU

b) c)

a)

O

• 0 … Hở mạch B – E (I

= 0)

• R … Mạch B – E theo hình b)

• S … Ngắn mạch B – E (R

• U … Mạch B – E theo hình c)

Quá trình quá độ của transistor

i_B

I_B

0.9I_B

O t

0.1I_B

0.1I_C u_CE

t_d tr

i_C ts

t_off ton

O

t_f

0.9I_C I_C 0.1I_C

Mạch trợ giúp đóng mở

(Điện tử công suất – Nguyễn Bính)

Các thông số chính

Điện áp:

• Giá trị cực đại điện áp colector – emitor U

khi I

= 0

• Giá trị cực đại điện áp emitor – bazơ U

khi I

= 0

Dòng điện: Giá trị cực đại

của các dòng điện I

, I

, I

Transistor thực tế - MJW3281A (NPN) – ON Semiconductor

1.2.4 Transistor trường MOSFET

(Metal Oxid Semiconductor Field Effect Transistor)

N i_D

D

G OXID S u_GS

P N

G

D i

u

u

S

N D

G OXID S

P N

G

D

S

Đặc tính động

R_G on

U_G

off C_GS u_GS G

C_GD D

i_D C_DS

R

u_DS

U +

+ - -

S

GS

U_GS(th) 0.1U_G

U_G

0.9U_G

t 0.9U

U

tr

t_d(on)

ton

t_d(off) u_DS i_D

t_f

t_off

0.9U

0.1U

MOSFET thực tế - 19MT050XF – International Rectifier

1.2.5 Transistor lưỡng cực cổng cách ly - IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor

C

G

E

G

C

E

Đặc tính động

on G

U_G

R_G

i_C C

E

u_CE u_GE

off

R

U

u_GE 0.1U_CM

U_GE(th)

U_G 0.9U_G

u_CE t

0.1I_CM U

t_d(on)

tr

ton

t_d(off)

t_f

t_off

I_CT i_C

I_CM

0.1I_CM 0.9I_CM

IGBT thực tế

1MB-30-060 – Fuji Electric

1.2.6 Thyristor

Cấu tạo – Hoạt động

A

i

i

i

i

G

K

u

u R A

K

G P P

P

N N N

J3 J2 J1 A

K G

N

P

N

P

Điều kiện để

mở Thyristor

• U

> 0

• Xung điều khiển đưa vào cực điều khiển.

Điều kiện để đóng Thyristor

Đặt điện áp ngược lên A – K

u_D i_D

i_G i_R u_R

u_T i_T

u_G

A K

Hướng ngược

Hướng thuận

Trạng thái:

• Mở

• Đóng

• Khóa

• T: Thuận

• D: Khóa

• R: Ngược

Ký hiệu

Đặc tính Volt - Ampe

Thyristor lý tưởng

u

i Nhánh thuận – mở

Nhánh ngược – đóng

Thyristor thực tế

Ba trạng thái: đóng – mở – khóa

Nhánh khóa – khóa

U

: điện áp ngược đánh thủng U

: điện áp tự mở của thyristor U

: điện áp rơi trên Thyristor

I

: Dòng duy trì (holding) I

: Latching

Các thông số chính Tương tự như diode.

U

= U

Nhánh thuận – mở

Nhánh khóa – khóa

Nhánh ngược – đóng

I_G = 25 mA I_G = 0

I_G = 0 I_G = 25 mA

I_N I_L

U_[TD]

U_[BR]

U_[BR]

U_R [V]

U_D [V]

U_T

I_R 10-1

10-2

10-3

[A]

[A]

I_D I_T

10 10²

10^-3 10^-2 10^-1 1

1 10

10 10^{3 2}

2 3

10 10

10 1

Đặc tính điều khiển của thyristor:

i_G

U

R

u_G

U_G[V]

