Giáo trình lắp mạch điện tử công suất (nghề điện dân dụng)

BAN NHÂN DÂN TỈNH LÀO CAI TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI BÀI GIẢNG MÔ ĐUN: LẮP MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT NGÀNH/NGHỀ: ĐIỆN DÂN DỤNG ( Áp dụng cho Trình độ Trung cấp) LƯU HÀNH NỘI BỘ NĂM 2019 LỜI GIỚI THIỆU Điện tử công suất ngày không bó hẹp lĩnh vực cơng nghiệp mà cịn có mặt hầu hết lĩnh vực kinh tế khác nhau, phấn đấu xây dựng kinh tế theo phương thức cơng nghiệp hóa Vì Bài giảng Lắp mạch điện tử công suất thiếu trình nghiên cứu học tập mơ đun Hiện có nhiều tài liệu điện tử công suất nhiên lại không phù hợp với học sinh, sinh viên học nghề Như với mục đích để học sinh, sinh viên học nghề dễ dàng tiếp cận viết giảng Bài giảng “ Lắp mạch điện tử công suất” gồm bài: Bài 1: Kiểm tra thay linh kiện điện tử công suất Bài 2: Lắp khảo sát chỉnh lưu – nghịch lưu Bài 3: Điều chỉnh điện áp xoay chiều Mỗi đề cập tới nội dung kiến thức bản, ví dụ minh hoạ tập điều khiển thực tế để học sinh, sinh viên hiểu rõ Dù cố gắng tránh khỏi sai sót Vì tơi mong nhận đóng góp ý kiến chân thành đồng nghiệp bạn đọc Xin chân thành cảm ơn Lào Cai, ngày … tháng … năm…… Tham gia biên soạn Chủ biên: Phạm Thị Huê MỤC LỤC Trang Bài 1: Kiểm tra thay linh kiện điện tử công suất Diode Transistor Thyristor SCR Diac Triac IGBT Mạch ứng dụng 4 10 12 14 15 16 Bài 2: Lắp khảo sát chỉnh lưu – nghịch lưu Bộ chỉnh lưu Bộ nghịch lưu 20 20 54 Bài 3: Điều chỉnh điện áp xoay chiều Điều chỉnh điện áp xoay chiều dùng SCR Điều chỉnh điện áp xoay chiều dùng triac 59 59 60 Bài 1: KIỂM TRA VÀ THAY THẾ CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Diode Diode phần tử cấu tạo lớp tiếp giáp bán dẫn p-n Diode có hai cực, anơt A cực nối với lớp bán dẫn kiểu p, catôt K cực nối với lớp bán dẫn kiểu n Dịng điện chạy qua điơt theo chiều từ A đến K điện áp UAK dương Khi U AK âm, dịng qua điơt gần khơng Cấu tạo ký hiệu Diode nh­ hình 1.1 1.1 Cấu tạo Tiếp giáp bán dẫn p-n phận cấu tạo Diode Ở nhiệt độ môi trường, điện tử tự lớp bán dẫn n khuếch tán sang lớp bán dẫn p bị trung hoà a) ion dương Do điện tích b) vùng tiếp giáp tự trung hoà lẫn nên vùng trở nên nghèo điện tích, vùng có điện trở lớn Tuy Hình: 1.1 a) Cấu tạo; b) Ký hiệu nhiên vùng nghèo điện tích mở rộng đến độ dày định bên vùng n điện tử di chuyển để lại ion dương, bên vùng p điện tử di chuyển đến nhập vào lớp điện tử hố trị ngồi cùng, tạo nên ion âm Các ion nằm cấu trúc tinh thể mạng tinh thể silic nên di chuyển Kết tạo thành tụ điện với điện tích âm phía lớp p điện tích dương phía lớp n Các điện tích tụ tạo nên điện trường E có hướng từ vùng n sang vùng p, ngăn cản khuếch tán tiếp tục điện tử từ vùng n sang vùng p Điện trường E tạo nên rào cản Uj với giá trị không đổi nhiệt độ định, khoảng 0,65V tiếp giáp p-n tinh thể silic nhiệt độ 250C (hình 1.2) Các điơt cơng suất chế tạo chịu giá trị điện áp ngược định Điều đạt nhờ lớp bán dẫn n- tiếp giáp với lớp p, có cấu tạo giống lớp n, điện tử tự Khi lớp tiếp giáp p - nđược đặt tác dụng điện áp bên ngoài, điện trường chiều với điện trường E vùng nghèo điện tích mở rộng sang vùng n- điện trở tương đương U j điơt lớn dịng điện khơng thể chạy qua Tồn Hình: 1.2 Sự tạo thành điện rào cản điện áp rơi vùng tiếp giáp p-n nghèo điện tích Ta nói điơt bị phân cực ngược n- na) b) Hình: 1.3 Sự phân cực điôt công suất: a) Phân cực ngược; b) Phân cực thuận 1.2 Đặc tính vơn-ampe diode: Một số tính chất diode trình làm việc giải thích thơng qua việc xem xét đặc tính vơn-ampe diode hình 1.4a Đặc tính gồm hai phần, đặc tính thuận nằm góc phần tư I tương ứng với UAK > 0, đặc tính ngược nằm góc phần tư III tương ứng với U AK < Trên đường đặc tính thuận, điện áp anơt-catơt tăng dần từ đến vượt qua ngưỡng điện áp UD0 cỡ 0,6 – 0,7 V, dịng chảy qua diode Dßng điện ID thay đổi lớn điện áp rơi ®iơt U AK thay đổi Như đặc tính thuận diode đặc trưng tính chất có điện trở tương đương nhỏ Trên đường đặc tính ngược, điện áp UAK tăng dần từ đến giá trị Ung.max, gọi điện áp ngược lớn dịng điện qua điơt có giá trị nhỏ, gọi dòng rò, nghĩa điơt cản trở dịng điện theo chiều ngược Cho đến UAK đạt đến giá trị Ung.max xảy tượng dịng qua điơt tăng đột ngột, tính chất cản trở dòng điện ngược diode bị phá vỡ Q trình khơng có tính đảo ngược, nghĩa lại giảm điện áp anơt-catơt dịng điện khơng giảm Ta nói điơt bị đánh thủng Trong thực tế, để đơn giản cho việc tính tốn, người ta thường dï ng đặc tính dẫn dịng, tuyến tính hố điơt biểu diễn hình 1.4b Đặc tính biểu diễn qua công thức: u D U D.0 r D I D Trong đó: r D U điện trở tương đương điơt dẫn dịng I D Đặc tính vơn-ampe diode thực tế khác nhau, phụ thược vào dòng điện cho phép chạy qua diode điện áp ngược lớn mà điơt chịu Tuy nhiên để phân tích sơ đồ biến đổi đặc tính lý tưởng cho hình 1.4c sử dụng nhiều Theo đặc tính lý tưởng, điơt cho dịng điện chạy qua với sụt áp Nghĩa là, theo đặc tính lý tưởng, diode có điện trở tương đương dẫn khoá  iD iD U ng max U D.0 U D.0 U D.0 Hình 1.4 Đặc tính vơn-ampe diode: a) Đặc tính thực tế; b) Đặc tính tuyến tính; c) Đặc tính lý tưởng cảm Transistor - BJT (Bipolar Junction Tranzitor) 2.1 Cấu tạo, nguyên lý làm việc BJT Tranzito phần tử bán dẫn có cấu trúc bán dẫn gồm lớp bán dẫn p-n-p (bóng thuận) n-p-n n- (bóng ngược), tạo nên hai tiếp giáp p-n Cấu trúc thường gọi Bipolar a) Junction Tranzitor (BJT) b) dịng điện chạy cấu trúc bao gồm hai loại điện tích âm dương Hình 1.5 a) Cấu trúc bán dẫn; b) Ký hiệu Tranzito có ba cực: Bazơ (B), colectơ (C) emitơ (E) BJT công suất thường loại bóng ngược Cấu trúc tiêu biểu ký hiệu sơ đồ BJT công suất biểu diễn hình 1.11, lớp bán dẫn n xác định điện áp đánh thủng tiếp giáp B-C C-E Trong chế độ tuyến tÝnh hay gọi chế độ khuếch đại, tranzito phần tử khuếch đại dòng điện với dòng colectơ IC  lần dịng bazơ (dịng điều khiển),  gọi hệ số khuếch đại dòng điện IC = .IB Tuy nhiên, điện tử công suất, tranzito sử dụng phần tử khoá Khi mở dòng điều khiển phải thoả mãn điều kiện: IB  IC  hay I B  k bh IC  Trong đó: kbh = 1,2  1,5 gọi hệ số bão hồ Khi tranzito chế độ bão hoà với điện áp colectơ emitơ nhỏ, cỡ – 1,5 V, gọi điện áp bão hồ, UCE.bh Khi khố, dịng điều khiển IB khơng, lúc dịng colectơ gần không, điện áp UCE lớn đến giá trị điện áp nguồn cung cấp cho mạch tải nối tiếp với tranzito Tổn hao cơng suất tranzito tích dịng điện colectơ với điện áp rơi colectơ-emitơ, có giá trị nhỏ chế độ khoá Trong cấu trúc bán