Chương 1: Các phần tử bán dẫn công suất cơ bản 1.1 Đặc tính cơ bản của các phần tử bán dẫn công suất 1.2 Điôt 1.3 Tiristo 1.4 Tranzito1.1 Đặc tính cơ bản của các phần tử bán dẫn công suất 1. Có tính chất như 1 khóa điện tử Mở (dẫn): cho dòng đi qua Khóa (không dẫn): không cho dòng điện đi qua 2. Phần tử bán dẫn nói chung chỉ dẫn dòng theo 1 chiều 3. Cho 1 dòng công suất lớn đi qua nhưng được điều khiển bằng dòng công suất nhỏ. 4. Về khả năng điều khiển, các van bán dẫn được phân loại thành: Van không điều khiển: Điôt Van điều khiển không hoàn toàn: Tiristo, triac Van điều khiển hoàn toàn: Tranzito, Mosfet, IGBT, GTO1.2 Điôt 1. Cấu tạo và kí hiệu 2. Đặc tính vônampe a) Đặc tính thực tế; b) Đặc tính tuyến tính; c) Đặc tính lý tưởng1.2 Điôt 2. Đặc tính vôn ampe Đặc tính gồm 2 phần: • Đặc tính thuận trong góc phần tư thứ I ➢ Nếu thì điôt dẫn dòng ➢ Nếu thì điôt không dẫn dòng (khóa) • Đặc tính ngược trong góc phần tư thứ III ➢ Nếu :có dòng rò rất nhỏ chạy ngược từ K đến A ➢ Nếu :dòng ngược tăng rất nhanh, diot bị đánh thủng 3. Các thông số cơ bản của điôt • Giá trị trung bình của dòng chạy qua điôt theo chiều thuận: • Giá trị điện áp ngược lớn nhất cho phép đặt lên van: • Tần số đóng cắt f u u AK D ,0 u u AK D ,0 0 u u AK ng,max u u AK ng ,max 0 1 ( ) T I I i t dt D tbv d T = = ung,max Chọn van1. Cấu tạo và ký hiệu 2. Đặc tính vôn ampe • : điện áp ngược lớn nhất cho phép đặt lên van. • : điện áp thuận lớn nhất • : Dòng điện duy trì • : các dòng điều khiển 1.3 Tiristo (Thyristor) Ung,max Uth,max Idt I I I G G G 1 2 3 , ,2. Đặc tính vônampe • Góc phần tư thứ III: đặc tính ngược giống với đặc tính ngược của điôt • Góc phần tư thứ I: ➢ TH1: khi không có dòng vào cực điều khiển, ứng với đặc tính ❖ : Tiristo không dẫn dòng ❖ : Tiristo dẫn dòng ➢ TH2: khi có dòng vào cực điều khiển, ứng với đặc tính ❖ quá trình chuyển điểm làm việc trên đường đặc tính thuận sẽ xảy ra sớm hơn ❖ Nếu dòng điều khiển lớn hơn thì điểm chuyển đặc tính làm việc sẽ xảy ra với nhỏ hơn 1.3 Tiristo IG1 = 0 U U AK th ,max U U AK th ,max I I G G 2 3 , Uth,max UAK3. Điều kiện mở khóa van • Điều kiện dẫn: ➢ Cách 1: không cần cấp xung vào cực điều khiển, tăng theo chiều thuận đến thì tiristo sẽ dẫn dòng (mở bằng xung áp) ➢ Cách 2 (mở bằng xung dòng): Đủ 2 điều kiện sau: 1) 2) Phát xung dòng đủ lớn Khi tiristo dẫn, dòng qua tiristo tăng nhanh, đến khi vượt qua dòng duy trì thì có thể cắt xung dòng tiristo vẫn dẫn. • Điều kiện khóa: nhận biết khóa ➢ Khi dòng I giảm về dưới mức thì tiristo sẽ khóa ➢ Tuy nhiên, tiristo khóa chắc chắn khi bị đặt dưới điện áp ngược Trong khoảng thời gian , thời gian phục hồi tính chất khóa của van 1.3 Tiristo UAK Uth,max 0 UAK IG Idt Idt 0 UAK r t t r t1.3 Tiristo 4. Các thông số cơ bản của Tiristo 1) Giá trị trung bình của dòng chạy qua van 2) Giá trị điện áp ngược lớn nhất cho phép đặt lên van: 3) Thời gian phục hồi tính chất khóa của van: 4) Tốc độ tăng điện áp thuận cho phép: Nếu quá: van mở không mong muốn Khắc phục: mắc song song với Tiristo 1 tụ điện C 5) Tốc độ tăng dòng cho phép Nếu quá: van cháy hỏng Khắc phục: mắc nối tiếp với Tiristo cuộn cảm L Itbv Ung,max t s r ( ) du ( ) V s dt di ( ) A s dt Giống diot1. Cấu tạo và ký hiệu 1.4 Tranzito (Transistor) 2. Đặc tính ra Tranzito công suất làm việc trên các vùng: • Khi dẫn: vùng bão hòa • Khi khóa: vùng khóa • Khi chuyển mạch: vùng khuếch đại Chuyển mạch: là giai đoạn van ban dẫn chuyển từ trạng thái dẫn sang trạng thái khóa và ngược lại3. Điều kiện mở khóa van • Điều kiện dẫn: 1) 2) hay với • Điều kiện khóa: 