40 30 20

U_GT O

I_GT 1

I_G[A] 2 (P_GM)_Ψ=π/6

U_G=U-RI_G (P_GM)_Ψ=π/12

-40⁰C

i_G Ψ

2π

I_G ωt

i_G

0 t

Đặc tính động

Mở thyristor

Tổn thất

công suất khi mở thyristor

Khóa thyristor

G

A

J1 J2 J3 P

N P N

i_C

+

K -

i_C

C u_D

u_D

O t

O t i_C

Đóng thyristor

• Bảo vệ quá áp trong

• Thời gian đóng thyristor – Góc an toàn

t

Thyristor thực tế - 22RIA SERIES – International Rectifier

1.2.7 GTO

Gate Turn Off Thyristor

J1 J2 J3 G

i_RG K

A

P N N P

u_RG u_FG i_RG

i_FG

ir

(i_D) ur

(u_D) A

K G

Đặc tính động

Mở GTO

u_D

t_gd

t_gr

U_D 0.9U_D

ir

0.1U_D

t O

O

t_gt

i_FG I_FG÷10Α

0.2I_FG

Đóng GTO

I

i_D

i_T L

u_D

i_RG

u_RG

i_T t_gs

t_gf

u_D

I_TQ 0.9I_T

U_DP I_T=I

O t

t_gq

t_tq

O

u_RG i_RG

i_RG

Q_GQ u_RG

I_RG

Mạch trợgiúp

GTO thực tế - FG3000FX-90DA – Misubishi Electric

1.2.8 Triac

Hướng ngược

Hướng thuận Điện áp thuận Điện áp khóa Dòng điện thuận Dòng điện khóa

Dòng điện thuận Dòng điện khóa

Điện áp thuận Điện áp khóa

Dòng điện và điện áp cực điều khiển

Nhánh mở

Nhánh khóa

Nhánh khóa Nhánh mở U

> 0

U

> 0; I

> 0 U

< 0; I

< 0

U

> 0

U

> 0; I

> 0 U

< 0; I

< 0

Đặc tính Volt - Ampe

Triac thực tế - 2N6344 - ON Semiconductor

CHƯƠNG 2: MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

TRONG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

2.1 Năng lượng tích lũy vào cuộn kháng và giải phóng từ cuộn kháng

[ ]

1

0

1 1

0 0

0 1

( ) ( )

0 1 1 0 1 0

( ) ( )

( , );

( , ) ( ) ( ) ( ) ( )

L L

L L

t

L L

L L L

t

t i t

L L L L L L L

t i t

d di

u dt Q t t u L

dt dt

Q t t d L di t t L i t i t

Ψ Ψ

= = Ψ =

= Ψ = = Ψ − Ψ = −

∫

∫ ∫

t₀

t₀

2.2 Nhịp và sự chuyển mạch

Nhịp là khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp thay đổi trạng thái của linh kiện điện tử công suất trong mạch. Tên của nhịp là tên của linh kiện đang dẫn điện.

Chuyển mạch là trạng thái điện từ xảy ra trong mạch bộ biến đổi, được đặc trưng bằng việc dòng điện trong một nhánh chuyển sang một nhánh khác trong khi dòng điện tổng chảy ra từ nút giữa hai nhánh vấn không đổi.

Nhánh chính – Nhánh phụ

Linh kiện ĐTCS chính – Linh kiện ĐTCS phụ

Nhánh chínhNhánh chính Nhánh chính

Nhánh phụ

• Điện áp chuyển mạch

• Chuyển mạch ngoài – Chuyển mạch tự nhiên

• Chuyển mạch trong

• Chuyển mạch trực tiếp

• Chuyển mạch gián tiếp

• Chuyển mạch nhiều tầng

• Thời gian chuyển mạch – Góc chuyển mạch

• Chuyển mạch tức thời

2.3 Các đường đặc tính

Đặc tính ngoài (Đặc tính tải):

Mối quan hệ giữa điện áp đầu ra và dòng điện đầu ra của bộ biến đổi

Đặc tính điều khiển: Mối quan hệ

giữa điện áp đầu ra và đại lượng điều khiển của bộ biến đổi

2.4 Hệ số công suất của bộ biến đổi

S

= P λ

P: Công suất hữu công S: Công suất biểu kiến

… Hệ số công suất PF (Power Factor)

P = mUI

cosϕ

m: số pha

U: Giá trị hiệu dụng điện áp điều hòa của pha

I

: Giá trị hiệu dụng của thành phần bậc 1 dòng điện pha

ϕ₍₁₎

: Góc chậm pha của thành phần bậc 1 dòng điện pha so với điện áp S = mUI

I: Giá trị hiệu dụng dòng điện pha ∑

=

=

1 2

) ( 2

n

I

I

2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

( ) (1) ( )

1 2

n n

n n

S m U I m U I m U I

∞ ∞

= =

= ∑ = + ∑

2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

(1) (1) (1)

cos

sin

S = m U I = m U I ϕ + m U I ϕ = P + Q

mUI

: Công suất biểu kiến của thành phần bậc 1

Q

: Công suất phản kháng của thành phần bậc 1

2 2 2 2 (1)

2 ( ) 2

n n

S P Q D

D mU I

∞

=

= + +

= ∑

D: Công suất phản kháng biến dạng

2 2 2 (1)

(1) (1)

P cos

P Q D

I I

λ υ ϕ

υ

= =

+ +

=

… Độ méo dạng tổng THD (Total Harmonic Distortion)

… Hệ số méo dạng DF (Distortion Factor)

… Hệ số công suất PF (Power Factor)

2 ( ) 2

(1) n n

I

I

THD I

∞

= ∑

CHƯƠNG 3: THIẾT BỊ CHỈNH LƯU

Chức năng:

Biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều Ứng dụng

Cấp nguồn cho các tải một chiều: Động cơ điện một chiều, bộ nạp accu, mạ điện phân, máy hàn một chiều, nam châm điện, truyền tải điện một chiều cao áp, …

3.1 KHÁI NIỆM CHUNG

3.2 Đặc điểm của điện áp và dòng điện chỉnh lưu

3.2.1 Điện áp chỉnh lưu

u_d: Giá trị tức thời của điện áp chỉnh lưu – Bao gồm cả thành phần xoay chiều u_σ và thành phần một chiều – Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu U_d

d

d

u U

u =

+

Số xung đập mạch của sóng điện áp chỉnh lưu:

f

p f

=

• f_σ(1): Tần số của sóng điều hòa bậc 1 thành phần xoay chiều của u_d

• f: Tần số điện áp lưới

3.1.2 Dòng điện chỉnh lưu

i_d: Giá trị tức thời của dòng điện chỉnh lưu – Sóng dòng điện chỉnh lưu

I_d: Giá trị trung bình – Thành phần một chiều của sóng dòng điện chỉnh lưu i_σ: Thành phần xoay chiều của dòng điện chỉnh lưu

d d

i = + i

I

Xét hệ thống chỉnh lưu – tải R,L,E_ư:

( )

d

L d d

u L di u Ri E

= dt = − +

0;

0

d d L

u Ri E u di

> +

⇒ > dt >

0;

0

d d L

u Ri E u di

= +

⇒ = dt =

0;

0

d d L

u Ri E u di

< +

⇒ < dt <

• Dòng điện liên tục

• Dòng điện gián đoạn

• Dòng điện ở biên giới gián đoạn

d d

i = + i

I

d d

U E

I R

= −

I

≥ ⇒ 0 U

≥ E

( )

( ) 2 2

( ) n n

n

I U

R L

σ σ

ω

=

⎡ ⎤

+ ⎣ ⎦

Đối với giá trị trung bình – thành phần một chiều:

Đối với thành phần xoay chiều: • I_σ(n): Giá trị hiệu dụng của sóng điều hòa bậc n thành phần xoay chiều của dòng điện chỉn lưu

• U_σ(n): Giá trị hiệu dụng của sóng

điều hòa bậc n thành phần xoay chiều điện áp chỉnh lưu.

• ω_σ(n): Tần số góc của sòng điều hòa bậc n thành phần xoay chiều.

( )_n

0

L → ∞ ⇒ I

→ ⇒ = i I

Î Dòng điện được san phẳng tuyệt đối

3.3 Chỉnh lưu hình tia m-pha – dòng liên tục

Z L_K

R_K

u₁

3.3.1 Chỉnh lưu hình tia không điều khiển

1

2

3

sin

sin( 2 ) 3 sin( 4 )

3

m

m

m

u U u U u U

θ θ π θ π

=

= −

= −

θ ω = t

sin ( 1) 2

n m

u U n

m θ π

⎡ ⎤

= ⎢ ⎣ − − ⎥ ⎦

Trong khoảng θ₁ < θ < θ₂:

• Giả sử V2 mở

2

1 2 1 1 1 2

1

0

0 0

V

V V

V

u

u u u u u u

u

= ⇒

− − = ⇒ = −

⇒ >

Tương tự khi giả thiết V3 mở.

