GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Giới thiệu về môđun Vị trí, ý nghĩa, vai trò mô đun/môn học: Với sự phát triển và hoàn thiện không ngừng của thiết bị điện trên mọi lĩnh vực, mạch điện tử trở thành một thành phần không

ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

(Tài liệu lưu hành nội bộ)

Trường Cao Đẳng Nghề Cơ Điện Hà Nội

Khoa Điện

Tuyên bố bản quyền:

- Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nội bộ, cho nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục

đích về đào tạo và tham khảo

- Mọi mục đích khác có ý đồ lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm

- Trường Cao Đẳng nghề Cơ điện Hà Nội sẽ làm mọi cách để bảo vệ bản quyền của mình

- Trường cảm ơn và hoan nghênh các thông tin giúp cho việc tu sửa và hoàn thiện tốt hơn tài liệu này

Địa chỉ liên hệ:

Khoa Điện – Trường Cao Đẳng nghề Cơ điện Hà Nội

160 – Phố Mai Dịch – Quận Cầu Giấy – Hà Nội

Tác giả:

Trần Đại Lộc – DĐ: 0912 440242 Email: Dailoc@live.com

Lời tựa

Giáo trình đã được xây dựng trên cơ sở kế thừa những nội dung kiến thức đã được giảng dạy, kết hợp với những nội dung mới nhằm đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo, phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa Đề cương của giáo trình đã được Bộ trưởng Bộ lao động thương binh xã hội ban hành và đã nhận được nhiều ý kiến thiết thực giúp cho tác giả biên soạn phù hợp hơn

Giáo trình do thầy giáo: Th.S Trần Đại Lộc giáo viên Khoa điện có nhiều kinh nghiệm trong giảng dạy biên soạn, theo tiêu chí ngắn gọn, dễ hiểu,

bổ sung nhiều kiến thức mới và chú ý tới tính liên thông để người học sau này

dễ dàng học ở bậc cao hơn Các nội dung được trình bày theo quan điểm mở, bao gồm những vấn đề cơ bản, cốt yếu để tùy theo tính chất của các nghành nghề đào tạo mà nhà trường tự điều chỉnh cho thích hợp và không trái với quy

định của chương trình khung đào tạo Cao đẳng nghề, Trung cấp nghề

Tuy tác giả đã có nhiều cố gắng, nhưng giáo trình chắc không tránh khỏi những khiếm khuyết, mong nhận được ý kiến đóng góp của bạn đọc nhằm nâng cao chất lượng phục vụ cho việc dạy và học đạt chất lượng cao hơn

Tài liệu này được thiết kế theo từng mô đun/ môn học thuộc hệ thống mô đun/môn học của một chương trình, để đào tạo hoàn chỉnh nghề Điện công nghiệp ở cấp trình độ Cao đẳng nghề và được dùng làm Giáo trình cho học viên trong các khoá đào tạo, cũng có thể được sử dụng cho đào tạo ngắn hạn hoặc cho các công nhân kỹ thuật, các nhà quản lý và người sử dụng nhân lực tham khảo

Hà nội, ngày tháng… năm

Mục lục

1 Lời tựa 2

2 Mục lục 3

3 Giới thiệu về mô đun 4

4 Sơ đồ quan hệ theo trình tự học nghề 5

5 Các hoạt động học tập chính trong môn học 7

6 Bài 1: Tổng quan về điện tử công suất 9

7 Bài 2: Chỉnh lưu 32

8 Bài 3: Biến đổi DC-DC 59

9 Bài 4: Dao động tạo xung và biến đổi dạng xung 80

10 Bài 5: Bộ biến tần 115

11 Bài 6: Bộ nghịch lưu 123

12 Bài 7: Mạch điều khiển và khống chế 135

13 Trả lời các câu hỏi và bài tập 143

14 Tài liệu tham khảo 152

Giới thiệu về môđun

Vị trí, ý nghĩa, vai trò mô đun/môn học:

Với sự phát triển và hoàn thiện không ngừng của thiết bị điện trên mọi lĩnh vực, mạch điện tử trở thành một thành phần không thể thiếu được trong các thiết bị điện, công dụng chính của nó là để điều khiển khống chế các thiết

bị điện, thay thế một số khí cụ điện có độ nhạy cao, công suất lớn Nhằm mục

đích: gọn hoá các thiết bị điện, giảm tiêu hao năng lượng trên thiết bị, tăng độ nhạy làm việc, tăng tuổi thọ của thiết bị Do đó, nhận dạng được các linh kiện, mạch điện tử, kiểm tra, thay thế, được các linh kiện, mạch điện hư hỏng

là một yêu cầu quan trọng không thể thiếu được, nhất là trong lĩnh vực điện công nghiệp, khi mà các dây chuyền công nghiệp được hình thành và phát triển mạnh trên phạm vi cả nước

Mục tiêu thực hiện của môn học:

Sau khi hoàn tất Môđun này, học viên có năng lực:

- Mô tả đặc trưng và những ứng dụng chủ yếu của linh kiện: DIODE, Mosfet, DIAC, TRIAC, IGBT, SCR, GTO

- Lắp ráp, sửa chữa đợc các mạch điện tử công suất cơ bản như: Biến đổi AC - DC; Biến đổi DC - DC; Biến tần

- Lắp ráp, sửa chữa được các mạch các mạch tạo xung và biến đổi dạng xung

- Tính toán, lắp ráp, cân chỉnh và sửa chữa được mạch chỉnh lưu 1 pha, 3 pha

có công suất nhỏ đến công suất tương đối lớn, ổn áp và các ứng dụng khác của

kỹ thuật điện tử trong hệ thống điện công nghiệp

Nội dung chính của môđun:

Môđun này có sáu bài, học trong 150 giờ, trong đó 60 giờ lý thuyết và 90 giờ thực hành Các bài học như sau:

Bài 1: Tổng quan về điện tử công suất

Bài 2: Chỉnh lưu

Bài 3: Biến đổi DC-DC

Bài 4: Dao động tạo xung và biến đổi dạng xung

Bài 5: Bộ biến tần

Bài 6: Bộ nghịch lưu

Bài 7: Mạch điều khiển và khống chế

2.4 Sơ đồ mối liên hệ giữa các mô-đun và môn học trong chương trình

Ghi chú: Môn học Điện tử ứng dụng cung cấp những kiến thức cơ sở để học viên có thể phân tích hoạt

động, lắp ráp và sửa chữa của các mạch điện tửổtng thiết bị điện, Khí cụ điện Môn học này có tầm quan trọng không thể thiếu được trong phần đào tạo tay nghề cho công nhân hoạt động trong lĩnh vực điện Khi học viên học tập và thực hành môn học này, nếu phần nào không đạt yêu cầu, cần phải được học lại và kiểm tra kiến thức và thực hành về phần chưa đạt đó

