Giáo trình Lắp ráp và kiểm tra mạch điện tử công suất (Nghề: Cơ điện tử) - Trường CĐ Nghề Kỹ thuật Công nghệ

(NB) Giáo trình Lắp ráp và kiểm tra mạch điện tử công suất với mục tiêu giúp các bạn có thể nhận biết được các linh kiện điện tử công suất; trình bày được phương pháp lắp mạch của các mạch điện tử công suất như mạch chỉnh lưu, mạch điều chỉnh điện áp 1 chiều và xoay chiều; giải thích được trình tự thực hiện khi lắp ráp mạch theo yêu cầu.

Trang 2

2

LỜI GIỚI THIỆU

Để thực hiện biên soạn giáo trình đào tạo nghề Cơ điện tử ở trình độ Cao Đẳng và

Trung Cấp, giáo trình Lắp ráp và kiểm tra mạch điện tử công suất là một trong những

giáo trình mô đun đào tạo chuyên ngành được biên soạn theo nội dung chương trình chi tiết

mô đun Điện tử công suất Nội dung biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến thức và kỹ năng chặt chẽ với nhau

Giáo trình được thiết kế theo từng bài trong hệ thống mô đun của chương trình, có mục tiêu học tập, thực tập cho mô đun, phần lý thuyết cơ bản học viên cần phải nắm vững

để thực hành, thực tập Cuối mỗi bài sau phần lý thuyết cơ bản đều có phần bài tập thực hành

để giáo viên và học sinh sinh viên thực hiện

Khi biên soạn, nhóm biên soạn đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới có liên quan đến nội dung chương trình đào tạo và phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lý thuyết và thực hành được biên soạn gắn với nhu cầu thực tế trong sản xuất đồng thời có tính thực tiễn cao

Nội dung giáo trình được bố cục bao gồm 5 bài với nội dung như sau:

Bài 1: Van bán dẫn

Bài 2: Lắp ráp mạch chỉnh lưu

Bài 3: Lắp ráp mạch điều chỉnh điện áp một chiều (xung áp)

Bài 4: Lắp ráp mạch điều áp xoay chiều

Bài 5: Thiết bị biến tần

Trong giáo trình này tác giả đã sử dụng nhiều tài liệu tham khảo và biên soạn theo một trật tự logic nhất định Tuy nhiên, tùy theo điều kiện cơ sở vật chất và trang thiết bị tại trường có thể sử dụng cho phù hợp Mặc dù đã cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng được mục tiêu đào tạo nhưng không tránh được những khiếm khuyết.Rất mong nhận được đóng góp ý kiến của quý thầy, cô giáo, bạn đọc để nhóm biên soạn sẽ hiệu chỉnh hoàn thiện hơn

Hà Nội, ngày tháng năm 2019

BAN CHỦ NHIỆM BIÊN SOẠN GIÁO TRÌNH

NGHỀ: CƠ ĐIỆN TỬ

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ

Trang 3

3

MỤC LỤC

LỜI GIỚI THIỆU 2

BÀI 1: VAN BÁN DẪN 9

1 Diode công suất: 9

1.1 Đặc tính của diode công suất 11

1.2 Trình tự thực hiện 12

1.3 Một số sai hỏng thường gặp, nguyên nhân và biện pháp khắc phục, phòng tránh 13

2 Transistor MOSFET 13

2.1 Đặc tính của Transistor MOSFET 13

3.Thyristor 17

3.1 Đặc tính của Thyristor SCR 17

4 Triac 21

4.1 Đặc tính của Triac 21

5 IGBT 22

5.1 Đặc tính của IGBT 22

Trang 4

4

6 GTO 24

6.1 Đặc tính của GTO 25

BÀI 2: LẮP RÁP MẠCH CHỈNH LƯU 27

1 Lắp ráp mạch chỉnh lưu một pha, nửa chu kỳ 28

1.1 Lắp ráp mạch chỉnh lưu một pha, nửa chu kỳ 28

Bài 2: Lắp ráp mạch chỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ tải R-L 32