Î V1 mở Î Nhịp V1

Î Không hợp lý

Nhịp V1 – θ₁ < θ < θ₂:

1 2 2 1 3 3 1

1 1 2 3

0; ;

; ; 0

V V V

d d V d V V

u u u u u u u

u u i i I i i

= = − = −

= = = = =

Nhịp V2 – θ₂ < θ < θ₃:

2 1 1 2 3 3 2

2 2 1 3

0; ;

; ; 0

V V V

d d V d V V

u u u u u u u

u u i i I i i

= = − = −

= = = = =

Nhịp V3 – θ₃ < θ < θ₄:

3 1 1 3 2 2 3

3 3 1 2

0; ;

; ; 0

V V V

d d V d V V

u u u u u u u

u u i i I i 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 u_k = 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 = m

Số xung:

3.3.2 Chỉnh lưu hình tia có điều khiển

Tín hiệu điều khiển u_c

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:

π α <

≤

0

α π α

π

sin cos

cos

di

U

m

U = mU =

0 ^m

sin

di

U mU

m π

= π

U_di0: Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu không điều khiển.

2

0 2

3 3 3 3 6

sin 1.17

3 2 2

m m

di

U U U

U π U

π π π

= = = =

m = 3

Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu

2

2

2 sin

m

di m

m

U m U d

π π α π π α

π θ θ

+ +

− +

= ∫

Các đường đặc tính

Đặc tính điều khiển: Đặc tính ngoài (đặc tính tải):

• Đầu ra: U_d

• Đầu vào: α

0

cos

di di

U = U α

Chế độ chỉnh lưu

Chế độ nghịch lưu

6 2

π < < α π

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

P U I =

… chế độ nghịch lưu phụ thuộc

2

α > π

• Trong tải phải có E_ư

• E_ư đảo chiều

2 α π

⋅ > ⋅ E

> 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

t

γ ω =

3.3.4 Chỉnh lưu hình tia 3 pha có diode V0

d

V

u

u

= −

V0 sẽ mở khi trong trường hợp không có V0 thì u_d < 0

Î V0 chỉ hoạt động khi

2 m

α ≥ − π π

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

= − = = = =

= =

α π α

π

sin cos

cos

di

U

m

U = mU =

0 ^m

sin

di

U mU

m π

= π

2 m

α π π

• ≤ −

2 m 2 m

π π α π π

• − ≤ ≤ +

0 2

1 sin( )

2 sin 2 sin

m

di di

m

mU m

U d U

m

π π π α

α π

θ θ π

π

− −

= ∫ =

0 ^m

sin

di

U mU

m π

= π

Ảnh hưởng của diode V0

• Không có chế độ nghịch lưu

• Diode V0 làm tăng hiệu suất của bộ chỉnh lưu

U I

λ = mUI

U, I: giá trị hiệu dụng của điện áp và dòng điện pha

1

2

V

I I

ψ

= π

2

V V

m

ψ = π − 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

Nhóm KATODE

Nhóm ANODE

Nhóm

ANODE Nhóm

KATODE

3.4.1 Chỉnh lưu hình cầu 3 pha điều khiển hoàn toàn

• Dòng điện trong các pha:

i₁ = i_V1 – i_V4; i₂ = i_V3 – i_V6; i₃ = i_V5 – i_V2

• Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu:

p = 2m

di diA diK

U = U − U

2 sin cos

diA diK

U U

m U

m

π α

π

= −

=

Trong trường hợp m = 3

0

0

cos

2 2 sin

di di

di

U U

U mU

m α

π π

=

=

0

3 6 2.34

di

U U U

= π =

• 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

U U

U U

U U U U

π α

α

π π

=

= − ⇒ = + =

3.4.3 Chỉnh lưu hình cầu điều khiển hoàn toàn có diode V0

Diode V0 sẽ hoạt động khi

6 2

; 3 6 )

sin(

2 1

0

α π π ≤ α ≤ π + π

⎥⎦ ⎤

⎢⎣ ⎡ − −

=

di

U U

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

U U

= π

3.4.4 Chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn

1 2

1

2

sin 2 sin

sin( ) 2

m m

m

u U u u

u U u U

θ θ

θ π

= = −

=

= −

1 4 2 3

d dA dK

V V V V

u u u

i i i i i

= −

= − = −

0

0

cos

2 2 0.9

di di

di

U U

U U U

α π

=

= =

Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu

0

0

1 cos 2 2 2

di di

di

U U

U U

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

• Tải R:

i

≥ ⇒ 0 u

≥ 0

• Tải R,L:

U

= RI

> 0

Î với các α mà ở chế độ dòng liên tục U_d < 0 sẽ xuất hiện dòng điện gián đoạn

Trong nhịp “0”:

Trong nhịp “0”:

• Tải L, E_ư:

U

= E

Î với các α mà ở chế độ dòng liên tục U_d < E_ư sẽ xuất hiện dòng điện gián đoạn

Trong nhịp “0”:

d

0;

u = u = u

d

0;

u = u = u

d

;

u = E

u = − u E

MIN

;

θ 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. U_m là biên độ điện áp pha

• Chỉnh lưu hình cầu điều khiển hoàn toàn m – pha. p = 2m. U_m là biên độ điện áp dây (trừ trường hợp m = 1)

θ

= α

Góc bắt đầu:

• p = 1:

Z

2 p

θ = − + π π α

• p > 1:

sin (1)

d d m

Ri L di E U

ω d θ

+ θ +

=

Tải tổng quát R, L, E_ư:

sin( )

1

( ) sin( )

Z

Z

d m

d Z m Z

i U

Z

E e

R

i U 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 ϕ ω

τ

= +

=

=

i

≥ 0

Dòng điện gián đoạn:

MIN Z MAX

θ < θ < θ arcsin

2 arcsin

2

MIN

m MAX

m

E U

E U θ π

θ π

= <

= >

−

−

( ) 0

d Z

i θ =

sin( )

1

sin( )

Z

Z

d m

m Z

i U

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

d K m K

m Z

i U

Z

E e

R

U e

Z

θ θ ωτ

θ θ ωτ

θ θ ϕ

θ ϕ

− −

− −

= = − −

⎛ ⎞

⎜ ⎟

− − +

⎜ ⎟

⎝ ⎠

− −

−

2

K Z

p

θ − θ ≤ π

Sử dụng toán số giải (4) để xác định θ_K với điều kiện:

(4)

Dòng điện liên tục

2

K Z

p

θ = θ + π

( ) ( ) 0;

d Z d K

i θ = i θ >

Áp dụng vào (2)

2 2

( ) ( ) sin( 2 )

1 ( ) sin( )

d Z d K m Z

p m p

d Z Z

i i U

Z p

U

E e i e

R Z

π π

ωτ ωτ

θ θ θ π ϕ

θ θ ϕ

− −

= = + − −

⎛ ⎞ ⎡ ⎤

⎜ ⎟

− ⎜ ⎝ − ⎟ ⎣ ⎠ + ⎢ − − ⎥ ⎦

− (5)

Suy ra

2

2

sin( 2 ) sin( )

( ) ( )

1

Z p Z

d Z d K m

p

e E

i i U p

Z

Z e

π ωτ

π ωτ

θ π 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 2

V V d d

i + i = = i I

2 1

2 1

V V

K

di di

L u u

dt dt

⎛ − ⎞ = −

⎜ ⎟

⎝ ⎠

2 1 sin

2 sin

k km

km m

u u u U

U U

m

θ π

= − =

=

2

2 0

2 sin

i

V km

K

di U d

L

θ α

ω θ θ

∫ = ∫

( )

( )

2 cos cos

2

cos cos

2

V km

K km

km km

K

i U

L I

I U

L

α θ

ω

α θ

ω

= −

= −

=

( )

cos cos

d km

I = I ⎡ ⎣ α − α µ + ⎤ ⎦ arccos cos d

km

I

µ = ⎛ ⎜ α − I ⎞ ⎟ − α

⎝ ⎠

2 2

1 2

2

d k V

u u L di

dt u u

= −

= +

( cos cos )

km d

i I = α − θ − I

km km

K

I U

ω L

=

( )

1 2

3 4 1

cos cos 2

V V km

V V d V

i i I

i i I i

α θ

= = −

= = −

( )

2 I d = I km ⎡ ⎣ cos α − cos α µ + ⎤ ⎦ arccos cos 2 d

km

I

µ = ⎛ ⎜ α − I ⎞ ⎟ − α

⎝ ⎠

d 0

u =

Sụt áp do trùng dẫn U_dθ

d d

U θ = R I θ

2 pX k

R θ

= π

• Chỉnh lưu hình tia