Khi chuyển trường, chuyển ngành, học viên nếu đB học ở một cơ sở đào tạo khác rồi thì phải xuất trình giấy chứng nhận; Trong một số trường hợp có thể vẫn phải qua sát hạch lại

kỹ thuật số - 25 trang bị đIện 1 - 21

q -dây máy đIện -18 cung cấp đIện 1 - 19 máy đIện -17

Các hoạt động học tập chính trong môđul

1- Hoạt động học trên lớp có thảo luận

2 - Hoạt động tự học, tự sưu tầm các tài liệu liên quan và làm các bài tập về môn học Điện tử cơ bản

3 - Hoạt động thực hành tại xưởng về các mạch điện tử cơ bản đã học, lắp ráp và phát hiện những sai lỗi của các mạch điện tử cơ bản

Yêu cầu về đánh giá hoàn thành môđun

Nội dung kiểm tra viết:

- Trình bày cấu tạo, nguyên lí hoạt động, ứng dụng các mạch điện tử ứng dụng

- Trình bày phạm vi sử dụng của các mạch điện tử ứng dụng

- Phân tích các mạch điện tử cơ bản

Nội dung kiểm tra thực hành:

- Kiểm tra kỹ năng thực hành lắp ráp, sửa chữa, thay thế các linh kiện được đánh giá theo các tiêu chuẩn:

- Độ chính xác của các dạng tín hiệu ở ngõ ra, sau khi lắp ráp, sửa chữa

- Tính thẩm mỹ của mạch lắp ráp, sửa chữa

- Các vật liệu khi thực hành:

Các linh kiện điện tử thụ động và bán dẫn các loại theo yêu cầu mạch điện thực

tế

Bài 1: Tổng quan về điện tử công suất

Giới thiệu:

Để hiểu rõ nguyên lý hoạt động và các đặc tính cơ bản của các phần tử bán dẫn là điều vô cùng quan trọng để có thể sử dụng đúng và phát huy hết hiệu quả của các phần tử bán dẫn trong các ứng dụng cụ thể Tính năng kỹ thuật chủ yếu của các phần tử bán dẫn công suất thể hiện qua khả năng đóng cắt dòng điện, khả năng chịu

điện áp và các đặc tính liên quan đến quá trình đóng cắt cũng nh− vấn đề điều khiển chúng Về khả năng điều khiển, các Van bán dẫn đ−ợc phân loại thành:

- Van không điều khiển nh− ĐIÔT

- Van có điều khiển, trong đó phân loại ra:

+ Điều khiển không hoàn toàn nh− TIRISTOR, TRIAC

+ Điều khiển hoàn toàn nh− BIPOLAR TRANZITOR, MOSFET, IGBT, GTO

Mục tiêu thực hiện

Học xong bài này, học viên có khả năng:

- Phát biểu các khái niệm về điện tử công suất

- Nhận dạng đ−ợc các linh kiện điện tử công suất dùng trong các thiết bị điện, điện

tử

- Xác định đ−ợc điện áp, dòng điện vào, ra của bộ biến đổi công suất

- Trình bày đ−ợc nội dung các thông số kỹ thuật của mạch điện tử công suất

NộI DUNG

1.1 Giới thiệu chung về điện tử công suất

1.2 Các linh kiện chuyển mạch dùng trong điện tử công suất

J.A Fleming chế tạo diode chân không đầu tiên Sau đó G.W Pickard (USA) chế tạo

đèn Silicon

- Bộ khuếch đại điện tử xuất hiện vào năm 1907 và đèn triode được phát minh bởi L.Forest Trên cơ sở này một số linh kiện điện tử đã được chế tạo ra Quan trọng nhất là công nghệ khuếch đại ngược do H.S Black đề xuất năm 1927 Năm 1921, F.W Meyer (Đức) đã đề xuất nguyên lý cơ bản và xu thế phát triển của linh kiện

điện tử

- Nửa đầu thế kỷ XX phần lớn các linh kiện điện tử là các đèn thiratron và

đèn initron vì vậy chúng có kích thước và khối lượng rất lớn cùng với hệ thống làm mát và hệ thống điều khiển rất phức tạp, và độ tin cậy lại rất thấp Mặc dù vậy các bộ biến đổi công suất này được ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp cũng như trong hệ thống giao thông công cộng và đường sắt

- Bước phát triển đột biến của điện tử công suất là vào những năm 60 của thế kỷ

XX, khi bắt đầu xuất hiện các linh kiện bán dẫn công suất như không điều khiển

được(diode) và điều khiển được (thyristor) Từ những linh kiện này người ta thiết kế các bộ chỉnh lưu điều khiển được và không điều khiển được biến đổi điện áp xoay chiều sang điện áp một chiều Trong thời gian này các bộ biến đổi công suất vẫn

được sử dụng rộng rãi trong đường sắt, truyền động điện một chiều và trong luyện kim

- Năm 1873 Frederick Guthrie đưa ra nguyên lý hoạt động của diode, cho đến năm 1919 linh kiện diode công suất thực mới ra đời

- Thyristor được phát minh bởi William Shockley vào năm 1950 và được ứng dụng trong công nghiệp vào năm 1956 bởi Moll từ phòng thí nghiệm Bell Labs và hãngGeneralMotor

- Transistor đầu tiên được đưa ra vào năm 1925 từ Canada do nhà vật lý học Austrian-Hungarian physicist Julius Edgar Lilienfeld, đến năm 1934 tại Đức nhà vật

lý OskarHeil đưa ra một dạng khác của transistor Tuy nhiên cho đến năm 1947 transistor mới thực sự được hoàn thiện IGBT bắt đầu được đề xuất từ năm 1968 bởi Yamagami - Nhật bản và dần dần được hoàn thiện vào năm 1990

- Bước phát triển quan trọng nhất là từ 1975 đến 1990 và có tính cách mạng được

đánh dấu bởi sự xuất hiện của các transistors cao áp BJT (Bipolar Junction Transistor)

và thyristor điều khiển hoàn toàn GTO (Gate Turn Off Thyristor), sau đó là IGBT (Insuled Gate Bipolar Transistor) và MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)

- Điểm đặc biệt của giai đoạn này là kỹ thuật biến đổi năng lượng trên cơ sở tác

động nhanh của các bộ biến đổi công suất và vì thế cho phép giảm khối lượng và kích thước đồng thời tăng đáng kể hiệu suất và độ tin cậy Trong thời gian này xuất hiện nhiều phương pháp điều khiển và điều chế độ rộng xung và sử dụng vi sử lý trong

nhiên ngày càng nhiều bài toán được đặt ra ở phía trước

1.1.2 Cấu trúc của bộ biến đổi công suất

a) Định nghĩa: Điện tử công suất là môn học nghiên cứu quá trình biến đổi, điều khiển các đại lượng đặc trưng năng lượng điện cho phù hợp với tải như:

