Giáo trình: Thí nghiệm điện tử công suất ppt

 Từ khóa: Linh kiện công suất, chỉnh lưu, ổn áp một chiều, điều khiển công suất, biến tần gián tiếp, biến tần trực tiếp, lập trình mô phỏng, MATLAB, PSIM, mạch tạo xung kích.. LỜI NÓI Đ

BIÊN SOẠN: ĐOÀN HÒA MINH

THÔNG TIN VỀ TÁC GIẢ PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG SỬ DỤNG CỦA GIÁO TRÌNH

1 THÔNG TIN VỀ TÁC GIẢ

Họ và tên: ĐOÀN HÒA MINH Sinh năm: 1956

Cơ quan công tác:

Bộ môn: Hệ thống máy tính và truyền thông (HTMT&TT)

(Đã giảng dạy trên 15 năm ở bộ môn Viễn thông & Tự động hóa, chuyển sang bộ môn HTMT&TT từ 2008)

Khoa: Công nghệ thông tin và truyền thông.

Trường: Đại học Cần Thơ

Địa chỉ email để liên hệ: dhminh@cit.ctu.edu.vn

2 PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG SỬ DỤNG CỦA GIÁO TRÌNH

 Giáo trình có dùng để tham khảo ở những ngành: Kỹ thuật Điện, Điện tử, Tự động hóa của các trường đại học kỹ thuật.

 Từ khóa: Linh kiện công suất, chỉnh lưu, ổn áp một chiều, điều khiển công suất, biến tần gián tiếp, biến tần trực tiếp, lập trình mô phỏng, MATLAB, PSIM, mạch tạo xung kích.

 Yêu cầu kiến thức trước khi học về môn này: đã học lý thuyết về Điện tử công suất.

 Chưa xuất bản

CHÚ Ý AN TOÀN ĐIỆN

Tất cả các mạch thí nghiệm đều sử dụng trực tiếp nguồn điện xoay chiều 220V Do đókhi thực tập sinh viên phải luôn cảnh giác giữ an toàn về người lẫn thiết bị thí nghiệm

Để bảo đảm an toàn sinh viên phải tuyệt đối chấp hành các qui định sau đây:

1 Không được chạm vào mạch điện khi đã mở nguồn cấp điện

2 Khi mắc điện xong, phải báo cáo cho cán bộ hướng dẫn kiểm tra, có sự đồng ý củacán bộ hướng dẫn mới được mở nguồn cấp điện

3 Khi đo điện áp, dòng điện hoặc xem dạng sóng cần phải:

5 Không được di dời các thiết bị thí nghiệm từ bài này sang bài khác

6 Khi thực tập xong phải tắt điện, sắp xếp gọn gàng các thiết bị trước khi ra về.Sinh viên sẽ chịu trách nhiệm về các sự cố và bồi thường thiết bị hư hỏng nếu khôngchấp hành đúng các qui định trên

MỤC LỤC

THÔNG TIN VỀ TÁC GIẢ 2

1 THÔNG TIN VỀ TÁC GIẢ 2

2 PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG SỬ DỤNG CỦA GIÁO TRÌNH 2

CHÚ Ý AN TOÀN ĐIỆN 3

MỤC LỤC 4

LỜI NÓI ĐẦU 7

BÀI 1: KHẢO SÁT LINH KIỆN CÔNG SUẤT CƠ BẢN 8

1.1 MỤC ĐÍCH 8

1.2 KIẾN THỨC NỀN 8

1.2.1 BJT công suất:

8 a) Tải đặt ở chân E

8 b) Đặt tải ở chân C

9 c) Điều khiển gián tiếp

9 1.2.2 MOSFET công suất: 10

1.2.3 SCR 10

a Ký hiệu 10

b Khi phân cực thuận: 11

c Khi phân cực nghịch: 11

d Tóm lại: 11

1.2.4 TRIAC 11

1.3 THỰC HÀNH: 12

1.3.1 BJT: 12

1.3.2 MOSFET 12

1.3.3 SCR 13

A Mắc mạch như hình sau: (Hình 1.20): 13

B Mắc mạch như hình sau (Hình 1.21): 13

1.3.4 TRIAC 14

A Mắc mạch như hình sau (Hình 1.22): 14

B Mắc mạch như hình sau (Hình 1.23): 14

1.4 THIẾT BỊ: 15

1.5 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 15

BÀI 2: MÔ PHỎNG LINH KIỆN CÔNG SUẤT CƠ BẢN 16

2.1 MỤC ĐÍCH 16

2.2 NỘI DUNG 16

52.2.1 DIODE: 16

2.2.1.1 Mô hình toán học [6]: 16

2.2.1.2 Thực hành: 17

2.2.2 TRANSISTOR 17

2.2.2.1 Mô hình toán học [6]: 18

Trong mô hình Ebers-Moll cơ bản (hình 3.c), các dòng điện IC, IB, IE được xác định bởi các biểu thức sau: 18

2.2.2.2 Thực hành: [1], [3], [7], [8], [9], [10], [11] 19

2.2.3 MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 20

2.2.3.1 E-MOSFET transistor [2], [12] 20

2.2.4 THYRISTOR (SCR) [2], [10] 21

2.2.4.1.Các thông số kỹ thuật cơ bản của SCR là: 22

2.2.4.2 Thực hành [1], [3], [6], [7], [8], [9], [10], [11] 22

2.2.5 TRIAC [2], [12] 22

2.2.5.1 Các thông số kỹ thuật cơ bản của TRIAC là: 23

2.2.5.2 Thực hành: 23

2.3 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 23

BÀI 3: CHỈNH LƯU MỘT PHA CÓ ĐIỀU KHIỂN 24

3.1 MỤC ĐÍCH 24

3.2 CÁC KIẾN THỨC LIÊN QUAN 24

3.2.1 Sinh viên ôn lại: 24

3.2.2 Sinh viên tìm hiểu và giải thích nguyên tắc hoạt động của mạch tạo xung kích:

24 3.3 THỰC HÀNH: 24

3.3.1 Khảo sát Board mạch tạo xung kích: 24

3.3.2 Khảo sát nguyên tắc điều khiển góc mở: 26

3.3.3 Khảo sát chỉnh lưu cầu dùng 4 diode công suất: 27

3.3.4 Khảo sát chỉnh lưu cầu, bán điều khiển 27

3.3.5 Chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn

28 a Mắc tải R ( bóng đèn): 28 b Mắc tải R-L (gồm đèn và cuộn cảm nối tiếp): 28

3.4 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 28

3.5 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 29

BÀI 4: LẬP TRÌNH MÔ PHỎNG MẠCH CHỈNH LƯU BẰNG MATLAB 30

4.1 MỤC ĐÍCH 30

4.2 KIẾN THỨC NỀN 30

4.3 THỰC HÀNH 30

4.3.1 Chỉnh lưu 3 pha mạch tia không điều khiển 30

a Chương trình mẫu 1: 31

b Câu hỏi: 33

4.3.2 CHỈNH LƯU 3 PHA MẠCH TIA CÓ ĐIỀU KHIỂN 34

a Chương trình mẫu 2: 34

b Câu hỏi: 36

4.4 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38

BÀI 5: MÔ PHỎNG MẠCH CHỈNH LƯU MỘT PHA CÓ ĐIỀU KHIỂN BẰNG PSIM 39

5.1 MỤC ĐÍCH: 39

5.2 KIẾN THỨC NỀN: 39

5.3 THỰC HÀNH: 41

5.3.1 Mạch chỉnh lưu điều khiển một pha nửa chu kỳ: 41

5.3.2 Mạch chỉnh lưu điều khiển một pha hai nửa chu kỳ: 42

5.4 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 43

BÀI 6: ỔN ÁP MỘT CHIỀU 44

6.1 MỤC ĐÍCH 44

6.2 SƠ LƯỢC VỀ LÝ THUYẾT 44

6.2.1 Ổn áp tuyến tính 44

6.2.2 Ổn áp ngắt mở 45

6.3 PHẦN THỰC HÀNH 47

6.3.1 Ổn áp tuyến tính 47

6.3.2 Ổn áp ngắt mở: 49

6.3.2.1 Vi mạch KA3842 có sơ đồ chân: 50

6.3.2.2 Sinh viên khảo sát mạch và thực hiện các công việc sau: 50

6.4 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM: 51

6.5 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 51

BÀI 7: ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT AC 52

7.1 MỤC ĐÍCH: 52

7.2 SƠ LƯỢC LÝ THUYẾT: 52

7.3 CÂU HỎI VÀ THỰC HÀNH 53

A Câu hỏi lý thuyết : 53

B Câu hỏi thực hành : 54

7.4 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM: 56

7.5 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 56

BÀI 8: BIẾN TẦN GIÁN TIẾP 57

8.1 MỤC ĐÍCH 57

8.2 SƠ LƯỢC VỀ LÝ THUYẾT BIẾN TẦN 57

8.2.1 Phân loại 57

8.2.2 Cấu tạo: 57

a Bộ chỉnh lưu và mạch trung gian một chiều: 58

b Bộ nghịch lưu áp 58

8.2.3 Phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu áp :

60 a Phương pháp điều chế độ rộng sin (sin PWM)

60 b Phương pháp điều chế độ rộng xung vuông (Square PWM)

60 c Phương pháp điều chế độ rộng xung tối ưu (Optimum PWM) 61

8.2.4 Giới thiệu về biên tần SIEMENS G110

61 a Giới thiệu chung 61 b Sơ lược cấu tạo 62 c Sử dụng 63

8.3 CÂU HỎI VÀ THỰC HÀNH 65

A Câu hỏi lý thuyết 65

B Phần thực hành trên bộ biến tần dùng BJT công suất và mạch tạo xung kích dùng vi điều khiển 89C51 65

C Phần thực hành trên bộ biến tần Siemens G110 66

1 Điều khiển G110 từ các DIN 66

2 Điều khiển G110 từ BOP 66

8.4 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 67

8.5 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 68

BÀI 9: BIẾN TẦN TRỰC TIẾP 69

9.1 MỤC ĐÍCH 69

9.2 SƠ LƯỢC LÝ THUYẾT 69

9.2.1 Mạch công suất: 69

9.2.2 Mạch điều khiển (mạch tạo xung kích): 69

9.3 CÂU HỎI VÀ THỰC HÀNH 71

A Câu hỏi lý thuyết: 72

B Câu hỏi thực hành 73

1 Khảo sát mạch tạo xung kích: 73

2 Khảo sát mạch công suất: 73

9.4 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM: 74

9.5 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 74

LỜI NÓI ĐẦU

Năm 2001, Bộ môn Viễn thông và điều khiển tự động, Khoa Công nghệthông tin & truyền thông, Trường Đại học Cần Thơ, đã thực hiện thiết kế lạicác bài thí nghiệm Điện tử công suất Các bài thí nghiệm này đã được thiết kếbao gồm thiết bị thí nghiệm và giáo trình, phục vụ cho các chuyên ngành Điện

tử, Viễn thông, Tự động hóa, Kỹ thuật điện,…

Giáo trình thí nghiệm Điện tử công suất được thực hiện lần này là sự bổ sung

và cải tiến giáo trình thí nghiệm Điện tử công suất năm 2001 Giáo trình đượcbiên soạn gồm 9 bài thực tập cho học phần 2 tín chỉ, thời lượng là 60 tiết thựctập, mỗi bài được thực hành với thời gian 6 tiết, 6 tiết còn lại dành cho kiểm trahọc phần Tuy nhiên, ta cũng có thể chọn ra 5 bài cho học phần 1 tín chỉ

Tôi xin chân thành cám ơn quí thầy cô trong Bộ môn Viễn thông & Kỹthuật điều khiển, Khoa Công nghệ thông tin & Truyền thông, hiện nay là Bộmôn Viễn thông và Bộ môn Tự động hóa, khoa Công nghệ, đã tham gia thựchiện các bài thí nghiệm năm 2001

Cảm ơn ThS Phạm văn Tấn, ThS Nguyễn Hoàng Dũng, TS Trần ThanhHùng và quí thầy, cô khác đã có nhiều đóng góp để hoàn thành giáo trình này

Cần Thơ, ngày 18 tháng 2 năm 2009

ĐOÀN HÒA MINH

Bài 1: Khảo sát linh kiện công suất cơ bản

Giáo trình thí nghiệm điện tử công

BÀI 1: KHẢO SÁT LINH KIỆN CÔNG SUẤT CƠ BẢN

Tham gia thực hiện: KS Trương Văn Tám

1.1 MỤC ĐÍCH

Khảo sát các linh kiện công suất: BJT, MOSFET, SCR và Triac Trong lĩnh vực điện

tử công suất, các linh kiện này được dùng như các chuyển mạch (switch) Vì vậy, ta chỉ

khảo sát chúng trong hai chế độ đóng (dẫn) và ngắt (ngưng dẫn), riêng với SCR và Triac

ta sẽ khảo sát thêm các đặc tính cơ bản như điện thế phân cực, dòng kích, góc mỡ (điều khiển pha)…

Qua bài thực hành này, sinh viên sẽ hiểu rõ hơn nguyên lý hoạt động của các linh kiệncông suất, từ đó, có thể ứng dụng chúng trong thực tế

1.2 KIẾN THỨC NỀN

Để làm tốt bài thí nghiệm này, sinh viên phải tự ôn tập kiến thức nền trong các giáotrình lý thuyết đã học Đây là các linh kiện quen thuộc, nên trong các phần sau đây chỉnhắc lại một số vấn đề cơ bản

1.2.1 BJT công suất:

Về cấu tạo, nguyên lý họat động cơ bản vẫn giống như BJT công suất nhỏ Sau đây

là các đặc tính riêng của BJT công suất mà ta cần lưu ý:

Giáo trình thí nghiệm điện tử công

của BJT công suất thường khá nhỏ (khoảng

 Khi dùng BJT như một chuyển mạch, các điểm cần quan tâm là: thời gian chuyển

mạch (thời gian chuyển từ trạng thái dẫn bão hòa sang trạng thái ngưng dẫn và

ngược lại) càng ngắn càng tốt; ở trạng thái đóng, mạch kích phải tạo dòng I B đủ

nhiên, ta phải thiết kế sao cho BJT hoạt động không vượt quá các định mức

 BJT là lọai linh kiện công suất có thể kích ngắt

Ví dụ:

a) Tải đặt ở chân E (Hình 1.1)

- Khi SW ở vị trí 1 (nối mass), BJT ngưng dẫn (ngắt): RCE  VCE → ∞

ICBJT như một SW ở vị trí hở (OFF, ) và Vo= 0, IL = 0

- Khi SW ở vị trí 2, BJT chuyển sang trạng thái dẫn : R  VCE

* R3 nối B+ ⇒ Q3, Q2, Q1 dẫn bảo hòa, SW ở trạng thái ON

* R3 nối mass ⇒ Q3, Q2, Q1 ngưng, SW ở trạng thái OFF

Trong hai trường hợp trên B+ chỉ cần khoảng vài volt

1.2.2 MOSFET công suất:

 Bài thí nghiệm này khảo sát MOSFET loại tăng (E-MOSFET) chế tạo dưới dạngV-MOSFET (Vertical MOSFET) hay D-MOSFET (Double-diffused MOSFET)

 MOSFET kênh N dẫn khi VGS > VGS(th) > 0 và VDS > 0

 MOSFET kênh P dẫn khi VGS < VGS(th)< 0 và VDS < 0

 Ở MOSFET kênh N do VGS > 0 nên tải thường phải mắc ở cực D khi sử dụngMOSFET như một chuyển mạch (Hình 1.4)

 MOSFET có ưu diểm là khi bão hòa là VDS xuống rất thấp nên công suất tiêu tánbên trong (dưới dạng nhiệt) nhỏ hơn nhiều so với BJT

 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

ID vượt quá IDMAX mà FET có thể chịu được

1.2.3 SCR

a Ký hiệu (Hình 1.5)

b Khi phân cực thuận: VA >VK (Hình 1.6)

- SCR không dẫn điện khi VAK còn nhỏ, khi tăng VAK (bằng cách tăng VAA) đếntrị số VBO (điện thế quay về) thì SCR chuyển sang trạng thái dẫn, lúc này VAK giảmxuống còn khoảng 0.7V và hoạt động như Diode chỉnh lưu Điện áp VBO thường khá lớn(từ vài chục volt đến vài trăm volt tùy SCR)

- Thực tế người ta thường tạo dòng kích IG để SCR có thể dẫn điện ngay màkhông chờ điện thế cao Dòng kích IG tối thiểu và tối đa tùy thuộc vào mỗi SCR nhưngnói chung các dòng này càng lớn (từ vài mA đến vài chục mA) khi SCR có công suấtcàng lớn

- Khi SCR đã dẫn, nếu ta bỏ dòng kích thì SCR vẫn tiếp tục dẫn điện (không thểtắt SCR bằng cực cổng)

c Khi phân cực nghịch: VA <V K

SCR không dẫn điện cho dù có dòng kích IG

d Tóm lại: SCR chỉ dẫn điện một chiều từ Anode sang Cathode khi có dòng kích IG

thích hợp.

1.2.4 TRIAC

Ký hiệu (Hình 1.7)

T2 (đầu cuối)

Triac còn được gọi là SCR lưỡng hướng.

Khi VT2 >VT1, Triac dẫn điện từ T2 sang T1 khi kích bằng dòng cổng IG dương(VGT1>0)

Khi VT1 >VT2, Triac dẫn điện từ T1 sang T2 khi kích bằng dòng cổng âm

Khi Triac ⏐VT2T1⏐# 0,7V

Như vậy Triac dùng trong điện xoay chiều thuận lợi hơn SCR Cũng như SCR, dòngcổng tối thiểu và tối đa cũng tuỳ thuộc vào mỗi Triac

1.3 THỰC HÀNH:

1.3.1 BJT:

Ta khảo sát một công tắc điện tử dùng BJT Mạch thực hành như hình sau (Hình 1.8):

a) Bật SW về vị trí mass Đo điện thế của các chân Q1, Q2, Q3 Giải thích kết quả.b) Bật SW về vị trí +5V Lập lại câu 1

1.3.3 SCR

A Mắc mạch như hình sau: (Hình 1.20):

a) Lần lượt bật SW về vị trí 1, 2, 3 quan sát led (được mắc song song với tải, khiSCR dẫn led cháy sáng) Giải thích kết quả

b) Đặt SW về vị trí 2 quan sát tải, xong bật về vị trí 1 Nhận xét giải thích

c) Đổi cực của nguồn Vi, lập lại câu a, giải thích kết quả

B Mắc mạch như hình sau (Hình 1.21):

a) Chỉnh VR quan sát tải Giải thích

b) Chỉnh VR , dùng dao dộng nghiệm quan sát điện áp hai đầu tải, vẽ lại dạngsóng ở một vị trí nào đó của VR khi SCR dẫn Giải thích

c) Tại sao bán kỳ âm SCR không dẫn

d) Chức năng của diode D1

e) Làm cách nào để tăng công suất của SCR trong mạch điện xoay chiều?

Hình 1.21

1.3.4 TRIAC

A Mắc mạch như hình sau (Hình 1.22):

a Lần lượt bật SW về vị trí 1, 2, 3 quan sát led và giải thích kết quả

b Đặt SW về vị trí 2 quan sát tải, xong bật về vị trí 1 Nhận xét giải thích

c Đổi cực của nguồn VI, lập lại câu a và b, giải thích kết quả

B Mắc mạch như hình sau (Hình 1.23):

b Chỉnh VR, quan sát tải, vẽ lại dạng sóng hai đầu tải.

c Thử nêu vài ứng dụng của mạch này

1.4 THIẾT BỊ:

1 01 Mạch thí nghiệm (board lớn)

2 01 oscilloscope

3 01 VOM

1.5 TÀI LIỆU THAM KHẢO:

[1] Các bài giảng và giáo trình ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – Bộ Môn Viễn Thông & Kỹthuật Điều khiển - Khoa công Nghệ Thông Tin & Truyền thông – ĐHCT

[2] TRƯƠNG VĂN TÁM - LINH KIỆN ĐIỆN TỬ – Giáo trình – Bộ Môn ViễnThông & Tự Động Hóa - Khoa công Nghệ Thông Tin & Truyền thông – ĐHCT – 2001.[3] TRƯƠNG VĂN TÁM - MẠCH ĐIỆN TỬ – Giáo trình – Bộ Môn Viễn Thông &

Tự Động Hóa - Khoa công Nghệ Thông Tin & Truyền thông – ĐHCT – 2001

Bài 2: Mơ phỏng linh kiện cơng suất cơ bản

sử dụng chúng tốt hơn trong các mạch cơng suất Vì vậy, nội dung chủ yếu của bài này là

vẽ đặc tuyến của các linh kiện điện tử cơ bản từ các mơ hình tốn học của nĩ, với sự trợgiúp của máy tính Bài thực tập này cịn giúp cho sinh viên nắm được các nguyên tắc cơbản của việc mơ phỏng linh kiện hay mạch điện tử bằng máy vi tính

2.2 NỘI DUNG

2.2.1 DIODE:

Đặc tuyến biểu diễn sự phụ thuộc của dịng điện I [A] qua diode vào điện áp V[V]giữa anode A và cathode K của diode

Qui ước: chiều dương của I là chiều từ anode đến cathode, tương ứng với chiều

dương của điện áp hướng về anode Hình 2.1 mơ tả cấu tạo (a) và ký hiệu của diode (b)

A

V Phân cực thuận: U > 0, I > 0

Phân cực nghịch: U < 0, I < 0K

Bài 2: Mô phỏng linh kiện công suất cơ bản

IS = 1,2mA đối với diode Germanium

IS = 0,2nA đối với diode Silicon

Ở nhiệt độ bình thường T = 3000K, Vt = 0,026 Volt

Khi phân cực thuận, dòng điện qua diode tăng nhanh, vì thế phải hạn chế dòng điệnqua diode để nó không bị đánh thủng Khi diode dẫn diện, điện áp phân cực thuận V=0,3Volts đối với diode Ge và V=0,7 Volts đối với diode Si Do đó, V/Vt > 10 và exp(V/Vt)

>>1

⏐ V ⏐

Suy ra: I ≈ I S exp⎜ ⎟

⎝ Vt ⎠Công thức trên chỉ đúng khi dòng điện qua mối nối khá lớn Với dòng điện nhỏ (vài

mA trở xuống) dòng điện qua diode là:

I ≈ Is[exp(V/Vt)-1]

Trong đó: =1 đối với diode Ge, =2 đối với diode Si

Trong thí nghiệm, mạch phân cực để vẽ đặc tuyến của diode như sau:

2.2.1.2 Thực hành:

1) Dự vào mô hình toán học, hãy viết chương trình vẽ đặc tuyến I-V của diode bằngngôn ngữ MATLAB (hoặc ngôn ngữ tuỳ ý) với V biến thiên từ -10V đến 0.7Vcho diode Si ở nhiệt độ bình thường Chạy thử chương trình và so sánh kết quả

mô phỏng được với đặc tuyến lý thuyết đã học Dựa vào đặc tuyến vẽ được, hãyghi lại các đại lượng: IS khi phân cực ngược và V khi phân cực thuận [1], [6]

2) Dùng phần mềm Multisim V6.20 hoặc 5.12 (Electronics WorkBench) để vẽ đặc

tuyến của diode và so sánh với kết quả ở câu 1 [3], [7], [8], [9] Cho nhận xét

2.2.2 TRANSISTOR

Cấu tạo, ký hiệu và mạch tương đương Ebers-Moll của transistor NPN lần lượt được

(ICS)

IB



(IES)IF

ICC

IEC

Hình 2.2

2.2.2.1 Mô hình toán học [6]:

định bởi các biểu thức sau:

Ic = FIES[exp (VBE/Vt)-1]-ICS[exp(VBC/Vt)-1]

IE = -IES[exp(VBE/Vt)-1]+IS[exp (VBCV/vt)-1]

IB = -(IC+IE)

Trong đó:

IES: dòng điện bảo hòa ngược của diode B-E

ICS: dòng điện bảo hòa ngược của diode B-C

F và R lần lượt là độ lợi dòng điện thuận và ngược

Hai nguồn dòng điện ICC và IEC được điều khiển bởi IF và IR như sau:

Hình 2.3

IE

E

Nói chung các tham số F và R thường không được dùng để mô hình hóa

transistor, người ta thay thế bằng các tham số thân thiện hơn, đó là:

F=F/(1-F) và R=R/(1-R)

F và R lần lượt là độ lợi dòng điện thuận và độ lợi dòng điện ngược của

transistor mắc cực E chung Mô hình Ebers-Moll có thể được thay đổi bằng cách thay thế ICC và IEC

bởi một nguồn dòng duy nhất có biểu thức như sau:

ICT = ICC – IEC = IS[exp(VBE/VT) - exp(VBC/VT)]

Mô hình này được trình bày trong hình 2.3.b

2.2.2.2 Thực hành: [1], [3], [7], [8], [9], [10], [11]

1) Dựa vào mô hình toán học, hãy viết chương trình vẽ đặc tuyến ngõ vào với VBEbiến thiên từ 0 đến 0.7V của BJT loại Silicon bằng ngôn ngữ MATLAB (hoặcngôn ngữ tuỳ ý), ở nhiệt độ bình thường Chạy thử chương trình và so sánh kếtquả mô phỏng được với đặc tuyến lý thuyết đã học

2) Dự vào mô hình toán học, hãy viết chương trình vẽ đặc tuyến ngõ ra với VCEbiến thiên từ 0 đến 24V của BJT loại Silicon bằng ngôn ngữ MATLAB (hoặcngôn ngữ tuỳ ý), ở nhiệt độ bình thường Chạy thử chương trình và so sánh kếtquả mô phỏng được với đặc tuyến lý thuyết đã học

3) Dự vào mô hình toán học, hãy viết chương trình vẽ đặc tuyến truyền của BJTloại Silicon bằng ngôn ngữ MATLAB (hoặc ngôn ngữ tuỳ ý), ở nhiệt độ bìnhthường, với VCE biến thiên từ 0 đến 24V và VBE biến thiên từ 0 đến 0.7V Chạy thử chương trình và so sánh kết quả mô phỏng được với đặc tuyến lý thuyết

đã học

4) Dùng phần mềm Multisim V6.20 hoặc 5.12 (Electronics WorkBench) để vẽ đặc

tuyến ngõ vào và đặc tuyến ngõ ra của BJT, so sánh với kết quả ở câu 1, câu 2 vàcâu 3 Cho nhận xét

IB= IS/R[exp(VBC/Vt)-1]+

IS/R[exp(VBE/Vt)-1] Thay VBC=VBE-VCE, suy ra:

IB= IS/R[exp(VBC/Vt)-1]+ IS/R{exp(VBE VCE)/Vt]-1}

Phương trình đặc tuyến ngỏ ra của transistor:

IC=f(VBE)|VCE

IC= IS(VBE/Vt)-exp(VBC/Vt)]-IS/R[exp(VBC/Vt)-1]

Thay VBC=VBE-VCE ta được:

IC= IS{(VBE/Vt)-exp[(VBE-VCE)/Vt]}-IS/R{exp[(VBE-VCE)/Vt]-1}

2.2.3 MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)

MOSFET có 2 loại: loại hiếm (DE-MOSFET: Depletion-type MOSFET) và loại tăng (E-MOSFET: Enhancement-type MOSFET)

Trong bài thực hành này ta chỉ khảo sát loại tăng (E-MOSFET)

2.2.3.1 E-MOSFET transistor [2], [12]

 Cấu tạo căn bản

E-MOSFET có hai loại: loại kênh N và loại kênh P

Mô hình 2.4 mô tả cấu tạo, ký hiệu và hình dạng của hai loại E-MOSFET kênh N

và kênh P

 Hoạt động Hình 2.4

Khi VGS<0, do không có thông lộ nối liền giữa hai vùng thoát và nguồn, nên mặc dù

có nguồn điện thế VDS áp vào hại cực thoát và nguồn, điện tử cũng không thễ di chuyểnnên không có dòng thoát ID (ID=0) lúc này chỉ có một dòng rỉ rất nhỏ chạy qua

Khi VGS>0 một điện trường được tạo ra ở vùng cổng Do cổng mang điện tíchdương nên hút các điện tử trong nền P _ (là hạt tải điện thiểu số ) đến tập trung ở mặt đốidiện của vùng cổng Khi VGS đủ lớn, lực hút mạnh các điện tử đến tập trung nhiều và tạothành một thông lộ tạm thời nối liền giữa hai vùng nguồn S và thoát D Điện thế VGS mà

từ đó dòng điện thoát ID bắt đầu tăng được gọi là điện thế thềm cổng nguồn VGS(th) KhiVGS tăng lớn hơn VGS(th), dòng điện thoát ID tiếp tục tăng nhanh

Dòng điện thoát ID được xác định theo từng điều kiện sau:

 Thực hành [1], [3], [6], [7], [8], [9], [10], [11]

1) Xây dựng mô hình toán học, viết chương trình vẽ đặc tuyến ngõ ra của MOSFETkênh N bằng ngôn ngữ MATLAB (hoặc ngôn ngữ tuỳ ý), ở nhiệt độ bìnhthường, với VDS biến thiên từ 0 đến 24V và VGS = -2V; -1V; 0V; 1V; 2V; 3V;4V; 5V; 6V Chạy thử chương trình và so sánh kết quả mô phỏng được với đặctuyến lý thuyết đã học

2) Xây dựng mô hình toán học, viết chương trình vẽ đặc tuyến truyền củaMOSFET kênh N bằng ngôn ngữ MATLAB (hoặc ngôn ngữ tuỳ ý), ở nhiệt độbình thường, với VGS biến thiên từ 0 đến 10V và VDS= 24V Chạy thử chươngtrình và so sánh kết quả mô phỏng được với đặc tuyến lý thuyết đã học

3) Dùng phần mềm Multisim V6.20 hoặc 5.12 (Electronics WorkBench) để vẽ đặc

tuyến ngõ ra và đặc tuyến truyền của MOSFET, so sánh với kết quả ở câu 1 vàcâu 2 Cho nhận xét

2.2.4 THYRISTOR (SCR) [2], [10]

SCR vàTriac là các linh kiện điều khiển không thể kích ngắt Công dụng quan trọngcủa nó là điều khiển công suất trên tải Trong trường hợp này chúng đóng vai trò nhưmột khóa điện tử, nên chỉ có 2 trạng thái dẫn (đóng) và khóa (ngắt) SCR điều khiển côngsuất DC, TRIAC điều khiển công suất AC Tuy nhiên, ta cũng có thể dùng 2 SCR hoặckết hợp SCR với một số Diode để điều khiển công suất AC

Cấu tạo, ký hiệu, hình dạng thực tế và đặc tuyến vào – ra của SCR được trình bày

trong hình 2.5.

Hình 2.5

Ta thấy, SCR chỉ dẫn điện một chiều

- Kích đóng (mở): VAK > 0, IG > 0

- Để SCR khóa ta không thể kích bằng dòng IG Để SCR khóa phải thỏa điều kiệnsau: VAK ≤ 0

2.2.4.1.Các thông số kỹ thuật cơ bản của SCR là:

- Dòng điện thuận định mức: In (A)

- Điện áp ngược cực đại Vinmax (V)

- Điện áp rơi V (V)

- Điện áp điều khiển VG (V)

- Dòng điện điều khiển IG (mA)

- Tốc dộ tăng dòng điện di/dt (A/s)

2) Dùng phần mềm Multisim V6.20 hoặc 5.12 (Electronics WorkBench) để vẽ đặc

tuyến ngõ ra và đặc tuyến truyền của SCR, so sánh với kết quả ở câu 1 Chonhận xét

2.2.5 TRIAC [2], [12]

Cấu tạo, ký hiệu, hình dạng thực tế và đặc tuyến vào – ra của TRIAC được trình bày

trong hình 2.6.

- Triac dẫn cả 2 chiều Hình 2.6

- Triac được kích đóng (dẫn) bằng dòng điện IG

- Để đưa Triac từ trạng thái dẫn sang trạng thái khóa phải có 2 điều kiện là : IG=0

và điện áp nguồn đổi chiều

Triac có thể được kích đóng trong 4 trường hợp sau :

a/ VD>0, VG>0, IG>0 (chiều dương là chiều mũi tên)

2.2.5.1 Các thông số kỹ thuật cơ bản của TRIAC là:

- Dòng điện định mức: In (A)

- Điện áp điện mức Vn (V)

- Điện áp rơi V (V)

- Điện áp điều khiển VG (V)

- Dòng điện điều khiển IG (mA)

- Tốc dộ tăng dòng điện di/dt (A/s)

so sánh kết quả mô phỏng được với đặc tuyến lý thuyết đã học

2) Dùng phần mềm Multisim V6.20 (Electronics WorkBench) để vẽ đặc tuyến ngõ

ra và đặc tuyến truyền của TRIAC, so sánh với kết quả ở câu 1 Cho nhận xét

2.3 TÀI LIỆU THAM KHẢO:

[1] Các bài giảng và giáo trình CAD – Bộ Môn Viễn Thông & Kỹ thuật Điều khiển Khoa công Nghệ Thông Tin & Truyền thông – ĐHCT

-[2] Các bài giảng và giáo trình ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – Bộ Môn Viễn Thông & Kỹthuật Điều khiển - Khoa công Nghệ Thông Tin & Truyền thông – ĐHCT

[3] NGUYỄN CHÍ NGÔN - Giáo trình THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MẠCH VÀ VẼMẠCH IN - Bộ Môn Viễn Thông & Kỹ thuật điều khiển - Khoa công Nghệ Thông Tin &Truyền thông – ĐHCT – 2003

[4] TRƯƠNG VĂN TÁM - LINH KIỆN ĐIỆN TỬ – Giáo trình – Bộ Môn ViễnThông & Tự Động Hóa - Khoa công Nghệ Thông Tin – ĐHCT – 2001

[5] TRƯƠNG VĂN TÁM - MẠCH ĐIỆN TỬ – Giáo trình – Bộ Môn Viễn Thông &

Tự Động Hóa - Khoa công Nghệ Thông Tin – ĐHCT – 2001

[6] M BIALKO, R CRAMPAGNE, D ANDREU – BASIC METHODS FORMICROCOMPUTER AIDED ANALYSIS OF ELECTRONIC CIRCUITS –PrenticeHall – 1995

[7] http://w w w.voc w .edu vn / content/m10373/latest/

[8] http://w w w.electronics w o rkbench.co m /ind e x.ht m l

[9] http://w w w.box net/shared/r m a8ut6x4s

[10] http://www.pow e rsimtech.com

[11] http:// www.mathwo r k s.com

[12] Zainal Salam – POWER ELECTRONICS AND DRIVES – Version 3 –UTM.JB – 2003

Bài 3: Chỉnh lưu một pha có điều khiển

BÀI 3: CHỈNH LƯU MỘT PHA CÓ ĐIỀU KHIỂN

Tham gia thực hiện: KS Ngô Trúc Hưng

3.2 CÁC KIẾN THỨC LIÊN QUAN

3.2.1 Sinh viên ôn lại:

- Các nguyên tắc cấu tạo của diode và SCR, các mạch chỉnh lưu dùng diode vàSCR

- Nguyên tắc điều khiển góc mở

- Chỉnh lưu một pha bán điều khiển

- Chỉnh lưu một pha điều khiển hoàn toàn

3.2.2 Sinh viên tìm hiểu và giải thích nguyên tắc hoạt động của mạch tạo xung kích:

Board tạo xung kích dùng để tạo và cấp xung kích cho board công suất tại những thờiđiểm mong muốn

Hoạt dộng của nó được mô tả bằng giản đồ dạng sóng tín hiệu trong hình 3.1.

Sơ đồ mạch thí nghiệm được trình bày trong hình 3.2 ở cuối bài thí nghiệm này.

3.3 THỰC HÀNH:

3.3.1 Khảo sát Board mạch tạo xung kích:

Nối board mạch kích xung vào Board công suất bằng dây BUS 4 sợi

a Quan sát và vẽ lại dạng sóng của TP3 và TP6 trên cùng một đồ thị Điều chỉnh

Bài 3: Chỉnh lưu một pha có điều khiển

Hình 3.1: Giản đồ dạng sóng tạo tín hiệu

Bài 3: Chỉnh lưu một pha có điều khiển

Hình 3.2: Mạch tạo xung kích TRAC

3.3.2 Khảo sát nguyên tắc điều khiển góc mở:

Ráp mạch như hình 3.3: