Qua các nội dung phân tích trên, tín hiệu trên tải của mạch chỉnh lưu có dạng phẳng hơn khi dùng thêm mạch lọc. Tùy thuộc vào giá trị điện dung của tụ lọc phạm vi chênh lệch giữa giá trị áp cao nhất và á thấp nhất trên tải sẽ thay đổi. Khoảng chênh lệch giữa mức thấp nhất và cao nhất trên áp tải gọi là độ nhấp nhô (Ripple). Gọi : r là hệ số nhấp nhô.
Vrpp là phạm vi chênh lệch giữa mức cao nhất và thấp nhất của áp trên tải.
VP là áp định hay giá trị cao nhất của áp trên tải.
VAVG là áp trung bình hay áp DC trên tải
Theo toán học với áp trên tải là v tL có tính tuần hoàn. Ta có thể khai triển áp v tL theo Fourier. Lúc đó v tL được xem như tổng hợp từ nhiều áp hình sin thành phần khác tần số và biên độ. Tần số của tín hiệu sin thành phần bằng tần số với áp v tL gọi là tần số cơ bản và các tín hiệu sin thành phần khác có tần số cao hơn được gọi là sóng bậc cao.
Theo phương pháp này hệ số nhấp nhô được gọi xác định theo quan hệ sau
AVG
Giá trị hiệu dụng của các thành phần xoay chiều
r V (8.55)
HÌNH H8.51: Độ nhấp nhô trên áp tải Độ nhấp nhô (Ripple)
Độ nhấp nhô (Ripple)
HÌNH H8.52: Định nghĩa hệ số nhấp nhô trên áp tải.
Vrpp
VP
VAVG
Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
Mạch lọc có chất lượng càng cao, áp trên ngõ ra ra càng phẳng . Giá trị của hệ số nhấp nhô phụ thuộc vào giá trị điện trở tải RL và điện dung C của tụ lọc. Tương ứng với mỗi giá trị điện trở tải và độ nhấp nhô định trước, ta có một giá trị điện dung C tương ứng.
Nói khác đi, với trị số điện dung của tụ lọc chọn trước, khi tải thay đổi giá trị hệ số nhấp nhô thay đổi theo giá trị điện trở tải. Có nhiều tài liệu trình bày các phương pháp xác định điện dung tụ lọc theo hệ số nhấp nhô chọn trước, ta khảo sát một phương pháp đơn giản như sau.
PHƯƠNG PHÁP TÍNH :
Khi áp dụng phương pháp này, chúng ta giả sử:
Diode chỉnh lưu là lý tưởng, bỏ qua ảnh hưởng điện thế rào cản khi diode dẫn thuận.
Dạng áp trên tải đồng dạng với áp ngõ vào chỉnh lưu ở bán kỳ dương.
Áp tức thời ngõ vào chỉnh lưu toàn kỳ là: v tin Vin max.sin t V .
Dạng áp trên tụ và tải khi dùng mạch lọc tụ có dạng răng cưa tam giác thay vì có dạng tổ hợp hàm sin và hàm mủ đối với thời gian thỏa các giả thiết trên trình bày trong hình H8.53.
Trong đó, U VDC rpp: khoảng chênh lệch áp trên tải giữa mức cao nhất đến thấp nhất.
Quá trình tính toán được trình bày như sau:
Điện tích Qnạp trên tụ trong các quá trình diode chỉnh lưu dẫn.
nap rpp
Q V .C (8.56)
Lượng điện tích Qphóng được xả trong quá trình các diode ngưng dẫn.
phong ph dis
Q I .t (8.57)
Áp dụng định luật bảo toàn điện tích, điện lượng nạp và phóng bằng nhau; suy ra:
rpp ph dis
V .C I .t (8.58)
Gọi VP Vin max là giá trị đỉnh của áp chỉnh lưu cũng chính là mức áp tối đa đạt được trong quá trình nạp điện tích, gọi tdislà khoảng thời gian tụ xả điện tích qua tải, giá trị áp trên tụ đạt được ở cuối quá trình xả điện tích là VL min. Khi hệ số nhấp nhô r có giá trị càng thấp, áp nhấp nhô Vrpp tiến tới 0, thời gian tdis tiến tới giá trị T (khoảng thời gian của chu trình nạp và phóng điện của tụ),
HÌNH H8.53: Xác định biểu thức tính hệ số nhấp nhô.
P in max
V V
Vrpp
R .CLt
L C in max
v t v t V .e
L min
V
L min
V tiến tới giá trị Vin max. Khi điện áp trên tải được lọc phẳng, với hệ số nhấp nhô trên tải thấp hơn 10% và Tnạp<< Tphóng ta có tdis T . Quan hệ (8.58) được viết lại như sau:
rpp ph
V .C I .T (8.59)
Khi tín hiệu lọc phẳng, dòng Iph là dòng phóng điện của tụ qua tải cũng chính là dòng trung bình qua tải, do đó:
AVG ph
L
I V
R (8.60)
Từ các quan hệ (8.59) và (8.60) ta suy ra:
rpp
AVG L
V T
V R .C (8.61)
Muốn xác định một cách đơn giản giá trị hiệu dụng của các thành phần xoay chiều chứa trong khai triển Fourier của áp v tL chúng ta xem gần đúng v tL có dạng áp răng cưa . Dời trục tọa độ sao cho trục hoành trùng với mức áp trung bình VAVG. Giá trị hiệu dụng của thành phần xoay chiều v tL là giá trị hiệu dụng của áp hiện có sau khi thực hiện phép dời trục. Trong hình H8.54 , áp vLAC t là dạng áp v tL sau khi dời trục.
Áp tức thời vLAC t trong hình H8.54 được xác định như sau:
rpp 1
LAC 1
1
rpp rpp
LAC 1 1
1
V T
v t . t (0 t T )
T 2
V V
v t t T (T t T)
T T 2
(8.62)
Gọi VLAC là áp hiệu dụng của vLAC t ta có:
LAC 2 0T LAC rpp 2 0T1 1 2 rpp 2 TT1 1 2
1 1
V T t T
1 1 1
V v t .dt t .dt V .dt
T T T 2 2 T T
T1
T
rpp t
V
Vrpp
2
Vrpp
2
vLAC t
HÌNH H8.54: Áp v tL sau khi dời đến hệ trục mới với trục hoành trùng với mức áp VAVG.
Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
Hay: