Dtcn moi giao trinh dien tu cong suat doc 0848

LỜI GIỚI THIỆUĐể thực hiện biên soạn giáo trình đào tạo ngành Điện tử công nghiệp,Điện công nghiệp, Vận hành và sửa chữa thiết bị lạnh ở trình độ Cao Đẳng và Trung Cấp, giáo trình Lắp rá

Ban hành kèm theo Quyết định số: 99/QĐ-CĐKTCNQN ngày 14 tháng 3 năm 2018

của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghệ Quy Nhơn

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN

Giáo trình này được biên soạn bởi giáo viên khoa Điện tử trường Caođẳng Kỹ thuật công nghệ Quy Nhơn, sử dụng cho việc tham khảo và giảng dạynghề Điện tử công nghiệp tại trường Cao đẳng Kỹ thuật công nghệ Quy Nhơn.Mọi hình thức sao chép, in ấn và đưa lên mạng Internet không được sự cho phépcủa Hiệu trưởng trường Cao đẳng Kỹ thuật công nghệ Quy Nhơn là vi phạmpháp luật

LỜI GIỚI THIỆU

Để thực hiện biên soạn giáo trình đào tạo ngành Điện tử công nghiệp,Điện công nghiệp, Vận hành và sửa chữa thiết bị lạnh ở trình độ Cao Đẳng và

Trung Cấp, giáo trình Lắp ráp, sửa chữa mạch điện tử công suất là một trong

những giáo trình môn học đào tạo chuyên ngành được biên soạn theo nội dungngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến thức và kỹ năng chặt chẽ với nhau, logic

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 trongsản xuất đồng thời có tính thực tiễn cao Trong quá trình sử dụng giáo trình, tuỳtheo yêu cầu cũng như khoa học và công nghệ phát triển có thể điều chỉnh thờigian và bổ sung những kiên thức mới cho phù hợp Trong giáo trình, chúng tôi

có đề ra nội dung thực tập của từng bài để người học cũng cố và áp dụng kiếnthức phù hợp với kỹ năng

Tuy nhiên, tùy theo điều kiện cơ sơ vật chất và trang thiết bị, các trường

có thề sử dụng cho phù hợp Mặc dù đã cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứngđược mục tiêu đào tạo nhưng không tránh được những thiếu sót Rất mong nhậnđược đóng góp ý kiến của quý thầy, cô giáo, bạn đọc để nhóm biên soạn sẽ hiệuchỉnh hoàn thiện hơn Các ý kiến đóng góp xin gửi về Khoa Điện tử - Tin họcTrường Cao Đẳng kỹ thuật công nghệ Quy Nhơn, 172 An Dương Vương, TP.Quy Nhơn

Biên soạn

Dư Vĩ Bằng

MỤC LỤC

Trang

BÀI 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 6

1.2 Lĩnh vực ứng dụng của điện tử công suất 7

1.3 Các phương pháp điều khiển 8

BÀI 2: KHẢO SÁT VAN BÁN DẪN CÔNG SUẤT 9

3.1 Lắp ráp, sửa chữa mạch chỉnh lưu công suất một pha không điều khiển.20

3.2 Lắp ráp, sửa chữa mạch chỉnh lưu công suất ba pha hình tia không điều

4.1 Lắp ráp, sửa chữa mạch chỉnh lưu công suất một pha có điều khiển 27

4.2 Lắp ráp, sửa chữa mạch chỉnh lưu công suất ba pha có điều khiển 30

BÀI 5: LẮP RÁP, SỬA CHỮA MẠCH ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP XOAY

5.1 Lắp ráp, sửa chữa mạch điều chỉnh điện áp xoay chiều một pha 33

5.2 Lắp ráp, sửa chữa mạch điều chỉnh điện áp xoay chiều ba pha 35

BÀI 6: LẮP RÁP, SỬA CHỮA MẠCH BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀUDÙNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG 38

BÀI 7: LẮP RÁP, SỬA CHỮA MẠCH NGHỊCH LƯU VÀ BIẾN TẦN 41

7.1 Lắp ráp, sửa chữa bộ nghịch lưu áp một pha 41

7.2 Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha Rôto lồng sốc dùng biến

GIÁO TRÌNH MÔN ĐUN

Tên mô đun: Lắp ráp, sửa chữa mạch điện tử công suất

Mã mô đun: MĐ 16

Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun:

- Vị trí của mô đun: Mô đun được bố trí dạy sau khi học xong các môn học

cơ bản chuyên môn như linh kiện điện tử, đo lường điện tử, lắp ráp, sửa chữamạch điện tử, lắp ráp, sửa chữa mạch xung - số, chế tạo mạch điện tử

- Tính chất của mô đun: Là mô đun chuyên môn nghề

- Ý nghĩa và vai trò của mô đun: Giúp người học có một cách nhìn nhậnmới về phương pháp điều khiển các thiết bị điện không tiếp điểm và sửa chữađược các thiết bị điện tử công nghiệp Phán đoán được khi có sự cố xảy ra trongmạch điều khiển Khắc phục và sửa chữa các board điều khiển trong côngnghiệp

Mục tiêu của mô đun:

Sau khi học xong mô đun này học viên có năng lực:

- Kiến thức:

+ Hiểu được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các linh kiện điện tử côngsuất

+ Biết được các thông số kỹ thuật của linh kiện

+ Phân tích được nguyên lý làm việc của mạch điện tử công suất

+ Kiểm tra được chất lượng các linh kiện điện tử công suất

- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:

+ Cẩn thận, bình tĩnh, thực hiện đúng thao tác khi tiếp xúc với điện thế cao.+ Khéo léo, nhanh nhẹn khi thao tác trên linh kiện hiện đại, kích thước nhỏ.+ Có ý thực tự giác, chủ động tự tìm hiểu nâng cao kiến thức, kỹ năng thựchành dưới sự hướng dẫn giáo viên

Nội dung của mô đun:

Số

TT Tên các bài trong mô đun

Thời gian (giờ)

1 Bài 1: Tổng quan về điện tử công suất 6 6 0 0

2 Bài 2: Khảo sát van bán dẫn công suất 20 6 14 0

3 Bài 3: Lắp ráp, sửa chữa mạch chỉnh lưu công

suất không điều khiển 14 3 9 1

4 Bài 4: Lắp ráp, sửa chữa mạch chỉnh lưu côngsuất có điều khiển. 14 3 11 0

5 Bài 5: Lắp ráp, sửa chữa mạch điều chỉnh điệnáp xoay chiều 8 3 5 0

TT Tên các bài trong mô đun

Thời gian (giờ)

6 Bài 6: Lắp ráp, sửa chữa mạch điều chỉnh điệnáp một chiều 8 3 5 0

7 Bài 7: Lắp ráp, sửa chữa mạch nghịch lưu và

BÀI 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Mã bài: MĐ16-01Thời gian: 6 giờ (LT: 02, TH: 0, Tự học: 04)

Giới thiệu:

Bài học này giới thiệu về những khái niệm cơ bản cần thiết nhất trong lĩnhvực điện tử công suất và ứng dụng của công nghệ điện tử công suất trong sảnxuất công nghiệp

Kể từ khi hiệu ứng nắn điện của miền tiếp xúc PN được công bố bởiShockley vào năm 1949 thì ứng dụng của chất bán dẫn càng ngày càng đi sâuvào các lĩnh vực chuyên môn của ngành kỹ thuật điện và từ đó phát triển thànhngành điện tử công suất chuyên nghiên cứu về khả năng ứng dụng của chất bándẫn trong lĩnh vực năng lượng

Điện tử công suất nghiên cứu về các phương pháp biến đổi dòng điện và

cả các yêu cầu đóng/ngắt và điều khiển, trong đó chủ yếu là kỹ thuật đóng/ngắttrong mạch điện một chiều và xoay chiều, điều khiển dòng một chiều, xoaychiều, các hệ thống chỉnh lưu, nghịch lưu nhằm biến đổi điện áp và tần số củanguồn năng lượng ban đầu sang các giá trị khác theo yêu cầu

Ưu điểm của các mạch biến đổi điện tử so với các phương pháp biến đổikhác được liệt kê ra như sau:

▪ Hiệu suất làm việc cao

▪ Làm việc ổn định với các biến động của điện áp nguồn cung cấp

▪ Chịu được chấn động cao, thích hợp cho các thiết bị lưu động

▪ Phạm vi nhiệt độ làm việc rộng, thông số ít thay đổi theo nhiệt độ

▪ Đặc tính điều khiển có nhiều ưu điểm

1.2 Lĩnh vực ứng dụng của điện tử công suất.

Trong giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, ngày càng cónhiều thiết bị bán dẫn công suất hiện đại được sử dụng không chỉ trong lĩnh vựcsản xuất mà cả trong việc phục vụ đời sống sinh hoạt của con người Sự ra đời

và phát triển của các linh kiện bán dẫn công suất như: Diode, Transistor, Tiristor,Triac…

a Sơ đồ khối:

Hình 1.1: Sơ đồ khối của một bộ điện tử công suất.

Trong lĩnh vực điện tử công suất, để biểu diển các khối chức năng người

ta dùng các ký hiệu sơ đồ khối, điện năng truyền từ nguồn đến tải gồm:

Hình 1.2: Sơ đồ khối hệ chỉnh lưu.

- Khối chỉnh lưu: Nhiệm vụ của khối chỉnh lưu nhằm biến đổi năng lượngnguồn xoay chiều một pha hoặc ba pha sang dạng năng lượng một chiều (hình1.3)

- Khối nghịch lưu: Nhiệm vụ mạch nghịch lưu nhằm biến đổi năng lượngdòng một chiều thành năng lượng xoay chiều một pha hoặc ba pha (hình 1.4)

Hình 1.3: Sơ đồ khối hệ nghịch lưu.

b Các hệ biến đổi

Các mạch biến đổi nhằm thay đổi: Dòng xoay chiều có điện áp, tần số và

số pha xác định sang các giá trị khác

Hình 1.4: Sơ đồ khối hệ biến đổi.

Dòng một chiều có điện áp xác định sang dòng một chiều có giá trị điện

áp khác (converter DC to DC)

Mạch biến đổi thường là sự kết hợp từ mạch chỉnh lưu và mạch nghịchlưu Do đó, lại được chia làm hai loại: Biến đổi trực tiếp và biến đổi có khâutrung gian

c Các van biến đổi.

Các van điện là những phần tử chỉ cho dòng điện chảy qua theo một chiềunhất định Trong lĩnh vực điện tử công suất đó chính là các diode bán dẫn vàthyristor kể cả những transistor công suất

Van không điều khiển được (Diode)

Một diode lý tưởng chỉ cho dòng điện chạy qua nó khi điện áp anodedương hơn cathode, điện áp ngõ ra của diode chỉ phụ thuộc theo điện áp ngõ vàocủa diode đó

Van điều khiển được (Thyristor)

Môt chỉnh lưu có điều khiển lý tưởng vẫn không dẫn điện mặc dù giữaanode và cathode được phân cực thuận (anode dương hơn cathode) Điều kiện

để các van này dẫn điện là đồng thời với chế độ phân cực thuận phải có thêmxung kích tại cực cổng (UAK dương và UGK dương) Điện áp ngõ ra khôngnhững phụ thuộc theo điện áp vào mà còn phụ thuộc theo thời điểm xuất hiệnxung kích (đặc trưng bởi góc kích α)

1.3 Các phương pháp điều khiển.

Dựa trên nguyên lý làm việc người ta chia thành hai phương pháp điều

+ Điều khiển vô cấp.

+ Điều khiển gián đoạn

Dựa trên trình tự thực hiện người ta chia thành: Điều khiển theo chươngtrình (kết hợp điều khiển vô cấp và gián đoạn), điều khiển theo thời gian, điềukhiển theo tuyến, điều khiển theo quá trình và điều khiển lập trình

Mức phát triển cao hơn của phương pháp điều khiển theo chương trình làphương pháp điều khiển tuần tự theo quá trình Trong đó các thao tác hoặc cáctiến trình vật lý được thực hiện theo một thứ tự đã được lập trình tùy thuộc vàocác trạng thái đạt được của quá trình điều khiển Chương trình có thể được càiđặt cố định hoặc được đọc ra từ các bìa đục lỗ, băng đục lỗ, băng từ hoặc mộtthiết bị lưu trữ khác

Giới thiệu:

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

Mục tiêu:

- Hiểu được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của linh kiện điện tử công suất

- Kiểm tra chất lượng của linh kiện điện tử công suất, khảo sát đúng đặc tính theo yêu cầu kỹ thuật.

- Rèn luyện tính tư duy, sáng tạo, an toàn trong học tập.

2.1 Diode công suất.

2.1.1 Lý thuyết liên quan

- Cấu tạo: Khác với diode thường, về mặt cấu tạo diode công suất baogồm 3 vùng bán dẫn silic với mật độ tạp chất khác nhau gọi là cấu trúc PN, giữahai vùng bán dẫn PN là một vùng có mật độ tạp chất rất thấp (vùng S) (hình2.1)

Hình 2.1: Cấu tạo và ký hiệu diode công suất.

ngưỡng không phụ thuộc dòng điện với thành phần điện áp tỉ lệ với dòngđiện thuận chảy qua diode.

Hình 2.2: a) Đặc tính diode lý tưởng ; b)Đặc tính diode thực tế

- Hình dáng

Độ tin cậy của diode được đánh giá qua khả năng chịu tải ở chế độ làmviệc dài hạn với tần số lưới điện 50-60Hz và nhiệt độ tại mối nối phụ thuộc rấtlớn vào công suất tiêu tán, nhiệt trở và điều kiện tỏa nhiệt của diode và điện ápnghịch

- Phân loại diode công suất

Dựa trên lĩnh vực ứng dụng, các diode công suất được chia thành các loạinhư sau:

+ Diode tiêu chuẩn (tốc độ chậm) dùng cho các yêu cầu thông thường vớitần số làm việc từ 50 60Hz

