Sơ đồ chỉnh lưu AC sang DC phổ biến nhất

Bộ chỉnh lưu là một thiết bị điện tử được thiết kế để chuyển đổi năng lượng điện từ dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều. Bộ chỉnh lưu dựa trên các thiết bị bán dẫn có độ dẫn một chiều - điốt và thyristor.

Ở công suất tải thấp (lên đến vài trăm watt), việc chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều được thực hiện bằng bộ chỉnh lưu một pha. Các bộ chỉnh lưu như vậy được thiết kế để cấp nguồn cho các thiết bị điện tử khác nhau có dòng điện một chiều, cuộn dây kích thích của động cơ DC công suất vừa và nhỏ, v.v.

Để dễ hiểu hơn về hoạt động của mạch chỉnh lưu, chúng ta sẽ tiến hành tính toán rằng bộ chỉnh lưu hoạt động trên tải điện trở.

Mạch chỉnh lưu một pha, nửa sóng (một chu kỳ)

Hình 1 cho thấy mạch chỉnh lưu đơn giản nhất. Mạch chứa bộ chỉnh lưu nối giữa cuộn thứ cấp của máy biến áp và tải.

Hình 1 - Bộ chỉnh lưu nửa sóng một pha: a) mạch - diode mở, b) mạch - diode đóng, c) sơ đồ thời gian hoạt động

Điện áp u2 thay đổi theo hình sin, tức làchứa nửa sóng dương và âm (nửa chu kỳ). Dòng điện trong mạch tải chỉ đi qua nửa chu kỳ dương khi đặt điện thế dương vào cực dương của điốt VD (Hình 1, a). Với phân cực ngược của điện áp u2, điốt đóng lại, dòng điện trong tải không chạy nhưng điện áp ngược Urev được đặt vào điốt (Hình 1, b).

Chế. chỉ một nửa sóng của điện áp cuộn thứ cấp được giải phóng trên tải. Dòng điện trong tải chỉ chạy theo một hướng và là dòng điện một chiều, mặc dù nó có đặc tính dao động (Hình 1, c). Dạng điện áp (dòng điện) này được gọi là xung DC.

Điện áp và dòng điện được chỉnh lưu chứa thành phần DC (hữu ích) và thành phần AC (gợn sóng). Mặt chất lượng của hoạt động chỉnh lưu được đánh giá bằng mối quan hệ giữa thành phần hữu ích với điện áp và dòng điện kích thích. Hệ số gợn của mạch này là 1,57. Giá trị trung bình của điện áp hiệu chỉnh trong khoảng thời gian Un = 0,45U2. Giá trị cực đại của điện áp ngược của diode Urev.max = 3,14Un.

Ưu điểm của mạch này là đơn giản, nhược điểm: sử dụng biến áp kém, điện áp ngược lớn của diode, tỷ lệ gợn cao của điện áp chỉnh lưu.

Mạch chỉnh lưu cầu một pha

Nó bao gồm bốn điốt được kết nối trong một mạch cầu. Cuộn dây thứ cấp của máy biến áp được nối với một đường chéo của cầu và tải với đường chéo kia (Hình 2). Điểm chung của cực âm của điốt VD2, VD4 là cực dương của bộ chỉnh lưu, điểm chung của cực dương của điốt VD1, VD3 là cực âm.

Hình 2-Bộ chỉnh lưu cầu một pha: a) mạch chỉnh lưu nửa sóng dương, b) mạch chỉnh lưu nửa sóng âm, c) sơ đồ thời gian hoạt động

Cực của điện áp trong cuộn thứ cấp thay đổi theo tần số của mạng cung cấp. Các điốt trong mạch này hoạt động theo cặp nối tiếp. Trong nửa chu kỳ dương của điện áp u2, các điốt VD2, VD3 dẫn dòng điện và điện áp ngược được đặt vào các điốt VD1, VD4 và chúng đóng lại. Trong nửa chu kỳ âm của điện áp u2, dòng điện chạy qua các điốt VD1, VD4 và các điốt VD2, VD3 đóng, dòng tải luôn chạy theo một chiều.