1.2 Lắp ráp mạch chỉnh lưu một pha nửa chu kỳ có điều khiển 32

2 Lắp ráp mạch chỉnh lưu cầu một pha 35

2.1 Lắp ráp mạch chỉnh lưu cầu một pha không điều khiển 35

2.2 Lắp ráp mạch chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển 38

3 Lắp ráp mạch chỉnh lưu tia ba pha 42

3.1 Lắp ráp mạch chỉnh lưu tia 3 pha không điều khiển (M3) 42

3.2 Lắp ráp mạch chỉnh lưu hình tia ba pha có điều khiển 47

4 Lắp ráp mạch chỉnh lưu cầu ba pha 50

4.1 Lắp ráp mạch chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển 50

4.2 Lắp ráp mạch chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển (B6) 54

BÀI 3: LẮP RÁP MẠCH ĐIỀU CHỈNH ÁP MỘT CHIỀU 60

1 Lắp ráp mạch xung áp đơn 60

1.1 Lắp ráp mạch tăng áp 60

Trang 5

5

1.2 Lắp ráp mạch giảm áp 63

2 Lắp ráp mạch xung áp song song 68

2.1 Phương pháp lắp mạch 68

2.3 Một số sai hỏng thường gặp, nguyên nhân và biện pháp xử lý, phòng tránh 70

2.4 Bài tập áp dụng 70

BÀI 4: LẮP RÁP MẠCH ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU 71

1 Lắp ráp mạch điều áp xoay chiều một pha (SCR Triac) 71

2 Lắp ráp mạch điều áp xoay chiều ba pha 76

BÀI 5: THIẾT BỊ BIẾN TẦN 78

1 Thiết bị biến tần 1 pha 78

2 Thiết bị biến tần 3 pha 80

Trang 6

6

TÀI LIỆU THAM KHẢO 84

Trang 7

7

GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN

Tên mô đun: Lắp ráp và kiểm tra mạch điện tử công suất

Mã mô đun: MĐ CĐT23

Thời gian thực hiện mô đun: 45 giờ; (Lý thuyết: 14 giờ; Thực hành, thí nghiệm, thảo luận,

bài tập: 26 giờ; Kiểm tra: 5 giờ)

I Vị trí, tính chất của mô đun:

- Vị trí: Mô đun được bố trí dạy sau khi học xong mô đun cơ bản như: Nhập môn

cơ điện tử, Điện cơ bản, Điện tử cơ bản, Kỹ thuật ứng dụng PLC

- Tính chất: Là mô đun chuyên môn

II Mục tiêu của mô đun:

Sau khi học xong mô đun này người học có khả năng:

- Kiến thức:

+ Nhận biết được các linh kiện điện tử công suất

+ Trình bày được phương pháp lắp mạch của các mạch điện tử công suất như mạch chỉnh lưu, mạch điều chỉnh điện áp 1 chiều và xoay chiều

+ Giải thích được trình tự thực hiện khi lắp ráp mạch theo yêu cầu

+ Phân tích được các được các lỗi thường gặp, nguyên nhân, biện pháp khắc phục

+ Tự chịu trách nhiệm khi thực hiện các công việc được giao

* Nội dung của mô đun:

1 Nội dung tổng quát và phân bổ thời gian:

Trang 8

8

Tổng

số

Lý thuyết

Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập

Thi/ Kiểm tra

3 Bài 3: Lắp ráp mạch điều chỉnh điện áp một

Trang 9

9

BÀI 1: VAN BÁN DẪN

MĐ CĐT23 - 01 Giới thiệu

Bài học này giới thiệu về nguyên lý đóng/cắt mạch điện xoay chiều và một chiều bằng linh kiện bán dẩn công suất : Diode, BJT, MOSFET, Thyristor, Triac Phuơng pháp này đã dần thay thế các thiết bị đóng/căt cơ học do có nhiều ưu điễm đặc biệt đối với các ứng dụng yêu cầu tốc độ và tần suất đóng/cắt cao

Mục tiêu

Sau bài này khi học xong bài này người học có khả năng:

+ Kiến thức:

- Phân biệt được các linh kiện điện tử công suất

- Trình bày được cấu trúc, đặc tính của các linh kiện điện tử công suất

- Phân tích được các lỗi thường gặp, nguyên nhân, biện pháp khắc phục

+ Kỹ năng:

- Đo, kiểm tra được chất lượng của linh kiện điện tử công suất

- Phòng tránh, khắc phục được các lỗi thường gặp khi đo, kiểm tra

+ Năng lực tự chủ và trách nhiệm:

- Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác và an toàn vệ sinh công nghiệp

- Tự chịu trách nhiệm khi thực hiện các việc được giao

Nội dung bài học

1 Diode công suất:

Khác với diode thuờng, về mặt cấu tạo diode công suất bao gồm 3 vùng bán dẩn silic với mật độ tạp chất khác nhau gọi là cấu trúc PsN, giữa hai vùng bán dẩn PN là một vùng có mật độ tạp chất rất thấp (vùng S) (hình 2.1)

Trang 10

10

Hình 2.1 Cấu tạo và ký hiệu điện diode công suất PsN

Trang 11

11

1.1 Đặc tính của diode công suất

Hình 2.2: Đặc tuyến V-A của diode

* Điện áp:

- Giá trị điện áp đánh thủng UBR

- Giá trị cực đại điện áp ngược lập lại: URRM

- Giá trị cực đại điện áp ngược không lập lại: URSM

* Dòng điện – nhiệt độ làm việc:

- Giá trị trung bình cực đại dòng điện thuận: IF(AV)M

- Giá trị cực đại dòng điện thuận không lập lại: IFSM

* Điều kiện chuyển mạch và điện áp nghịch

Một diode được điều khiển dẩn hay tắt là do cực tính điện áp đặt trên nó, nhưng diode chỉ chuyển sang trạng thái tắt khi dòng qua diode bằng 0 (hình 2.3)

Trang 12

12

Hình 2.3 Diode như 1 công tắc điều khiển bằng điện áp

Trong hình trình bày một công tắc diode lý tưởng đáp ứng được các điều kiện sau:

URRM » (1,5 2) U Nếu ngõ ra mạch chỉnh lưu có dùng tụ lọc thì điện áp nghịch đặt trên diode bằng 2 lần giá trị đỉnh của điện áp xoay chiều ở ngõ vào

- Dây có chốt cắm hai đầu

- Khối nguồn AC, DC

- Đồng hồ VOM

Trang 13

13

c Thực hiện:

* Cách 1: Dùng đồng hồ VOM để ở thang X10, đặt hai que đo vào hai đầu Diode, nếu:

- Đo chiều thuận que đen vào Anôt, que đỏ vào Katôt => kim lên, đảo chiều đo kim không lên là => Diode tốt

- Nếu đo cả hai chiều kim lên = 0Ω => là Diode bị chập

- Nếu đo thuận chiều mà kim không lên => là Diode bị đứt

- Nếu để thang 1KΩ mà đo ngược vào Diode kim vẫn lên một chút là Diode bị dò

* Cách 2: Cấp nguồn DC thao sơ đồ mạch:

- Dương nguồn nối vào bóng đèn -> cực A của diode -> cực K nối cực âm nguồn

nối theo chiều thuận

Dây kết nối lỏng Kiểm tra dây kết nối

2 Đồng hồ đo cả 2 chiều kim

đều không lên

Đặt sai thang đo hoặc que đo bị dứt

Trang 14

14

Hình 2.4 Cấu tạo của MOSFET

a Loại kênh đặt sẵn; b Loại kênh cảm ứng

Ký hiệu quy ước của MOSFET kênh N và kênh P đặt sẵn

* Đặc tính V- A

Hình 2.5: Họ đặc tuyến ra của MOSFET

a Với loại kênh đặt sẵn; b Với loại kênh cảm ứng Trong chế độ làm việc bình thường UDS > 0 Giả sử điện áp giữa cực điều khiển

và cực gốc bằng 0, UGS = 0, khi đó kênh dẫn hoàn toàn không xuất hiện và giữa cực gốc với cực máng sẽ là tiếp giáp pn- phân cực ngược Điện áp UDS sẽ rơi hoàn toàn trên vùng điện trở lớn của tiếp giáp này, dòng qua cực gốc và cực máng sẽ nhỏ

Q3MOSFET PQ1

MOSFET N

Trang 15

15 Nếu điện áp điều khiển UGS < 0 thì vùng bề mặt tiếp giáp cực điều khiển sẽ tích tụ các lỗ do đó dòng điện giữa cực máng và cực gốc vẫn hầu như không có

Khi điện áp điều khiển UGS > 0 và đủ lớn vùng bề mặt tiếp giáp cực điều khiển sẽ tích tụ các điện tử Như vậy một kênh dẫn thực sự đã hình thành Dòng điện giữa cực máng và cực gốc lúc này sẽ phụ thuộc vào điện áp UDS

2.2 Trình tự thực hiện

a Thiết bị và dụng cụ chuẩn bị

- Mudun linh kiện chứa MOSFET công suất

- Tải đèn

- Khối nguồn AC, DC

Chú ý: Giữa cực D - S của MOSFET công suất thường có Diode đệm nên khi đo

Rx1 sẽ có một chiều kim lên, cực tính của Diode đệm khi mắc vào phụ thuộc vào đặc tính của MOSFET là kênh P hay kênh N

Đặt lần lượt que đen, đỏ vào G, que còn lại đưa đến D rồi S Trong các lần đo kim đồng hồ kim đều không lên

Kênh N:

Đặt que đen vào cực S, que đỏ vào cực D  kim chỉ số ohm thấp

Đặt que đen vào cực D, que đỏ vào cực S  kim chỉ số ohm lớn hơn trường hợp trên

Trang 16

16 Đặt que đen vào cực D, que đỏ vào cực S Nếu dùng tay chạm giữa D và G MOSFET dẫn  kim chỉ số ohm giảm thấp Lúc này, nếu dùng tay chạm giữa G và S MOSFET ngắt  kim chỉ số ohm nhiều hơn

Chú ý: Độ nhạy của MOSFET càng cao, kim về càng nhiều MOSFET có công

suất càng cao, độ nhạy càng thấp

Trong thực tế thường gặp MOSFET hỏng ở dạng bị chạm mối nối D – S

Kênh P:

Đặt que đen vào cực D, que đỏ vào cực S  kim chỉ số ohm thấp(Gần 2) Đặt que đen vào cực S, que đỏ vào cực D  kim chỉ số ohm lớn hơn trường hợp trên

Đặt que đen vào cực S, que đỏ vào cực D Nếu dùng tay chạm giữa D và G MOSFET dẫn  kim chỉ số ohm giảm thấp Lúc này, nếu dùng tay chạm giữa G và S MOSFET ngắt  kim chỉ số ohm lớn hơn

2.3 Một số sai hỏng thường gặp, nguyên nhân và biện pháp khắc phục, phòng tránh

1 MOSFET kênh N: Đặt que đen vào cực

D, que đỏ vào cực S Dùng tay chạm

giữa D và G  kim chỉ số ohm giảm

thấp Lúc này, nếu dùng tay chạm giữa

G và S  kim chỉ số ohm không tăng

Trở tay thấp Dùng điện trở nối

giữa G và S để tăng điện trở

2 MOSFET kênh P: Đặt que đen vào cực

S, que đỏ vào cực D Nếu dùng tay chạm

giữa D và G  kim chỉ số ohm giảm

thấp Lúc này, nếu dùng tay chạm giữa

G và S  kim chỉ số ohm không tăng

Trở tay thấp Dùng điện trở nối

giữa G và S để tăng điện trở

Trang 17

17

3 Thyristor

3.1 Đặc tính của Thyristor SCR

* Cấu tạo và ký hiệu

Cấu trúc và ký hiệu của SCR được thể hiện trên (hình 2.7)

SCR là linh kiện bán dẫn có cấu tạo từ 4 lớp bán dẫn p-n-p-n tạo ra ba tiếp giáp p-n: J1,

J2, J3 và đưa ra 3 cực

- Cực cổng: G

- Anôt: A

- Catôt: K

Hình 2.6: Cấu trúc và ký hiệu của SCR

a.Cấu tạo b.ký hiệu

Trang 18

Khi điện áp UAK < 0, hai tiếp giáp J1, J3 đều phân cực ngược, lớp J2 phân cực thuận Lúc này SCR sẽ giống như 2 điốtmắc nối tiếp bị phân cực ngược Qua SCR sẽ chỉ có một dòng điện rất nhỏ chạy qua, gọi là dòng rò

Khi UAK tăng đạt đến một giá trị điện áp lớn nhất Ung.max sẽ xảy ra hiện tượng SCR

bị đánh thủng, dòng điện có thể tăng lên rất lớn SCR đã bị hỏng

Khi tăng điện áp UAK > 0, lúc đầu cũng chỉ có một dòng điện nhỏ chạy qua, gọi là dòng rò Điện trở tương đương mạch anot – catot vẫn có giá trị rất lớn Tiếp giáp J1, J3 phân cực thuận, J2 phân cực ngược Cho đến khi điện áp UAK tăng đến giá trị điện áp thuận lớn nhất Uth.max sẽ xảy ra hiện tượng điện trở tương đương mạch A – K đột ngột giảm, dòng chạy qua SCR sẽ chỉ bị giới hạn bởi điện trở mạch ngoài Nếu khi đó dòng

Trang 19

19 qua SCR lớn hơn một mức tối thiểu gọi là dòng duy trì Idt thì khi đó SCR sẽ dẫn dòng trên đường đặc tính thuận giống như đường đặc tính thuận ở điốt

* Các thông số cơ bản

Khi sử dụng SCR ta cần quan tâm tới các thông số cơ bản sau:

1.Dòng điện thuận cực đại: IA max

Đây là trị số dòng điện IA cực đại qua SCR mà SCR có thể chịu đựng liên tục, quá trị

số này SCR sẽ bị hư

2.Điện áp ngược cực đại

Đây là điện ấp ngược lớn nhất có thể đặt vào giữa A và K mà SCR chưa bị đánh thủng, nếu vượt qua trị số này SCR sẽ bị phá hủy Điện áp ngược cực đại của SCR thường khoảng 100V đến 1000V