+ Diode công suất lớn với dòng cho phép đến 1,5KA

+ Diode điện áp cao với điện áp nghịch cho phép đến 5KV

+ Diode tốc độ nhanh với thời gian trì hoãn ngắn, có đặc tính động và hiệusuất cao

+ Các diode cho phép làm việc với xung điện áp nghịch trong một khoảngthời gian ngắn

2.1.2 Trình tự thực hiện:

+ Bước 1: Kiểm tra Diode công suất bằng đồng hồ V.O.M

- Để thang đo điện trở Rx1Ω hoặc Rx1KΩ

- Quan sát V.O.M để kết luận Diode tốt/hỏng theo hướng dẫn

+ Bước 2: Lắp ráp, khảo sát Diode công suất trên Panel điện tử công suất

- Lắp ráp bố trí dây gọn gàng, chú ý các đầu cốt có tiếp xúc không

- Kiểm tra thông mạch

+ Bước 3: - Dùng V.O.M kiểm tra ngõ vào và ngõ ra trên tải

- Dùng OSC đo và vẽ dạng sóng trên tải vào vở

+ Bước 4: Vận hành kiểm tra hoạt động của Diode công suất

- Ghi kết quả khảo sát vào vở.

2.2 Transistor công suất.

2.2.1 Lý thuyết liên quan:

- Cấu tạo: Do đặc tính của vật liệu chế tạo, cho đến nay vẫn còn tồn tạimâu thuẩn giữa hai yêu cầu: Chịu đựng được điện áp cao và dòng tải lớn trong

1 transistor công suất

Transistor công suất được chia làm 3 loại như sau:

Transistor 3 miền khuếch tán

Transistor công suất ghép Darlington

Transistor công suất epitaxi

- Đặc tuyến V – A và nguyên lý hoạt động

Hình 2.3: Đặc tuyến V – A và nguyên lý hoạt động

- Hình dạng

Hình 2.4: Hình dạng của các loại BJT trong thực tế.

- Các thông số kỹ thuật của Transistor

Dòng tải Ic: Là dòng điện định mức mà transistor cho phép đi qua chân C

mà transistor vẫn đảm bảo hoạt động ổn đinh

Điện áp UCB: là hiệu điện thế định mức giữa chân C với chân B Quáđiện áp này sẽ làm transistor hỏng

Điện áp UCE: là hiệu điện thế định mức giữa chân C với chân E Quáđiện áp này cũng làm transistor bị phá hủy

Tần số hoạt động: Là tần số cho phép transistor hoạt động bình thường.Khi làm việc quá tần số này thì cũng làm transistor bị hỏng

Công suất tỏa nhiệt: Là công suất chịu đựng lớn nhất của transistor

2.2.2 Trình tự thực hiện:

+ Bước 1 : Kiểm tra Transistor công suất bằng đồng hồ V.O.M

- Sử dụng V.O.M ở thang đo điện trở Rx1Ω hoặc Rx1KΩ

- Quan sát V.O.M để kết luận Transistor tốt/hỏng theo hướng dẫn

+ Bước 2 : Lắp ráp, khảo sát mạch KĐ đơn dùng Transistor công suất trên Panel

điện tử công suất

- Lắp ráp bố trí dây gọn gàng, chú ý các đầu cốt có tiếp xúc không

- Kiểm tra thông mạch

+ Bước 3 : - Dùng V.O.M kiểm tra ngõ vào và ngõ ra trên tải.

- Dùng OSC đo và vẽ dạng sóng ngõ ra tên tải

+ Bước 4 : Vận hành kiểm tra hoạt động của Transistor công suất.

2.2.3 Thực hành

- Từng học sinh thực hiện khảo sát Van bán dẫn công suất Transistor theo

sự hướng dẫn của giáo viên

- Thao tác chính xác, gọn gàng tại nơi làm việc

- Ghi kết quả khảo sát vào vở

2.3 Thyristor.

2.3.1 Lý thuyết liên quan

- Cấu tạo : Thyristor còn được gọi là SCR Thyristor là linh kiện điện tửcông suất rất thông dụng, đoạn đặc tính nghịch của Thyristor giống như củadiode, trong đoạn đặc tính thuận Thyristor chỉ có hai trạng thái xác định, đểchuyển từ trạng thái khóa thuận sang trạng thái dẫn cần phải kích xung điện ápdương vào cực cổng Thyristor, khoảng cách từ gốc tọa độ đến thời điểm xuấthiện xung kích gọi là góc kích α

- Đặc tuyến volt-Ampe

Hình 2.5: Đường đặc tính thực tế của thyristor

Ngoài ra trong sổ tay còn cho biết dòng rò theo chiều thuận ID cũng nhưtheo chiều nghich IR Các dòng điện này phụ thuộc vào nhiệt độ mối nối νJ, UDRM

và cả URRM

Về phần mạch điều khiển trong sổ tay còn cho biết dòng kích IGTvà điện

áp kích UGT, thông thường các trị số này là tối thiểu và với điều kiện tại nhiệt độmối nối là 250C

Trong trường hợp tải điện cảm, xung kích phải được duy trì cho đến khidòng qua thyristor lớn hơn dòng duy trì IHđể tránh trường hợp thyristor chuyển

về trạng thái tắt (khóa thuận)

2.3.2 Trình tự thực hiện

+ Bước 1 : Kiểm tra Thysistor công suất bằng đồng hồ V.O.M

- Sử dụng V.O.M ở thang đo điện trở Rx1Ω hoặc Rx1KΩ

- Quan sát V.O.M để kết luận Thysistor tốt/hỏng theo hướng dẫn

+ Bước 2 : Lắp ráp, khảo sát mạch điều khiển dùng Thysistor công suất trênPanel điện tử công suất

- Lắp ráp bố trí dây gọn gàng, chú ý các đầu cốt có tiếp xúc không

- Kiểm tra thông mạch

+ Bước 3 : - Dùng V.O.M kiểm tra ngõ vào và ngõ ra trên tải

- Dùng OSC đo và vẽ dạng sóng trên tải vào vở

+ Bước 4 : Vận hành kiểm tra hoạt động của Thysistor công suất

2.3.3 Thực hành:

Từng học sinh thực hiện khảo sát Van bán dẫn công suất Thysistor theo sựhướng dẫn của giáo viên

- Thao tác chính xác, gọn gàng tại nơi làm việc

- Ghi kết quả khảo sát vào vở

2.4 Triac và Diac

2.4.1 Lý thuyết liên quan

- Cấu tạo: Về nguyên tắc, Triac tương đương với 2 thyristor ghép songsong ngược chiều và có chung cực cổng: Đặc tính của triac là dẫn điện hai chiều,

ký hiệu, đặc tuyến và phương pháp điều khiển linh kiện này được trình bày ởhình 2.6

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

Triac được dùng để điều khiển dòng điện xoay chiều (hình 2.7) trong hình2.7 cho thấy triac được xử dụng như một công tắc xoay chiều điều khiển đèn,motor, lò sưởi công suất nhỏ và trung bình.

Hình 2.6: Ký hiệu, đặc tính và cách điều khiển triac

Hình 2.7: Điều chỉnh dòng xoay chiều dùng triac

2.4.2 Trình tự thực hiện

+ Bước 1: Kiểm tra Triac công suất bằng đồng hồ V.O.M

- Sử dụng V.O.M ở thang đo điện trở Rx1Ω hoặc Rx1KΩ

- Quan sát V.O.M để kết luận Thysistor tốt/hỏng theo hướng dẫn

+ Bước 2: Lắp ráp, khảo sát mạch điều khiển dùng Diac kích Triac công suấttrên Panel điện tử công suất

- Lắp ráp bố trí dây gọn gàng, chú ý các đầu cốt có tiếp xúc không

- Kiểm tra thông mạch

+ Bước 3: - Dùng V.O.M kiểm tra ngõ vào và ngõ ra trên tải

- Dùng OSC đo và vẽ dạng sóng ngõ ra trên tải vào vở

+ Bước 4: Vận hành kiểm tra hoạt động của Triac và Diac công suất

2.4.3 Thực hành:

- Từng học sinh thực hiện khảo sát Van bán dẫn công suất Diac và Triactheo sự hướng dẫn của giáo viên

- Thao tác chính xác, gọn gàng tại nơi làm việc

- Ghi kết quả khảo sát vào vở

2.5 MosFet

2.5.1 Lý thuyết liên quan

- Cấu tạo Mosfet

Hình 2.8: Cấu tạo Mosfet

Mosfet có điện trở giữa cực G với cực S và giữa cực G với cực D là vôcùng lớn , còn điện trở giữa cực D và cực S phụ thuộc vào điện áp chênh lệchgiữa cực G và cực S ( UGS )

Khi điện áp UGS = 0 thì điện trở RDS rất lớn, khi điện áp UGS > 0 => dohiệu ứng từ trường làm cho điện trở RDS giảm, điện áp UGS càng lớn thì điệntrở RDScàng nhỏ

2.5.2 Trình tự thực hiện

+ Bước 1: Kiểm tra MOSFET loại tăng (E-MOSFET) chế tạo dưới dạngV-MOSFET (Vertical MOSFET) hay D-MOSFET (Double-diffused MOSFET)công suất bằng đồng hồ V.O.M

- Sử dụng V.O.M ở thang đo điện trở Rx1Ω hoặc Rx1KΩ

- Quan sát V.O.M để kết luận Thysistor tốt/hỏng theo hướng dẫn

+ Bước 2: Lắp ráp, khảo sát mạch điều khiển dùng MOSFET công suất trênPanel điện tử công suất

Hình 2.9: Khảo sát Mosfet

- Lắp ráp bố trí dây gọn gàng, chú ý các đầu cốt có tiếp xúc không.

- Kiểm tra thông mạch

+ Bước 3: - Dùng V.O.M kiểm tra ngõ vào và ngõ ra trên tải

- Dùng OSC đo và vẽ dạng sóng ngõ ra trên tải vào vở

+ Bước 4: Vận hành kiểm tra hoạt động của Mosfet công suất

Chú ý: BJT được điều khiển bằng dòng điện IB, còn FET thì được điều khiểnbằng điện áp VGS và điện áp này tùy thuộc FET nên phải thật cẩn thận tránh để

IDvượt quá IDMAX mà FET có thể chịu được

2.5.3 Thực hành

- Từng học sinh thực hiện khảo sát Van bán dẫn công suất Mosfet theo sựhướng dẫn của giáo viên

- Thao tác chính xác, gọn gàng tại nơi làm việc

- Ghi kết quả khảo sát vào vở

2.6 IGBT.

2.6.1 Lý thuyết liên quan

- Cấu tạo, ký hiệu hình dạng và cách đo IGBT

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

- Nguyên lý hoạt động: Dưới tác dụng của áp điều khiển Uge>0, kênh dẫnvới các hạt mang điện là các điện tử được hình thành, giống như ở cấu trúcMOSFET Các điện tử di chuyển về phía collector vượt qua lớp tiếp giáp n-pnhư ở cấu trúc giữa base và collector ở transistor thường, tạo nên dòng collector

Hình 2.10: Cấu trúc của IGBT

2.6.2 Trình tự thực hiện

+ Bước 5: Điện áp giữa cực C và E của IGBT là bao nhiêu?

+ Bước 6: Dùng VOM ở chế độ DC, đo điện áp trên điện trở R1 ở phía cực G.Dòng cực G xác định bằng cách lấy điện áp đo được chia cho điện trở R1 xácđịnh dòng G

+ Bước 7: Biến đổi vài lần điện áp giữa 0 đến 10V, quan sát thật kỹ tín hiệu+ Bước 8: Có phải IGBT hoạt động như một công tắc được điều khiển bởi dòng

G, nghĩa là dẫn điện khi cung cấp điện áp 10V cho dòng G và ngắt điện khikhông cung cấp điện áp cho dòng G không?

2.6.3 Thực hành

- Từng học sinh thực hiện khảo sát Van bán dẫn công suất IGBT theo sựhướng dẫn của giáo viên

- Thao tác chính xác, gọn gàng tại nơi làm việc

- Ghi kết quả khảo sát vào vở

2.7 GTO.

2.7.1 Lý thuyết liên quan

- Cấu tạo

Hình 2.12: Cấu tạo 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

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

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

2.7.2 Trình tự thực hiện

+ Bước 1: Nối cực POWER INPUT của bảng mạch với nguồn cung cấp 15V.Lúc này đừng bật nguồn cung cấp

+ Bước 2: Thiết lập mạch như hình 2.13 Để làm được điều đó, đặt một jumper

để nối R1, dùng jumper thứ 2 để làm đoản mạch có cuộn cảm L1 Trong khốimạch DRIVER, đặt 1 jumper giữa cực dương của nguồn và ngõ ra cực A Sau

đó nối cực A của khối mạch DRIVER với cực A của khối mạch Thyristor GTO.Trong khối mạch THYRISTOR GTO, đặt jumper nối nối cực B đến +15V Saucùng, nối cực B và C của khối mạch LOAD (Z) với cực B và C của khối mạchThyristor GTO

Hình 2.13: Khảo sát Thyristor GTO

+ Bước 3: Trên bộ chân đế, xoay núm dương của nguồn điều khiển hết cỡngượcchiều kim đồng hồ đểthu được điện áp 0V Sau đó, bật nguồn cung cấp.

+ Bước 4: Trên bộdao động ký, trên kênh 2, điện áp giữa anode và cathode củaThyristor GTO là bao nhiêu?

+ Bước 5: Xem kết quả ở bước 4, bạn có thể xác định Thyristor GTO ngắt vàngăn không cho dòng IAchạy qua không ?

+ Bước 6: Xoay nguồn điều khiển dương theo chều kim đồng hồ sao cho điện ápcực G Thyristor GTO tăng đến 10V

+ Bước 7: Điện áp giữa cực anode và cathode của Thyristor GTO bằng baonhiêu?

+ Bước 8: Xem kết quả ở bước 7, bạn có thểxác định Thyristor GTO dẫn và chodòng IA chạy qua không ?

+ Bước 9: Dùng nguồn điều khiển dương, thay đổi vài lần điện áp từ 0 đến 10V,trong khi đó quan sát tín hiệu

+ Bước 10: Có phải Thyristor GTO hoạt động như một công tắc được điều khiểnbởi dòng G không?

+ Bước 11: Xoay núm điều khiển nguồn âm hết cỡ theo ngược chiều kim đồng

hồ Gỡ jumper mà nối ngõ ra dương (+10V) với cực A và nối ngõ ra âm

(-10V) với cực A để đưa xung âm vào cực G Thyristor GTO

2.7.3 Thực hành

- Từng học sinh thực hiện khảo sát Van bán dẫn công suất GTO theo sựhướng dẫn của giáo viên

- Thao tác chính xác, gọn gàng tại nơi làm việc

- Ghi kết quả khảo sát vào vở

CÂU HỎI ÔN TẬP

Câu 1: Trình bày cách đo xác định chân của Transistor công suất 2N3055

BÀI 3 : LẮP RÁP, SỬA CHỮA MẠCH CHỈNH LƯU CÔNG SUẤT

KHÔNG ĐIỀU KHIỂN

Mã bài: MĐ16-03Thời gian: 14 giờ (LT: 1, TH: 6, Tự học: 6; Kiểm tra: 1)

Giới thiệu:

- Bài học này giới thiệu về nguyên lý mạch điện, các thông số cơ bản đánhgiá về các mạch biến đổi công suất (chỉnh lưu) cố định một pha bán kỳ, toàn kỳ,mạch chỉnh lưu 3 pha bán kỳ và toàn kỳ

- Nội dung bài còn đi sâu vào khảo sát về dòng điện, điện áp cũng như côngsuất trong các mạch nêu trên nhằm giúp người học có khả năng phân tích, phánđoán các nguyên nhân hư hỏng có thể xảy ra trong thực tế

3.1.1 Lý thuyết liên quan

Như đã đề cập ở các bài trước, nguồn cấp điện một chiều thường đượcchỉnh lưu từ dòng điện xoay chiều một pha hoặc ba pha vì các máy phát điệnmột chiều ngày càng ít thông dụng Trong thiết bị điện tử công suất thường gặpcác giá trị dòng thuận lớn và điện áp nghich cao Do đó, chỉ các diode silicontrong các mạch điện ở phần sau được dùng làm van chỉnh lưu

Khác với điện áp một chiều từ nguồn pin hoặc các nguồn ổn áp, điện áp racủa các mạch chỉnh lưu không cố định theo thời gian mà có dạng xung mộtchiều, còn được gọi là điện áp hổn hợp, điện áp này có thể đo được bằng cácthiết bị đo từ điện (trị trung bình) hoặc thiết bị đo điện từ (hiệu dụng)

- Chỉnh lưu công suất một pha nửa chu kỳ không điều khiển

Hình 3.1: Sơ đồ mạch chỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ

Hình 3.2: Điện áp DC ngõ ra và AC ngõ vào của mạch chỉnh lưu bán kỳ

Điện áp được làm phẳng bằng cách dùng các điện dung nếu không thìthông thường kỹ thuật chỉnh lưu sẽ không có ý nghĩa Vì đối với tải dòng lớn tụcũng phải có điện dung rất lớn nên trong các mạch biến đổi công suất dòng điệnđược làm phẳng bằng cuộn cảm

Đỉnh điện áp nghịch URRM đặt lên diode bằng với đỉnh âm của điện ápxoay chiều

- Chỉnh lưu công suất một pha nửa chu kỳ không điều khiển

Mạch chỉnh lưu gồm 2 dạng: Sơ đồ dùng biến áp có điểm giữa và sơ đồdùng cầu diode Khác với chỉnh lưu bán kỳ trong mạch chỉnh lưu toàn kỳ dòngchỉnh lưu vẫn tồn tại trong khoảng thời gian bán kỳ âm của lưới điện Điện áplưới có thể đưa trực tiếp vào mạch chỉnh lưu cầu không cần qua trung gian mộtbiến áp

Chỉnh lưu toàn kỳ dùng biến áp có điểm giữa

Phần tử cơ bản trong mạch là một biến áp có điểm giữa bên cuộn thứ cấpnhư trình bày trong hình vẽ Trên nguyên tắc mạch này gồm hai mạch công suấtnữa chu kỳ ghép song song với nhau

Hình 3.3: Mạch chỉnh lưu toàn kỳ

Cuộn thứ cấp được xem như là cuộn dây 2 pha với các điện áp pha là

Uphase 1 và Uphase 2 Điện áp giữa hai pha này là

U = U + U

Điện áp trên các diode cũng bằng 2 lần, một ưu điểm của sơ đồ là cácdiode có cùng điện áp và có thể được gắn trực tiếp trên cùng cánh tỏa nhiệt Đặctính của mạch điện trong hình vẽ điện áp DC ngõ ra được vẽ bởi đường liên tục

và điện áp xoay chiều giữa hai pha là đường đứt nét

Hình 3.4: Dạng điện áp trong mạch

Chỉnh lưu công suất cầu một pha

Mạch được xem như là một mạch cầu 1 pha Như đã biết, trong thực tếcác mạch chỉnh lưu thường được áp dụng phù hợp với ưu điểm của từng loại

Ngoài các ưu điểm, mạch dưới cũng có khuyết điểm là điện áp thuận bịgiảm nhiều hơn trên hai diode V10 và V40 cũng như trên V20 và V30 vì từngcặp diode được nối tiếp nhau khi dần

Hình 3.6: Mạch chỉnh lưu cầu một pha không điều khiển.

+ Bước 2: Dùng V.O.M kiểm tra chất lượng các linh kiện trong mạch

+ Bước 3: Kiểm tra nguồn cung cấp ngõ vào của mạch điện

+ Bước 4: Dùng OSC đo và vẽ dạng sóng tại ngõ vào và ngõ ra trên tải thuần trởvào vở

+ Bước 5: Sinh viên quan sát trên tải thuần trở, từ đó tìm ra được nguyên nhânmạch không hoạt động và khắc phục được hư hỏng

3.1.3 Thực hành

- Từng học sinh thực hiện lắp ráp mạch theo sơ đồ đã cho sau đó đo vàkiểm tra hoạt động của các mạch điện theo sự hướng dẫn của giáo viên

- Thực hiện bài thực hành như trên nhưng thay đổi tải bằng RC và RLC

3.2 Lắp ráp, sửa chữa mạch chỉnh lưu công suất ba pha hình tia không điều khiển.

3.2.1 Lý thuyết liên quan

- Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu 3 pha hình tia

Trong hình 3.7 cho thấy ba van bán dẫn được đặt vào 3 pha L1, L2 và L3

Vì các cathode của 3 van có cùng điện áp nên có thể nối chung lại với nhau, sau

đó tải được nối giữa điểm chung này với dây trung tính của biến áp (đấu sao)

Do đó, cuộn thứ cấp của biến áp phải đấu sao

Hình 3.7: Mạch chỉnh lưu 3 pha hình tia không điều khiển.

Hình 3.8 Dạng sóng trên mạch chỉnh lưu hình tia 3 pha.

3.2.2 Trình tự thực hiện

+ Bước 1: Lắp ráp mạch chỉnh lưu hình tia 3 pha không điều khiển với tảithuần trở

Hình 3.9: Sơ đồ mạch chỉnh lưu 3 pha hình tia không điều khiển

+ Bước 2: Dùng VOM kiểm tra chất lượng các linh kiện trong mạch điện.+ Bước 3: Dùng VOM đo điện áp của điểm giữa 3 xung không điều khiển đốivới tải thuần trở

+ Bước 4: Kiểm tra nguồn cung cấp ngõ vào của mạch điện

+ Bước 5: Dùng máy hiện sóng đo và vẽ dạng sóng ngõ vào/ra trên tải

+ Bước 6: Quan sát mạch hoạt động trên tải sau đó dùng VOM và máy hiệnsóng đo kiểm tra hoạt động của mạch, từ đó tìm ra được nguyên nhân mạchkhông hoạt động và khắc phục được hư hỏng

3.2.3 Thực hành

- Từng học sinh thực hiện lắp ráp và kiểm tra hoạt động của các mạchđiện theo sự hướng dẫn của giáo viên

- Thực hiện bài thực hành như trên nhưng thay đổi tải bằng RC và RLC.

- Nhận xét kết quả thực hành và so sánh kết quả giữa các tải

3.3 Lắp ráp, sửa chữa mạch chỉnh lưu công suất ba pha hình cầu không điều khiển.

3.3.1 Lý thuyết liên quan

- Đại cương: Một loại chỉnh lưu có ưu điểm về hệ số gợn sóng và côngsuất là mạch chỉnh lưu cầu 3 pha còn được gọi là mạch 6 pha Ngoài ra do khôngcần đến biến áp đấu sao như trong mạch Có thể xem mạch chỉnh lưu cẩu 3 pha

là sự nối tiếp của 1 mạch gồm 3 cathode chung với mạch 3 anode chung

Mạch chỉnh lưu ba pha hình cầu cơ bản được trình bày trong hình 3.10

Hình 3.10: Mạch chỉnh lưu cầu 3 pha không điều khiển.

Hình 3.11 Dạng sóng trong mạch chỉnh lưu 3 pha hình cầu.

3.3.2 Trình tự thực hiện

+ Bước 1: Lắp ráp mạch chỉnh lưu 3 pha hình cầu không điều khiển theo sơ

đồ bên dưới với tải RL