Mạch là toàn sóng (đẩy-kéo), do cả hai nửa chu kỳ của điện áp lưới Un = 0,9U2, hệ số gợn — 0,67 đều được phân phối trên tải.

Việc sử dụng mạch cầu chuyển đổi diode cho phép sử dụng máy biến áp một pha để chỉnh lưu hai nửa chu kỳ. Ngoài ra, điện áp ngược đặt vào diode ít hơn 2 lần.

Người tiêu dùng công suất trung bình và cao được cung cấp dòng điện trực tiếp từ chỉnh lưu ba pha, việc sử dụng làm giảm tải hiện tại trên điốt và giảm hệ số gợn.

Mạch chỉnh lưu cầu ba pha

Mạch bao gồm sáu điốt, được chia thành hai nhóm (Hình 2.61, a): cực âm — điốt VD1, VD3, VD5 và cực dương VD2, VD4, VD6. Tải được kết nối giữa các điểm kết nối của cực âm và cực dương của điốt, tức là. đến đường chéo của cây cầu đứng. Mạch được kết nối với mạng ba pha.

Hình 3 - Bộ chỉnh lưu cầu ba pha: a) mạch điện, b) sơ đồ thời gian hoạt động

Tại bất kỳ thời điểm nào, dòng tải chạy qua hai điốt.Trong nhóm cực âm, điốt có điện thế cực dương cao nhất hoạt động trong mỗi phần ba của chu kỳ (Hình 3, b). Trong nhóm cực dương, trong phần này của giai đoạn, điốt có cực âm có điện thế âm lớn nhất hoạt động. Mỗi điốt hoạt động trong một phần ba thời gian. Hệ số gợn của mạch này chỉ là 0,057.

Bộ chỉnh lưu có điều khiển - bộ chỉnh lưu, cùng với việc hiệu chỉnh điện áp (dòng điện) xoay chiều, cung cấp quy định về giá trị của điện áp (dòng điện) đã hiệu chỉnh.

Bộ chỉnh lưu có điều khiển được sử dụng để điều khiển tốc độ của động cơ DC, độ sáng của đèn sợi đốt, khi sạc pin, v.v.

Mạch chỉnh lưu có điều khiển được xây dựng trên thyristor và dựa trên việc điều khiển mômen mở của thyristor.

Hình 4a cho thấy sơ đồ của bộ chỉnh lưu điều khiển một pha. Đối với khả năng điều chỉnh hai nửa sóng của điện áp nguồn, một máy biến áp có cuộn dây thứ cấp hai pha được sử dụng, trong đó hai điện áp có pha ngược nhau được hình thành. Một thyristor được bật trong mỗi pha. Nửa chu kỳ dương của điện áp U2 chỉnh lưu thyristor VS1, âm - VS2.

Mạch điều khiển CS tạo xung để mở các thyristor. Thời điểm của xung mở xác định lượng nửa sóng được giải phóng trong tải. Thyristor mở khi có điện áp dương trên cực dương và xung mở trên điện cực điều khiển.

Nếu xung đến vào thời điểm t0 (Hình 4, b), thyristor mở trong toàn bộ nửa chu kỳ và điện áp cực đại tại tải, nếu tại các thời điểm t1, t2, t3 thì chỉ một phần của điện áp mạng là thả vào tải.

Hình 4 - Bộ chỉnh lưu một pha: a) mạch điện, b) sơ đồ thời gian hoạt động

Góc trễ, được đo từ thời điểm đánh lửa tự nhiên của thyristor, được biểu thị bằng độ, được gọi là góc điều khiển hoặc góc điều chỉnh và được ký hiệu là chữ α. Bằng cách thay đổi góc α (độ lệch pha của các xung điều khiển so với điện áp của cực dương của thyristor), chúng ta thay đổi thời gian trạng thái mở của thyristor và theo đó, điện áp được điều chỉnh trong tải.