3.Dòng điện kích cực G cực tiểu.:IGmin

Để SCR có thể dẫn điện trong trường hợp điện áp thấp thì phải có dòng điện kích cho cực G của SCR Dòng điện kích cực tiểu là trị số dòng nhỏ nhất tùy đủ để điều khiển SCR dẫn điện Dòng điện kích cực tiểu có trị số lớn hay nhỏ s tùy thuộc vào công suất của SCR Nếu SCR có công suất càng lớn thì dòng kích cực tiểu càng lớn Thông thường nó

có giá trị từ 1mA đến vài chục mA

4.Thời gian mở SCR:ton

Là thời gian cần thiết hay độ rộng xung của xung kích để SCR có thể chuyển từ trạng thái ngưng sang trạng thái dẫn Thời gian mở khoảng vài µs

5.Thời gian tắt:toff

Theo nguyên lý, SCR sẽ tự duy trì trạng thái dẫn điện sau khi được kích Muốn SCR đang ở trạng thái dẫn chuyển sang trạng thái ngưng thì phải cho IG bằng không và cho điện áp UAK bằng không Để SCR có thể tắt được thì thời gian cho UAK phải đủ lớn nếu không khi UAK tăng lên cao lại ngay thì SCR sẽ dẫn điện trở lại Thời gian tắt của SCR khoảng vài chục µs

Trang 20

- Cấp nguồn 12VDC, cấp nguồn tín hiệu vào cực G và nối tải bóng đèn, SCR như hình

vẽ Quan sát hiện tượng ở đèn Đo Uđèn và USCR Vẽ dạng sóng ra trên tải

- Đổi cực nguồn cấp Quan sát hiện tượng của đèn Nhận xét

- Thay nguồn 12VDC bằng nguồn 24VDC Quan sát hiện tượng ở đèn Đo Uđèn và USCR

Vẽ dạng sóng ra trên tải

- Thay đổi nguồn tín hiệu cấp ở cực G cho 2 trường hợp trên Quan sát hiện tượng ở đèn

và kết luận Vẽ dạng sóng ra trên tải

G

Trang 21

21

4 Triac

4.1 Đặc tính của Triac

Về nguyên tắc, triac tương đương với 2 thyristor ghép song song ngược chiều và

có chung cực cổng: Đặc tính của triac là dẩn điện hai chiều, ký hiệu, đặc tuyến và phương

pháp điều khiển linh kiện này được trình bày ở hình 2.8

Giống như thyristor, sau khi được kích dẩn, triac chỉ duy trì trạng thái dẩn điện khi dòng qua nó lớn hơn dòng duy trì IH

Hình 2.8: Ký hiệu, đặc tính và cách điều khiển triac

Triac được dùng để điều khiển dòng điện xoay chiều Triac được xử dụng như một công tắc xoay chiều điều khiển đèn, motor, lò sưởi công suất nhỏ và trung bình

Trang 22

22

b Qui trình thực hiện

- Cấp nguồn 12VDC, nối tải bóng đèn và triac như hình vẽ Quan sát hiện tượng ở đèn Đo Uđèn và Utriac Dùng máy hiện sóng quan sát dạng tín hiệu trên tải bóng đèn Vẽ dạng sóng đặt trên bóng đèn.Nhận xét

- Đảo cực nguồn cấp Quan sát hiện tượng ở đèn Đo Uđèn và Utriac Dùng máy hiện sóng quan sát dạng tín hiệu trên tải bóng đèn Vẽ dạng sóng đặt trên bóng đèn.Nhận xét

- Thay nguồn 12VDC bằng nguồn 24VAC Quan sát hiện tượng của đèn Dùng máy hiện sóng quan sát dạng tín hiệu trên tải bóng đèn Vẽ dạng sóng đặt trên bóng đèn

- Kết luận hoạt động TRIAC

1 Bóng đèn không sáng khi kết

Trang 23

23

Hình 2.9 Cấu trúc IGBT

Về cấu trúc bán dẫn, IGBT rất giống với MOSFET, điểm khác nhau là có thêm lớp nối với collector tạo nên cấu trúc bán dẫn p-n-p giữa emiter( tương tự cực gốc) với collector(tương tự với cực máng), mà không phải là n-n như ở MOSFET Vì thế có thể coi IGBT tương đương với một transistor p-n-p với dòng base được điều khiển bởi một MOSFET

Dưới tác dụng của áp điều khiển UGE > 0, kênh dẫn với các hạt mang điện là các điện tử được hình thành, giống như ở cấu trúc MOSFET.Các điện tử di chuyển về phía collector vượt qua lớp tiếp giáp n-p như ở cấu trúc giữa base và collector ở transistor thường, tạo nên dòng collector

* Thông số IGBT

- Điện áp cực đại CE khi GE ngắn mạch: UCSE

- Điện áp GE cực đại cho phép khi CE ngắn mạch: UGSE

- Dòng điện một chiều cực đại: IC

- Dòng điện đỉnh của colecto: ICmax

- Công suất tổn hao cực đại: Pmax

G

C

E G

Trang 24

- Thay nguồn 12VDC bằng nguồn 24VDC Quan sát hiện tượng ở đèn Đo Uđèn và UG

- Thay đổi nguồn tín hiệu cấp ở cực G cho 2 trường hợp trên Quan sát hiện tượng ở đèn và kết luận Vẽ dạng sóng ra trên tải