- Dạng điện áp và dòng điện: một chiều DC và xoay chiều AC

- Hình dạng điện áp: sin, không sin tuần hoàn, xung

- Giá trị điện áp: trị trung bình, trị hiệu dụng, biên độ

- Tần số

- Số pha

b) Cấu trúc của bộ biến đổi công suất: Sơ đồ khối chung của các bộ biến đổi công suất được đưa ra ở hình 1.1: Bộ biến đổi công suất biến đổi điện năng với các thông số nguồn đầu vào U1 ;I1 ;F1 ;P1 thành điện năng với các tham số đầu ra U2 ;I2

;F2 ;P2 dưới tác dụng của tín hiệu điều khiển nhờ mạch hồi tiếp

Hình 1.1 Sơ đồ khối của bộ biến đổi công suất

c) Những yêu cầu đối với các bộ biến đổi công suất

- Hiệu suất cao

- Hiệu quả cao

- Độ tin cậy cao

khiển

1.1.3 Các bộ biến đổi công suất cơ bản

Hình 1.2 Các bộ biến đổi công suất cơ bản

a) Bộ chỉnh lưu: biến đổi điện áp, dòng điện xoay chiều thành một chiều

AC/DC

b) Bộ biến đổi điện áp xoay chiều AC/AC: biến đổi điện áp xoay chiều có trị

hiệu dụng không đổi thành điện áp xoay chiều có trị hiệu dụng thay đổi được

c) Bộ biến đổi điện áp một chiều DC/DC: biến đổi điện áp một chiều có trị

trung bình không thay đổi thành điện áp một chiều có trị trung bình thay

đổi được

d) Bộ nghịch lưu DC/AC: biến đổi năng lượng từ nguồn điện một chiều

không đổi sang dạng năng lượng xoay chiều

e) Bộ biến tần trực tiếp AC/AC: biến đổi điện áp xoay chiều có trị hiệu dụng

và tần số không đổi thành điện áp xoay chiều với trị hiệu dụng và tần số thay đổi

được

f) Bộ biến tần gián tiếp: AC/DC/AC: chỉnh lưu điện áp xoay chiều ngõ vào

sau đó chuyển đổi điện áp một chiều thành điện áp xoay chiều có trị hiệu dụng điện áp và tần số thay đổi được

i T

Id

0

) (

u T

Ud

0

) (

1

(1.2)

- ở chế độ xác lập trị trung bình giá trị điện áp trên L bằng 0 Vì thế trị trung bình dòng không phụ thuộc vào R và dòng trung bình qua tải đ−ợc tính bằng công thức:

Ud

0

)(

1

(1.5)

Vớ dụ 1: Cho dòng điện có dạng nh− hình 1.1 Ip = 100(A); T = 20(ms);

T0 = 10(ms) Xác định trị trung bình và trị hiệu dụng dòng điện

Lêi gi¶i:

TrÞ trung b×nh dßng ®iÖn

TrÞ hiÖu dông dòng ®iÖn

VÝ dô 2: Cho ®iÖn ¸p cã d¹ng nh− h×nh vÏ víi u( =t) U msinωtvµ

T

Π

= 2

ω , )

(2

=

=

0 0

990

))((2

1)()(2

1)

(

1

V t

Cos t

d t Sin dt

T

π

π ω ω

ωTrÞ hiÖu dông ®iÖn ¸p

[ ] )0 2

4

22

(2

12

1)

d m

dt t

1

(1.7) Hoặc = ∫

- Nếu tải một chiều thì: P = Pd

- Nếu nguồn hình sin thì: S = mUI

Trong đó, U và I là trị hiệu dụng áp và dòng nguồn; m là số pha

5 Hiện tượng nhiễu và biện pháp khắc phục

- Do các khóa bán dẫn đóng ngắt ở tần số cao gây ra nhiễu cao tần làm méo dạng áp, dòng ngõ vào ngõ ra so với dạng chuẩn và suất hiện các sóng hài bậc cao dẫn đến bức xạ sóng điện từ và giảm hệ số công suất

- Để giảm thiểu hiện tượng nhiễu ta có thể lọc sóng hài (bằng mạch cộng hưởng LC mắc song song với nguồn), sử dụng tủ kim loại, sử dụng cáp bọc

1.2 Các linh kiện chuyển mạch dùng trong điện tử công suất

1.2.1 DIODE

1 Cấu tạo và ký hiệu

a) Cấu tạo b) Ký hiệu

Hình 1.3 Cấu tạo và ký hiệu Diode Diode được cấu tạo(hình 1.3a) bởi hai miền bán dẫn P và N ghép tiếp xúc với nhau Cực nối vào miền bán dẫn P được gọi là cực Anode(A) Cực nối vào miền bán dẫn N được gọi là cực Katode(K) Khi chưa có điện trường ngoài đặt vào thì do

có sự chênh lệch lớn về nồng độ các hạt điện tích trái dấu mà tại vùng tiếp xúc xảy

ra hiện tượng khuếch tán các hạt đa số qua vùng tiếp giáp Do đó tại lân cận mặt tiếp giáp xuất hiện một vùng nghèo điện tích đa số Vì vậy, tại đó xuất hiện một

điện trường hướng từ miền bán dẫn N sang bán dẫn P Điện trường này gọi là điện trường tiếp xúc E Diode được ký hiệu ở hình 1.3b

Khi tiếp giáp p-n được đặt dưới tác dụng của điện áp bên ngoài, nếu điện trường ngoài cùng chiều với với điện trường E thì vùng nghèo điện tích sẽ mở rộng sang vùng n-, điện trở tương đương của điôt càng lớn và dòng điện sẽ không thể chạy qua Toàn bộ điện áp ngoài sẽ rơi trên vùng nghèo điện tích Ta nói rằng điốt bị phân cực ngược

Khi điện áp bên ngoài tạo ra điện trường ngoài có hướng ngược với điện trường trong E thì vùng nghèo điện tích sẽ bị thu hẹp lại Nếu điện áp bên ngoài đủ lớn hơn

điện áp cản thì vùng nghèo điện tích sẽ bị thu hẹp đến bằng không và các điện tích

có thể di chuyển tự do qua cấu trúc tinh thể của điôt Dòng điện chạy qua điôt lúc

đó sẽ chỉ bị hạn chế do điện trở tải ở mạch ngoài và một phần điện trở trong điôt Ta nói điôt được phân cực thuận

