Giáo trình Kỹ thuật điện tử (Nghề: Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí - Cao đẳng) được thiết kế theo mô đun thuộc hệ thống mô đun/ môn học của chương trình đào tạo nghề Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí ở cấp trình độ Cao đẳng và được dùng làm giáo trình cho học viên trong các khóa đào tạo chuyên ngành. Giáo trình được chia thành 2 phần, phần 2 trình bày những nội dung về: tranzitor trường; một số linh kiện đặc biệt; mạch biến đổi AC/DC; mạch biến đổi AC/AC; mạch biến đổi DC/DC;... Mời các bạn cùng tham khảo!
Bài 5: Tranzitor hiệu ứng trƣờng Mã bài: MĐ19.05 Giới thiệu: Tranzitor hiệu ứng trường (đèn trường) Là loại linh kiện sử dụng phổ biến kỹ thuật điện tử ứng dụng làm chuyển mạch điện tử Tranzitor hiệu ứng trường có đặc tính làm việc linh hoạt điều khiển nhiều chế độ, trạng thái làm việc khác giống BJT Mục tiêu: - Trình bày đặc điểm cấu tạo đặc tính làm việc loại Tranzitor trường phạm vi ứng dụng chúng; - Nhận dạng, phân loại loại JFET,MOSFET; - Xác định cực kiểm tra tình trạng kỹ thuật JFET, MOSFET Nội dung: Transistor trình bày trước gọi transistor mối nối lưỡng cực (BJT = Bipolar Junction Transistor) BJT có điện trở ngõ vào nhỏ cách mắc thơng thường CE, dịng IC = IB, muốn cho IC lớn ta phải tăng IB (thúc dòng lối vào) Đối với transistor hiệu ứng trường có tổng trở vào lớn Dịng điện lối tăng cách tăng điện áp lối vào mà khơng địi hỏi dịng điện Vậy loại điện áp tạo trường trường tạo dòng điện lối Field Effect Transistor (FET) FET có hai loại: JFET v MOSFET 1.JFET 1.1.Cấu tạo – kí hiệu JFET (Junction Field Effect Transistor) gọi FET nối JFET có cấu tạo (hình 5.1) Hình 5.1: Cấu tạo JFET kênh N (a), JFET kênh P (b) Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 75 Trên bán dẫn hình trụ có điện trở suất lớn (nồng độ tạp chất tương đối thấp), đáy đáy cho tiếp xúc kim loại đưa hai cực tương ứng cực máng (cực thoát) cực nguồn Vòng theo chu vi bán dẫn người ta tạo mối nối P – N Kim loại tiếp xúc với mẫu bán dẫn mới, đưa cực cổng (cửa) D: Drain: cực máng (cực thoát) G: Gate: cực cổng (cực cửa) S: Source: cực nguồn Vùng bán dẫn D S gọi thông lộ (kênh) Tùy theo loại bán dẫn D S mà ta phân biệt JFET thành hai loại: JFET kênh N, JFET kênh P Nó có kí hiệu (hình 5.2) Hình 5.2: Hình vẽ qui ước JFET kênh N (a), JFET kênh P (b) 1.2 Nguyên lí hoạt động Giữa D S đặt điện áp VDS tạo điện trường có tác dụng đẩy hạt tải đa số bán dẫn kênh chạy từ S sang D hình thành dịng điện I D Dòng ID tăng theo điện áp VDS đến đạt giá trị bão hòa IDSS (saturation) điện áp tương ứng gọi điện áp thắt kênh VPO (pinch off), tăng VDS lớn VPO ID khơng tăng Giữa G S đặt điện áp VGS cho không phân cực phân cực nghịch mối nối P – N Nếu không phân cực mối nối P – N ta có dịng ID đạt giá trị lớn IDSS Nếu phân cực nghịch mối nối P – N làm cho vùng tiếp xúc thay đổi diện tích Điện áp phân cực nghịch lớn vùng tiếp xúc (vùng hiếm) nở rộng ra, làm cho tiết diện kênh dẫn bị thu hẹp lại, điện trở kênh tăng lên nên Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xơ 76 dịng điện qua kênh ID giảm xuống ngược lại VGS tăng đến giá trị VPO ID giảm 1.3.Cách mắc JFET - Cũng tương tự BJT, JFET có cách mắc chủ yếu là: Chung cực nguồn(CS), chung cực máng (DC), chung cực cửa(CG) - Trong kiểu CS thường dùng nhiều kiểu mắc cho hệ số khuếch đại điện áp cao, trở kháng vào cao Còn kiểu mắc CD, CG thường dùng tầng khuếch đại đệm khuếch đại tần số cao (hình 5.3) Hình 5.3: Các cách mắc JFET mạch ứng dụng - CS: Tín hiệu vào G so với S, tín hiệu D so với S - CG: Tín hiệu vào S so với G, tín hiệu D so với G - CD: Tín