- Kết luận hoạt động IGBT

Dây kết nối lỏng hoặc đèn hỏng

Kiểm tra dây kết nối Thay bóng đèn

Trang 25

25

6.1 Đặc tính của GTO

GTO có thêm cổng kích ngắt mắc song song với cổng kích dẫn

Để GTO dẫn thì dòng kích dẫn phải được duy trì khi nó dẫn

Khi dòng kích vượt quá giá trị cho phép thì GTO sẽ không kích ngắt được

GTO được sử dụng cho các mạch công suất lớn có thể lên tới 6000- 7000A

Hình 2.10 : Cấu tạo của GTO

Để kích dẫn hoặc ngắt công tắc bán dẫn ở công suất rất cao, nên dùng thyristor GTO

Ví dụ, GTO có thểchuyển mạch tại dòng có cường độ 850A và chịu hiệu điện thế 4500V Ngoài ra GTO còn là một công tắt điện có thể điều khiển mà chịu được một điện áp ngược bằng điện áp thuận

Thyristor GTO là công tắc có thể điều khiển dùng trong mức công suất cao nhất Để kích dẫn GTO cần có một xung dòng dương từ cực G Để ngắt GTO, cần cung cấp cho GTO một xung dòng âm Cần duy trì một dòng điện cực G đủ lớn để GTO duy trì trạng thái hiện tại

- Ký hiệu GTO tương tự như ký hiệu Thyristor, như đã xem trong tài liệu mạch điều khiển pha và Thyristor, ngoại trừ dấu gạch xiên nhỏ được thêm vào

Trang 26

26

Hình 2.11: Ký hiệu của GTO Thyristor

* Nguyên lý

Trường hợp 1: Khi chưa có dòng điều khiển

- Nếu UA > UK thì toàn bộ điện áp sẽ rơi trên tiếp giáp J2 ở giữa giống như SCR

- Nếu UA < UK thì tiếp giáp p+ -n ở sát anốt sẽ bị đánh thủng ngay ở điện áp rất thấp tức GTO không thể chịu được điện áp ngược

Trường hợp 2: Khi có dòng điều khiển và ( A+ ; K-)

- Giống như SCR thường Tuy nhiên do cấu trúc bán dẫn khác nhau nên dòng duy trì

ở GTO cao hơn ở SCR thường Do đó, dòng điều khiển phải có biên độ lớn hơn và duy trì trong thời gian dài hơn để dòng qua GTO kịp vượt xa giá trị dòng duy trì, nguồn cung cấp

- GTO cũng như SCR thường, sau khi GTO đã dẫn thì dòng điều khiển không còn tác dụng , do đó có thể mở GTO bằng các xung ngắn với CS không đáng kể

Trường hợp 3: Khoá GTO

Để khoá GTO 1 xung dòng âm phải được lấy ra từ cực điều khiển Kết quả dòng anốt

sẽ bị giảm cho đến khi về đến không, dòng đều khiển được duy trì 1 thời gian ngắn để GTO phục hồi tính chất khoá

- Mudun linh kiện chứa GTO

Trang 27

- Cấp nguồn 12VDC, cấp nguồn tín hiệu vào cực G và nối tải bóng đèn, GTO như hình

vẽ Quan sát hiện tượng ở đèn Đo Uđèn và UGTO Vẽ dạng sóng ra trên tải

- Thay nguồn 12VDC bằng nguồn 24VDC Quan sát hiện tượng ở đèn Đo Uđèn và UGTO

- Thay đổi nguồn tín hiệu cấp ở cực G cho 2 trường hợp trên Quan sát hiện tượng ở đèn

và kết luận Vẽ dạng sóng ra trên tải

- Kết luận hoạt động GTO

Dây kết nối lỏng hoặc đèn hỏng

Kiểm tra dây kết nối Thay bóng đèn

Zt

G

Trang 28

28 Các bộ chỉnh lưu biến đổi điện năng xoay chiều thành một chiều cung cấp cho các tải một chiều như: động cơ điện một chiều, kích từ cho máy phát đồng bộ Bộ chỉnh lưu còn dùng để chuyển đổi điện xoay chiều thành dạng một chiều để truyền tải đi xa Bài học này sẽ trình bày nguyên lý hoạt động, dạng sóng, điện áp, dòng điện của các bộ chỉnh lưu

Mục tiêu

Sau bài này khi học xong bài này người học có khả năng:

+ Kiến thức:

- Phân biệt được điện áp vào ra trên mạch điện

- Biết vận dụng, tính toán các thông số của mạch điện theo yêu cầu

- Phân tích được các lỗi thường gặp, nguyên nhân, biện pháp khắc phục

+ Kỹ năng:

- Lắp ráp được các mạch chỉnh lưu không điều khiển theo sơ đồ, đảm bảo tính chính xác , đúng yêu cầu của mạch

- Thay thế các linh kiện sai hỏng theo số liệu cho trước

- Phòng tránh, khắc phục được các lỗi thường gặp khi lắp ráp

+ Năng lực tự chủ và trách nhiệm:

- Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác và an toàn vệ sinh công nghiệp

- Tự chịu trách nhiệm khi thực hiện các việc được giao

Nội dung bài học

1 Lắp ráp mạch chỉnh lưu một pha, nửa chu kỳ

1.1 Lắp ráp mạch chỉnh lưu một pha, nửa chu kỳ

1.1.1 Phương pháp lắp mạch

Trang 29

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý và giản đồ thời gian của mạch chỉnh lưu

một pha nửa chu kỳ với tải trở R Mạch van chỉ có một van duy nhất là Điốt D Do vậy ở nửa chu kỳ đầu (0 ÷ π) khi điện áp đặt vào mạch van u2 > 0, điốt được phân cực thuận nên dẫn Vì coi ΔUD = 0 nên

ud = u2

Ở nửa chu kỳ sau: (π ÷ 2π) điện áp u2 đảo dấu nên D khoá lại, vì thế ud = 0 Như vậy điện áp chỉnh lưu nhận được trên tải là:

2 2

0 2 2

0

45.0

2)

sin(

22

2)

(2

1

U U

t d t U

t d t u

Dòng trung bình trên diode: ID = Id

Điện áp ngược cực đại đặt lên điốt là: Ung.max = U2m = 2U2

Công suất 1 chiều được tính như sau: Pd = Ud.Id =

Trang 30

- Mudun chỉnh lưu không điều khiển

- Nguồn 220VAC

- Máy hiện sóng, đồng hồ VOM

b Trình tự thực hành

 Bước 1: Dùng dây cắm 4mm nối mạch theo sơ đồ đường nét đậm

 Bước 2: Cấp nguồn 1 pha 220V cho mô hình, bật công tắc cấp nguồn AC SUPPLY sang vị trí ON

 Bước 3: Lần lượt bật chuyển mạch tải R để thay đổi giá trị tải từ bé đến lớn, quan sát các đồng hồ và ghi giá trị vào bảng sau:

Trang 31

Kiểm tra đồng hồ Kiểm tra diode

1.1.4 Bài tập áp dụng

Trang 32

32 Bài 1: Lắp ráp mạch chỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ tải R-C

Bài 2: Lắp ráp mạch chỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ tải R-L

Bài 3: Lắp ráp mạch chỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ tải R-L-C

1.2 Lắp ráp mạch chỉnh lưu một pha nửa chu kỳ có điều khiển

b)

u G

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý và giản đồ thời gian của mạch chỉnh lưu

một pha nửa chu kỳ với tải trở R Mạch van chỉ có một van duy nhất là Thysistor T Do vậy ở nửa chu kỳ đầu (0 ÷ π) khi điện áp đặt vào mạch van u2 > 0, Thysistor được phân cực thuận, tại thời điểm ωt

= α, ta phát xung mở van thì Thysistor sẽ dẫn Vì coi ΔUT = 0 nên ud = u2 Ở nửa chu kỳ sau: (π ÷ 2π) điện áp u2 đảo dấu nên T khoá lại, vì thế ud = 0

Như vậy điện áp chỉnh lưu nhận được trên tải là:

)cos1(2

2)

sin(

22

1)

(2

1

2 2

Trang 33

33 Điện áp ngược cực đại đặt lên T là: Ung.max = U2m = 2U2

1.2.2 Trình tự thực hiện

- Mudun chỉnh lưu có điều khiển

- Nguồn 220VAC

Bước 1: Dùng dây cắm 4mm và 2mm nối mạch theo sơ đồ

Bước 2: Cấp nguồn 1 pha 220V cho mô hình, bật công tắc cấp nguồn AC SUPPLY sang vị trí ON

Bước 3: Bật chuyển mạch tải R để ở vị trí R(20), dùng máy hiện sóng đo dạng sóng

và vẽ lại dạng sóng trên tải

Trang 35

35

1 Giá trị Ud đo được không chính

xác

Xác định góc kích α không chính xác

Điều chỉnh lại góc kích α

2 Tín hiệu dạng sóng DC đo được

trên máy hiện sóng bị nhiễu

Que đo kết nối lỏng Kiểm tra lại que đo

Bài 1: Lắp ráp mạch chỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ tải R-C