dẫn BJT chế độ khoá, hai tiếp giáp B-E BC bị phân cực ngược Điện áp đặt colectơ-emitơ rơi chủ yếu vùng trở kháng cao tiếp giáp p-n- Độ dày mật độ điện tích lớp n- xác định khả chịu điện áp cấu trúc BJT Tranzito chế độ tuyến tính tiếp giáp B-E phân cực thuận tiếp giáp B-C phân cực ngược Trong chế độ tuyến tính, số điện tích dương đưa vào cực Bazơ kích thích điện tử từ tiếp giáp B-C thâm nhập vào vùng bazơ, chúng trung hoà hết, kết tốc độ trung hồ định dịng colectơ tỷ lệ với dòng bazơ, IC = .IB Tranzito chế độ bão hoà hai tiếp giáp B-E B-C phân cực thuận Các điện tử thâm nhập vào đầy vùng bazơ, vùng p, từ hai tiếp giáp B-E B-C, điện tích dương đưa vào cực bazơ có số lượng dư thừa điện tích khơng bị trung hồ hết, kết vùng bazơ có điện trở nhỏ, dịng điện chạy qua Cũng tốc độ trung hồ điện tích khơng kịp nên tranzito khơng cịn khả khống chế dòng điện giá trị dịng điện hồn tồn mạch ngồi định Đó chế độ mở bão hồ 2.2 Đặc tính đóng cắt transistor uB (t ) U B1 + Un C BC uB ( t ) RB U B1 B i B (t) U B2 CBE a) Rt i C (t) C E U B2 0,7V uBE ( t ) U B2 i B1 ( t ) i B (t) i B2 ( t ) u CE ( t ) + Un I C.bh i C (t ) b) Hình 1.6 Q trình đóng cắt BJT: a) Sơ đồ ; b) Dạng dòng điện, điện áp Chế độ đóng cắt tranzito phụ thuộc chủ yếu vào tụ ký sinh tiếp giáp B-E B-C, CBE CBC Ta phân tích q trình đóng cắt tranzito qua sơ đồ khố hình 1.12a, tranzito đóng cắt tải trở R t điện áp +U n điều khiển tín hiệu điện áp từ -U B2 đến +UB1 ngược lại Dạng sóng dịng điện, điện áp cho hình 1.12b a Quá trình mở Theo đồ thị hình 1.12, khoảng thời gian (1) BJT chế độ khoá với điện áp ngược –UB2 đặt lên tiếp giáp B-E Quá trình mở BJT tín hiệu điều khiển nhảy từ -UB2 lên mức UB1 Trong khoảng (2), tụ đầu vào, giá trị tương đương Cin = CBE + CBC, nạp điện từ điện áp -UB2 đến UB1 Khi UBE cịn nhỏ khơng , chưa có tượng xảy IC UCE Tụ Cin nạp đến giá trị ngưỡng mở U* tiếp giáp B-E, cỡ 0,6 – 0,7V, điện áp rơi điôt theo chiều thuận, q trình nạp kết thúc Dịng điện điện áp BJT bắt đầu thay đổi UBE vượt giá trị không đầu giai đoạn (3) Khoảng thời gian (2) gọi thời gian trễ mở, td(on) BJT Trong khoảng (3), điện tử xuất phát từ emitơ thâm nhập vào vùng bazơ, vượt qua tiếp giáp B-C làm xuất dòng colêctơ Các điện tử thoát khỏi colêctơ làm tăng thêm điện tử đến từ emitơ Q trình tăng dịng IC, IE tiếp tục xảy bazơ tích luỹ đủ lượng điện tích dư thừa ∆QB mà tốc độ tự trung hoà chúng đảm bảo dịng bazơ khơng đổi: I B1  U B1 - U * RB Tại điểm cộng fòng điện bazơ sơ đồ hình 1.12a, ta có: I B1  i C.BE  i C.BC  i B Trong đó: iC.BE dịng nạp tụ CBE, iC.BC dòng nạp tụ CBC, iB dòng đầu vào tranzito, iC = β.iB Dòng colectơ tăng dần thưo quy luật hàm mũ, đến giá trị cuối IC(∞) = β.IB1 Tuy nhiên đến cuối giai đoạn (3) dịng IC đạt đến giá trị bão hồ, IC.bh, BJT khỏi chế độ tuyến tính điều kiện iC = β.iB khơng cịn tác dụng Trong chế độ bão hoà hai tiếp giáp B-E B-C phân cực thuận V × làm việc với tải trở colectơ nên điện áp colectơ – emitơ UCE giảm theo tốc độ với tăng dòng IC Khoảng thời gian (3) phụ thuộc vào độ lớn dòng IB1, dịng lớn thời gian ngắn Trong khoảng (4), điện áp UCE tiếp tục giảm đến giá trị điện áp bão hoà cuối cùng, xác định biểu thức: UCE.bh = Un – IC.bh.Rt Thời gian (4) phụ thuộc trình suy giảm điện trở vùng n- phụ thuộc cấu tạo BJT Trong giai đoạn (5), BJT hoàn toàn làm việc chế độ bão hồ b Q trình khố BJT Trong thời gian BJT chế độ bão hào, điện tích tích tụ khơng lớp bazơ mà lớp colectơ Tuy nhiên biến đổi bên không ảnh hưởng đến chế độ làm việc khoá Khi điện áp điều khiển thay đổi từ UB1 xuống –UB2 đầu giai đoạn (6), điện tích tích luỹ lớp bán dẫn khơng thể thay đổi Dòng IB có giá trị: I B2  U B2  U * RB Lúc đầu điện tích di chuyển ngồi dịng khơng đổi IB2 Giai đoạn di chuyển kết thúc cuối giai đoạn (6) mật độ điện tích tiếp giáp bazơ – colectơ giảm không tiếp giáp bắt đầu bị phân cực ngược Khoảng thời gian (6) gọi thời gian trễ khoá, td(off) Trong khoảng (7), dịng colectơ IC bắt đầu giảm khơng, điện pá UCE tăng dần tới giá trị +Un Trong khoảng BJT làm việc chế độ tuyến tính, dịng IC tỷ lệ với dịng bazơ Tụ CBC bắt đầu nạp tới giá trị điện áp ngược, –U n Lưu ý giai đoạn này, điểm cộng dịng điện bazơ sơ đồ hình 1.6a, ta có: IB2 = iC.BC - iB iC.BC dòng nạp tụ CBC; iB đòng đầu vào tranzito Từ thấy quy luật iC = β.iB thực Tiếp giáp B-E phân cực thuận, tiếp giáp B-C bị phân cực ngược Đến cuối khoảng (7) tranzito khoá lại hoàn toàn Trong khoảng (8), tụ bazơ – emitơ tiếp tục nạp tới điện áp ngược –UB2 Tranzito chế độ khố hồn tồn khoảng (9) Thysistor SCR, Diac, Triac 3.1 Thiristo phần tử bán dẫn cấu tạo từ bốn lớp bán dẫn p-n-p-n, tạo ba tiếp giáp p-n: J1, J2, J3 Tiristo có ba cực: anôt A, catôt K, cực điều khiển G biểu diễn hình 1.10 10 ud = E = ud = E E ≠ Các hệ thức U d dẫn giải cho dòng liên tục khơng áp dụng cho trường hợp dịng gián đoạn Tỉ lệ phân bố thời gian dòng điện qua tải liên tục (id > 0) thời gian dòng gián đoạn (id = 0) chu kỳ xung áp chỉnh lưu phụ thuộc vào giá Hình 2.23 trị tham số tải R, L, E góc điều khiển  Việc tính tốn điện áp chỉnh lưu trường hợp phức tạp Khi dòng tải gián đoạn, quan hệ điện áp chỉnh lưu  khơng cịn Trong điều khiển, ví dụ ĐC chiều dòng tải 0, momen tác dụng triệt tiêu việc điều khiển tải khơng có tác dụng Tác dụng dòng tải gián đoạn làm đặc tính điều khiển trở nên phi tuyến, tượng độ hệ điều khiển khó hiệu chỉnh, kỹ thuật người ta cố gắng hạn chế vùng làm việc chỉnh lưu chế độ dòng gián đoạn Bài tập Bài 1: a, Cho sơ đồ chỉnh lưu cầu Uo = 15V điện áp cực đại điện áp thứ cấp MBA U2 bao nhiêu? b, Biết U1 = 220V tính số vịng dây W1 biết số vòng dây W2 = 60 U1 c, Tính từ thơng cực đại lõi thép MBA cho biết tiết diện mạch từ S = 10cm2 d, Bỏ qua điện trở dây quấn MBA , tính dịng điện trung bình qua tải 300Ω dịng điện cực đại mà điode phải chịu e, Tính cơng suất thứ cấp MBA I0 U2 Rt Giải a, Đây mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ nên trị số trung bình điện áp chỉnh lưu U max   U2max = U = 1,57 15 = 23,6 V U0 = Suy b, Trị số hiệu dụng điện áp thứ cấp 50 U max U2 =  23,6  16,6 V Số vòng dây sơ cấp W1 = W2 U  60 220  795 vòng 16,6 U2 c, Từ công thức MBA U1 = 4,44 W1.f Φm Φm = Bm = U1 220   1,23.10 3 Wb 4,44.W f 4,44.795.50  m 1,24.10 3  =1,24 T S 10.10  d, Dịng điện trung bình qua tải Io = U0 15   50 mA R 300 Dòng điện cực đại qua điode Im = U m 23,6   78,7 mA R 300 e, Công suất thứ cấp MBA P= U 22 16,6   0,918 W R 300 Bài 2: Bộ chỉnh lưu pha nửa chu kỳ cung cấp cho tải điện cảm với dòng điện 15A, nguồn xoay chiều U = 240V Tính điện áp trung bình tải góc α = 450; 900; 1350; 1800.; Tính thơng số thyristor điode T U1 U2 D Giải Điện áp trung bình tải U tb = I=15A Ld ud Um  (1  cos  ) 2 Từ suy 45 900 1350 1800 α Utb (V) 108 92 54 16 Các thơng số tính chọn thyristor Điện áp ngược cực đại Umax = U = 240 = 340 V Khi α = khoảng dẫn thyristor cực đại Trị hiệu dụng dòng điện qua thyristor I= 15   10,6 Điện áp ngược cực đại diode chuyển mạch Ung = U max = 340 V Khi α = 180 điode chuyển mạch dẫn điện gần liên tục với dòng điện 15A 51 Bài 3: Sơ đồ chỉnh lưu nửa chu kỳ dùng MBA có điểm Điện áp cấp MBA 120V a, Tính điện áp trung bình tải góc α 00; 300; 600; 900 giả thiết dòng điện tải phẳng điệna sp rơi thyristor 1,5V b, Xác định thơng số thyristor biết dịng điện tải I = 15A T1 ud u'2 u1 u' '2 Rd T2 Giải a, Chỉnh lưu nửa chu kỳ dùng MBA có điểm có Utb = 2U max cos   Nếu kể đến điện áp rơi thyristor Utb = 2U max cos  - 1,5 = 120 cos   1,5   Từ suy 30 600 900 Góc mở α 00 Utb (V) 106,5 92,1 52,5 b, Xác định thông thyristor Điện áp ngược đặt lên thyristor Ung = 2U max =2.120 = 340 V Dòng điện hiệu dụng qua thyristor I= I tai  15  10,6 A Bài 4: Sơ đồ chỉnh lưu cầu pha có điều khiển Biết điện áp nguồn U = 120V, điện áp rơi thyristor 1,5V Tính điện áp rơi tải góc mở α 00; 45 0; 900 điện áp ngược cực đại thyristor iT1 i2 iT3 Rt T3 T1 ud u2 iT2 iT4 T4 T2 id Giải Đây sơ đồ chỉnh lưu nửa chu kỳ, trị số trung bình điệna sp chỉnh lưu tương tự trường hợp chỉnh lưu nửa chu kỳ với MBA có điểm Utb = 2U max cos   Nếu kể đến điện áp rơi thyristor dẫn 52 Utb = 2U max cos  - (2 x 1,5) từ suy  Góc mở α 00 450 900 U tb (V) 105 73,4 Vì có thyristor dẫnnên điện áp ngược cực đại thyristor U ng = Umax = 120 = 169,7 V Bài 5: Sơ đồ chỉnh lưu pha chỉnh tia có điều khiển Biết điện áp pha nguồn Uf = 150V a, Tìm dạng sóng đầu tải b, Xác định điện áp trung bình tải góc mở α 00; 300; 600; 900 Biết điện áp rơi thyritor 1,5V dịng điện tải khơng đổi ua ub ud uc Rd Giải a, Dạng sóng điện áp tải biểu diễn hình a Góc mở α tính từ thời điểm giao điện áp pha Các SCR dẫn điện từ T1, T2 đến T3 Các xung điều khiển vẽ hình b u  ua  1 Nét đậm  ub uc 2 3   ud 4 t Hình a 2 igA t igB t igC t b, Trị số trung bình điện áp chỉnh lưu trừ điện áp rơi SCR U tb = 3 U max cos  - 1,5 2 Từ suy 53 Hình b Góc mở α Utb (V) 00 173,9 30 150,4 600 86,2 900 Bài 6: Cho mạch chỉnh lưu cầu có tải R+ E biết u2  2.220sin  t , f = 50Hz, E = 110V, R =  a Tính trị trung bình dịng điện tải id? b Tính giá trị hiệu dụng dòng điện tải? c Chọn Diode (Umax,ID) cho hệ số Ku = 1,6, K I = 1,2 Giải a Tính dịng Id theo cơng thức : Id  2U R  cos 1    sin 1    T   b Tính giá trị hiệu dụng tải : Id  2U  E  R T Dịng điện trung bình qua Diode Mỗi chu kỳ : I D  Id c Choïn Diode : I D  K I I D  1, I D U mnD  K u U mn  1,6 2U K I , K u hệ số an toàn BỘ NGHỊC LƯU 2.1 Bộ nghịch lưu pha 2.1.1 Nghịch lưu phụ thuộc: Nghịch lưu phụ thuộc chế độ làm việc sơ đồ chỉnh lưu, lượng từ phía chiều đưa trả lưới điện xoay chiều Đây chế độ làm việc phổ biến chỉnh lưu, đặc biệt hệ thống truyền động điện chiều Khi máy điện chiều điều khiển chỉnh lưu, máy điện động tiêu thụ lượng điện từ lưới điện đồng thời đóng vai trị nguồn phát lượng, ví dụ chế độ hãm tái sinh Trong chế độ hãm tái sinh động tích luỹ phần quay động đưa trở lưới điện Tuy nhiên vấn đề trả lượng từ phía chiều xoay chiều cung cấp lượng từ phía xoay chiều đến chiều xảy luân phiên chế độ làm việc bình thường hệ thống truyền tải điện Trước hết, yêu cầu để thực chế độ nghịch lưu phụ thuộc, lượng từ phía chiều đưa trả phía xoay chiều, là: 54 a, Trong mạch chiều phải có sức điện động chiều Ed có cực tính tăng cường dịng Id, nghĩa dòng điện chiều biến đổi phải vào cực âm cực dương sức điện động chiều Ed b, Góc điều khiển phải lớn 900 Điều dẫn đến Ud = Ud0 Cos  < Như vậy, đầu chỉnh lưu nguồn cấp lượng dịng chiều Id cực âm vào cực dương Udo c, Điều kiện thứ ba quan trọng liên quan đến chất q trình khố Điơt nắn điện sơ đồ, phải đảm bảo góc khố  phải lớn  tr , tr thời gian phục hồi tính chất khố van Sơ đồ mạch nghịch lưu pha trình bày Hình10 La Ud La Id L1 + Ud 2ï ï ó UV1 Rt - Udocos  U22 Ed V2 Hình 11: Nghịch lưu phụ thuộc pha Xa/ï U21 Rt U21 U22 U1 Ud L1 V1 ă Id Ed Ud Hình13:Dạng dịng, điện điện áp Hình 12: Sơ đồ thay tương đương Trong sơ đồ tăng dần góc điều khiển     U d  U cos   , có nghĩa khơng thể trì dịng Id theo chiều cũ Tuy nhiên mạch chiều có sức điện động Ed cho E d  U d dịng Id đựơc trì Nếu thay sơ đồ chỉnh lưu nguồn sức điện động Udá sơ đồ Hình1.14 , thấy chiều dòng điện Id cực âm vào cực dương Như Udá đóng vai trò phụ tải Đối với Ed dòng Id cực dương vào cực âm Như Ed máy phát Về chất phụ tải phía xoay chiều phần lớn thời gian nửa chu kỳ điện áp lưới dịng điện vào đầu có cực tính âm đầu có cực tính dương 2.1.2 Nghịch lưu độc lập: a, Định nghĩa: Nghịch lưu độc lập biến đổi nguồn điện chiều thành nguồn điện xoay chiều, cung cấp cho phụ tải xoay chiều, làm việc độc lập Làm việc độc lập 55 có nghĩa phụ tải khơng có liên hệ trực tiếp với lưới điện Như vậy, nghịch lưu có chức ngược lại với chỉnh lưu Khái niệm độc lập nhằm để phân biệt với biến đổi phụ thuộc chỉnh lưu biến đổi xung áp xoay chiều, van chuyển mạch tác dụng điện áp lưới xoay chiều b, Phân loại: Tuỳ vào chế độ làm việc nguồn chiều cung cấp mà nghịch lưu độc lập phân loại nghịch lưu độc lập nguồn áp, nghịch lưu độc lập nguồn dòng Phụ tải nghịch lưu độc lập tải xoay chiều Tuy nhiên có dạng phụ tải đặc biệt cấu tạo từ vòng dao động, điện áp dịng điện có dạng Hình sin yêu cầu dạng nghịch lưu riêng, gọi nghịch lưu cộng hưởng Nghịch lưu cộng hưởng loại nguồn áp nguồn dòng 2.2 Mạch nghịch lưu ba pha: Tương tự mạch nghịch lưu pha, mạch nghịch lưu ba pha chia làm hai loại nghịch lưu phụ thuộc nghịch lưu độc lập Sau nghiên cứu loại nghịch lưu ba pha 2.2.1 Nghịch lưu phụ thuộc Tương tự nghịch lưu pha, nghịch lưu phụ thuộc ba pha phát sinh q trình làm việc mạch điện có tải dùng nguồn dòng chiều trả nguồn chúng có điều kiện tương tự mạch điện pha Sơ đồ nghịch lưu phụ thuộc sơ đồ cầu ba pha trình bày Hình16 La Ua Ub V1 V3 V5 L= ∞ La La Uc V4 V6 V2 Rt Ed + Hình14: Mạch nghịch lưu phụ thuộc ba pha 2.2.2 Nghịch lưu độc lập ba pha: Cũng giống nghịch lưu phụ thuộc, nghịch lưu độc lập ba pha có hai loại nghịch lưu độc lập ba pha nguồn dòng nghịch lưu độc lập ba pha nguồn áp Mạch nghịch lưu độc lập nguồn dịng ba pha:(hình15) 56 + L V1 V3 V5 Za E Zb C1 C2 A Zc B C3 C V4 - V6 V2 Hình15: Mạch nghịch lưu nguồn dòng ba pha Dạng nghịch lưu nguồn dịng ba pha thể sơ đồ Hình17 Trên sơ đồ SCR từ V1 đến V6 điều khiển để dẫn dòng khoảng 1200, van cách 600 Hình18 V1 60 0 120 1800 2400 300 360 V2  V3 θ V4 θ V5  V6  Hình16: Dạng tín hiệu điều khiển Mạch nghịch lưu độc lập nguồn áp ba pha: Sơ đồ mạch nghịch lưu độc lập nguồn áp ba pha trình bày Hình19 Sơ đồ gồm 06 van điều khiển hoàn toàn gồm V1, V2, V3, V4, V5, V6 điôt ngược D1, D2, D3, D4, D5, D6 Các điốt ngược giúp cho q trình trao đổi cơng suất phản kháng tải với nguồn Đầu vào chiều nguồn áp đặc trưng với tụ C có giá trị đủ lớn Phụ tải ba pha đối xứng Za = Zb, = Zc đấu hình hay tam giác 57 + D3 D1 V1 E V5 V3 C D6 _ D5 D2 V6 D4 V4 V2 IB IA Za Zb IC Zc Hình17: Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu ba pha độc lập Để tạo hệ thống điện áp xoay chiều ba pha có biên độ lệch góc 1200 pha, van điều khiển theo thứ tự cách 60 Khoảng điều khiển dẫn van khoảng 120 đến 1800 Để thuân tiện cho việc xây dựng hệ thơng điều khiển góc điều khiển thường chon giá trị 1200, 1500, hay 1800 Ngày nay, nghịch lưu áp ba pha thường dùng chủ yếu với phương pháp biến điệu độ rộng xung, đảm bảo điện áp có dạng hình sin Để dạng điện áp không phụ thuộc tải người ta thường dùng biến điệu bề rộng xung hai cực tính, pha mạch điện ba pha điều khiển độc lập Vấn đề biến điệu bề rộng xung ba pha phải có ba sóng sin chủ đạo có biên độ xác lệch pha xác 1200 tồn giải điều chỉnh Điều khó thực mạch tương tự Ngày người ta chế tạo mạch biến điệu bề rộng xung ba pha dùng mạch số vi xử lý, đặc biệt nhờ dạng xung điều khiển tuyệt đối đối xứng khoảng dẫn van xác định xác, kể thời gian trễ van pha để tránh dòng xuyên giao hai van 58 Bài ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU Điều chỉnh điện áp xoay chiều dùng SCR 1.1 Điều chỉnh điện áp xoay chiều pha nửa bán kỳ Sơ đồ nguyên lý P D D2 R2 SCR R3 VR C R4 N Do SCR dẫn bán kỳ dương điện áp AC ngõ vào nên diode D1 dùng để chỉnh lưu bán kỳ dương lấy điện áp cấp cho cực G SCR Độ lớn điện áp dòng điện kích cho cực G phụ thuộc vào VR Khi VR thay đổi dịng kích cho cực G thay đổi: dịng kích tăng SCR dẫn mạnh ngược lại Khi SCR dẫn mạnh dịng điện qua bóng đèn tăng, bóng đèn sáng mạnh ngược lại 1.2 Điều chỉnh điện áp xoay chiều pha nửa bán kỳ + Để thay đổi tốc độ động người ta thay đổi điện áp từ biến áp xung đưa vào chân G SCR, dẫn đến thay đổi độ rộng xung kich vào cực G SCR, từ thay đổi điện áp trung bình đặt lên tải 59 + Khi thay đổi độ rộng xung kích thay đổi độ dẫn dịng SCR thay đổi điện áp trung bình đặt lên động từ thay đổi tốc độ động Đ 1.2 Điều chỉnh điện áp xoay chiều ba pha Sơ đồ nguyên lý A +12V C B +12V D2 D1 VR1 VR R7 R3 +12V OUT 1-A TR1-A T1 C3 16 24V~ 13 15 R1 a2 R4 11 sc r sc r sc r s cr sc r sc r IC TCA785 14 C1 D3 +12V 12 10 R2 0V~ C2 D4 R8 R5 OUT 2-A TR2- A T2 C4 R6 +12V +12V VR2 +12V D2 D1 R7 OUT 1-b TR1-b 24V~ IC TCA785 B2 +12V D4 D3 0V~ R8 OUT 2-b TR2-b +12V +12V VR3 +12V D2 D1 R7 A OUT 1-c TR1-c B C 24V~ IC TCA785 c2 +12V D4 D3 0V~ R8 TR2-C M OUT 2-C mo t o r pha Điều chỉnh điện áp xoay chiều dùng Triac 2.1 Điều chỉnh điện áp xoay chiều pha Sơ đồ nguyên lý +12V +12V D1 VR1 VR D2 a R7 R3 +12V OUT1-A TR1-A m T1 C3 16 24V~ 13 11 R1 a2 T1 15 t r ia c 14 G 220V~ IC TCA785 R2 C1 D3 +12V 12 10 0V~ R4 C2 D4 R8 T2 R5 TR2-A T2 C4 R6 60 OUT2-A B Sơ đồ nguyên lý mạch dùng Triac diode - Nguyên lý hoạt động: Xét nửa chu kỳ đầu dòng điện xoay chiều giả sử dương P âm N, có dịng điện từ P qua ĐC qua VR nạp cho tụ C N Lúc tụ C nạp để tạo thời gian trễ cho góc mở Triac Sau tụ nạp đầy đến giá trị điện áp có dịng qua D1 dẫn xung dương kích vào cực G Triac Triac dẫn dòng từ P qua ĐC qua T1 qua T2 Triac N nên động ĐC quay Ở nửa chu kỳ sau dịng điện xoay chiều dương N âm P, có dịng kích mở từ N qua C qua VR qua ĐC P Lúc tục C nạp với chiều ngược lại Sau tụ nạp đầy đến giá trị điện áp có dịng qua D2 dẫn xung âm kích vào cực G Triac Triac dẫn dòng từ N qua T2 qua T1 qua ĐC N nên động ĐC quay Tốc độ động ĐC phụ thuộc vào điện áp đặt lên cực G Triac hay phụ thuộc vào việc điều chỉnh VR Do điều chỉnh triết áp VR làm thay đổi tốc độ động ĐC 61 Sơ đồ nguyên lý - Nguyên lý hoạt động: Xét nửa chu kỳ đầu dòng điện xoay chiều giả sử dương P âm N, có dịng điện từ P qua động ĐC qua R1 qua VR nạp cho tụ C N Lúc tụ C nạp với cực tính dương âm Khi tụ nạp đầy đến giá trị điện áp lớn ngưỡng mở Diac Diac dẫn xung dương kích vào cực G Triac Triac dẫn dòng từ P qua ĐC qua T1 qua T2 Triac N nên động ĐC quay Ở nửa chu kỳ sau dòng điện xoay chiều dương N âm P, có dịng kích mở từ N qua C qua VR qua R2 qua D P Lúc tụ C nạp với chiều ngược lại Lúc xung kích vào chân G Triac xung âm nên Triac dẫn dòng từ N qua T2 qua T1 qua ĐC N nên động ĐC quay Tốc độ động ĐC phụ thuộc vào điện áp đặt lên cực G Triac hay phụ thuộc vào việc điều chỉnh VR Do điều chỉnh triết áp VR làm thay đổi tốc độ động ĐC 2.2 Điều chỉnh điện áp xoay chiều ba pha Sơ đồ nguyên lý 62 +12V A +12V D2 D1 VR1 VR B C R7 R3 +12V OUT1-A TR1-A T1 C3 16 24V~ 13 15 R1 a2 R4 11 t r ia c T1 t r ia c T1 t r ia c T1 IC TCA785 14 10 R2 0V~ C1 D3 +12V 12 C2 D4 T2 R8 T2 T2 R5 OUT2-A TR 2-A T2 C4 R6 +12V +12V +12V VR1 D2 D1 R7 OUT1-b TR 1-b 24V~ IC TCA785 B2 +12V D4 D3 0V~ R8 OUT2-b TR 2-b +12V +12V +12V VR1 D2 D1 R7 OUT1-c TR1- c 24V~ IC TCA785 c2 +12V D3 0V~ D4 TR2-C R8 OUT2-C M mo t o r p h a 63 XÁC NHẬN KHOA Bài giảng mô đun “Lắp mạch điện tử công suất” bám sát nội dung chương trình mơn học, mơ đun Đáp ứng đầy đủ nội dung kiến thức, kỹ năng, lực tự chủ chương trình mơn học, mô đun Đồng ý đưa vào làm Bài giảng cho mô đun Lắp mạch điện tử công suất thay cho giáo trình Người biên soạn ( Ký, ghi rõ họ tên) Lãnh đạo Khoa ( Ký, ghi rõ họ tên) Phạm Thị Huê 64 ... viết giảng Bài giảng “ Lắp mạch điện tử công suất? ?? gồm bài: Bài 1: Kiểm tra thay linh kiện điện tử công suất Bài 2: Lắp khảo sát chỉnh lưu – nghịch lưu Bài 3: Điều chỉnh điện áp xoay chiều Mỗi... sức điện động công suất nguồn AC nhận Giải Đồ thị q trình điện áp tải, dịng điện nguồn Hình 2.21 Với giả thiết dịng điện liên tục, điện áp trung bình tải là: Ud  2 220 cos120  99V   Sức điện. .. chỉnh điện áp xoay chiều Điều chỉnh điện áp xoay chiều dùng SCR Điều chỉnh điện áp xoay chiều dùng triac 59 59 60 Bài 1: KIỂM TRA VÀ THAY THẾ CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Diode Diode phần tử