hiệu vào G so với D, tín hiệu S so với D 1.4 Đặc tuyến JFET Hình 5.4: Sơ đồ mạch khảo sát đặc tuyến JFET Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 77 Khảo sát thay đổi dịng ID theo hiệu điện VDS VGS, từ người ta đưa hai dạng đặc tuyến JFET a Đặc tuyến truyền dẫn ID(VGS) ứng với VDS = const Giữ VDS = const, thay đổi VGS cách thay đổi nguồn VDC, khảo sát biến thiên dịng ID theo VGS Ta có: I D I DSS (1 VGS ) VP - Khi VGS = 0V, dòng điện ID lớn đạt giá trị bão hòa, kí hiệu: IDSS - Khi VGS âm dịng ID giảm, VGS âm dịng ID giảm Khi VGS = VPO dịng ID = VPO lúc gọi điện thắt kênh (nghẽn kênh) b Đặc tuyến ngõ ID(VDS) ứng với VGS = const Giữ nguyên VGS trị số không đổi (nhất định) Thay đổi VCC khảo sát biến thiên dịng ID theo VDS .(hình 5.5) Hình 5.5: Đặc tuyến làm việc JFET - Giả sử chỉnh nguồn VDC 0v, không thay đổi nguồn VDC, ta có VGS = 0V = const Thay đổi nguồn VCC → VDS thay đổi → ID thay đổi Đo dòng ID VDS Ta thấy lúc đầu ID tăng nhanh theo VDS, sau ID đạt giá trị bão hịa, ID khơng tăng VDS tăng - Chỉnh nguồn VDC để có VGS = 1v Khơng thay đổi nguồn VDC, ta có VGS = Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 78 1V = const Thay đổi nguồn VCC → VDS thay đổi → ID thay đổi Đo dòng ID VDS tương ứng Ta thấy lúc đầu ID tăng nhanh theo VDS, sau ID đạt giá trị bão hịa, ID khơng tăng VDS tăng - Lặp lại tương tự ta vẽ họ đặc tuyến ngõ I D(VDS) ứng với VGS = const Hình 5.6: Họ đặc tuyến ngõ JFET MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET) MOSFET hay gọi IGFET (Insulated Gate FET) FET có cực cổng cách li MOSFET chia làm hai loại: MOSFET kênh liên tục (MOSFET loại hiếm) MOSFET kênh gián đoạn (MOSFET loại tăng) Mỗi loại có phân biệt theo chất bán dẫn: kênh N kênh P 2.1.MOSFET kênh liên tục a Cấu tạo – kí hiệu Hình 5.7: Cấu tạo hình qui ước Mosfet kênh dẫn N Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xơ 79 Hình 5.8: Cấu tạo – kí hiệu MOSFET kênh dẫn loại P - Gate (G): cực cửa (cực cổng) - Drain (D): cực thoát (cực máng) - Source (S): cực nguồn Cấu tạo MOSFET kênh liên tục loại N Trên chất bán dẫn loại P, người ta pha hai vùng bán dẫn loại N với nồng độ cao (N+) nối liền với vùng bán dẫn loại N pha nồng độ thấp (N) Trên phủ lớp mỏng SiO2 chất cách điện Hai vùng bán dẫn N+ tiếp xúc kim loại (Al) đưa cực thoát (D) cực nguồn (S) Cực G có tiếp xúc kim loại bên ngồi lớp oxit cách điện với kênh N có nghĩa tổng trở vào cực lớn Để phân biệt kênh (thông lộ) N hay P nhà sản xuất cho thêm chân thứ tư gọi chân Sub, chân hợp với thông lộ tạo thành mối nối P-N Thực tế, chân Sub MOSFET nhà sản xuất nối với cực S bên MOSFET b Đặc tuyến VDS hiệu điện cực D cực S VGS hiệu điện cực G cực S Xét mạch (hình 5.9) Hình 5.9: Mạch khảo sát đặc tuyến MOSFET kênh liên tục loại N Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 80 Khi VGS = 0V: điện tử di chuyển tạo dòng điện ID, tăng điện VDS dịng ID tăng, ID tăng đến trị số giới hạn IDsat (dòng ID bão hòa) Điện VDS trị số IDsat gọi điện nghẽn VP0 giống JFET Khi VGS < 0: cực G có điện âm nên đẩy điện tử kênh N vào vùng P làm thu hẹp tiết diện kênh dẫn điện N dòng ID giảm xuống điện trở kênh dẫn điện tăng Khi điện cực G âm dịng ID nhỏ, đến trị số giới hạn dịng điện ID gần khơng cịn Điện cực G gọi điện nghẽn –VP0 Đặc tuyến chuyển tương tự đặc tuyến chuyển JFET kênh N Khi VGS > 0, cực G có điện dương điện tử thiểu số vùng P bị hút vào kênh N nên làm tăng tiết diện kênh, điện trở kênh bị giảm xuống dòng I D tăng cao trị số bão hòa IDsat Trường hợp ID lớn dễ làm hư MOSFET nên dùng Tương tự JFET, ta khảo sát hai dạng đặc tuyến MOSFET kênh liên tục: - Đặc tuyến truyền dẫn ID(VGS) ứng với VDS = const - Đặc tuyến ngõ ID(VDS) ứng với VGS = const Cách khảo sát tương tự khảo sát JFET đến cần VGS > 0, ta đổi cực nguồn VDC lưu ý cần nguồn dương nhỏ ID tăng cao Ta có hai dạng đặc tuyến Hình 5.10: Đặc tuyến truyền dẫn ID(VGS) MOSFET kênh liên tục loại N Hình 5.11: Họ đặc tuyến ngõ I (V ) MOSFET kênh liên tục loại N Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 81 2.2 MOSFET kênh gián đoạn a Cấu tạo – kí hiệu: Hình 5.12: Cấu tạo - kí hiệu MOSFET kênh gián đoạn loại N Hình 5.13: Cấu tạo- kí hiệu MOSFET kênh gián đoạn loại P Cực cửa: Gate (G) ;Cực thoát: Drain (D) ;Cực nguồn: Source (S) ; Nền (đế ): Substrate (Sub) Cấu tạo MOSFET kênh gián đoạn loại N tương tự cấu tạo MOSFET kênh liên tục loại N khơng có sẵn kênh N Có nghĩa hai vùng bán dẫn loại N pha nồng độ cao (N+) khơng dính liền nên gọi MOSFET kênh gián đoạn Mặt kênh dẫn điện phủ lớp oxit cách điện SiO2 Hai dây dẫn xuyên qua lớp cách điện nối vào vùng bán dẫn N+ gọi cực S D Cực G lấy từ kim loại tiếp xúc bên lớp oxit SiO2 cách điện với bên Cực Sub nối với cực S bên MOSFET b Đặc tuyến Xét mạch sau: Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 82 Hình 5.14: Mạch khảo sát đặc tuyến MOSFET kênh gián đoạn loại N Khi VGS = 0V, điện tử không di chuyển nên ID = 0, điện trở D S lớn Khi VGS > 0V điện tích dương cực G hút điện tử P phía hai vùng bán dẫn N+ lực hút đủ lớn số điện tử bị hút nhiều hơn, đủ để nối liền hai vùng bán dẫn N+ kênh N nối liền hai vùng bán dẫn N+ hình thành nên có dịng ID chạy từ D sang S Điện cực G tăng ID lớn Điện ngưỡng V điện VGS đủ lớn để hình thành kênh, thơng thường V vài volt Tương tự JFET MOSFET kênh liên tục ta khảo sát hai dạng đặc tuyến MOSFET kênh gián đoạn: - Đặc tuyến truyền dẫn ID(VGS) ứng với VDS = const - Đặc tuyến ngõ ID(VDS) ứng với VGS = const Cách khảo sát tương tự khảo sát JFET MOSFET kênh liên tục khác với hai trường hợp cần VGS > 0, cụ thể nguồn VDC phải dương đủ để VGS điện ngưỡng V ID có giá trị khác Ta có hai dạng đặc tuyến (hình 5.15) (hình 5.16) Hình 5.15: Đặc tuyến truyền dẫn ID(VGS) MOSFET kênh gián đoạn loại N Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xơ 83 Hình 5.16: Họ đặc tuyến ngõ I (V ) MOSFET kênh gián đoạn loại N 2.3 Các cách mắc MOSFET Tương tự JFET, MOSFET có ba kiểu mắc bản: - Cực nguồn chung CS : Tín hiệu vào G so với S, tín hiệu D so với S - Cực cổng chung CG : Tín hiệu vào S so với G, tín hiệu D so với G - Cực chung CD : Tín hiệu vào G so với D , tín hiệu S so với D Ứng dụng Như trình bày trên, FET có hai loại JFET MOSFET hoạt động dựa điều khiển độ dẫn điện mẫu bán dẫn điện trường ngoài, dùng loại hạt dẫn (hạt tải đa số), thuộc loại đơn cực tính (unipolar), khơng có q trình phát sinh tái hợp hai loại hạt dẫn nên tham số FET bị ảnh hưởng nhiệt độ Những ưu điểm bật FET: tổng trở vào lớn, hệ số khuếch đại cao, tiêu thụ lượng bé, kích thước điện cực D, G, S giảm xuống bé, thu nhỏ thể tích FET cách đáng kể ứng dụng nhiều chế tạo IC mà đặc biệt loại IC có mật độ tích hợp cao Cũng BJT, FET ứng dụng nhiều hai dạngmạch số tương tự Nó làm phần tử nhiều dạng mạch khuếch đại, làm chuyển mạch điện tử… Ngồi ra, họ FET cịn có dạng sau: CMOS, V-MOS, D-MOS, FET,…đây dạng cải tiến từ MOSFET để có thêm ưu điểm ứng dụng Thực hành 4.1 Cơ sở vật chất: - Mô đun thực hành điện tử - Đồng hồ đo điện van - Bo cắm đa năng, dây cắm kết nối - JFET, MOSFET loại 4.2 Nội dung tiến hành: Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 84 Gồm van điều khiển hoàn toàn V1 đến V6 điốt ngược D1 đến D6 Các điốt giúp cho trình trao đổi CS phản kháng tải với nguồn Đầu vào chiều nguồn áp với đặc trưng có tụ C với giá trị đủ lớn, Z A = ZB= ZC phụ tải đấu Y Ä 3.2 Nguyên lý hoạt động Mỗi van vào dẫn cách 600, khoảng điều khiển dẫn van khoảng từ 1200 đến 1800 Để thuận tiện cho việc xây dựng hệ thống điều khiển, van thường chọn giá trị 1200, 1500 1800 Giả sử van chọn khoảng dẫn 1800 Theo luật điều khiển van : V1 V4 dẫn lệch 1800 tạo pha A V3 V6 dẫn lệch 1800 tạo pha B V5 V6 dẫn lệch 1800 tạo pha C Các pha lệch 1200 Dạng điện áp tải xây dựng sau: + 0≤ố ≤ 600: V1, V5, V6 dẫn, ( ZA // ZC) nt ZB trở kháng nên: UA = UC = 1/3 E; UB = 2/3 E Tương tự: + 600 ≤ố ≤ 1200: V1, V2, V6 dẫn : UC = UB = 1/3 E; UA = 2/3 E + 120≤ố ≤ 1800: V2, V3, V4 dẫn: UA = UC = 1/3 E; UB = 2/3 E Giá trị hiệu dụng điện áp pha: 2 U pha Suy ra: 2 U pha ( )d E 2 UA (t) = 2/3 E sin ωt UB (t) = 2/3 E sin (ωt – 1200) UC (t) = 2/3 E sin (ωt + 1200) 3.3.Lắp ráp khảo sát hoạt động mạch a.Thiết bị dụng cụ chuẩn bị - Bàn thực hành điện tử công suất - Dây cắm - Đồng hồ đo điện vạn - Nguồn điện xoay chiều pha, pha b Trình tự thực - Kiểm tra linh kiện - Kết nối mạch điện công suất theo sơ đồ Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 127 - Kết nối mạch điều khiển - Kiểm tra mạch điện kết nối - Cấp nguồn, điều chỉnh thông số kiểm tra điện áp đầu rút kết luận Các phƣơng pháp điều khiển ngịch lƣu áp 4.1 Phương pháp điều khiển theo biên độ Phương pháp gọi tắt phương pháp điều biên Khác với phương pháp sử dụng kỹ thuật điều chế độ rộng xung ( PWM ) cần nguồn áp DC khơng đổi, phương pháp điều biên địi hỏi điện áp nguồn DC điều khiển Độ lớn điện áp điều khiển cách điều khiển nguồn điện áp DC Chẳng hạn sử dụng chỉnh lưu có điều khiển kết hợp chỉnh lưu không điều khiển biến đổi điện áp DC Bộ nghịch lưu áp thực chức điều khiển tần số điện áp Các công tắc cặp công tác pha tải kích đóng với thời gian nửa chu kỳ áp Mạch điều khiển kích đóng cơng tắc nghịch lưu áp đơn giản Bộ nghịch lưu áp ba pha điều khiển theo biên độ gọi nghịch lưu áp bước Tần số áp tần số đóng ngắt linh kiện Các thành phần sóng hài bội ba bậc chẵn khơng xuất áp dây cung cấp cho tải Còn lại sóng hài bậc cao cần khử bỏ biện pháp sóng hài Sóng hài bậc cao xuất dạng điện áp cao, hạn chế phạm vi sử dụng phương pháp điều biên, tần số thấp Nếu sử dụng SCR kết hợp với chuyển mạch làm chức công tắc nghịch lưu áp, chuyển mạch làm việc phụ thuộc vào độ lớn nguồn áp chiều , phương pháp điều biên rõ ràng không phù hợp để điều khiển điện áp tải phạm vi áp nhỏ Tuy nhiên, trường hợp điều khiển theo biên độ đòi hỏi nguồn DC điều khiển phương pháp khác dựa vào kỹ thuật PWM sử dụng nguồn điện áp DC không đổi Trong trường hợp nguồn DC tạo nên từ lưới điện AC qua chỉnh lưu không điều khiển mạch lọc chứa tụ trực tiếp từ nguồn dự trữ dạng pin, acqui 4.2 Phương pháp điều chế độ rộng xung Về nguyên lý, phương pháp thực dựa vào kỹ thuật analog Giản đồ kích đóng cơng tắc nghịch lưu dựa vào sở so sánh hai tín hiệu bản: - Sóng mang up tần số cao - Sóng điều khiển ur dạng sin Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xơ 128 Ví dụ: Cơng tắc lẻ kích đóng sóng điều khiển lớn sóng mang u r > up Trong trường hợp ngược lại, cơng tắc chẵn kích đóng Sóng mang up dạng tam giác Tần số sóng mang cao, lượng sóng hài bậc cao bị khử bớt nhiều Tuy nhiên, tần số đóng ngắt cao làm cho tổn hao phát sinh trình đóng ngắt cơng tắc tăng theo Ngồi ra, linh kiện địi hỏi có thời gian đón ton thời gian ngắt toff định Các yếu tố làm hạn chế việc chọn tần số sóng mang Sóng điều khiển ur mang thông tin độ lớn trị hiệu dụng tần số sóng hài điện áp đầu Trong trường hợp nghịch