Bài giảng điện tử công suất hay có chiều đi của dòng điện

d. Các thông số chủ yếu của điôt công suất.Dòng điện thuận định mức Ia: dòng cực đại cho phép đi qua điôt trong một thời gian dài khi điôt mở.Điện áp ngược định mức Ungmax: điện áp ngược cực đại cho phép đặt vào điôt trong một thời gian dài khi điôt khoá.Điện áp rơi định mức Ua: điện áp rơi trên điôt khi điôt mở và dòng điện qua điôt bằng dòng điện thuận định mức. Thời gian phục hồi tính khoá tk : Thời gian cần thiết để điôt chuyển từ trạng thái mở sang trạng thái khoá

4 Điện tử công suất – Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật 2009

5 Điện tử công suất – Nguyễn Bính ĐH Bách khoa Hà Nội 2000

2 Kỹ thuật điện tử - ĐH Sao Đỏ năm 2011

1 Điện tử công suất – ĐH Sao Đỏ 2011

3 Giáo trình linh kiện điện tử – Nhà xuất bản giáo dục 2008

TÀI LIỆU THAM KHẢO

23:07:06

ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

1

1

TIRISTO

23:07:06

CÁC PHẦN TỬ BÁN DẪN

CÔNG SUẤT

CHƯƠNG I

23:07:07

1.1 Điốt công suất.

a Sơ đồ và kí hiệu

23:07:07

b Nguyên tắc hoạt động

* Phân cực thuận cho điốt

- Nối P với dương nguồn

- Nối N với âm nguồn

-+ E

23:07:07

* Phân cực ngược cho điốt

- Nối P với âm nguồn

- Nối N với dương nguồn

E

23:07:07

d Các thông số chủ yếu của điôt công suất.

-Dòng điện thuận định mức I a : dòng cực đại cho phép đi

qua điôt trong một thời gian dài khi điôt mở.

-Điện áp ngược định mức U ngmax : điện áp ngược cực đại cho phép đặt vào điôt trong một thời gian dài khi điôt khoá.

-Điện áp rơi định mức U a : điện áp rơi trên điôt khi điôt

mở và dòng điện qua điôt bằng dòng điện thuận định mức.

- Thời gian phục hồi tính khoá t k : Thời gian cần thiết để điôt chuyển từ trạng thái mở sang trạng thái khoá

23:07:07

e Cách kiểm tra điôt

Đặt đồng hồ ở thang x1, đặt hai que đo vào hai đầu

điôt, nếu:

+ Đo chiều thuận: que đen vào Anôt, que đỏ vào Katôt thỡ kim lên, đảo chiều đo kim không lên thỡ điot tốt

+ Nếu đo cả hai chiều kim lên = 0  thỡ điụt bị chập

+ Nếu đo chiều thuận mà kim không lên thỡ điot bị đứt

23:07:07

23:07:07

23:07:07

23:07:07

1.2 Tranzitor công suất

a.Cấu trúc và ký hiệu Transistor

23:07:07

1.2 Transistor công suất

23:07:07

U CE0 - Điện áp góp - phát cực đại cho phép khi I B = 0 (Transitor khoá)

U CEbh - Điện áp góp – phát khi Transitor mở bão hoà

I Cmax - dòng điện góp cực đại cho phép

P T - Công suất tiêu tán cực đại cho phép

t on – Thời gian cần thiết để Transitor chuyển từ trạng thái khoá sang trạng thái mở bão hoà

t off – Thời gian cần thiết để Transitor chuyển từ trạng thái mở bão hoà sang trạng khoá

c Các thông số của transistor

23:07:07

Một số hình ảnh thực tế của transistor

23:07:07

* Transistor NPN đo từ B sang C và từ B sang E (que đen vào B) tương đương như đo hai điôt thuận chiều => kim lên, tất cả các

trường hợp khác kim không lên.

* Transistor PNP đo từ B sang C và từ B sang E (que đỏ vào B)

tương đương như đo hai điôt thuận chiều => kim lên, tất cả các trường hợp khác kim không lên.

* Trái với các điều kiện trên là Transistor bị hỏng.

- Đo giữa C và E kim lên là bị chập CE.

d Kiểm tra transistor

23:07:07

* Đo xác định chân B và C

Với Transistor công xuất nhỏ thì thông thường chân E

ở bên trái như vậy ta chỉ xác định chân B và suy ra

chân C là chân còn lại

- Để đồng hồ thang x1Ω

- Đặt cố định một que đo vào từng chân

- Que kia chuyển sang hai chân còn lại −> nếu kim lên

= nhau thì chân có que đặt cố định là chân B

(nếu que đồng hồ cố định là que đen thì là Transistor ngược, là que đỏ thì là Transistor thuận)

23:07:08

1.3 Thyristor

a Cấu trúc và kí hiệu

23:07:08

* Điều kiện mở tiristor.

U AK > 0

U GK > 0 (I G > I Gst )

* Điều kiện khóa

-Làm giảm dòng điện làm việc xuống dưới giá trị

c Cỏc thụng số cơ bản

 Dòng điện trung bỡnh qua Thyristor(I T ): là dòng

trung b ỡ nh cho phép chạy qua Thyristor với điều kiện nhiệt độ của cấu trúc tinh thể bán dẫn không v ợt quá một giá trị cho phép

 Điện áp ng ợc cho phép lớn nhất(U ngmax ): là điện áp

ng ợc lớn nhất cho phép đặt lên Thyristor

 Thời gian phục hồi tính chất khoá của Thyristor(t r ):

là thời gian tối thiểu phải đặt điện áp ng ợc lên Thyristor sau khi dòng Anode- Kathod đã về bằng không tr ớc khi lại có thể có điện áp d ơng mà Thyristor vẫn khoá

23:07:08

Một số hình ảnh thực tế của Tiristor

23:07:08

d Cách kiểm tra Thyristor.

1.4 Vấn đề phát nhiệt trên van

- Tổn hao khi thiết bị bán dẫn theo chiều thuận

- Tổn hao do dòng điện rò ở trạng thái khóa

- Tổn hao trong mạch điện do năng lượng của xung trên cực điều khiển gây ra

23:07:08

CHƯƠNG II: THIẾT BỊ CHỈNH LƯU

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG

2.1.1 Khỏi niệm

 Chỉnh lưu là quỏ trỡnh biến đổi năng lượng điện

xoay chiều thành năng lượng điện một chiều

 Để chỉnh l u công suất nhỏ ta th ờng dùng chỉnh l u

một pha, còn để chỉnh l u công suất lớn th ờng dùng chỉnh l u ba pha.

 Điện áp và dòng điện sau chỉnh l u có chiều không

đổi nh ng vẫn dao động về trị số Do vậy để tải nhận đ

ợc điện áp hoặc dòng điện hoàn toàn không đổi cả về chiều và trị số ng ời ta phải dùng các phần tử lọc.23:07:08

* Theo loại van:

- Chỉnh lưu không điều khiển

- Chỉnh lưu bán điều khiển

- Chỉnh lưu có điều khiển

23:07:08

2.1.3 Cỏc tham số cơ bản của mạch chỉnh lưu

- Về phía tải: giá trị trung bỡnh của điện áp và dòng

điện chỉnh l u(U d , I d )

- Về phía van gồm: dòng trung bỡnh qua van I vtb và

điện áp ng ợc cực đại trên van U ngmax

23:07:08

2.2 Chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ

a Khi t¶i thuÇn trë (R)

2.2.1 Sơ đồ dùng máy biến áp có điểm giữa

Sơ đồ dùng MBA có điểm giữa tải R

w 22

w 21

i d

K o

+ -

23:07:09

Sơ đồ dùng MBA có điểm giữa tải R

w 22

w 21

i d

K o

+ -

Sơ đồ dùng MBA có điểm giữa tải R

w 22

w 21

i d

K o

+ -

Các thông số của sơ đồ:

- Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu:

1

U d

- Điện áp ngược cực đại trên mỗi điôt:

-Giá trị trung bình dòng điện tải:

-Giá trị dòng điện trên mỗi điôt:

2

d D

I

I 

23:07:09

b Khi t¶i lµ (R+E)

w 22

w 21

i d

K o

D 2

BA

+ -

b Khi t¶i lµ (R+E)

w 22

w 21

i d

K o

D 2

BA

+ -

2.2.2 Chỉnh lưu cầu một pha

i D1

23:07:09

Các thông số của sơ đồ:

- Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu

1

U d

- Điện áp ngược cực đại trên mỗi điôt:

-Giá trị trung bình dòng điện tải:

-Giá trị dòng điện trên mỗi điôt:

2

d D

I

I 

23:07:10

b Khi t¶i lµ (R+E)

H1 Chỉnh lưu 3 pha hình tia dùng điốt

id

BA

o

K c

b a

b a

C B

H2 Sơ đồ chỉnh lưu 3 pha hình tia dùng điốt khi tải là R

b a

C B

H2 Sơ đồ chỉnh lưu 3 pha hình tia dùng điốt khi tải là R

b a

C B

H2 Sơ đồ chỉnh lưu 3 pha hình tia dùng điốt khi tải là R

b a

C B

H2 Sơ đồ chỉnh lưu 3 pha hình tia dùng điốt khi tải là R

+ Giá trị trung bình điện áo chỉnh lưu:

+ Điện áp ngược cực đại trên mỗi van Ungmax :

2 max 6U

+ Giá trị trung bình dòng điện chỉnh lưu:

2 2

0 2

6

3 2

1

U d

BA

o

K c

b a

H4 Sơ đồ chỉnh lưu 3 pha hình tia dùng

điốt khi tải là R + E

E+

b TH tải R+E

23:07:11

b a

C B

H4 Sơ đồ chỉnh lưu 3 pha hình tia dùng điốt khi tải là R + E

b a

C B

H4 Sơ đồ chỉnh lưu 3 pha hình tia dùng điốt khi tải là R + E

b a

C B

H4 Sơ đồ chỉnh lưu 3 pha hình tia dùng điốt khi tải là R + E

b a

C B

H4 Sơ đồ chỉnh lưu 3 pha hình tia dùng điốt khi tải là R + E

b a

C B

H4 Sơ đồ chỉnh lưu 3 pha hình tia dùng điốt khi tải là R + E

b a

C B

H4 Sơ đồ chỉnh lưu 3 pha hình tia dùng điốt khi tải là R + E

b a

C B

H4 Sơ đồ chỉnh lưu 3 pha hình tia dùng điốt khi tải là R + E

2 2

6

3 2

1

U d

I

I 

) (

2 3

2 2

1

1

1 2

Cos R

U d

R

E Sin

U

Thông số cơ bản

+ Giá trị trung bình điện áo chỉnh lưu:

+ Điện áp ngược cực đại trên mỗi van Ungmax :

+ Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu:

+ Dòng điện trung bình qua mỗi van:

23:07:12

2.3.2 Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha

a Trường hợp tải R

23:07:12

23:07:12

2 max 6U

2 2

0

6

3 2

1

U d

+ Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu:

+ Điện áp ngược cực đại trên mỗi van Ungmax : + Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu:

+ Dòng điện trung bình qua mỗi van:

23:07:12

E

23:07:12

Chương 3:

Chỉnh lưu có điều khiển dùng Tiristo

3.1 Khái niệm chung

3.2 Các chế độ cung cấp cho phụ tải điện qua mạch chỉnh lưu dùng Tiristo

3.2.1 Chế độ cung cấp giãn đoạn

3.2.2 Chế độ cung cấp liên tục

23:07:12

u



R L

Ví dụ: ChØnh l u 1 pha 2 nöa chu kú dïng thyristor :

a TH t i R ải R

i d

K o

+ Giá trị trung bỡnh của điện áp chỉnh l u:

+ Điện áp ng ợc cực đại trên mỗi thyristor U ngmax :

I

I 

) 1

(

2 2

1

2 2

d u

23:07:13

+ Giá trị trung bỡnh của điện áp chỉnh l u:

+ iện áp ng ợc cực đại trên mỗi điôt Ungmax: Điện áp ngược cực đại trên mỗi điôt Ungmax:

2 max 2 U 2

d u

1



23:07:13

ChØnh l u 1 pha 2 nöa chu kú dïng thyristor :

c HiÖn t îng trïng dÉn khi t¶i trë c¶m(R+L)

Biểu thức tính toán:



U U

Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu cầu một

pha sử dụng Tiristo tải R Đồ thị biến thiên điện áp

23:07:14

Hình 1 Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu

cầu một pha sử dụng Tiristo tải R + L Hình 2 Đồ thị biến thiên điện áp

Hình 1 Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu

cầu một pha sử dụng Tiristo tải R + L Hình 2 Đồ thị biến thiên điện áp

Hình 1 Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu

cầu một pha sử dụng Tiristo tải R + L Hình 2 Đồ thị biến thiên điện áp

Hình 1 Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu

cầu một pha sử dụng Tiristo tải R + L Hình 2 Đồ thị biến thiên điện áp

23:07:14

+ Giá trị trung bỡnh của điện áp chỉnh l u:

+ iện áp ng ợc cực đại trên mỗi Thyrirtor U Điện áp ngược cực đại trên mỗi điôt Ungmax: ngmax :

d u

1



23:07:15

Hình 3 Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu

cầu một pha sử dụng Tiristo có điện

Hình 3 Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu

cầu một pha sử dụng Tiristo có điện

Hình 3 Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu

cầu một pha sử dụng Tiristo có điện

Biểu thức tính toán:



U U

Mạch chỉnh lưu cầu 1 pha bán điều khiển

3.5 ChØnh l u tia 3 pha dïng thyristor :

3.5.1 Khi t¶i thuÇn trë(R)

i d

BA

c b a

i d

BA

c b a

+ Giá trị trung bỡnh của điện áp chỉnh l u:

+ Điện áp ng ợc cực đại trên mỗi thyristor Ungmax:

2 max 6U

I

I 

) 1

(cos 2

6

3 sin

U

U d

Cỏc thụng số cơ bản của sơ đồ

23:07:16

+ Giá trị trung bỡnh của điện áp chỉnh l u:

+ iện áp ng ợc cực đại trên mỗi thyristor Ungmax: Điện áp ngược cực đại trên mỗi điôt Ungmax:

2 max 6U

6

3 sin

3.5.3 HiÖn t îng trïng dÉn khi t¶i trë c¶m (R+L)





23:07:17

Biểu thức tính toán:



U U

3.6 ChØnh l u cÇu 3 pha dïng thyristor :

3.6.1 Khi t¶i thuÇn trë (R+L)

23:07:17

T1 T3

u a u b u c u

+ Giá trị trung b ỡ nh của điện áp chỉnh l u:

+ iện áp ng ợc cực đại trên mỗi thyristor Ungmax: Điện áp ngược cực đại trên mỗi điôt Ungmax:

2 max 6U

Hiện tượng trùng dẫn:



U U

4.1 Cỏc yờu cầu chung của mạch điều khiển

1 Phỏt xung điều khiển đến cỏc van lực theo đỳng pha và với gúc điều khiển cần thiết

2 Đảm bảo phạm vị điều chỉnh gúc điều khiển  min 

max tương ứng với phạm vi thay đổi điện ỏp ra tải của mạch lực.

3 Cho phép bộ chỉnh l u làm việc bình th ờng với các chế

độ khác nhau do tải yêu cầu nh chế độ khởi động, chế

độ nghịch l u, các chế độ dòng điện liên tục hay gián

đọan, chế độ hãm hay đảo chiều điện áp

23:07:18

4 Có độ đối xứng xung điều khiển tốt, không v ợt quá 1 0

 3 0 điện, tức là góc điều khiển với mọi van không đ ợc lệch quá giá trị trên

5 Đảm bảo mạch hoạt động ổn định và tin cậy khi lưới ảm bảo mạch hoạt động ổn định và tin cậy khi l ới

điện xoay chiều dao động cả về giá trị điện áp và tần số

6 Có khả năng chống nhiễu công nghiệp tốt

7 ộ tác động của mạch điều khiển nhanh, d ới 1ms Đảm bảo mạch hoạt động ổn định và tin cậy khi lưới

8 Thực hiện các yêu cầu về bảo vệ bộ chỉnh l u từ phía

điều khiển nếu cần nh ngắt xung điều khiển khi sự cố, thông báo các hiện t ợng không bình th ờng của l ới và bản thân bộ chỉnh l u

23:07:18

9 Đảm bảo xung điều khiển phát tới các van lực phù hợp

để mở chắc chắn các van, có nghĩa là thoả mãn các yêu cầu.

- Đủ công suất (về điện áp và dòng điện điều khiển)

- Có sườn xung dốc đứng để mở van chính xác vào

thời điểm quy định, thường tốc độ tăng áp điều khiển phải đạt 10V/s, tốc độ tăng điều khiển 0.1A/s

- Độ rộng xung điều khiển đủ cho dòng qua van kịp

vượt trị số dòng điện duy trì I dt của nó, để khi ngắt

xung van vẫn giữ trạng thái dẫn.

- Có dạng phù hợp với sơ đồ chỉnh lưu và tính chất

tải Có ba dạng xung điều khiển phổ biến là xung đơn, xung rộng, xung chùm.

23:07:18

4.2 Sơ đồ cấu trúc của mạch điều khiển.

u đk

u đkT

-Khối 1: Đồng bộ giữa tín hiệu điều khiển của

Thyristor với lưới điện và tạo ra điện áp răng cưa

u rc

-Khối 2: Có nhiệm vụ so sánh giữa u rc với tín hiệu

điều khiển.

-Khối 3: Tạo ra các xung có đủ độ dốc và độ rộng.

-Khối 4: Tạo ra xung có đủ công suất và ghép nối

với các Thyristor.

23:07:19

Sơ đồ mạch tạo điện áp răng c a

4.3 Cỏc khõu trong mạch điều khiển

4.3.1 Khõu đồng bộ húa và phỏt súng răng cưa

a Mạch dựng D-R-C và Transistor.

WR

u db

23:07:19

4.3.2 Kh©u so s¸nh

23:07:19

4.3.2 Kh©u so s¸nh

u®k

urc

R R

uss

+

-+Ecc

-Ecc

b Kh©u so s¸nh 1 cửa

23:07:19

Mạch sửa xung hoạt động theo nguyên tắc: khi có các xung vào với độ dài

khác nhau mạch vẫn cho ra các xung có độ dài giống nhau theo yêu cầu và

giữ nguyên thời điểm bắt đầu xuất hiện của mỗi xung Tuỳ thuộc vào từng

trường hợp cụ thể mà mạch sửa xung có thể có kết cấu tương đối phức tạp

hay rất đơn giản

4.3.3 Kh©u sửa xung

4.3.4 M¹ch t¹o xung ch nhËt ữ nhËt

Nếu đưa cả xung rộng hình chữ nhật vào khâu khuếch đại xung thì toàn bộ giai đoạn mang cực tính dương

(hay âm) của xung sẽ làm bộ khuếch đại mở duy trì

dòng qua biến áp xung gây tổn hao công suất trong

mạch điều khiển một cách vô nghĩa Vì vậy trong mạch người ta đưa vào khâu tạo dạng xung đó là băm xung rộng thành xung chùm đưa vào máy biến xung để máy hoạt động kinh tế hơn, Thyristor mở chắc chắn hơn.

23:07:20

u C

t 1

t 2

ur

uB

t 0

-Ecc

+Ecc

+ -

+ Nhiệm vụ tạo ra xung cú cụng suất đủ lớn để

điều khiển Thyristor

+ Truyền xung trực tiếp:

-Cú sự liờn hệ trực tiếp về điện giữa mạch động lực

và mạch điều khiển bộ chỉnh lưu

-Khú thực hiện truyền xung đến một số Thyristor mắc nối tiếp hoặc song song

-Khú phối hợp tốt giữa nguồn một chiều cung cấp cho mạch khuếch đại với biờn độ xung cần thiết

trờn Thyristor

+ Truyền xung giỏn tiếp qua biến ỏp xung:

3.2.5 Mạch khuếch đại v à truyền xung

* Nguyên lý làm việc:

- Trường hợp t bh  t xv :

+ Khi t < t 1 ; u v = 0; T 1 ,T 2 khóa =>u đkT = 0

+ Tại t = t 1 ; xuất hiện một xung dương (u v # 0) => T 1 ,T 2 mở (giả thiết mở bão hòa) => W 1 được đặt điện áp +Ecc và xuất hiện i 1

=> W 2 xuất hiện xung điện áp thuận => D 3 mở => có xung điều khiển đến Thyristor.

+ Đến t = t’ 1 = t 1 +t xv ; mất xung vào u v => T 1 ,T 2 khóa => i 1 giảm

về 0, từ thông trong lõi thép biến thiên theo chiều ngược lại để chống lại sự giảm của i 1 => các cuộn dây BAX xuất hiện xung

có cực tính ngược lại => D 3 khóa, mạch được bảo vệ nhờ D 1 ,D 2

23:07:20

* Nguyên lý làm việc:

- Trường hợp t bh < t xv :

+ Khi t < t 1 ; u v = 0; T 1 ,T 2 khóa =>u đkT = 0

+ Tại t = t 1 ; xuất hiện một xung dương (u v # 0) => T 1 ,T 2 mở (giả thiết mở bão hòa) => W 1 được đặt điện áp +Ecc và xuất hiện i 1

=> W 2 xuất hiện xung điện áp thuận => D 3 mở => có xung điều khiển đến Thyristor.

+Đến t = t 1 +t bh mạch từ BAX bị bão hòa dẫn đến từ thông lõi thép BAX không biến thiên nữa=> xung điện áp cảm ứng

mất=> xung ra mất=>u đkT =0

+ Đến t = t’ 1 = t 1 +t xv ; mất xung vào u v => T 1 ,T 2 khóa => i 1 giảm

về 0, từ thông trong lõi thép biến thiên theo chiều ngược lại để chống lại sự giảm của i 1 => các cuộn dây BAX xuất hiện xung

có cực tính ngược lại => D 3 khóa, mạch được bảo vệ nhờ D 1 ,D 2

23:07:20

4.3.6 M¹ch ghÐp nèi tÝn hiÖu ®k vµ Thyristor

a Ghép trực tiếp

4.3.6 M¹ch ghÐp nèi tÝn hiÖu ®k vµ Thyristor

b Ghép qua biến áp xung

* * +Ucc

4.3.6 Khèi nguån ®iÒu khiÓn