Ưu điểm của mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ
|
Tìm hiểu về đặc điểm dạng sóng ngõ ra của mạch hai nửa chu kỳ. Từ đó đánh giá nhược điểm của mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ dùng 2 điốt là gì ? Show
Đặc điểm dạng sóng ngõ ra của mạch hai nửa chu kỳ Mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ dùng 2 điốt là mạch chỉnh lưu sử dụng 2 điốt Đ1 và Đ2 mắc nối tiếp với nhau ở hai đầu cuộn thứ cấp của biến áp. Khi điện áp xoay chiều ở cuộn thứ cấp có nửa chu kỳ dương, điốt Đ1 phân cực thuận dẫn điện, dòng điện qua điốt Đ1, Rtải và điốt Đ2. Khi điện áp xoay chiều ở cuộn thứ cấp có nửa chu kỳ âm, điốt Đ2 phân cực thuận dẫn điện, dòng điện qua điốt Đ2, Rtải và điốt Đ1. Vậy dạng sóng ngõ ra của mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ là dạng sóng có hình chữ nhật, có giá trị trung bình bằng 1/2 giá trị đỉnh của điện áp xoay chiều đầu vào. Đánh giá nhược điểm của mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ dùng 2 điốt Mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ dùng 2 điốt có một số nhược điểm như sau:
Nhược điểm quan trọng nhất của mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ dùng 2 điốt là dạng sóng ngõ ra có thành phần sóng hài bậc 3, bậc 5,... cao. Thành phần sóng hài là những thành phần có tần số là bội số của tần số của điện áp xoay chiều đầu vào. Thành phần sóng hài bậc 3, bậc 5,... có thể gây ra hiện tượng nhiễu điện từ, giảm hiệu suất của mạch. Để giảm thiểu nhược điểm này, người ta thường sử dụng mạch chỉnh lưu cầu. Mạch chỉnh lưu cầu có dạng sóng ngõ ra là dạng sóng hình sin, có thành phần sóng hài bậc 3, bậc 5,... thấp hơn so với mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ dùng 2 điốt. Đặc điểm ngõ ra của mạch hai nửa chu kỳSơ đồ và dạng sóng của mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ – Sơ đồ đấu dây: Mạch bao gồm một biến áp với thứ cấp có một điểm giữa, 2 điốt và tải là điện trở R. Nguồn điện xoay chiều ngõ vào mắc với sơ cấp của biến áp. Hai đầu dây ở thứ cấp mắc với hai điốt tương ứng. Điểm giữa của biến áp nối với tải R. – Nguyên lý hoạt động: Nguyên lý hoạt động của mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ – physics-and-radio-electronics.com + Ở bán kỳ dương thì điốt D1 dẫn điện, dòng điện đi qua D1 đến tải. Nếu bỏ qua sự sụt áp trên điốt thì lúc này tải song sóng với nguồn nên điện áp ngõ ra bằng điện áp ngõ vào. + Ở bán kỳ dương thì điốt D2 dẫn, dòng điện đi từ nguồn qua D2, qua R và quay về nguồn. Lúc này nguồn điện song song với tải nhưng ngược chiều, do đó điện áp ngõ ra có độ lớn bằng điện áp ngõ vào nhưng ngược dấu. Nhìn vào hình vẽ ta thấy ở bán kỳ dương điện áp ngõ ra đối xứng với điện áp ngõ vào qua đường 0V. ==> Điện áp được chỉnh lưu ở cả hai chu kỳ, tần số ngõ ra sẽ gấp 2 lần tần số ngõ vào. – Điện áp và dòng điện trung bình ngõ ra: 4 nhược điểm của mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ dùng 2 điốt là gì ?1. Chi phí mạch đắt hơnViệc sử dụng biến áp có điểm chung ở giữa sẽ làm cho giá thành của mạch đắt hơn so với mạch chỉnh lưu cầu có cùng dạng sóng ngõ ra. 2. Kích thước mạchMạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ 2 điốt sẽ chiếm nhiều không gian hơn do kích thước biến áp lớn hơn nhiều so với điốt. Đặc biệt với mạch công suất lớn thì kích thước biến áp càng lớn. 3. Giới hạn công suấtSơ với mạch chỉnh lưu cầu thì mạch lưu 2 nửa chu kỳ ít được sử dụng hơn trong các ứng dụng có công suất lớn. Vì biến áp sẽ chịu dòng trực tiếp tải ngõ ra, nhưng dòng điện hoạt động của biến áp là có giới hạn. Do đó mạch không đáp ứng được ứng dụng với tải sử dụng điện áp cao, dòng điện lớn. 4. Điện áp ngược của diodeTrong một chu kỳ, khi một điốt dẫn điện thì điốt còn lại sẽ bị khóa. Với điện áp ngược đặt lên nó bằng 2 lần áp nguồn (2*Vin). Do đó việc chọn điốt cần xem xét đến thông số điện áp ngược của các điốt, nếu chọn nhỏ hơn giá trị thực tế sẽ dẫn đến điốt bị đánh thủng.
Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ là gì? 2 sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ dùng 2 điốt, phân tính nguyên lý, đặc điểm của từng mạch. Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ là gì?Mạch chỉnh lưu hai 2 nửa chu kỳ là mạch biến đổi từ điện áp xoay chiều AC thành một chiều DC sử dụng 2 điốt. Mỗi điốt sẽ luân phiên dẫn điện trong một nửa chu kỳ của điện áp nguồn tạo ra điện áp ngõ ra được chỉnh lưu cả chu kỳ. Giả sử điện áp nguồn có tần số 50Hz hay chu kỳ T = 0,02s thì điện áp ngõ ra của mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ có độ gợn sóng với chu kỳ là T = 0,01s. Ưu điểm của mạch là chất lượng điện áp ngõ ra tốt và dễ lọc phẳng hơn so với mạch chỉnh lưu bán kỳ ta đã tìm hiểu ở bài viết trước. Nhược điểm của mạch này là phải sử dụng biến áp có điểm giữa nên bị hạn chế về công suất. Ngoài ra khi diode bị phân cực ngược thì điện áp ngược sẽ gấp 2 lần điện áp thuận. Nên trong nhiều ứng dụng người ta thường thay mạch này bằng mạch chỉnh lưu toàn cầu 4 diode. Do điểm giống nhau giữa mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ dùng 2 điốt và mạch chỉnh lưu cầu là điện áp được chỉnh lưu cả hai chu kỳ, dạng sóng điện áp ngõ ra có chu kỳ nhỏ hơn nên rất dễ lọc.  Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ là gì? 7 sơ đồ mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ dùng 2 điốtChúng ta sẽ sử dụng biến áp ở thứ cấp có điểm chung, do mô phỏng nên ở đây mình để tỉ số biến áp ở mặc định là 1. Do đó điện áp sơ cấp bằng với điện áp nguồn. Điện áp nguồn có điện áp hiệu dụng 220V và tần số 50Hz. 1. Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ với tải thuần trởHình bên dưới là sơ đồ và dạng sóng của mạch hai nửa chu kỳ với tải thuần R = 10 Ohm. Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ với tải thuần trở – Nguyên lý hoạt động: + Nhận xét: Hình vào dạng sóng của 2 diode ta thấy Diode D1 dẫn điện ở bán kỳ dương và diode D2 dẫn điện ở bán kỳ âm. Dạng sóng điện áp và nguồn điện trong trường hợp này giống với mạch chỉnh lưu toàn cầu 1 pha. + Ở bán kỳ dương: Diode D1 phân cực thuận nên dẫn điện, trong khi đó D2 bị phân cực ngược. Dòng điện lúc này qua D1, qua R nên điện áp hai đầu tải bằng với điện áp của cuộn thứ cấp Vo = Vs. + Ở bán kỳ âm: Diode D2 dẫn điện trong khi D1 ngưng dẫn, dòng điện qua D2, qua tải. Do đó chiều dòng điện qua tải vẫn như ở bán kỳ dương nên áp tải ngược giá trị với áp nguồn Vo = -Vs > 0. 2. Mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ dùng 2 điốt với tải RLTrong trường hợp tải ngõ ra sử dụng là tải có tính cảm L = 0.1H Mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ dùng 2 điốt với tải RL – Nguyên lý mạch điện như sau: + Bán kỳ dương: D1 dẫn điện, D2 không dẫn nên điện áp tải Vo = Vs. + Ở bán kỳ âm: Nguồn điện đổi chiều D2 dẫn và D1 ngưng dẫn dòng điện qua D2, qua tải RL nên điện áp ra vẫn dương Vo = – Vs > 0. Dòng điện trên tải không tăng hay giảm một cách đột ngột, nên ở cuối bán kỳ khi điện áp về 0 thì dòng điện tải vẫn dương và sẽ tăng theo từng bán kỳ cho đến khi đạt xác lập. 3. Mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ dùng 2 điốt với tải RLETrong trường hợp tải điều khiển có thành phần RLE ta sẽ mô phỏng hoạt động của mạch có thành phần điện áp một chiều E nối tiếp với RL như sau: Mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ dùng 2 điốt với tải RLE – Nhận xét: Nếu điện áp nguồn nhỏ hơn E thì diode bị phân cực ngược nên điện áp 2 đầu tải bằng với E. Nhưng do tải có tính cảm nên khi diode ngừng thì tải phát năng lượng tạo ra dòng điện tiếp tục duy trì diode dẫn điện. Trường hợp L = 0.04, khi tải phát hết năng lượng mà Vs E, nên Vo = Vs do đó D2 sẽ dẫn điện nên dòng qua tải là liên tục. 4. Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ với tụ lọcĐể làm phẳng điện áp ngõ ra ta sẽ sử dụng tụ điện song song với tải ngõ ra. Điện áp của tải là điện áp trên 2 đầu tụ điện. Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ 2 điốt với tụ lọc – Nguyên lý hoạt động: + Ở chu kỳ đầu tiên, trong bán kỳ dương khi điện áp nguồn tăng thì tụ nạp điện bắt đầu nạp điện qua diode D1. Khi điện áp nguồn đạt đến giá trị lớn nhất và bắt đầu giảm thì D1 ngưng dẫn và tụ điện xả điện qua tải. + Nếu giá trị tụ điện đủ lớn thì ở bán kỳ âm điện áp trên tụ vẫn sẽ lớn hơn điện áp trên đỉnh của nguồn. Do đó các diode D1, D2 tiếp tục bị phân cực ngược nên không dẫn điện. Do tải có tính cảm nên dòng điện trên tải tăng từ từ cho đến khi xác lập. Qua đây ta thấy khi sử dụng tụ điện mắc song song với tải thì điện áp và dòng điện ngõ ra được làm phẳng, công suất ngõ ra ổn định hơn. 5. Mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ có điều khiển với tải RMạch hai nửa chu kỳ có điều khiển sẽ sử dụng 2 SCR thay vì diode. SCR được điều khiển bởi tín hiệu đồng bộ với điện áp nguồn, góc kích thay đổi từ 0 – 180 độ. Mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ 2 điốt có điều khiển tải R – Nhận xét: + Ở đầu mỗi bán kỳ, khi chưa có xung kích xuất hiện thì điện áp ngõ ra bằng 0V + Ở bán kỳ dương khi có xung kích G1 thì SCR1 ngay lập tức dẫn điện, nên điện áp tải bằng với điện áp nguồn. + Ở bán kỳ âm khi có xung G2 thì SCR2 dẫn điện, điện áp tải ngược với điện áp nguồn nên dòng qua tải là dương: Vo = -Vs >0, IR > 0 => Như vậy so với mạch không điều khiển. Điện áp trung bình có thể thay đổi từ 0 đến điện áp trung bình của mạch sử dụng diode. 6. Chỉnh lưu có điều khiển 2 nửa chu kỳ với tải RLSơ đồ mạch với tải RL tương tự như ở mạch tải R, ta chỉ việc nối tiếp điện trở R với cuộn cảm L. Tùy thuộc vào giá trị L mà ta có dạng sóng khác nhau, hình bên dưới là dạng sóng trong 2 trường hợp L = 0,1H và L = 0,008H Dạng sóng mạch chỉnh lưu có điều khiển tải RL + Trường hợp L = 0,1H ta thấy dòng điện của tải luôn lớn hơn 0 và tăng dần cho đến khi đạt giá trị xác lập. Điện áp ngõ ra xuất hiện điện áp âm, do khi điện áp nguồn đổi dấu thì tải phát năng lượng duy trì SCR tiếp tục dẫn. Cho đến khi có xung kích vào cực G của SCR kia. + Trường hợp L = 0,008H ta nhận thấy dòng tải bị gián đoạn, điều này do tải phát hết năng lượng trước khi có xung kích dẫn SCR tiếp theo. 7. Mạch hỉnh lưu hai nửa chu kỳ dùng 2 SCR với tải RLETrong trường hợp tải có thành phần RLE ví dụ như động cơ một chiều. Dạng sóng ngõ ra được mô phỏng trong hai trường hợp như hình bên dưới. Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ dùng 2 SCR với tải RLE + Trường hợp giá trị điện cảm của tải đủ lớn (L = 0,1H): khi điện áp nguồn đổi chiều thì SCR bị phân cực ngược. Nhưng tải lúc này đóng vai trò phát điện tiếp tục duy trì trạng thái dẫn của SCR đó. Năng lượng tải đủ lớn để SCR dẫn cho đến khi xuất hiện xung kích tiếp theo, do đó dòng điện trên tải là liên tục. Dạng sóng ngõ ra giống với trường hợp tải RL. + Trường hợp giá trị điện cảm nhỏ (L = 0,015H) ta thấy khi điện áp đổi chiều thì SCR chỉ dẫn thêm được một đoạn ngắn. Do tải lúc này đã phát hết năng lượng và do đó điện áp ngõ ra lúc này: Vo = E. Cho đến khi có xung kích tiếp theo thì SCR được kích dẫn nên Vo = |Vs|. Tham khảo video mô phỏng nguyên lý mạch hai nửa chu kỳ >>> Xem thêm: Mạch chỉnh lưu là gì? 10 Mạch chỉnh lưu không điều khiển sử dụng diode 10 mạch chỉnh lưu có điều khiển sử dụng thyristor 8 mạch chỉnh lưu với tải đầy đủ RLE 4 nhược điểm của mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ là gì
|