1.4 Tranzito 0 UBE C B I I I k I B bh C = kbh = 1.2 1.5 0 UBE 2. Đặc tính ra Dẫn Khóa 0 P U I = CE CE P U I = CE CE: lớn Chuyển mạch 0 P U I = CE CE Nhược điểm: tổn hao chuyển mạch lớn2.1 Giới thiệu chung 1) Chức năng: chỉnh lưu là quá trình biến đổi năng lượng dòng điện xoay chiều thành năng lượng dòng điện một chiều: ACDC 2) Cấu trúc chung của 1 sơ đồ chỉnh lưu Chương 2: Chỉnh lưu3) Phân loại: Chỉnh lưu được phân loại theo một số cách sau: a. Phân loại theo số pha nguồn cấp cho mạch van:1 pha, 2 pha, 3 pha … b. Phân loại theo loại van bán dẫn trong mạch van: ▪ Mạch van dùng toàn điôt, được gọi là chỉnh lưu không điều khiển ▪ Mạch van dung toàn tiristo, gọi là chỉnh lưu điều khiển ▪ Mạch chỉnh lưu dùng cả 2 loại điôt và tiristo gọi là chỉnh lưu bán điều khiển c. Phân loại theo sơ đồ mắc các van. Có 2 kiểu mắc van: • Sơ đồ hình tia: số lượng van bằng số pha nguồn cấp cho mạch van. Tất cả các van đều đấu chung 1 đầu nào đó với nhau hoặc catot chung hoặc anot chung 2.1 Giới thiệu chung • Sơ đồ hình cầu: số lương van nhiều gấp đôi số pha nguồn cấp cho mạch van. Trong đó, một nửa số van mắc chung catốt, nửa kia mắc chung anốt3) Phân loại Gọi tên mạch chỉnh lưu theo các cách phân loại 4) Luật dẫn van a. Nhóm van đấu catốt chung: Van có khả năng dẫn là van có điện thế anot của nó dương nhất trong nhóm, tuy nhiên nó chỉ dẫn được nếu điện thế anot này dương hơn điện thế ở điểm catot chung b. Nhóm van đấu anot chung: Van có khả năng dẫn là van có điện thế catot của nó âm nhất trong nhóm, nhưng nó chỉ dẫn được nếu điện thế này âm hơn điện thế điểm anot chung 2.1 Giới thiệu chung5) Các thông số cơ bản của mạch chỉnh lưu a. Về phía tải : Giá trị trung bình của điện áp trên tải : Giá trị trung bình của dòng điện trên tải : Công suất một chiều mà tải nhận được từ mạch chỉnh lưu b. Về phía mạch van : Giá trị trung bình của dòng điện chảy qua 1 van của mạch van : Điện áp ngược cực đại mà van phải chịu được khi làm việc c. Về phía nguồn: Thể hiện bằng công suất xoay chiều lấy từ lưới điện, thông thường sử dụng theo công suất biểu kiến của biến áp 2.1 Giới thiệu chung Ud Id P U I d d d = Itbv Ung,max Sba2.2.1 Chỉnh lưu một pha một nửa chu kỳ a. Sơ đồ mạch b. Phân tích: • ➔D dẫn ➔ • ➔ D khóa ➔ c. Các thông số cơ bản: 1) Giá trị trung bình của điện áp trên tải 2.2 Các mạch chỉnh lưu cơ bản u u d = 2 u U t U t U 1 1 1 1 = = = 2 sin(100 ) 2 sin( ) 2 sin 1 2 BA U U K = u U t U t U 2 2 2 2 = = = 2 sin(100 ) 2 sin( ) 2 sin (0; ) sin 0 0u → → 2 2 → → ( ;2 ) sin 0 0 u 0 ud = 2 2 2 2 0 0 1 1 2 ( ) 2 sin 0.45 U u d U d U U d d 2 2 = = = = 2) Giá trị trung bình của dòng điện trên tải: 3) Công suất 1 chiều ra tải: 4) Giá trị trung bình của dòng qua van 5) Giá trị điện áp ngược lớn nhất đặt lên van 6) Công suất biểu kiến máy biến áp 2.2.1 Chỉnh lưu một pha một nửa chu kỳ d d d U I R = P U I d d d = I I tbv d = U U ng,max 2 = 2 3.09 S P ba d =a. Sơ đồ mạch b. Phân tích Trong khoảng Đ1 dẫn, Đ2 khóa Trong khoảng Đ2 dẫn, Đ1 khóa 2.2.2 Chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ có điểm giữa 2 2 2 2 2 sin 2 sin u U u U = = − → → (0; ) u u 2 2 2 → = u u d → → ( ;2 ) u u 2 2 → = u u d 2c. Các thông số cơ bản 1) Giá trị trung bình của điện áp trên tải 2) Giá trị trung bình của dòng điện trên tải: 3) Giá trị trung bình của dòng qua van 4) Giá trị điện áp ngược lớn nhất đặt lên van 5) Công suất 1 chiều ra tải: 6) Công suất biểu kiến máy biến áp Mạch chỉnh lưu này được sử dụng nhiều trong dải công suất nhỏ đến vài kW, nó thích hợp với chỉnh lưu điện áp thấp vì sụt áp trên đường ra tải chỉ có 1 van. Nhược điểm của mạch là buộc phải có biến áp đổi số pha. Hơn nữa một số thông số khác cũng không tốt. 2.2.2 Chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ có điểm giữa 2 2 2 0 0 1 1 2 2 U u d U d U U d d ( ) 2 sin 0.9 = = = = d 0.9 2 d d d U U I R R = = d 2 tbv I I = U U ng,max 2 = 2 2 P U I d d d = 1.48 S P ba d =a. Sơ đồ mạch b. Phân tích Trong khoảng Đ1, Đ2 dẫn; Đ3, Đ4 khóa Trong khoảng Đ3, Đ4 dẫn; Đ1, Đ2 khóa 2.2.3 Chỉnh lưu cầu một pha (0; ) 0u → →2 2 → → ( ;2 ) 0 uc. Các thông số cơ bản 1. Trị trung bình của điện áp chỉnh lưu 2. Giá trị trung bình của dòng điện trên tải 3. Giá trị điện áp ngược lớn nhất đặt lên van 4. Giá trị trung bình của dòng qua van 5. Giá trị hiệu dụng của dòng thứ cấp: 6. Giá trị hiệu dụng của dòng sơ cấp: 7. Công suất tính toán máy biến áp 2.2.3 Chỉnh lưu cầu một pha U U d = 0.9 2 d 0.9 2 d d d U U I R R = = U U ng,max 2 = 2 d 2 tbv I I = 1.23 S P ba d 2 2 2 2 m d d I I I = = 2 1 1 ba ba 2 2 d I I I k k = =a. Sơ đồ mạch b. Phân tích • Trong khoảng: ➔Đ1 dẫn • Trong khoảng ➔Đ2 dẫn • Trong khoảng ➔ Đ3 dẫn 2.2.3 Chỉnh lưu hình tia 3 pha 1 2 → (30 150 ) , o o u u u a b c u u d a = 2 3 → (150 270 ) , o o u u u b a c u u d b = 3 4 → (270 390 ) , o o u u u c a b u u d c =c. Các thông số cơ bản 1. Điện áp trung bình ra tải: 2. Dòng trung bình ra tải: 3. Giá trị điện áp ngược lớn nhất đặt lên van: 4. Giá trị trung bình của dòng qua van 4. Giá trị hiệu dụng của dòng thứ cấp: 5. Giá trị hiệu dụng của dòng sơ cấp : 6. Công suất biểu kiến của máy biến áp 2.2.3 Chỉnh lưu hình tia 3 pha 150 2 2 2 30 1 3 6 2 sin 1.17 2 2 3 o o U U U Ud = = d 1.17 2 d d d U U I R R = = U U U ng,max 2 2 = 6 2.45 I I 2 = 0.58 d 1 0.47 d ba I I k = 1.35 S P ba d = d 3 tbv I I =a. Sơ đồ mạch b. Đồ thị c. Tính toán Điện áp trung bình nhận được trên tải ➔Chỉnh lưu cầu 3 pha được coi như 2 chỉnh lưu hình tia 3 pha ghép nối tiếp nhau 2.2.4 Chỉnh lưu cầu 3 pha 90 90 2 2 2 2 30 30 1 6 3 6 ( ) ( sin sin( 120 )) 2.34 2 6 2 o o o o m m o U u u d U U d U U d a b = − = − − = = 2.3.1 Khái niệm về góc điều khiển a. Khái niệm: Góc điều khiển là góc tính từ thời điểm mở tự nhiên đến thời điểm tiristo được phát xung vào cực G để mở van. Thời điểm mở tự nhiên là thời điểm mà ở đó nếu van là diot thì van bắt đầu dẫn b. Phân tích: Van tiristo Điều kiện dẫn: thời điểm mở tự nhiên (2): Có đưa vào cực G c. Thời điểm mở tự nhiên của van: 1. Chỉnh lưu cầu 1 pha: 2. Chỉnh lưu hình tia 2 pha: 3. Chỉnh lưu hình tia 3 pha: 2.3 Chỉnh lưu có điều khiển dùng tiristo (1 : 0 ) UAK IG 0 UAK Điểm mở tự nhiên Có xung điều khiển IG T T T T 1 2 3 4 , : 0; , : = = T T 1 2 : 0; : = = 1 2 3 5 3 : ; : ; : 6 6 2 T T T = = = a. Sơ đồ mạch b. Đồ thị điện ápdòng điện c. Các thông số 1. Giá trị trung bình của điện áp ra tải 2. Các thông số khác có biểu thức tính giống sơ đồ chỉnh lưu không điều khiển 2.3.2 Chỉnh lưu một pha một nửa chu kỳ, tải trở Chỉnh lưu không điều khiển tương đương với trường hợp góc điều khiển = 0 Góc điều khiển 0 2 2 2 2 0 0 0 1 1 2 1 cos 1 cos ( ) 2 sin ( ) U u d U d U U U f d d d 2 2 2 2 + + = = = = = a. Sơ đồ mạch b. Đồ thị điện ápdòng điện • Thời điểm mở tự nhiên: • Thời điểm phát xung mở van: c. Các thông số: 1. Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu 2.3.3 Chỉnh lưu hình tia 2 pha, tải trở T T 1 2 : 0; : = = T T 1 2 : ; : = = + 2 2 2 2 2 0 0 1 1 2 2 1 cos 1 cos 1 cos ( ) 2 sin 0.9 U u d U d U U U d d 2 2 2 2 + + + = = = = = 2. Các thông số khác có biểu thức tính giống sơ đồ chỉnh lưu không điều khiểna. Sơ đồ mạch b. Đồ thị điện áp dòng điện 2.3.4 Chỉnh lưu hình tia 3 pha, tải trở = 300c. Các thông số 1. Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu • Trường hợp • Trường hợp 2. Các thông số khác có biểu thức tính giống sơ đồ chỉnh lưu không điều khiển 2.3.4 Chỉnh lưu hình tia 3 pha, tải trở 300 2 2 2 0 0 6 1 1 3 6 1 cos( ) 1 cos( ) 6 6 ( ) 2 sin 2 2 2 3 3 3 U u d U d U U d d d + + + + + = = = = 300 30 120 2 2 0 30 1 3 6 2 sin cos cos 2 2 3 o o o U U d U U d d + + + = = = a. Đồ thị điện áp dòng điện b. Đặc điểm: • Phát xung mở van theo cặp và phải đồng thời: • Thời điểm mở tự nhiên c. Các thông số: 1. Giá trị trung bình của điện áp ra tải: 2. Các thông số khác có biểu thức tính giống sơ đồ chỉnh lưu không điều khiển 2.3.5 Chỉnh lưu cầu 1 pha, tải trở T T T T 1 2 3 4 , ; , T T T T 1 2 3 4 , : 0; , : = = 2 2 2 2 2 0 0 1 1 2 2 1 cos 1 cos 1 cos ( ) 2 sin 0.9 U u d U d U U U d d 2 2 2 2 + + + = = = = = a. Sơ đồ mạch b. Đồ thị Nếu ta có qui luật dễ nhớ Nếu thì dòng điện sẽ gián Đoạn. Điện áp chỉnh lưu trung bình nhận được 2.3.6 Chỉnh lưu cầu 3 pha, tải trở 60o 60o 2 2 0 60 3 3 6 2 3 sin (1 cos( 60 )) (1 cos( 60 )) o o o U U d U U d d + = = + + = + + U U U d d = = 0 2 cos 2.34 cos 2.4.1 Cấu trúc chung Sự hiện diện của tải làm thay đổi cả dạng điện áp và dòng điện tải . Nguyên nhân do tính chất cản trở sự biến thiên đột ngột của dòng điện đi qua điện cảm. 2.4.2 Chỉnh lưu 1 pha 1 nửa chu kỳ, tải trở cảm a. Sơ đồ mạch b. Đồ thị điện áp dòng điện 2.4 Chỉnh lưu có điều khiển dung tiristo với tải một chiều có tính điện cảm Ld ud idc. Phân tích • Dòng điện tải Với • Giá trị trung bình của điện áp ra tải 2.4.2 Chỉnh lưu 1 pha 1 nửa chu kỳ, tải trở cảm 2 2 2 2 d ( ) sin( ) sin( ) Q d d U i e R X − − = − − − + d d ; ar ; d d d d X X X L ctg Q R R = = = 2 2 0 1 cos cos( ) cos cos( ) 2 2 sin d d 2 2 2 U U U d U + − + − + = = = a. Sơ đồ mạch b. Chế độ dòng điện gián đoạn: là chế độ dòng điện có những giai đoạn bằng 0 • Giá trị trung bình của điện áp ra tải • Dòng điện tải Với 2.4.3 Chỉnh lưu hình tia 2 pha, tải trở cảm 2 2 2 1 cos cos( ) cos cos( ) 2 2 2 sin 0.9 d 2 2 U U U d U + − + − + = = = 2 2 2 2 d ( ) sin( ) sin( ) Q d d U i e R X − − = − − − + d d ; ar ; d d d d X X X L ctg Q R R = = = c. Chế độ dòng điện liên tục: là chế độ dòng điện không có giai đoạn nào bằng 0 • Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu • Dòng điện tải: ; d. Chế độ dòng giới hạn: là chế độ ranh giới giữa dòng liên tục và dòng gián đoạn. Ở đây dòng điện qua 1 van vừa giảm tới 0 thì van tiếp theo cũng đồng thời được phát xung mở ra, có nghĩa là ➔Góc điều khiển giới hạn Khi ta có chế độ dòng liên tục ta có chế độ dòng gián đoạn • Nếu góc điều khiển cố định, ta tìm được điện cảm giới hạn Khi ta có chế độ dòng liên tục Khi ta có chế độ dòng gián đoạn 2.4.3 Chỉnh lưu hình tia 2 pha, tải trở cảm 2 2 2 1 2 2 2 sin cos 0.9 cos U U d U U d + = = = ( ) 2 2 2 2 2sin( ) ( ) sin( ) 1 Q d d d Q U i e R X e − + − − + = − − + − d d ; ar ; d d d d X X X L ctg Q R R = = = ar d gh d X ctg R = = id gh ( ) 0 = + = gh gh d dgh R L tg = L L d dgh L L d dgh 2.5.1 Các quá trình chuyển mạch Quá trình chuyển mạch van? • Quá trình chuyển mạch không trùng dẫn ( chuyển mạch khi nguồn lý tưởng) • Quá trình chuyển mạch có trùng dẫn( chuyển mạch khi nguồn không lý tưởng) a. Chuyển mạch không có trùng dẫn (La=0) b. ) 2.5 Quá trình chuyển mạch van và ảnh hưởng của điện cảm phía nguồn xoay chiều La Quá trình chuyển mạch là tức thời (góc trùng dẫn=0) Không có sụt áp trong quá trình chuyển mạch2.5.1 Các quá trình chuyển mạch b. Chuyển mạch có trùng dẫn( ) Trong khoảng : T1 và T2 cùng dẫn dòng➔quá trình chuyển mạch van này gọi là hiện tượng trùng dẫn Gây sụt áp trong quá trình chuyển mạch 2.5 Quá trình chuyển mạch van và ảnh hưởng của điện cảm phía nguồn xoay chiều La La 0 2.5.2 Quy luật chuyển mạch trùng dẫn a. Quy luật điện áp Trong giai đoạn chuyển mạch trùng dẫn, điện áp biến thiên theo quy luật bình quân các điện áp pha nguồn có van tham gia chuyển mạch b. Quy luật dòng điện Trong đó: m là số đập mạch của điện áp chỉnh lưu m=2: chỉnh lưu hình tia 2 pha, cầu 1 pha m=3: chỉnh lưu hình tia 3 pha 2.5 Quá trình chuyển mạch van và ảnh hưởng của điện cảm phía nguồn xoay chiều La udN 1 2 dN 2 u u u + = ( ) sin os cos( + ) 2 ( ) m a U i c X m =2.5.2 Quy luật chuyển mạch trùng dẫn c. Quy luật góc trùng dẫn với sơ đồ hình tia Với sơ đồ cầu: d. Biểu thức sụt áp với sơ đồ hình tia: với sơ đồ hình cầu: ➔vậy điện áp chỉnh lưu chỉ còn 2.5 Quá trình chuyển mạch van và ảnh hưởng của điện cảm phía nguồn xoay chiều La 2 X I a d U m = X I a d U m = U U U d d = − 0 cos 2 cos cos( ) sin a d m X I U m − + = 2 cos cos( ) 2 sin a d m X I U m − + =2.5.3 Quá trình chuyển mạch ở một số mạch chỉnh lưu cơ bản a. Chỉnh lưu hình tia 2 pha Sơ đồ mạch Đồ thị điện áp dòng điện Góc trùng dẫn Điện áp chỉnh lưu Sụt áp do chuyển mạch: 2.5 Quá trình chuyển mạch van và ảnh hưởng của điện cảm phía nguồn xoay chiều La 2 cos cos( ) X I a d m U − + = X I a d U = U U U d d 0 2 cos 0.9 cos X I X I a d a d = − = −2 2 3 0.9 cos 0.92200.5 0.9 cos ; 82.5 2 501010 1 1 5 16.5 cos cos( ) a d d d d d d a d d d d a d X I U U U U I U V R X R U I A R X I − = − = == = = = + + = = − + = 2 2 2 1 2 0.9 cos 0.9 cos ; 70.7 2 1 14.14 2 22 500.0114.14 cos cos( ) 0.286 cos( ) 0.214 2 2 220 17.64 ?? a d d d d d d a d d d d a d sodocau pha X I U U U U I U V R X R U I A R X I U = − = == = = + = = − + = = = == + = == =2.5.3 Quá trình chuyển mạch ở một số mạch chỉnh lưu cơ bản b. Chỉnh lưu cầu một pha Sơ đồ mạch: Đồ thị điện ápdòng điện Góc trùng dẫn Sụt áp do chuyển mạch Điện áp chỉnh lưu 2.5 Quá trình chuyển mạch van và ảnh hưởng của điện cảm phía nguồn xoay chiều La 2 cos cos( ) 2. X I a d m U − + = U 2 X I a d = U U U d d 0 2 cos 2 0.9 cos 2 X I X I a d a d = − = − Sdd có thể là: động cơ điện 1 chiều, ắc quy, … Ảnh hưởng của sdd ✓ Chế độ dòng điện gián đoạn khi dòng tải có đoạn bằng 0, ✓ Chế độ dòng liên tục Nếu nguồn có điện cảm đáng kể, cũng sẽ có hiện tượng chuyển mạch trùng dẫn. Các quy luật có được ở mục 2.5 đều đúng cho cả trường hợp tải có sdd 2.6 Chỉnh lưu với tải có sức điện động Ed Ed Ed i E U d d d = = 0; d d d d 0, cos , 0 d d d u E i u u I R − = = a L Ed Nghịch lưu phụ thuộc là chế độ làm việc của các sơ đồ chỉnh lưu, trong đó năng lượng từ phía một chiều được đưa trả về phía xoay chiều. Để thực hiện được chế độ nghịch lưu phụ thuộc phải có 2 điều kiện: ✓ là nguồn phát➔ ( cùng chiều) ✓ Bộ chỉnh lưu là máy thu ( ngược chiều) Các cách thực hiện: ✓ Dùng 2 bộ chỉnh lưu đấu song song ngược: ➢ CL1: chế độ chỉnh lưu ➢ CL2: chế độ nghịch lưu ✓ Chỉ dùng 1 bộ chỉnh lưu, cần 2 điều kiện: ➢ Đảo chiều sdd ➢ Góc điều khiển cho các van ➔ 2.7 Chế độ nghịch lưu phụ thuộc trong thiết bị chỉnh lưu Ed E I d d 0 E I d d , 0 U I d d U I d d , Ed 900 U U d d = 0 cos 0 • Chế độ NLPT ở một số mạch chỉnh lưu cơ bản ✓ Chỉnh lưu cầu 1 pha 2.7 Chế độ nghịch lưu phụ thuộc trong thiết bị chỉnh lưu Giả thiết : chế độ dòng điện liên tục. có hiện tượng trùng dẫn Ở chế độ CL: Ở chế độ NLPT: Góc : góc khóa van Các công thức tính toán giống chế độ CL Ld = 0 a L 90 , 0 0 Ed 90 , 0 0 Ed = − + ( )• Chế độ NLPT ở một số mạch CL cơ bản ✓ Chỉnh lưu cầu 1 pha Tính toán các thông số: ➢ Giá trị trung bình của điện áp tải: ➢ Giá trị trung bình của dòng điện tải: ➢ Góc trùng dẫn : ➢ Góc khóa van : 2.7 Chế độ nghịch lưu phụ thuộc trong thiết bị chỉnh lưu 2 2 0.9 cos a d d X I U U = − d d d d U E I − R = 2 cos cos( ) 2. 2 X I a d U − + = = − + ( )• Chế độ NLPT ở một số mạch CL cơ bản ✓ Hiện tượng sập nghịch lưu Góc khóa van: Điều kiện khóa chắc chắn van: thời gian phục hồi tính chất khóa của van Khi góc quá lớn thì góc có thể không đủ để khóa chắc chắn van van mở trở lại ngay khi điện áp vừa dương: + Cả và đều phát năng lượng + Dòng qua van lớn: hỏng van ➔ Sập nghịch lưu 2.7 Chế độ nghịch lưu phụ thuộc trong thiết bị chỉnh lưu = − + ( ) = = min t t r r , Ed UdBài làm câu 2 trong phần bài tập 2 2 2 ( ) cos cos( ) cos cos 2. 2 2 0.9 cos 0.9 cos 0.9220( 0.5) 120 21 ( ) 2 22 12 10 a d a d d d d d d d d d a a d X I U X I U E U E I R R U E I A X f L R = − + − + = + = = − − − = = − − + → = = = + +2.7 Bộ lọc một chiềuChỉnh lưu bán điều khiển chỉ sử dụng khi mạch van là sơ đồ cầu, lúc đó 1 nửa số van là diot, 1 nửa số van còn lại là tiristo ✓ Chỉnh lưu cầu 1 pha bán điều khiển Sơ đồ 2 tiristo đấu chung ca tốt Đồ thị điện ápdòng điện Phân tích: Giả thiết: • : chế độ dòng điện liên tục • : không có hiện tượng trùng dẫn 2.8 Chỉnh lưu bán điều khiển Ld = 0 a L = Trong khoảng : dẫn; Trong khoảng : dẫn do ở , mở tự nhiên làm khóa; Trong khoảng : dẫn, được phát xung mở ở điểm và dẫn làm cho khóa; Trong khoảng : dẫn, mở tự nhiên ở điểm ➔ Các van dẫn 1 khoảng đều nhau là ✓ Các thông số: Giá trị trung bình của điện áp ra tải: Giá trị trung bình của dòng điện tải Giá trị trung bình của dòng qua van: 2.8 Chỉnh lưu bán điều khiển T D 1 2 , + ( ) T D 1 1 , u u d = 2 0 ud = D1 D2 ( ) 2 + T D 2 1 , T2 ( ) + T1 u u d = − 2 2 (2 ) + T D 2 2 , D2 2 0 ud = 2 1 cos 0.9 U U d = + 2 d d d U I R = d 2 T D I I I = = ✓ Chỉnh lưu cầu 1 pha bán điều khiển Sơ đồ 2 tiristo đấu thẳng hàng Đồ thị điện ápdòng điện Phân tích: Giả thiết: • chế độ dòng điện liên tục • không có hiện tượng trùng dẫn 2.8 Chỉnh lưu bán điều khiển Ld = 0 a L =• Trong khoảng dẫn, • Trong khoảng dẫn, • Trong khoảng dẫn • Trong khoảng dẫn ➔Tiristo dẫn trong khoảng Điôt dẫn trong khoảng Các thông số: • Giá trị trung bình của điện áp ra tải: • Giá trị trung bình của dòng điện tải • Giá trị trung bình của dòng qua van T: • Giá trị trung bình của dòng qua van Đ: 2.8 Chỉnh lưu bán điều khiển :T D 1 2 u u d = 2 + ( ) : D D 1 2 ud = 0 ( ) 2 : + T D 2 1 u u d = − 2 2 (2 ) : + D D 1 2 ud = 0 2 1 cos 0.9 U U d = + 2 ( ) − ( ) + d d d U I R = 1 I I d I T d d 2 2 − = = 0 1 I I d I D d d 2 2 + + = = Chương 3: Bộ biến đổi xung áp
Chương 1: Các phần tử bán dẫn công suất 1.1 Đặc tính phần tử bán dẫn công suất 1.2 Điôt 1.3 Tiristo 1.4 Tranzito 1.1 Đặc tính phần tử bán dẫn cơng suất Có tính chất khóa điện tử - Mở (dẫn): cho dòng qua - Khóa (khơng dẫn): khơng cho dịng điện qua Phần tử bán dẫn nói chung dẫn dịng theo chiều Cho dịng cơng suất lớn qua điều khiển dịng cơng suất nhỏ Về khả điều khiển, van bán dẫn phân loại thành: - Van không điều khiển: Điôt - Van điều khiển khơng hồn tồn: Tiristo, triac - Van điều khiển hoàn toàn: Tranzito, Mosfet, IGBT, GTO 1.2 Điơt Cấu tạo kí hiệu Đặc tính vơn-ampe a) Đặc tính thực tế; b) Đặc tính tuyến tính; c) Đặc tính lý tưởng 1.2 Điơt Đặc tính vơn- ampe - Đặc tính gồm phần: • Đặc tính thuận góc phần tư thứ I ➢ Nếu uAK uD,0 điơt dẫn dịng ➢ Nếu uAK uD,0 điơt khơng dẫn dịng (khóa) • Đặc tính ngược góc phần tư thứ III ➢ Nếu uAK ung ,max :có dịng rị nhỏ chạy ngược từ K đến A ➢ Nếu /uAK / ung ,max:dòng ngược tăng nhanh, diot bị đánh thủng Các thông số điơt • Giá trị trung bình dịng chạy qua điôt theo chiều thuận: T Chọn I D = I tbv = id (t )dt van T0 • Giá trị điện áp ngược lớn cho phép đặt lên van: ung ,max • Tần số đóng cắt f 1.3 Tiristo (Thyristor) Cấu tạo ký hiệu Đặc tính vơn- ampe • U ng ,max: điện áp ngược lớn cho phép đặt lên van • Uth,max : điện áp thuận lớn • I dt : Dịng điện trì • IG1 , IG , IG : dòng điều khiển 1.3 Tiristo Đặc tính vơn-ampe • Góc phần tư thứ III: đặc tính ngược giống với đặc tính ngược điơt • Góc phần tư thứ I: ➢ TH1: khơng có dịng vào cực điều khiển, ứng với đặc tính IG1 = ❖ U AK Uth,max : Tiristo không dẫn dòng ❖ U AK Uth,max : Tiristo dẫn dịng ➢ TH2: có dịng vào cực điều khiển, ứng với đặc tính IG , IG ❖ q trình chuyển điểm làm việc đường đặc tính thuận xảy sớm Uth,max ❖ Nếu dịng điều khiển lớn điểm chuyển đặc tính làm việc xảy với U AK nhỏ 1.3 Tiristo Điều kiện mở/ khóa van • Điều kiện dẫn: ➢ Cách 1: không cần cấp xung vào cực điều khiển, tăng U AK theo chiều thuận đến Uth,max tiristo dẫn dịng (mở xung áp) ➢ Cách (mở xung dòng): Đủ điều kiện sau: 1) U AK 2) Phát xung dòng I Gđủ lớn Khi tiristo dẫn, dòng qua tiristo tăng nhanh, đến vượt qua dịng trì I dt cắt xung dịng tiristo dẫn • Điều kiện khóa: nhận biết khóa ➢ Khi dịng I giảm mức I dt tiristo khóa ➢ Tuy nhiên, tiristo khóa chắn bị đặt điện áp ngược U AK Trong khoảng thời gian t tr , t r- thời gian phục hồi tính chất khóa van 1.3 Tiristo Các thông số Tiristo 1) Giá trị trung bình dịng chạy qua van Itbv Giống 2) Giá trị điện áp ngược lớn cho phép đặt lên van: U ng ,max diot 3) Thời gian phục hồi tính chất khóa van: tr ( s) (V / s ) Nếu quá: van mở 4) Tốc độ tăng điện áp thuận cho phép: du dt không mong muốn Khắc phục: mắc song song với Tiristo tụ điện C 5) Tốc độ tăng dòng cho phép di ( A / s) Nếu quá: van cháy hỏng dt Khắc phục: mắc nối tiếp với Tiristo cuộn cảm L 1.4 Tranzito (Transistor) Cấu tạo ký hiệu Đặc tính Tranzito cơng suất làm việc vùng: • Khi dẫn: vùng bão hịa • Khi khóa: vùng khóa • Khi chuyển mạch: vùng khuếch đại Chuyển mạch: giai đoạn van ban dẫn chuyển từ trạng thái dẫn sang trạng thái khóa ngược lại 1.4 Tranzito Đặc tính Chuyển mạch Dẫn P = U CE ICE Khóa P = U CE ICE P = U CE ICE : lớn ! Nhược điểm: tổn hao chuyển mạch lớn Điều kiện mở/ khóa van • Điều kiện dẫn: 1) U BE I I k = 1.2 1.5 I =k I 2) hay B bh C với bh • Điều kiện khóa: C B U BE 2.5 Quá trình chuyển mạch van ảnh hưởng điện cảm phía nguồn xoay chiều La 2.5.3 Quá trình chuyển mạch số mạch chỉnh lưu a Chỉnh lưu hình tia pha - Sơ đồ mạch - Đồ thị điện áp/ dịng điện - Góc trùng dẫn cos − cos( + ) = X a Id U 2m - Sụt áp chuyển mạch: U = X a Id - Điện áp chỉnh lưu U d = U d cos − X a Id = 0.9U cos − X a Id sodocau1 pha X2 IX a I d U U d 0.90.9 U U cos 0.9* 220*0.5 cos = 0.9U cos UU − − a d ; I d ; =I d =d R==== U d U=d = 2 X = = 70.7V = 82.5V d d= 0.9U cos X a 2 *50*10*10 −3 Rd d a + 1+ 1+ R Rd *5 d UU d 14.14 A I dI d= = d = = 16.5 A RRd d X2 IX a I d = 2* 2 *50*0.01*14.14 = 0.286 == cos( + ) = 0.214 cos cos( cos − −cos( + + ) =) = a d 2U 2 * 220 == = 17.64 ?? 2.5 Quá trình chuyển mạch van ảnh hưởng điện cảm phía nguồn xoay chiều La 2.5.3 Q trình chuyển mạch số mạch chỉnh lưu b Chỉnh lưu cầu pha - Sơ đồ mạch: - Đồ thị điện áp/dịng điện - Góc trùng dẫn cos − cos( + ) = X a Id U 2m - Sụt áp chuyển mạch U = X a Id - Điện áp chỉnh lưu U d = U d cos − X a Id = 0.9U cos − X a Id 2.6 Chỉnh lưu với tải có sức điện động Ed - Sdd Ed là: động điện chiều, ắc quy, … - Ảnh hưởng sdd Ed ✓ Chế độ dòng điện gián đoạn dịng tải có đoạn 0, id = 0; Ed = U d ✓ Chế độ dòng liên tục id 0, ud = ud cos , I d = ud − Ed Rd - Nếu nguồn có điện cảm La đáng kể, có tượng chuyển mạch trùng dẫn Các quy luật có mục 2.5 cho trường hợp tải có sdd Ed 2.7 Chế độ nghịch lưu phụ thuộc thiết bị chỉnh lưu - Nghịch lưu phụ thuộc chế độ làm việc sơ đồ chỉnh lưu, lượng từ phía chiều đưa trả phía xoay chiều - Để thực chế độ nghịch lưu phụ thuộc phải có điều kiện: ✓ Ed nguồn phát➔ Ed I d ( Ed , I d chiều) ✓ Bộ chỉnh lưu máy thu U d I d ( U d , I d ngược chiều) - Các cách thực hiện: ✓ Dùng chỉnh lưu đấu song song ngược: ➢ CL1: chế độ chỉnh lưu ➢ CL2: chế độ nghịch lưu ✓ Chỉ dùng chỉnh lưu, cần điều kiện: ➢ Đảo chiều sdd Ed ➢ Góc điều khiển cho van 90 ➔ U d = U d cos 2.7 Chế độ nghịch lưu phụ thuộc thiết bị chỉnh lưu • Chế độ NLPT số mạch chỉnh lưu ✓ Chỉnh lưu cầu pha - Giả thiết Ld = : chế độ dòng điện liên tục - La có tượng trùng dẫn - Ở chế độ CL: 900 , Ed - Ở chế độ NLPT: 900 , Ed - Góc : góc khóa van = − ( + ) - Các cơng thức tính tốn giống chế độ CL 2.7 Chế độ nghịch lưu phụ thuộc thiết bị chỉnh lưu • ✓ ➢ Chế độ NLPT số mạch CL Chỉnh lưu cầu pha Tính tốn thơng số: Giá trị trung bình điện áp tải: U d = 0.9U cos − X a Id ➢ Giá trị trung bình dòng điện tải: Id = U d − Ed Rd ➢ Góc trùng dẫn : cos − cos( + ) = ➢ Góc khóa van : = − ( + ) X a Id 2U 2.7 Chế độ nghịch lưu phụ thuộc thiết bị chỉnh lưu • ✓ - Chế độ NLPT số mạch CL Hiện tượng sập nghịch lưu Góc khóa van: = − ( + ) Điều kiện khóa chắn van: = = tr , tr - thời gian phục hồi tính chất khóa van - Khi góc q lớn góc khơng đủ để khóa chắn van- van mở trở lại điện áp vừa dương: + Cả Ed U d phát lượng + Dòng qua van lớn: hỏng van ➔ Sập nghịch lưu Bài làm câu phần tập = − ( + ) cos − cos( + ) = cos + cos = Id = U d − Ed = Rd → Id = 0.9U cos − X a Id 2U = X a Id − Ed Rd 0.9U cos − Ed 0.9*220*(−0.5) + 120 21 = = ( A) 2Xa 2*2 f * La 12 Rd + 10 + 2.7 Bộ lọc chiều 2.8 Chỉnh lưu bán điều khiển Chỉnh lưu bán điều khiển sử dụng mạch van sơ đồ cầu, lúc nửa số van diot, nửa số van lại tiristo ✓ Chỉnh lưu cầu pha bán điều khiển - Sơ đồ tiristo đấu chung ca tốt - Đồ thị điện áp/dòng điện - Phân tích: Giả thiết: • Ld = : chế độ dịng điện liên tục • La = : khơng có tượng trùng dẫn 2.8 Chỉnh lưu bán điều khiển - Trong khoảng : T1 , D2 dẫn; ud = u2 - Trong khoảng ( + ) : T1 , D1 dẫn , D1 mở tự nhiên làm D2 khóa; ud = - Trong khoảng ( + ) 2 : T2 , D1 dẫn, T2 phát xung mở điểm ( + ) dẫn làm cho T1khóa; ud = −u2 - Trong khoảng 2 (2 + ) :T2 , D2 dẫn, D2 mở tự nhiên điểm 2 ud = ➔ Các van dẫn khoảng ✓ - Các thông số: + cos Giá trị trung bình điện áp tải: U = 0.9U U I = Giá trị trung bình dịng điện tải R I Giá trị trung bình dịng qua van: I = I = d d d d d T D 2.8 Chỉnh lưu bán điều khiển ✓ Chỉnh lưu cầu pha bán điều khiển - Sơ đồ tiristo đấu thẳng hàng - Phân tích: Giả thiết: • Ld = chế độ dịng điện liên tục • La = khơng có tượng trùng dẫn - Đồ thị điện áp/dịng điện 2.8 Chỉnh lưu bán điều khiển • Trong khoảng :T1 D2 dẫn, ud = u2 • Trong khoảng ( + ) : D1 D2 dẫn, ud = • Trong khoảng ( + ) 2 :T2 D1 dẫn ud = −u2 • Trong khoảng 2 (2 + ) : D1 D2 dẫn ud = ➔Tiristo dẫn khoảng ( − ) Điôt dẫn khoảng ( + ) - Các thông số: + cos U = 0.9 U • Giá trị trung bình điện áp tải: d • Giá trị trung bình dịng điện tải I d = U d Rd • Giá trị trung bình dòng qua van T: IT = 2 I d d = − Id 2 • Giá trị trung bình dịng qua van Đ: ID = 2 + I d d = + Id 2 Chương 3: Bộ biến đổi xung áp