Bài 2: Lắp ráp mạch chỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ tải R-L

Bài 3: Lắp ráp mạch chỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ tải R-L-C

2 Lắp ráp mạch chỉnh lưu cầu một pha

2.1 Lắp ráp mạch chỉnh lưu cầu một pha không điều khiển

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý và giản đồ thời gian mạch chỉnh lưu cầu một pha

Ở nửa chu kỳ đầu (0 ÷ π) D1 và D2 được phân cực thuận nên mở, còn hai van D3

và D4 bị phân cực ngược nên bị khoá lại Do hai van D1 và D2 cùng mở nên sụt áp trên chúng giảm về 0 và ta có u2 = ud; uD3 = uD4 = - u2; uD1 = uD2 = 0; iD1 = iD2 = Id; iD3 = iD4 =

0

Trang 36

36 Đến nửa chu kỳ sau (π ÷ 2π) D1 và D2 phân cực ngược nên khoá lại, còn hai van

D3 và D4 được phân cực thuận nên mở Do hai van D3 và D4 cùng mở nên sụt áp trên chúng giảm về 0 và ta có u2 = ud; uD3 = uD4 = 0; uD1 = uD2 = - u2; iD1 = iD2 = 0; iD3 = iD4 =

Id

Biểu thức điện áp

2 2

0 2 0

9.02

2)

sin(

22

2)

(2

1

U U

t d t U

t d t u U

t d

Dòng điện trung bình qua Diode: I D I d

d

I



Công suất tải: Pd = Ud Id

Công suất biểu kiến cuộn thứ cấp máy biến áp: S =

d

U

 22

- Mudun chỉnh lưu không điều khiển

- Nguồn 220VAC

Trang 37

37

Bước 1: Dùng dây cắm 4mm nối mạch theo sơ đồ đường nét đậm

Bước 2: Cấp nguồn 1 pha 220V cho mô hình, bật công tắc cấp nguồn AC SUPPLY sang vị trí ON

Bước 3: Lần lượt bật chuyển mạch tải R để thay đổi giá trị tải từ bé đến lớn, quan sát các đồng hồ và ghi giá trị vào bảng sau:

Trang 38

38

2.1.3 Một số sai hỏng thường gặp, nguyên nhân và biện pháp xử lý, phòng tránh

1 Tín hiệu dạng sóng DC đo được

trên máy hiện sóng không có

Dây kết nối lỏng Kết nối lại dây đo

2 Đồng hồ đo UD và Ud không lên Đồng hồ hỏng thang đo

DCV hoặc diode hỏng

Kiểm tra đồng hồ Kiểm tra diode

Bài 1: Lắp ráp mạch chỉnh lưu cầu 1 pha tải R-C

Bài 2: Lắp ráp mạch chỉnh lưu cầu 1 pha tải R-L

Bài 3: Lắp ráp mạch chỉnh lưu cầu 1 pha tải R-L-C

2.2 Lắp ráp mạch chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển

2.2.1 Phương pháp lắp mạch

* Sơ đồ mạch

Trang 39

Ở nửa chu kỳ đầu (0 ÷ π) điện áp u2 > 0: T1, T2 được đặt điện áp thuận tại thời điểm ωt = α ta phát xung mở van T1, T2 thì T1 và T2 sẽ dẫn, khi đó: UT1 = UT2 = 0 Còn van T3 và T4 đặt điện áp ngược nên sẽ bị khoá lại

Ở nửa chu kỳ sau (π ÷ 2π) điện áp u2 < 0: T1, T2 bị đặt điện áp ngược nên bị khoá lại Khi đó hai van T3 và T4 được đặt điện áp thuận, nếu tại thời điểm ωt = π + α ta phát xung mở van T3, T4 thì hai van này sẽ dẫn, UT3 = UT4 = 0

Biểu thức điện áp

2 2

0 2 0

9.02

2)

sin(

22

2)

(2

1

U U

t d t U

t d t u U

t d

Dòng điện trung bình qua Diode: I D I d

d

I



Công suất tải: Pd = Ud Id

Công suất biểu kiến cuộn thứ cấp máy biến áp: S =

2

S 

Trang 40

40 Với S1= U1.I1; S2= U2.I2

Mà S1= S2 => S2=

22

d

U

 22

- Mudun chỉnh lưu có điều khiển

- Nguồn 220VAC

 Bước 1:

- Dùng dây cắm 4mm nối mạch theo sơ đồ

- Dùng dây cắm 2mm nối K1 ở mạch phát xung điều khiển với K1 ở mạch Thyristor

Định dạng
Số trang	85
Dung lượng	2,91 MB