Đặc tính Vôn-Ampe của Diode

Đặc tính gồm hai phần, đặc tính thuận trong góc phần tư thứ I, tương ứng với

UAK >0, đặc tính ngược trong góc phần tư thứ III, tương ứng với UAK<0 Trên

đường đặc tính thuận nếu điện áp Anode-Catode tăng dần từ 0 đến khi tăng quá ngưỡng điện áp UD,0 cỡ 0,6-0,7 V dòng có thể chảy qua diode Dòng điện ID có thể thay đổi rất lớn nhưng điện áp rơi trên diode UAK thì hầu như ít thay đổi Như vậy,

đặc tính thuận của diode đặc trưng bởi tính chất có điện trở tương đương nhỏ

Trên đường đặc tính ngược, nếu điện áp UAK tăng dần từ 0 đến giá trị UngMax gọi là

điện áp ngược lớn nhất, thì dòng qua diode vẫn có giá trị rất nhỏ, gọi là dòng rò, nghĩa là diode cản trở dòng chạy qua theo chiều ngược Cho đến khi UAK đến giá trị

UngMax thì xảy ra hiện tượng dòng qua diode tăng đột ngột, tính chất cản trở dòng

điện ngược của dòng điện bị phá vỡ Quá trình này không có tính đảo ngược, nghĩa

là nếu ta lại giảm điện áp trên Anode-Catode thì dòng điện vẫn không giảm Ta nói diode bị đánh thủng

3 Các thông số cơ bản của diode

- Giá trị điện áp đánh thủng Ungmax

- Giá trị trung bình của dòng điện cho phép chạy qua diode theo chiều thuận IDo

- Nhiệt độ cho phép tại mặt ghép TCP

- Tần số: Các diode được chế tạo với giải tần số làm việc khác nhau, do đó tần số là một thông số quan trọng phải lưu ý khi lựa chọn diode

Iđ - Dòng điện định mức, hiện nay dòng điện định mức lớn nhất của Diode công suất

là 7000A

∆U - sụt áp thuận; Sụt áp của diod trong khoảng (0,7 - 2)V

∆P - tổn hao công suất; ∆P = ∆U.I (đến hàng kW)

Tcp - nhiệt độ làm việc cho phép; Tại lớp tiếp giáp khoảng 2000C

UN - điện áp ngược; Trong khoảng (50-4000)V

Irò- dòng điện rò, hàng trăm mA

1.2.2 TRANZITOR

1 CÊu t¹o, ký hiÖu

Tranzitor lµ dông cô b¸n dÉn gåm 3 líp b¸n dÉn ghÐp liªn tiÕp l¹i víi nhau vµ

cã hai mÆt ghÐp J1 vµ J2 Cã hai c¸ch ghÐp lµ PNP vµ NPN t−¬ng øng víi tªn gäi tranzitor thuËn vµ tranziror ng−îc Tranzitor dÉn ®iÖn b»ng c¶ ®iÖn tö (b¸n dÉn N)

vµ lç trèng (b¸n dÉn P) nªn cßn gäi lµ tranzitor l−ìng cùc( Biporlar Tranzitor)

2 Nguyên lý làm việc của tranzitor

Để hiểu được nguyên lý làm việc của tranzitor ta phân tích nguyên lý làm việc của tranzitor ngược NPN

Nguồn E1 gây ra phân cực thuận cho lớp tiếp giáp J1 Nguồn E2 gây ra phân cực ngược cho lớp tiếp giáp J2 và phân cực thuận cho lớp tiếp giáp J1 Lớp J1 được phân cực thuận bởi nguồn E1 nên có dòng iB chạy từ B sang E, tức là điện tử tự do e từ cực E tới cực B qua lớp J1

Lớp J2 bị phân cực ngược bởi E2 nhưng vì E2 >> E1 nên điện trường do E2 tạo ra là khá mạnh Hơn nữa, lớp P cực gốc lại mỏng nên chỉ một số nhỏ điện tử tự

do từ cực E tới cực B, còn phần lớn vượt qua lớp P cực gốc, qua lớp tiếp giáp J2 tới cực góp C để về cực dương nguồn E2 Vì vậy, dòng cực góp iC được tạo ra

Mạch dòng E1 qua B, E được gọi là mạch điều khiển Mạch dòng E2 qua tải, qua C, E được gọi là mạch tải Vì cực E chung nên: iE = iC + iB Khi tăng UBE thì iBtăng và iC tăng Ngược lại, giảm UBE thì iB giảm và iC giảm Một lượng thay đổi nhỏ của iB cũng gây ra một lượng thay đổi lớn của iC nên tranzitor có tác dụng khuếch

Nếu đảo cực tính UBE, tức là nối cực B vào cực âm vào nguồn điều khiển E1 và nối cực E vào cực dương của E1 thì tranzitor không thể làm việc được (tranzitor bị khóa) và dòng iC = 0

ở chế độ khóa, tổn hao công suất trên tranzitor rất nhỏ Tổn hao trên tranzitor bằng tích giữa iC với điện áp rơi trên UCE giữa cực C và cực E

3 Hệ số khuếch đại dòng điện của tranzitor

Trong mạch cực phát chung, theo định nghĩa, là tỷ số giữa độ tăng của dòng góp(Colector) với độ tăng của dòng gốc (bazơ)

Các tranzitor công suất thường có α = 10 - 100

Tương tự, hệ số khuếch đại điện áp

B

C

P =

4 Đặc tuyến ra của tranzitor

Đặc tuyến ra của tranzitor là quan hệ iC = f(UCE) khi iB = invar

Với các giá trị iB khác nhau, ta có một họ đặc tính tĩnh iC = f(UCE)

- Với mỗi giá trị của iB , dòng iC tăng nhanh trong khoảng giá trị nhỏ của UCE , sau

đó hầu như không tăng theo UCE

- Với cùng một giá trị của UCE thì iC tăng theo iB( Chế độ khuếch đại)

- Với UCE quá lớn thì tranzitor có thể bị đánh thủng và iC tăng vọt

Đặc tuyến ra của tranzitor

II

IIII

iC

IB

5 Các thông số của tranzitor

Tranzitor loại PNP hay NPN:

- Dòng góp lớn nhất cho phép iC max

- Điện áp cực góp lớn nhất cho phép UC max khi hở cực gốc iB = 0

- Độ sụt áp trong tranzitor khi dẫn dòng bão hòa ÄUCE bão hòa

- Thời gian thông tON :thời gian cần để UCE từ Unguồn giảm xuống ÄUCEbh # 0

- Thời gian khóa tOFF: thời gian cần để iC từ giá trị đang dẫn giảm về 0

- Công suất tiêu hao trong tranzitor là ÄP

Các thông số của tranzitor thay đổi theo nhiệt độ Nói chung, dòng điện qua tranzitor tăng khi nhiệt độ tăng

Tcp- nhiệt độ làm việc cho phép; Tại lớp tiếp giáp khoảng 2000C

IC – dòng điện định mức, ( tới 1000A)

β - hệ số khuếch đại dòng điện

IB = IC/ β - dòng điện bazơ mA

∆U - sụt áp thuận; (khoảng (0,7 - 2)V)

∆P - tổn hao công suất sinh nhiệt (đến hàng kW)

UCE - điện áp CE; Trong khoảng (50-1500)V

UBE - điện áp BE; hàng vôn

6 Chế độ làm việc của tranzitor

- Chế độ khuếch đại:

ở chế độ này dưới sự tác động của tín hiệu vào nhỏ, điện áp UBE thay đổi sẽ gây ra

sự thay đổi dòng điều khiển iB Từ đó, dòng điện ra iC lớn cũng thay đổi theo tín hiệu vào và tỷ lệ với tín hiệu vào UBE = 0,3-0,8V

- Vùng I của đặc tuyến ra là vùng làm việc khuếch đại của tranzitor

- Vùng II là vùng khóa vì tranzitor không làm việc trong vùng này

- Vùng III là vùng bão hòa và vùng gần bão hòa của tranzitor vì ở vùng này,

sự tăng tiếp tục của dòng điện bazơ iB không gây ra sự thay đổi ( hay không thay đổi nhiều) của dòng iC

- Chế độ xung:

ở chế độ này, tranzitor chỉ có hai trạng thái trái ngược: hoặc thông(dẫn) hoặc khóa Làm việc ở chế độ này, tranzitor được gọi là khóa bán dẫn (hay khóa điện tử) không tiếp điểm Chế độ xung còn được gọi là chế độ Rơle

Để tranzitor làm việc tốt ở chế độ xung, khi chuyển mạch thông cần phải đảm bảo tranzitor thông bão hòa (hay thông hoàn toàn) và khi chuyển mạch khóa cần phải

đảm bảo tranzitor khóa hoàn toàn (hay khóa chặt)

1.2.3 TIRISTOR

1 CÊu t¹o, ký hiÖu

Tiristor lµ phÇn tö b¸n dÉn cÊu t¹o tõ bèn líp b¸n dÉn p-n-p-n t¹o ra ba tiÕp gi¸p J1, J2, J3 Tiristor cã ba cùc: Anode A, Catode K vµ cùc ®iÒu khiÓn G

Đặc tính gồm hai phần, đặc tính thuận trong góc phần tư thứ I, tương ứng với

UAK >0, đặc tính ngược trong góc phần tư thứ III, tương ứng với UAK<0

a Trường hợp dòng điện vào cực điều khiển bằng không (IG = 0)

Khi dòng vào cực điều khiển của tiristor bằng không hay khi hở mạch cực

điều khiển tiristor sẽ cản trở dòng điện ứng với cả hai trường hợp phân cực điện áp giữa Anode-Catode Khi điện áp UAK<0 theo cấu tạo bán dẫn của tiristor hai tiếp giáp J1, J3 đều phân cực ngược, lớp J2 phân cực thuận, như vậy tiristor giống như hai diode mắc nối tiếp bị phân cực ngược Qua tiristor sẽ chỉ có một dòng điện rất nhỏ chạy qua, gọi là dòng rò Khi UAK tăng đạt giá trị điện áp lớn nhất Ungmax sẽ xảy ra hiện tương tiristor bị đánh thủng, dòng điện có thể tăng lên rất lớn Giống như ở

đoạn đặc tính ngược của diode quá trình bị đánh thủng là quá trình không thể đảo ngược được, nghĩa là nếu có giảm điện áp UAK xuống dưới ngưỡng Ungmax thì dòng

điện cũng không giảm được về mức dòng rò Tiristor đã bị hỏng Khi tăng điện áp Anode-Catode theo chiều thuận , UAK>0, lúc đầu cũng chỉ có một dòng điện rất nhỏ chạy qua gọi là dòng rò Điện trở tương đương anode-Catode vẫn có giá trị rất lớn Khi đó tiếp giáp J1, J3 phân cực thuận J2 phân cực ngược Cho đến khi UAK đạt giá trị điện áp thuận lớn nhất Uthmax sẽ xảy ra hiện tượng điện trở tương đương mạch Anode-Catode đột ngột giảm, dòng điện chạy qua tiristor sẽ chỉ bị giới hạn bởi điện trở mạch ngoài Nếu khi đó dòng qua tiristor có giá trị lớn hơn một mức dòng tối thiểu, gọi là dòng duy trì Idt thì khi đó tiristor sẽ dẫn dòng trên đường đặc tính thuận, giống như đường đặc tính thuận của diode Đoạn đặc tính thuận được đặc trưng bởi tính chất dòng có thể có giá trị lớn nhưng điện áp rơi trên anode-catode thì nhỏ và hầu như không phụ thuộc vào giá trị của dòng điện

b Trường hợp có dòng vào cực điều khiển (IG>0)

Nếu có dòng điều khiển đưa vào giữa cực điều khiển và Catode quá trình chuyển điểm làm việc trên đường đặc tính thuận sẽ xảy ra sớm hơn, trước khi điện

áp thuận đạt đến giá trị lớn nhất, Uthmax Điều này được mô tả trên đường đặc tính với các giá trị dòng điều khiển khác nhau IG1, IG2, IG3 , Nói chung nếu dòng điều khiển lớn hơn thì điểm chuyển đặc tính làm việc sẽ xảy ra với UAK nhỏ hơn

3 Mở, khóa Tiristor

Tiristor có đặc tính giống như Diode, nghĩa là chỉ cho phép dòng chạy qua theo một chiều từ Anode đến Catode và cản trở dòng chạy theo chiều ngược lại Tuy nhiên khác với Diode, để Tiristor có thể dẫn dòng ngoài điều kiện phải có điện áp

UAK >0 còn cần thêm một số điều kiện khác Do đó tiristor còn được coi là phần tử bán dẫn có điều khiển để phân biệt với diode là là phần tử không điều khiển được

a.Mở tiristor

Khi được phân cực thuận, UAK>0, tiristor có thể mở bằng hai cách Thứ nhất

có thể tăng điện áp anode-catode cho đến khi đạt đến giá trị điện áp thuận lớn nhất

Uthmax Khi đó điện trở tương đương trong mạch anode-catode sẽ giảm đột ngột và dòng qua tiristor hoàn toàn do mạch ngoài xác định Phương pháp này trong thực tế không được áp dụng do nguyên nhân mở không mong muốn và không phải lúc nào cũng có thể tăng được điện áp đến giá trị Uthmax Vả lại như vậy sẽ xảy ra trường hợp tiristor tự mở ra dưới tác dụng của các xung điện áp tại một thời điểm ngẫu nhiên không định trước

