Nghiên cứu Điện tử công suất và Ứng dụng Điện tử công suất trong truyền Động Điện

U tiếp xúc giúp các hạt tải thiển số vượt qua được mặt tiếp giáp tạo nên các đồng điện trượt lụn và Tạp... Điện trường phân cực thuận ngược chiều với điện trường Ej, ta xét hai trường hợ

NGHIÊN CÚI U ĐIỆN TỨC ÔNG SUẤT

VA UNG DUNG DIEN T U CONG SUAT

TRÔNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN : NGUYÊN VIỆT HÙNG

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : NGUYỄN DƯ XỨNG

SINH VIÊN THỰC HIỆN : ĐẶNG THỊ MỸ TRANG -

TRAN LAM TUNG

LỚP 7B90 KĐĐ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THÁNG 6 - 1994

BO GIAO DUC VA DAO TAO CONG HOA XA HỘI CHỦ NGHĨA VIET NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT ĐỘC LẬP TỰ DO HẠNH PHÚC

KHOA ĐIỆN

BỘ MÔN : ĐIỆN VÀ ĐIỆN TỬ

NHIỆM VỤ LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP

HỌ TÊN SINHVIÊN +: ĐÀN2 THỊ MỸ TRANG

TRAN LAM TUNG

NGHÀNH HỌC : ĐIỆN VÀ ĐIỆN TỬ

NIP KHÓA, 880 - 1994

ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ ỨNG DỤNG

ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TRONG TRUYÊN ĐỘNG ĐIỆN

1 CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU

ĐÔ 04669660662066600086909464689608040090630000076 060000006 000696070096000004066006090000706000600004 0042 80409415942000980808094054000 ằaH Ắ

"- H.H ố

Đo A0 0606460 60 0004004000000000020644 00054 000000280004400060240000460006394002040400444566600060609600246000 00300 0 kA06 0966 d6 H060 026006066600400224006004A000026006602604000806 0900000294 06000000600044000008404002064000090020090006000090000064460640 táo

2 NỘI DUNG CÁC PHẦN THUYẾT MINH VÀ TÍNH TOÁN

wtf An BB Ler fr ABA ^ 2£ 1n Be PMB LORE

Ad RSH, Dilesng $a Sa, i CHẾ HIẾN ti ceereritrirrrrrrrrrree | €7

TỶ A Agha Qh „ c2 sÁ ah BY GBs

ACH Ch.armraSdo td Bia dehy ecigy `

3, CÁC BẢN VỀ VÀ ĐỒ THỊ CẦN THIẾT: ( Ghi rõ các loại bản vẽ và kích thước

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : NGUYÊN DƯ XỨNG

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 18 - 4 - 1994

NGÀY HOÀN THÀNH HIỆM VỤ :

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KÝ TÊN THÔNG QUA BỘ MÔN

( GHI RÕ HỌ TÊN ) NGÀY THANG NAM 1994

CHU NHIEM BO MON

(KY TEN GHI RO HO TEN ) (ee

Ko (GIEO

là xh»ng,

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HOI CHU NGHIA VIET NAM

TRUONG DAI BOC SU PHAM KY THUAT DOC LAP TU DO HANH PHÚC `

KHOA ĐIỆN

BỘ MÔN : ĐIỆN VÀ ĐIỆN TỬ

NHÂN XÉT LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP

HỘ TÊN SINH VIÊN c— ĐÁNGi THỊ MỸ TRANG

NHAN XET GIÁO VIÊN HƯỚNG DẦN

eee Ral 8v llRey he ddl Baatg xá ông (co 722

ea ot AP Bese s0 by VIE a: ait i

iii aA bb AA GIA cong OMe Mr Nitin DrxtePe OT

ag si pt An Âu nhan Orb TA

re BU Sis đốm hi Abas fe v2 Obes, nd ten

it en ut x6 .„ -SÉA282/E0//9A 22.4 3n

6z Án em big “ausd Ais ma ¬— an

"- 2 8%, seme “4.4 air Ruta F erie elope,

ee ie hes lun ett Dv odin dorms & keg

Ch hata ae - CÁ AT bile Bf Tế ca 2Á

Oanhn Moret AK, 2

8 /3vc cổ se« tốt ea

: `0 925 <2, of

" Ố

e

""

+ nd “46B ebee

"

¬

1" e BE

¬.-Ö

th th gH HH 4y 042<00140113180g000 44.1,211001300002/0270113122000/0000/ ¬ Z > ap pysyeuses ten sane aoa 2_

, 4 “ÁN ` - 1 EE41071013612106ã5122020212210040195À444%119109A1 Am

34481704122i1806(089 TT )}`ÃA+%L4(4327Á6%062400e094000#070 ." ˆe, xa xá s44 L9 KẾ E4 KÁI CIÊK GA tt wyyetvevevdvtevee xa me sex die vi5 S6:3/604/6/68:6016A8)4 0919

tal be, do Ekeiteb, cuss ee ERC "` Nea LA cs Orbs 0c OB LAP, ccvenvences f {

cớ Hi A4402 £ ciế C40,

BỊ A42 0140009242297 nà n4 0 «Hiến HA Án RA € min 9 2ê 21/2996 t 006 HA H9 0 Đi n9 0H TY ĐÀ 410/220 46200 60 000 4:0 7416.260 006 0.0 006

”v Ha H1 đi men "-' (

"` ÔôÒÔ

.e

¬ Ắ

BO GIAO DUC VA BAO TAO TRUONG DAI HOC SU PHAM KY THUAT

KHOA DIEN

BỘ MÔN : ĐIỆN VÀ ĐIỆN TỬ

NHÂN XÉT LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP

HỌ TÊN SINH VIỄN: ĐANG HIỊ MỸ THANG

TRẤN LÂM TÙNG

NGTHÀNH HỌC : ĐIỆN VÀ ĐIỆN TỬ

NIÊN KHÓA ;1990 -1994

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : NGUYÊN DƯ XÚNG

NHẬN XÉT GIÁO VIÊN DUYỆT

VEEVDUESEGELKHSXE Gow ARE Re MM AG ROMANE cess Wade 0b ccocssssesssese

NRW'1575090000000083.88.1h3185/38.15 8E 9 Kốitua MhA, hÂu, ,ÌÀØNEBEI, exemeosaeesrursgirtrtoonintitmaitssuda

CT ^ x~ ^ = ~

35⁄43E:4301304588908)05399908059/630030g00%.c094 | VARA À QUÁ c ÂM ĐA TH HH

TOUTED EOC Tere rere 00 00000 0060690600006 006067090 008099090600 G0060 6006000090060 0000990900 000909900790400000700 04 0109509004099000090690093604990 909 sseeea

——— chp banca cb GSB pRaincreevenenetetseeseseesenenstnie

a nh va Rois & i c0in 3 Ruime

` unin seeeeedheil.duae ceee DưnR Kuiảa,.ÄGk, ,1aooale,lia, SG

WĐ ĐA CĐ ĐA 9000090 7000905800000090060006900900009490600060900000009070600606sn099s6sue

nhữntipuirngmrsnnpiiriunsgrsal Mind atir.g catia daa G6 kuch eon, TL tn,.é Đó

li i0nả nàn Ain Hida sa cá đượo *kH ng my ng 3 nHY nh n0 Sư ng 469% # HH ng na by

jonas trernesnnsnrnosoorSuitn AEM ARIE, DSR AG a đnaÖÁ, cgt 7

EES MEN TESLA LESSEE ERE ESS Ve See meee we weeUN ee a YieN NN ETN N ET ENN W0.d Wi NlSle ieee ceueienie eee eeKe nen reseponneenelsiae eee

Ove rere ser ererererereeeerrevesertretortoereere

TREE N ORTHO ENE SS ESE Te ENROL ET SENS HS VTTNT TT 08 U-wane ene see's vie SiNNe We Ue €OEU PNG 01 UE UO venice eeeesececde sec eew ewe nue eawey

CUO RUD erm Rm oer em reer een nereverenserenets COONSET TORS OSCR OC ERE MORO ETULOCET SETI SUNTT CD LOC eeenenveveteNnsWees eee ee DSTCDND UE Cố

Pin eemseseb Wein Aus Pan ln Mascn, cán đa, dat Ayia AM: “hệ,

— Dsvid Mdin ret wun dung Ale Jet Madey Ahh, Rap, aig vps

"“ 6 when, Cand fit i haem Dược vo

eee eee eee Terre r errr rer re rer errr eee rere eee ee re ee eer rr re re

—.ÔÔÔÔÔÔÔÔÔÔÔÔÔ

VN S434 46486 544 bà V4 84/484-45 À4 6$ bia 4c: CAN d4e SÀ k6 ke ko 406:4 9405066404635 6409)5 0 44W31044246634364 2405605 Số 3.3 ÁSÀ An bẢ k6 kiêm hi siesere

AP khoái, LATIN Phe iWagjas fewees thst mink ada NÚ

LỜI NÓI ĐẦU

Các hệ thống truyền động điện trong công nghiệp xem việc điều khiển tốc độ động cơ là một yếu tố quan trọng Việc điều chỉnh tốc độ động cơ cho

phép sử dụng động cơ một cách hợp lý nhất, đảm bảo các yêu cầu về thông số

làm việc và cho phếp nâng cao hiệu suất sử đụng

Hiện nay mạng điện chủ yếu là điện xoay chiều ( AC ) với tần số điện cảng nghiệp Vì vậy để cúng cấp điện một chiều ( j cho các thiết bi DC, người ta hoàn thiện bà chính lưu có điều khiến nhằm điều chỉnh được áp và đồng điện câu củng cấp cho thiết bị Do đó, linh kiện ch “ yếu tong chính lưu

là Thynstor ( SCR 1,

Ngoài hệ thống chỉnh lưu điều khiển động cơ điện, tập lận ấn còn dé cập đến ruật vấn đề khác nữa, đó là: hệ thống Chopper, đùng để 4?*„ chế độ rộng sung PWM

Do thời gian và kiến thức còn hạn hẹp, nên tập luận án sẽ khong tránh

khỏi những sai sốt Nhóm sinh viên thực hiện mong nhận được sự quan tăm, chỉ

bảo của quý thầy cô và các bạn để tập luận án được tốt hơn

Nhóm thực hiện.

LOT CAM TA,

Tập luận dn hoàn thành đáng thăi hạn, mát phần nhà sự quan

tân giáp đã của ate bạn bè gần xa, Độc biệt uối sụ giáp 49, chi bdo tận tink ola thay hưởng dẫn, đã giúp chúng em rất nhiều trung uiệc thực

hiền tấp luận da nay

Xin cắm ơn quý thầy cô trong trường đã tợo mọi điều biện thuận lạt cho chủng em hoàn thành đề tai nay

Cuối cùng là lời cảm ơn chân thònh đến gia định: Cha Mẹ,

những người luôn động vién tinh thần giúp chúng em hoàn tất nhiệm

bụ được giao

Sinh uiên thực hiện:

Đặng Thị Mỹ trang

Trần Lâm Tùng

MUC LUC

PHAN I

NGHIÊN CỨU VÀ KHẢO SÁT CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN

TRONG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ˆ

CHƯƠNG 1 GIỚI THIẾU LINH KIEN BAN DAN DIODE

{ Cấu tạo và ký hiệu của Diode

2 Tiếp giáp PN va tinh chất chỉnh lưu

CHƯỚNG 3 GIỚI THIỆU VÀ KHẢO SÁT LINH KIÊN

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU VÀ KHẢO SÁT THYSISTGR

TRONG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

1 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và các thông số

2 Các yêu cầu cơ bản về việc điều khiển Thyristor trong chỉnh lưu

3 Các phương pháp chuyển mạch của Thyr1s(Or:

a) Chuyển mạch kiểu điện đung

b) Chuyển mạch điện đung song song

c) Chuyển mạch L, C song song

4 Uũ và khuyết điểm của linh kiện bán đẫn Thyristor trong điện tử công

PHAN IL

ỨNG DỤNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TRONG TRUYỀN

ĐỘNG ĐIỆN - ĐỘNG CƠ ĐIỆN

CHUONG 1 HỆ THÔNG CHÍNH LƯU - ĐỘNG CƠ ĐIỆN

Ì CHới thiện về hệ thông chính lưu - Động oo dian

3 Rơ đã chỉnh lim ba pha hình tỉa

+ Sơ đA chính lưu ba pha hình cầu

CHUONG 2 DIEU KHIỂN XUNG ÁP MỘT CHIỀU,

1 Nguyên lý điều khiển Chopper:

1 Bộ Chopper song song tải

2 Các dạng mạch động lực

Il Các đạng chuyển mạch Chopper:

1 Chuyển mạch điện áp

2 Chuyển mạch đòng

3 Bộ chuyển mạch nối tiếp

HI Bộ Chopper cấp điện cho động cơ DC

+0

69

PHAN I

NGHIEN CUU VA KHAO SAT CAC LINH

KIEN BAN DAN TRONG DIEN TU CONG SUAT

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU LINH KIỆN BÁN DẪN DIODE

1 CẤU TẠO

Ciôm bai lớp bán dân loại P và N mối tiếp xúc nhau Môi trường N có tạp chất

cho điện Hứ, môi trường P có tấp chất nhận điền tử, Đóng, Vai trò quan trọng trong hoạt

động của điodc ]à lớp tiếp giấp giữa hai miền P,M tá gơi là mật tiếp giáp P - N

e) Diode tiếp điểm

* Về cấu tạo có hai loại:

- Diode tiếp mặt, dùng được ở công suất lớn

- Diode tiếp điểm, dùng được ở tần số cao

* Về công dụng: ®

Diode chia làm nhiều loại, trong đó có một số loại thông dụng như: chỉnh lưu

Ge va Si, diode 6n 4p, tuner

2 TIẾP GIÁP P-N VÀ TÍNH CHẤT CHỈNH LƯU:

a Khi chưa phân cực điode: ( Hình I - 2a, b)

Khi hai khối P, N được ghép với nhau mật độ mật tải ở các môi trường có khác nhau

Do Nn rất lớn so với Np, những điện tử có đủ năng lượng sẽ từ N sang P, và do

Pp rất lớn so với Pn lỗ sẽ từ P sang N ( biện tương khuyếch tán hạt tải ), tao ra dong khuyếch tán:

dn lt= -e.D —

kt i

Trong đó:

e: Trị số tuyệt đối của điện tích điện tử

D: Hệ số khuyếch tán n: Mật độ hạt tải đa số

-i- °

Ở môi trường N, nguyên tử tạp chất có điện tử rời sang P biến thành ion dương (+)

Ở môi trường P, lỗ trống nhận điện tử, bến thành ion âm (-), tạo vùng mang điện tích

âm

Do sự địch chuyển đó, tại mặt tiếp giáp hình thành khối điện tích khác đấu, có

“hiệu thế Uy, và điện trường E hướng từ N sang P Điện trường E ngăn cản sự khuyếch tán của bạt tải đa số và đạt ổn định khi đủ sức làm sự khuyếch tán này không xây ra được nữa U tiếp xúc giúp các hạt tải thiển số vượt qua được mặt tiếp giáp tạo nên các

đồng điện trượt lụn và Tạp

Vì không có điện trường ngoài nên dòng điện tổng bằng 0:

Lle lEm + Iktp Tin + lu = 0

= