B. BỘ BIẾN ĐỔI LOẠI DÒNG ĐIỆN: XOAY CHlỀư THÀNH MỘT CHIỀU
4.2.3. Chỉnh lưu một pha, hai nửa chu kỳ
Trong các sơ đồ chỉnh lưu một pha, hai nửa chu kỳ, ta thường gặp các diode có cathode nối chung vào một điểm hoặc có anode nối chung vào một điểm . Ta xem xét vấn đề này trước.
169
4.2.3.1. S ự dẫn dòng của nhóm diode nôi cathode chung hoặc anode ch u n g Hình 4.30 trình bày sơ đồ nối
các diode chỉnh lưu thành nhóm cathode chung (hình 4.30a) và nhóm anode chung (hình 4.30b).
Xét sự dẫn dòng của nhóm cathode chung (hình 4.30a).
- Nếu thế VI > v 2 > V thì diode Dj dẫn. Coi sụt áp trong Dị là lý tưởng thì AUdi = 0 và ta có V = V ị.
Như vậy, do diode Dj dẫn trước
HÌNH 4 3 0 . Ghép các diode chỉnh lưu thành n h óm : a) cathode chungv b) anode chung.
mà diode D2 có thế cathode VC2 = V = V] lớn hơn thế anode VA2 = v 2 nghĩa là bị phân áp ngược và khóa.
- Nếu th ế v 2 > V ị > V thì diode D2 dẫn và ta có V = v 2 (sụt áp trong diode D2 bằng 0).
Diode D| khóa vì V A | = V | < V C1 = V = v 2 (bị phân áp ngược).
Vậy: Trong một nhóm các diode mắc theo sơ đồ cathode chung, diode nào có thế anode lớn nhất sẽ dẫn và khi dẫn, nó đặt lên cathode chung (hay đầu vào của phụ. tải) một thế anode lớn nhất:
Do vậy, các diode khác sẽ bị khóa vì phân áp ngược.
Xét sự dẫn dòng của nhóm anode chung (hình 4.30b).
- Nếu thế V > Vị > v 2 thì diode D2 dẫn. Sụt áp trong D2 là bằng 0 nên ta có V = v 2. Như vậy, do diode D2 dẫn trước nên diode Dị có thế anode nhỏ hơn thế cathode và bị phân áp ngược. Diode D] sẽ khóa.
- Nếu thế V > v 2 > Vị thì diode D | dẫn và diode D2 khóa. Lập luận tương tự phần trên.
Vậy: Trong một nhóm các diode mắc theo sơ đồ anode chung, diode nào có thế cathode nhỏ nhất sẽ dẫn và khi dẫn, nó đặt lên anode chung (hay đầu ra của phụ tậi) một thế cathode nhỏ nhất:
Va(0 = Inf [Vc l(t), VC2(t),...]
Do vậy, các diode khác sẽ bị khóa vì phân áp ngược.
42.3.2. Chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ vói sơ đổ có điểm giữa (sơ đồ hình tia một pha) Trong sơ đồ hình 4.3 la, thứ cấp MBA có 2 cuộn dây nối tiếp nhau (hay một cuộn dây có điểm giữa) và s.đ.đ. tương ứng là:
Sơ đồ có 2 diode mắc thành nhóm cathode chung. Trong nửa chu kỳ dương, giả sử
VjÇt) > 0: diode D] dẫn và diode D2 khóa (hình 4.32a).
Trong nửa chu kỳ âm, v 2(t)>0: Diode D| khóa và diode D2 dẫn (hình 4.32b).
Vc (t) = Sup [VA|(t), VA2(t),...]
ej = V2E2 sin cot = V2E2 sin 0 = e(t) e2(t) = - e t(t)
1 7 0
HÌNH 4.31. Sơ đồ chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ.
Tại thời điểm t mà rot = 0 + 2k7t (k là số nguyên dương, âm hay bằng 0), diode D2 ngừng dẫn dòng điện qua phụ tải, diode D) bắt đầu dẫn dòng qua phụ tải.
Tại thời điểm t mà cot = 71 + 2k7t, dòng điện phụ tải ngừng qua diode D| để chuyển qua diode D2.
Như vậy, mỗi diode chỉ dẫn dòng điện trong một nửa chu kỳ, còn dòng điện qua tải là trong cả 2 nửa chu kỳ (hình 4.32c).
Dòng điện trên tải có số lần đập mạch là m = 2.
Khi một diode khóa, điện áp ngược đặt lên nó sẽ là 2e(t). Điện áp trên phụ tải trong cả 2 nửa chu kỳ đều lặp lại dạng của s.đ.đ. nguồn với giá trị tuyệt đối (hình 4.32c).
u0(t) = Sup [Vị(t), v2(t)] = ịvJ(t)Ị = V2E2|sincot| = V2E2|sin0| (4.23) Giá trị trung bình của điện áp
chỉnh lưu trên phụ tải:
=~ ]7 2 E 2 sin e.de = — e2 = 0,9E2
n o ' *
(4.24) Hình dạng của đường biểu diễn dòng điện phụ tải tùy thuộc vào bản chất của phụ tải.
- Đối với phụ tải là thuần trở, dòng điện có dạng hình 4.32c.
io(0 Uọ(t) R
Dòng điện phụ tải đồng pha với
điện áp trên phụ tải. H Ì N H 4 .3 2 . Đ ồ thị d ò n g đ iện và đ iện áp ch ỉn h lưu m ộ t pha hai nửa chu k ỳ th eo sơ đổ hình tia m ộ t p ha, tải th u ần trờ.
171
(4.25) Giá trị trung bình của dòng điện là:
R 7 R
Sơ đồ ở hình 4 .3 la có thể chuyển sang sơ đồ hình 4 .3 lb mà không hề có thay đổi gì về kết quả, ngoại trừ điện thế điểm M là âm ở sơ đồ hình 4 .3 la , trở thành dương ở sơ đồ hrtih 4.3 lb.
- Đối với phụ tải có tính chất cảm kháng:
e2(t) = Ri + L —
í dt
Cuộn cảm có sự nạp và phóng năng lượng dưới dạng từ năng nên dòng điện phụ tải bị tăng chậm và giảm chậm. Dòng
điện phụ tải không bao giờ bằng 0 (hình 4.33):
Trường hợp chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ có điểm chung, người ta không dùng diode đệm vì lúc nào cũng có điện thế hoặc của Aị hoặc của A2 luôn lớn hơn điện thế điểm giữa chung. Do đó, diode đệm không bao giờ dẫn dòng.
- Đối với phụ tải có s.đ.đ. thì:
di
HÌNH 4.33. D òng điện và điện áp khi chỉnh lưu theo sơ đổ hình tia một pha với tải có tính chất cảm kháng.
e2(t) - Rj + E0 +R dt
Xét trường hợp chỉ có điện trở thuần và s.đ.đ. như trong trường hợp bộ chỉnh lưu dùng cho nạp ắc quy (hình 4.34a).
e2(t) = Rj + E0 Khi vA](t) > E0 thì D] dẫn:
v A i ( t ) = vc l (t).
D2 bị khóa do phân áp ngược bởi điện áp:
UAC2 - e 2 - e i = -2 e
> 0 R
Khi vA2(t) > E0 thì D2 dẫn:
VA 2 ( 0 = VC2( 0 H Ì N H 4 . 3 4 . C h ỉn h lư u h ìn h tia m ộ t pha k h i tải là R + E.
172
D] bị khóa do phân áp ngược ở nửa chu kỳ âm.
UAC1 = - ( e i - e2) = -2 e V2E2s i n 0 - E n i o(t) = ---2^ --- > 0 Khi I vA|(t)| < E0 hoặc I vA2(t)| < E0 thì:
i0(t) = 0 ' và u0(t) = E0
Dị bị khóa dưới điện áp I VAI| - E0 < 0 D2 bị khóa dựới điện áp I VA2| - E0 < 0 Khoảng dẫn của các diode Dị và D2 nhỏ hơn 71.
4 .2 3 .3 . Chỉnh lưu m ột pha hai nửa chu kỳ với sơ đồ cầu m ột pha Sơ đồ cầu một pha (còn gọi là
sơ đồ cầu Graetz) như hình 4.35.
* Trong nửa chu kỳ dương của điện áp nguồn: VA > VB. 0 nhóm các diode D] và D2 mắc cathode chung thì Dị dẫn còn D2 khóa. Ở nhóm các diode D3 và D4 mắc anode chung thì D3 dẫn còn D4 khóa.
Dòng dẫn qua phụ tải theo đường:
HÌNH 4.35. Sơ đổ cầu Graetz.
(nguồn e2 - A - Dị - phụ tải - D3 - B - nguồn e2) Điện áp trên phụ tải:
U o ( t ) = Vp - VN = VA - V B = e2(t) > 0
* Trong nửa chu kỳ âm của điện áp nguồn: VA < VB. ở nhóm các diode Dị và D2 mắc cathode chung thì D2 dẫn còn D] khóa, ở nhóm các diode D3 và D4 mắc anode chung thì D4 dẫn còn D3 khóa.
Dòng dẫn qua phụ tải theo đường:
(nguồn e2 - B - D2 - phụ tải - D4 -. A - nguồn e2) Điện áp trên phụ tải:
u0(t) = Vp - VN = VA - V B = - e2(t) > 0
* Về toàn bộ cả chu kỳ thì có thể viết:
u„(t) = = V2E2 ịsin
Đồ thị điện áp trên phụ tải như hình 4.32c với số đập mạch m = 2. Đồ thị dòng điện phụ tải thì tùy theo tính chất của phụ tải mà có dạng như hình 4.32c (tải thuần trở) hay như hình 4.33 (tải trở và cảm kháng) hoặc như hình 4.34 (tải trở và s.đ.đ).
173