Phương pháp thứ hai, phương pháp được ứng dụng trong thực tế là đưa một xung dòng điện có giá trị nhất định vào giữa cực điều khiển và catode Xung dòng điện

điều khiển sẽ chuyển trạng thái của tiristor từ trở kháng cao sang trở kháng thấp ở mức điện áp anode-catode nhỏ Khi đó nếu dòng qua anode-catode lớn hơn một giá trị nhất định, gọi là dòng duy trì Idt thì tiristor tiếp tục ở trạng thái mở dẫn dòng mà không cần đến sự tồn tại của xung điều khiển nữa Điều này có nghĩa là có thể điều khiển các tiristor bằng các xung dòng có độ rộng xung nhất định, do đó công suất của mạch điều khiển có thể là rất nhỏ so với công suất của mạch lực mà tiristor là một phần tử đóng cắt, khống chế dòng điện

b Khóa tiristor

Một tiristor đang dẫn dòng sẽ trở về trạng thái khóa (điện trở tương đương anode-catode tăng cao) nếu dòng điện giảm xuống, nhỏ hơn giá trị dòng duy trì Idt Tuy nhiên để tiristor vẫn ở trạng thái khóa với trở kháng cao, khi điện áp anode-catode lại dương( UAK >0) cần phải có một thời gian nhất định để các lớp tiếp giáp phục hồi hoàn toàn tính chất cản trở dòng điện của mình

Khi tiristor dẫn dòng theo chiều thuận, UAK >0 hai lớp tiếp giáp J1, J3 phân cực thuận, các điện tích đi qua hai lớp này dễ dàng và lấp đầy tiếp giáp J2 đang bị phân cực ngược Vì vậy mà dòng điện có thể chảy qua ba lớp tiếp giáp J1, J2, J3 Để khóa tiristor lại cần giảm dòng anode-catode về dưới dòng mức duy trì (Idt) bằng cách hoặc là đổi chiều dòng điện hoặc áp một điện áp ngược lên giữa anode-catode (UAK <0 ) trong một khoảng thời gian tối thiểu gọi là thời gian phục hồi tr, chỉ sau

đó tiristor mới có thể cản trở dòng điện theo cả hai chiều Trong thời gian phục hồi

có một dòng điện ngược chạy giữa catode và anode Dòng điện ngược này di tản các

điện tích ra khỏi tiếp giáp J2 và nạp điện cho tụ điện tương đương của hai tiếp giáp

J1, J3 được phục hồi Thời gian phục hồi phụ thuộc vào lượng điện tích cần được di tản ra ngoài cấu trúc bán dẫn của tiristor và nạp điện cho tiếp giáp J1, J3 đến điện áp ngược tại thời điểm đó

4 Các thông số cơ bản của tiristor

a Giá trị dòng trung bình cho phép chạy qua tiristor IV (A)

Trong thực tế dòng điện cho phép chạy qua tiristor phụ thuộc vào các điều kiện làm mát và nhiệt độ môi trường:

- Làm mát tự nhiên: dòng sử dụng cho phép đến 30% IV

- Làm mát cưỡng bức bằng quạt gió: dòng sử dụng đến 60% IV

- Làm mát cưỡng bức bằng nước: Có thể sử dụng 100% IV

b Điện áp ngược cho phép lớn nhất Ungmax(V)

Trong các ứng dụng tại bất kỳ thời điểm nào điện áp giữa anode và catode

UAK luôn nhỏ hơn hoặc bằng Ungmax Ngoài ra còn đảm bảo độ dư thừa nhất định về

điện áp nghĩa là Ungmax phải được chọn ít nhất là bằng 1,2-1,5 lần giá trị biên độ lớn nhất của điện áp trên sơ đồ

c Thời gian phục hồi tính chất khóa của tiristor

Đây là thời gian tối thiểu phải đặt điện áp âm lên giữa anode-catode của tiristor sau khi dòng anode-catode đã về bằng không trước khi lại có thể có điện áp

2. Đặc tính Vôn-Ampe của triac

Đặc tính Vôn-Ampe của triac bao gồm hai đoạn đặc tính ở góc phần tư thứ I

và thứ III, mỗi đoạn đều giống như đặc tính thuận của một tiristor như được biểu diễn trên hình 1.5 Triac có thể điều khiển mở dẫn dòng bằng cả xung dòng dương ( dòng đi vào cực điều khiển ) hoặc bằng xung dòng âm(dòng đi ra khỏi cực điều khiển) Tuy nhiên xung dòng điều khiển âm có độ nhạy kém hơn, nghĩa là dòng chỉ

có thể chảy qua triac khi điện áp giữa T1 và T2 phải lớn hơn một giá trị nhất định, lớn hơn khi dùng dòng điều khiển dương

Triac đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng điều khiển điện áp xoay chiều hoặc các công tắc tơ tĩnh ở dải công suất vừa và nhỏ

Các trường hợp điều khiển của triac:

Theo nguyên lý hoạt động của triac đã nêu trên, triac sẽ được kích mở cho dòng

điện chạy qua khi điện áp T2 và G đồng dấu nghĩa là:

T2 dương và G dương so với T1

T2 âm và G âm so với T1

3 Cấu tạo và ký hiệu Diac

Diac được cấu tạo giống như triac nhưng không có cực điều khiển

4 Nguyên lý làm việc của Diac

(Diode for Alternating Current )

Diac không có cực điều khiển nên cho dòng điện đi qua bằng cách nâng cao điện áp đặt vào 2 cực

n n

A2

A1

5 Thông số kỹ thuật của Diac

Khi sử dụng triac và diac chú ý hai thông số Uđm và Iđm

1.2.5 GTO ( Gate Turn-Off Thyristor )-Tiristor khóa được bằng cực điều khiển

Tiristor thường được sử dụng rộng rãi trong các sơ đồ chỉnh lưu, từ công suất nhỏ vài kW đến công suất cực lớn, vài trăm MW Đó là vì trong các sơ đồ chỉnh lưu tiristor có thể khóa lại một cách tự nhiên dưới tác dụng của điện áp lưới Tuy nhiên với các ứng dụng trong các bộ biến đổi xung áp hoặc các bộ nghịch lưu, trong đó các van bán dẫn luôn bị đặt dưới điện áp một chiều thì điều kiện để khóa tự nhiên không có Khi đó việc dùng các tiristor thường sẽ cần đến các mạch chuyển mạch cưỡng bức, rất phức tạp, gây tổn hao lớn về công suất, giảm hiệu suất của các bộ biến đổi Vào những năm 80 của thế kỷ trước, vấn đề chuyển mạch của tiristor được rất nhiều nhà nghiên cứu quan tâm giải quyết Tuy nhiên, ngày nay các van bán dẫn

điều khiển hoàn toàn với công nghệ hoàn chỉnh đã được sản suất hàng loạt nên các vấn đề trên không còn tồn tại nữa Các GTO như tên gọi của nó, nghĩa là khóa lại

được bằng cực điều khiển, có khả năng đóng cắt dòng điện rất lớn, chịu được điện

áp cao giống như tiristor, là một van điều khiển hoàn toàn, có thể chủ động cả thời

điểm khóa dưới tác động của tín hiệu điều khiển Việc ứng dụng các GTO đã phát huy ưu điểm cơ bản của các phần tử bán dẫn, đó là khả năng đóng cắt dòng điện lớn nhưng lại được điều khiển bởi các tín hiệu điện công suất nhỏ

G

A

K

G

(a) (b)

Hình 1.6 GTO (a) Cấu trúc bán dẫn

(b) Ký hiệu

Ký hiệu của GTO cũng chỉ ra tính chất điều khiển hoàn toàn của nó

Đó là dòng điện đi vào cực điều khiển để mở GTO, còn dòng đi ra khỏi cực điều khiển dùng để di tản các điện tích ra khỏi cấu trúc bán dẫn của nó, nghĩa là để khóa GTO lại

Trong cấu trúc bán dẫn của GTO lớp p, anôt, được bổ sung các lớp n+ Dấu +

ở bên cạnh chỉ ra rằng mật độ các điện tích tương ứng, các lỗ trống hoặc điện tử

được làm giàu thêm với mục đích làm giảm điện trở khi dẫn của các vùng này Cực

điều khiển vẫn được nối vào lớp p thứ ba nhưng được chia nhỏ ra và phân bố đều so với lớp n+ của catôt

Khi chưa có dòng điều khiển, nếu Anôt có điện áp dương hơn so với catôt thì toàn bộ điện áp sẽ rơi trên tiếp giáp J2 ở giữa, giống như trong cấu trúc của tiristor Tuy nhiên nếu catôt có điện áp dương hơn so với anôt thì tiếp giáp p+ - n ở sát anôt

sẽ bị đánh thủng ngay ở điện áp rất thấp Điều này nghĩa là GTO không thể chịu

được điện áp ngược

GTO được điều khiển mở bằng cách cho dòng vào cực điều khiển, giống như

ở tiristor thường Tuy nhiên do cấu trúc bán dẫn khác nhau nên dòng duy trì ở GTO cao hơn ở tiristor thường Do đó dòng điều khiển phải có biên độ lớn hơn và duy trì trong khoảng thời gian dài hơn để dòng qua GTO kịp vượt qua giá trị dòng duy trì Giống như ở tiristor thường, sau khi GTO đã dẫn dòng thì dòng điều khiển không còn tác dụng nữa Như vậy có thể mở GTO bằng các xung ngắn, với công suất không đáng kể

Để khóa GTO, một xung dòng phải được lấy ra từ cực điều khiển Khi van

đang dẫn dòng, tiếp giáp J2 chứa một số lượng lớn các điện tích sinh ra do tác dụng của hiệu ứng bắn phá vũ bão tạo nên vùng dẫn điện, cho phép các điện tích di chuyển từ catôt, vùng n+, đến anôt vùng p+ tạo nên dòng anôt Bằng cách lấy đi một

số lượng lớn các điện tích qua cực điều khiển, vùng dẫn điện sẽ bị co hẹp và bị ép

về phía vùng n+ của anôt và vùng n+ của catôt Kết quả là dòng anôt sẽ bị giảm cho

đến khi về đến không Dòng điều khiển được duy trì một thời gian ngắn để GTO phục hồi tính chất khóa

1.2.6 Tranzitor trường (FET)

1 Giới thiệu chung

Khác với tranzitor lưỡng cực mà đặc điểm chủ yếu là dòng điện trong chúng

do cả hai loại hạt dẫn (điện tử và lỗ trống) tạo nên, tranzitor trường (Field Effect Tranzitor - FET), hoạt động dựa trên nguyên lý hiệu ứng trường, độ dẫn điện của

đơn tinh thể bán dẫn được điều khiển nhờ tác dụng của một điện trường ngoài Dòng điện trong FET chỉ do một loại hạt dẫn tạo nên

Tranzitor hiệu ứng trường FET gồm có hai loại chính:

• FET điều khiển bằng cực cửa tiếp xúc p-n (viết tắt là JFET)

• FET có cực cửa cách ly: Thông thường lớp cách điện là lớp ôxít nên gọi là Metal oxide Semiconductor FET (MOSFET hay MOS) Trong loại tranzitor trường có cực cửa cách điện lại được chia làm hai loại là MOS có kênh liên tục (kênh đặt sẵn) và MOS có kênh gián đoạn (kênh cảm ứng)

2.Cấu tạo và đặc tính của JFET

3.Nguyên lý hoạt động

Xét JFET kênh N có cực D nối với dương nguồn, S nối với âm nguồn như hình b

• a Khi cực G hở (UGS = 0V)

Lúc này dòng điện sẽ đi qua kênh theo chiều từ cực dương của nguồn vào cực D và

ra ở cực S để trở về âm nguồn của UDS, kênh có tác dụng như một điện trở

• b Khi cực G có điện áp âm (UGS<0V) hình c

Khi cực G có điện áp âm nối vào chất bán dẫn loại P, sẽ làm cho tiếp giáp P - N bị phân cực ngược, điện tử trong chất bán dẫn của kênh N bị đẩy vào làm thu hẹp tiết diện kênh, nên điện trở kênh dẫn tăng lên, dòng ID giảm xuống

UGS

Ta xÐt c¸c lo¹i MOSFET kªnh N vµ suy ra cÊu t¹o ng−îc l¹i cho kªnh P

a CÊu t¹o vµ ký hiÖu cña MOSFET kªnh liªn tôc

b Cấu tạo và ký hiệu của MOSFET kênh gián đoạn

Cấu tạo:

Hoạt động:

Khi phân cực cho G có UGS>0V, các điện tích dương ở cực G sẽ hút các điện tử của nền P về phía giữa của hai vùng bán dẫn N và khi lực hút đủ lớn thì số điện tử bị hút nhiều hơn, đủ để nối liền hai vùng bán dẫn N và kênh dẫn được hình thành

-3 -6

Khi đó có dòng điện ID đi từ D sang S, điện áp phân cực cho cực G càng tăng thì dòng ID càng lớn Điện áp UGS đủ lớn để tạo thành kênh dẫn điện gọi là điện áp ng−ỡng UGS(T) hay UT Khi UGS<UT thì dòng cực máng ID = 0

Đặc tính:

Câu hỏi và bài tập

Bài tập : Cho điện áp có dạng(hình 1.3) u(t)=220 2Sin(t), f = 50 Hz Xác định trị hiệu dụng và trị trung bình điện áp

Vũ Quang Hồi Giáo trình điện tử công nghiệp, NXB giáo dục2005

Trần Trọng Minh Giáo trình Điện tử công suất, NXB giáo dục

Phạm Quốc Hải

Dương văn Nghi

Phân tích và giải mạch điện tử công suất, NXB Khoa học và

Kĩ thuật, Hà Nội, 1999 Nguyễn Văn Hoà Cơ sở lý thuyết điều khiển tự động, nxb Khoa học và Kĩ

Nội dung cần nghiên cứu:

- Các khái niệm cơ bản về điện tử công suất

- Cấu tạo, ký hiệu đặc tính Vôn-Ampe của các linh kiện điện tử công suất

Hoạt động III: Học tại xưởng trường

1.Nội dung:

- Nhận dạng, phân biệt các linh kiện điện tử công suất trong thực tế

- Nghiên cứu các quá trình làm việc của các loại thiết bị

a Hình thức tổ chức: Tổ chức theo nhóm nhỏ từ 2 - 4 học sinh dưới sự hướng dẫn tập trung của giáo viên

b Dụng cụ:

- Đồng hồ đo VOM, đồng hồ vạn năng

- Máy hiện sóng 2 kệnh 40 MHz

- Các linh kiện điện tử công suất

c Qui trình thực hiện: Giáo viên căn cứ vào thực tế thiết bị của xưởng để

thực hiện nội dung theo sự xắp xếp hợp lý

Bài 2 Mạch chỉnh lưu Giới thiệu:

Nền tảng cơ sở hoạt động của hệ thống điện là phải được cung cấp nguồn điện chính xác với yêu cầu và ổn định nhờ các mạch điện chỉnh lưu Do đó nhận dạng

được mạch điện, phân tích được nguyên lí hoạt động Phục vụ tốt cho công tác kiểm tra sửa chữa là nội dung quan trọng của bài học này

Mục tiêu thực hiện:

Học xong bài học này, người học có năng lực:

o Xác định nhiệm vụ và chức năng của từng khối của bộ chỉnh lưu có điều khiển và không điều khiển

o Kiểm tra, sửa chữa được những hư hỏng trong mạch chỉnh lưu 1 pha, 3 pha theo đúng yêu cầu kỹ thuật của mạch điện

được biến đổi từ nguồn 1 pha hoặc 3 pha

2.1.1 Mạch chỉnh lưu 1 pha: Mạch chỉnh lưu 1 pha là mạch biến đổi dòng

điện xoay chiều 1 pha thành dòng một chiều (DC) Tương tự như trong lĩnh vực

điện tử, tuỳ theo nhu cầu của tảI mà người ta có thể nắn điện một bán kỳ hoặc nắn

điện toàn kỳ để tạo nguồn DC

θ: góc pha của dòng điện xoay chiều

- Khi tải thuần trở: (Hình2.1)

u d = 2 2.

θ

Sin R

U

i = 2 . 2.Trong khoảng π < θ < 2 π , Vo có giá trị âm, điôt ngưng dẫn:

i=0, ud=0

Điôt phải chịu điện áp ngược cực đại Umax= 2.U2

Điện áp trung bình của điện áp chỉnh lưu:

2 2

0

2 2. 0,45

2.2

1

U

U d

Sin U

r

Sin U I

2

2 2

E=ư Theo định luật Ohm, có thể viết phương trình của mạch điện:

Io r E

u2+ = Hoặc: R I 2 Vo sin t u2

2.I Vo t u R

dt

di

Năng lượng tích luỹ = Năng lượng hoàn lại = L.I2m

2 (Im: dòng điện cực đại) Trong thực tế, đối với mạch tảI R+L người ta thường dùng một điôt hoàn năng lượng Dr, mắc song song ngược với mạch tải, vừa để bảo vệ điôt nắn điện vừa

để duy trì dòng điện tảI trong nửa chu kỳ âm của điện áp nguồn

Khi điện áp ngược đặt lên điôt nắn ngược khoảng 0,7 Volt thì Dr dẫn cho dòng tải i chạy qua, i= IDr Điôt Dr làm ngắn mạch tảI, u2=0

Điôt nắn điện D chỉ cho dòng điện chạy qua trong khoảng 0 < θ < π Trong khoảng 0 < θ < 2 π dòng tải Io do cuộn L cung cấp Nó phóng năng lượng tích luỹ vào mạch L,r, Dr nếu dùng cuộn cảm lớn có thể duy trì được dòng điện Io trong toàn chu kỳ

- Khi không có Dr, điện áp chỉnh lưu Vo có chứa một đoạn mang giá trị âm

- Khi có Dr, vo mất đi đoạn mang giá trị âm

- Trong một chu kỳ, cuộn L tích luỹ được bao nhiêu năng lượng thì nó hoàn lại bấy nhiêu

b Mạch chỉnh lưu toàn kỳ: Sơ đồ dùng máy biến áp, thứ cấp có điểm giữa: Hình2.4

D1

D2B

u21u22

A i21

i22

UD1

UD2Ud

idu1

T

r

Hình2.4: Mạch chỉnh lưu toàn kỳ

t Sin U u

t Sin U u

ω

ω

2

2

2 22

1 21

ư

=

=

- Khi t¶i thuÇn trë:

- Trong kho¶ng 0 < θ < π, U21 d−¬ng, U22 ©m, D1 dÉn cho dßng ®iÖn ch¹y qua, D2 ng−ng dÉn do bÞ ph©n cùc ng−îc

θ

Sin R

u

uD2 = 22− 21= − 2 2 2

2.2

2 U

Um=−

- Trong kho¶ng π < θ < 2 π, v1 ©m, v2 d−¬ng D2 dÉn, D1 ng−ng dÉn do bÞ ph©n cùc ng−îc

θ

Sin U

πθθπ

θ

π 0 2 10 2 2 2. 2 22

1

U d

Sin U d

u

U D

- Gi¸ trÞ trung b×nh cña dßng t¶i:

2

22

U r r

∫ =

=

π

θ θ

π0

2

2

22

d Sin r

U Id

- Chỉnh lưu toàn kỳ dùng sơ đồ cầu:

D4

T

R

Hình 2.5: Mạch chỉnh lưu dùng sơ đồ cầu

Hoạt động của mạch được thực hiện như sau:

- Trong khoảng thời gian 0 < θ < π điôt D2 và D4 dẫn điện do được phân cực thuận Điôt D1 và D3 ngưng dẫn do bị phân cực ngược.Ta có:

R

E U

i i

=

=

= 2 2 sin θ3

1

R

E U