lưu áp ba pha, ba sóng điều khiển ba pha phải tạo lệch pha 1/3 chu kỳ Trong trường hợp nghịch lưu áp pha, ta cần tạo hai sóng điều khiển lệch pha 1/2 chu kỳ ( tức chúng ngược pha ) Để đơn giản mạch kích nữa, ta sử dụng sóng điều khiển để kích đóng, ví dụ: cặp cơng tắc ( S1 - S4 ) kích đóng theo quan hệ sóng điều khiển sóng mang, cịn cặp ( S2 - S3 ) kích đóng ngược lại với chungs Lúc đó, hình thành trạng thái kích đóng ( S1 – S2 ) ( S4 - S3 ) Gọi mf tỉ số điều chế tần số: mf = fsm / fss Việc tăng giá trị mf dẫn đến việc tăng giá trị tần số sóng hài xuất Điểm bất lợi việc tăng tần số sóng mang vấn đề tổn hao đóng ngắt lớn Gọi ma tỉ số điều chế biên độ: ma = uss / usm Nếu ma ≤ quan hệ biên độ thành phần áp áp điều khiển tuyến tính Đối với nghịch lưu áp pha biên độ áp pha hài Ut (1)m = ma U Đối với nghịch lưu áp ba pha biên độ áp pha hài Ut (1)m = ma U/2 Khi giá trị ma > 1, biên độ tín hiệu điều chế lớn biên độ sóng mang biên độ hài điện áp tăng khơng tuyến tính theo biến ma Lúc này, bắt đầu xuất lượng sóng hài bậc cao tăng dần đạt mức giới hạn cho phương pháp bước Trong trường hợp nghịch lưu áp ba pha, thành phần sóng hài bậc cao giảm đến cực tiểu giá trị mf chọn số lẻ bội ba Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xơ 129 Việc đánh giá chất lượng sóng hài xuất điện áp tải thực phân tích chuỗi Fourier Ở đây, chu kỳ lấy tích phân Fourier chia thành nhiều khoảng nhỏ, với cận lấy tích phân khoảng xác định từ giao điểm sóng điều khiển sóng mang dạn tam giác Bộ nghịch lƣu dịng điện 5.1 Bộ nghịch lưu dòng pha 5.1.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động mạch Sơ đồ nguyên lý hoạt động mạch cho hình vẽ: Trong tường hợp tải tổng quát ( R, RL, RLE ), linh kiện phải có khả điều khiển ngắt dịng điện Có thể sử dụng IGBT mắc nối tiếp với điốt cao áp sử dụng linh kiện cơng suất GTO Giả sử dịng dẫn qua S1D1S2D2 tải, dòng điện tải i t = I Để đảo chiều dịng điện tải, xung kích đóng đưa S1S2 kích ngắt S3S4 Dịng qua tải giảm nhanh đảo chiều it = -I D tải mang tính cảm kháng, đảo chiều nhanh dịng điện gây điện áp đặt lên công tắc Nếu tải có độ tự cảm L nhỏ, mạch mắc nối tiếp công tắc với điốt chịu điện áp cao, tải có L lớn, cần phải thay đổi cấu hình nghịch lưu dịng Chẳng hạn mắc tụ song song với tải dùng mạch tích lượng Tác dụng mạch phụ làm cho dịn tải qua trình đổi dấu khơng thay đổi đột ngột khơng gây áp q áp phản kháng Cấu trúc dùng tụ xoay chiều mắc rẽ nhánh với tải làm xuất dao động dòng điện điện áp tương tác tụ điện với cảm kháng tải S S D 1L D S It R D U D t S Hình 10.5: Mạch nghịch lưu dòng điện pha Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xơ 130 Tụ điện tính tốn cho biên độ thành phần dòn điện dẫn qua tụ có giá trị khơng lớn độ dao động điện áp sóng hài bậc cao tải nằm phạm vi cho phép Cấu trúc dùng mạch tích lượng có khả khắc phục nhược điểm Tuy nhiên, hệ thống mạch công suất trở nên phức tạp sử dụng mạch chỉnh lưu cầu điốt phía mạch DC phải có phần tử có khả dự trữ lượng Mỗi lần dòng điện tải đổi chiều, mạch DC nạp lượng dịng tải Phần tử tích điện tụ điện, để điện áp tụ khơng tăng ta cần thực điều khiển xả lượng tụ lượng tụ trả lưới điện xoay chiều qua mạch bán dẫn công suất 5.1.2 Lắp ráp khảo sát hoạt động mạch a.Thiết bị dụng cụ chuẩn bị - Bàn thực hành điện tử công suất - Dây cắm - Đồng hồ đo điện vạn - Nguồn điện xoay chiều pha, pha b Trình tự thực - Kiểm tra linh kiện - Kết nối mạch điện công suất theo sơ đồ - Kết nối mạch điều khiển - Kiểm tra mạch điện kết nối - Cấp nguồn, điều chỉnh thông số kiểm tra điện áp đầu rút kết luận 5.2 Bộ nghịch lưu dòng ba pha 5.2.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động mạch Sơ đồ mạch nghịch lưu dòng ba pha cho hình 10.6: Tương tự trường hợp nghịch lưu dòng pha, cấu tạo nghịch lưu dòng ba pha gồm dạng mạch: mạch chứa điốt cao áp bảo vệ, mạch chứa tụ chuyển mạch mạch chứa tụ tích lượng Đối với nghịch lưu dịng điện ba pha Tại thời điểm có công tắc nhánh dẫn công tắc nhánh dẫn Mỗi công tắc dẫn điện thời gian 1/3 chu kỳ Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 131 S S D D S S D D D D S S Hình 10.6: Bộ nghịch lưu dòng ba pha 5.2.2 Lắp ráp khảo sát hoạt động mạch a.Thiết bị dụng cụ chuẩn bị - Bàn thực hành điện tử công suất - Dây cắm - Đồng hồ đo điện vạn - Nguồn điện xoay chiều pha, pha b Trình tự thực - Kiểm tra linh kiện - Kết nối mạch điện công suất theo sơ đồ - Kết nối mạch điều khiển - Kiểm tra mạch điện kết nối - Cấp nguồn, điều chỉnh thông số kiểm tra điện áp đầu rút kết luận 5.2 Bộ nghịch lưu dòng ba pha Các phƣơng pháp điều khiển nghịch lƣu dòng Giả thiết giá trị trạng thái van dẫn đóng ngắt Qui luật điều khiển nghịch lưu dòng phải đảm bảo điều kiện kích đóng ( qui luật kích nhóm ) S1 + S3 + S5 = S2 + S4 + S6 = Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 132 Điều có nghĩa, thời điểm có van nhóm van nhóm kích đóng Trong thực tế kỹ thuật ta thường sử dụng phương pháp điều khiển the biên độ, nội dung phương pháp sau: Độ lớn dòng điện tải điều khiển cách điều khiển nguồn dòng Chẳng hạn điều khiển góc kích α chỉnh lưu có điều khiển điều khiển tỉ số thời gian ᵧ có nguồn DC điều khiển biến đổi điện áp chiều S1 S2 S3 S4 S5 S6 Giản đồ xung kích mở Tần số dịng điện tải điều khiển giản đồ kích cho nghịch lưu dịng Góc kích đóng cho cơng tắc nghịch lưu dòng điện 2π / m với m số pha nghịch lưu Ví dụ, nghịch lưu dịng ba pha, xung kích đóng cho cơng tắc nhóm thực gửi đến linh kiện S1, S3, S5 với độ rộn xung 2π / Tương tự cho linh kiện nhóm Các thành phần sóng hài dịng điện tải có biên độ tương đối cao Do ảnh hưởng nhiều đến hoạt động tải Dạng sóng dịng điện cải tiến thuận lợi cách kéo dài thời gian chuyển mạch công tắc dẫn điện, chẳng hạn nhờ mạch tích lượng chuyển mạch Câu hỏi tập: 1) Trình bày nhiệm vụ mạch nghịch lưu 2) Phân loại trình bày đặc điểm mạch nghịch lưu 3) Trình bày nội dung phương pháp điều khiển mạch nghịch lưu Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 133 Bài 11: Mạch biến tần Mã bài: MĐ19.11 Giới thiệu: Công nghệ Inverter sử dụng phổ biến thiết bị máy lạnh điều hịa khơng khí nhờ ưu điểm trội chúng Ở công nghệ việc cấp nguồn cho máy nén sử dụng thông qua biến tần nhằm tạo nguồn điện xoay chiều có tần số điện áp điều khiển Bài MĐ 19.11 trình bày cấu trúc nguyên lý hoạt động nguyên tắc điều khiển biến tần khác Mục tiêu: - Trình bày chức năng, nhiệm vụ phân loại biến tần; - Vẽ phân tích sơ đồ mạch điên nguyên lý mạch biến biến tần; - Kiểm tra linh kiện, lắp ráp khảo sát mạch biến tần hoạt động theo yêu cầu Nội dung: Khái quát chung 1.1 Khái niệm: Mạch biến tần mạch điện tử cơng suất đóng vai trị quan trọng hệ thống điều khiển động có xoay chiều pha ba pha Trong công nghệ Inverter mạch biến tần sử dụng để cung cấp nguồn cho động máy nén hệ thống máy lạnh điều hòa khơng khí Mạch biến tần mạch điện tử cơng suất biến đổi từ nguồn điện xoay chiều từ lưới điện có điện áp, tần số khơng đổi thành nguồn xoay chiều có điện áp, tần số điều chỉnh theo yêu cầu để cung cấp cho phụ tải AC IN U = hs f = hs MẠCH BIẾN TẦN Hình 11.1: Sơ đồ chức mạch biến tần 1.2 Phân loại: 1.2.1 Phân loại theo số pha điện áp đầu ra: - Mạch biến tần pha - Mạch biến tần pha Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 134 AC OUT U ≠hs f ≠ hs 1.2.2 Phân loại theo phương pháp biến đổi: - Mạch biến tần trực tiếp - Mạch biến tần gián tiếp Mạch biến tần trực tiếp Mạch biến tần trực tiếp mạch thực biến đổi trực tiếp nguồn điện xoay chiều đầu vào thành nguồn xoay chiều đầu có tần số, điện áp điều chỉnh 2.1 Mạch biến tần trực tiếp pha 2.1.1 Sơ đồ mạch điện nguyên lý: AC IN CL2 CL1 Zt AC OUT Hình 11.2: Sơ đồ nguyên lý mạch biến tần trực tiếp pha Trong sơ đồ: - CL1, CL2 Là mạch chỉnh lưu cầu pha có điều khiển đối xứng - Zt phụ tải xoay chiều mạch biến tần 2.1.2 Nguyên tắc điều khiển: Mạch biến tần trực tiếp pha sử dụng sử dụng mạch chỉnh lưu cầu pha có điều khiển Trong trình làm việc mạch chỉnh lưu cung cấp dòng điện cho phụ tải nửa chu kỳ: - Khi mạch chỉnh lưu CL1 làm việc cung cấp dòng điện cho phụ tải nửa chu kỳ dương - Khi mạch chỉnh lưu CL2 làm việc cung cấp dòng điện cho phụ tải nửa chu kỳ âm Như vào tần số nguồn điện xoay chiều đầu ta xác định thời gian nửa chu kỳ nguồn điện xoay chiều đầu để từ xác định chu kỳ điều khiển chop chỉnh lưu mạch Trong trình làm việc hai mạch chỉnh lưu làm việc xen kẽ để tạo dòng điện xoay chiều cung cấp cho phụ tải Để thay đổi trị số trung bình điện áp xoay chiều đầu ta điều chỉnh góc mở phần tử chỉnh lưu mạch 2.2 Mạch biến tần trực tiếp pha Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 135 2.2.1 Sơ đồ nguyên lý mạch: Mạch biến tần trực tiếp pha có nguồn xoay chiều đầu vào nguồn xoay chiều pha để cung cấp dịng điện cho pha phụ tải ta sử dụng hai mạch chỉnh lưu pha có điều khiển: - Chỉnh lưu pha hình tia có điều khiển - Chỉnh lưu cầu pha có điều khiển Sơ đồ mạch điện nguyên lý thể hình vẽ: Za Zb Zc N Hình 11.3: Sơ đồ nguyên lý mạch biến tần trực tiếp pha dùng CL hình tia Za Zb Zc Hình 11.4: Sơ đồ nguyên lý mạch biến tần trực tiếp pha dùng CL cầu Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 136 2.2.2 Nguyên tắc điều khiển: Trong mồi pha nguồn xoay chiều đầu Gồm chỉnh lưu nối song song ngược, phận chỉnh lưu sơ đồ pha có điểm trung tính, sơ đồ cầu chỉnh lưu nhiều pha Số pha chỉnh lưu lớn thành phần sang điều hồ bậc cao giảm f2 ln nhỏ f1 nên tải biến tần trực tiếp thường động xoay chiều làm việc tốc độ thấp Sơ đồ gồm 03 pha điện áp ra, pha tạo sơ đồ mà nguyên tắc sơ đồ chỉnh lưu có đảo chiều gồm 02 chỉnh lưu pha ( hình tia) ngược chiều , thay mạch cầu chỉnh lưu hình tia thành hình cầu phức tạp số SCR tăng gấp mạch điều khiển phức tạp Có phương pháp điều khiển SCR , phương pháp điều khiển riêng phương pháp điều khiển chung Dùng phương pháp điều khiển riêng khơng cần cuộn kháng cân bằng, cịn dùng phương pháp điều khiển chung cần số cuộn kháng cân Nguyên lý tạo điện áp cho biến tần trực tiếp dùng cho SCR chuyển mạch tự nhiên, tần số điện áp phải thấp nhiều so với tần số lưới ( khoảng 10 – 25 hz) Tuy nhiên, sử dụng van bán dẫn điều khiển hồn tồn đạt tần số cao 2.2.3 Lắp ráp khảo sát hoạt động mạch a.Thiết bị dụng cụ chuẩn bị - Bàn thực hành điện tử công suất - Dây cắm - Đồng hồ đo điện vạn - Nguồn điện xoay chiều pha, pha b Trình tự thực - Kiểm tra linh kiện - Kết nối mạch điện công suất theo sơ đồ - Kết nối mạch điều khiển - Kiểm tra mạch điện kết nối - Cấp nguồn, điều chỉnh thông số kiểm tra điện áp đầu rút kết luận Bộ biến tần gián tiếp Mạch biến tần gián mạch biến tần mà q trình biến đổi thực qua cơng đoạn: Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 137 - Công đoạn 1: Chuyển đổi từ nguồn điện xoay chiều đầu vào thành nguồn điện chiều thông qua mạch chỉnh lưu có điều khiển khơng có điều khiển - Công đoạn 2: Chuyển đổi từ nguồn điện chiều thành nguồn điện xoay chiều có trị số điện áp tần số điều chỉnh thông qua mạch nghịch lưu dòng nghịch lưu điện áp Như cấu trúc mạch biến tần gián tiếp mơ tả hình vẽ sau: AC IN AC OUT MẠCH NGHỊCH LƯU MẠCH CHỈNH LƯU Hình 11.5: Cấu trúc mạch biến tần gián tiếp 3.1 Mạch biến tần gián tiếp pha: Mạch biến tần gián tiếp pha sử dụng để cung cấp cho phụ tải xoay chiều pha Trong thiết bị máy lạnh điều hịa khơng khí mạch biến tần gián tiếp pha thành phần quan trọng cơng nghệ điều khiển Inverter máy điều hịa khơng khí, tụ lạnh gia đình vvv 3.1.1 Sơ đồ mạch điện nguyên lý: a, Sử dụng mạch nghịch lưu điện áp dùng máy biến áp L AC IN CL MBA AC OUT C Mạch điều khiển CMĐT Hình 11.6: Mạch biến tần gián tiếp pha dùng máy biến áp b, Sử dụng mạch nghịch lưu dòng điện Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 138 Zt L D1 AC IN T1 T2 D2 CL Zt C D3 D4 T3 T4 Mạch điều khiển Hình 11.7: Mạch biến tần pha dùng nghịch lưu dòng điện 3.1.2 Nguyên tắc điều khiển: - Để thay đổi tần số nguồn xoay chiều đầu ta điều chỉnh chu kỳ dẫn khóa chuyển mạch điện tử mạch nghịch lưu - Để thay đổi trị số trung bình điện áp xoay chiều đầu ta thay đổi tương quan thời gian đóng ngắt chuyển mạch chu kỳ 3.2 Mạch biến tần áp gián tiếp pha 3.2.1 Sơ đồ nguyên lý ZA ZB Hình 11.8: Mạch biến tần pha dùng nghịch lưu dòng điện Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xơ 139 ZC - Mạch chỉnh lưu dùng loại có điều khiển khơng có điều khiển Khi dùng mạch chỉnh lưu có điều khiển sơ đồ mạch phức tạp giá thành Cũng cao nhiên khả điều chỉnh điện áp linh hoạt - Các chuyển mạch điện tử mạch nghịch lưu dùng BJT cơng suất, MosFET, GTO 3.3 Lắp ráp khảo sát hoạt động mạch a.Thiết bị dụng cụ chuẩn bị - Bàn thực hành điện tử công suất - Dây cắm - Đồng hồ đo điện vạn - Nguồn điện xoay chiều pha, pha b Trình tự thực - Kiểm tra linh kiện - Kết nối mạch điện công suất theo sơ đồ - Kết nối mạch điều khiển - Kiểm tra mạch điện kết nối - Cấp nguồn, điều chỉnh thông số kiểm tra điện áp đầu rút kết luận Câu hỏi tập: 1) Trình bày chức năng, nhiệm vụ mạch biến tần 2) Vẽ phân tích nguyên tắc điều khiển sơ đồ mạch biến tần trực tiếp 3) Vẽ phân tích nguyên tắc điều khiển sơ đồ mạch biến tần gián tiếp 4) Sơ sánh ưu nhược điển phạm vi ứng dụng loại mạch biến tần Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 140 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]- Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thịnh, Điện tử công suất, lý thuyết, thiết kế, ứng dụng, Nxb Khoa học kỹ thuật 2008 [2]- Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh, Điện tử công suất, Nxb Khoa học kỹ thuật 2004 [3]- Võ Minh Chính, Điện tử cơng suất, Nxb Khoa học kỹ thuật 2008 [4] - Phạm Quốc Hải, Phân tích giải mạch điện tử cơng suất, Nxb Khoa học kỹ thuật 2002 [5] – Lê Đăng Doanh, Nguyễn Thế công, Trần Văn Thịnh, Điện tử công suất tập 1,2, Nxb Khoa học kỹ thuật 2007 Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 141 ... điốt 4 .2 Lắp ráp, khảo sát mạch chỉnh lưu pha: 4 .2. 1 Cơ sở vật chất - Bàn thực hành điện tử công suất - Dây cắm kết nối Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 109 - Đồng hồ đo điện vạn 4 .2. 2 Trình tự... 4 .2. 1 Cơ sở vật chất - Bàn thực hành điện tử công suất - Dây cắm kết nối - Đồng hồ đo điện vạn 4 .2. 2 Trình tự thực hiện: - Kiểm tra điốt chỉnh lưu - Kết nối mạch điện chỉnh lưu theo sơ đồ - Kết... hành 4.1 Cơ sở vật chất: - Mô đun thực hành điện tử - Đồng hồ đo điện van - Bo cắm đa năng, dây cắm kết nối - JFET, MOSFET loại 4 .2 Nội dung tiến hành: Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 84 4 .2. 1 Nhận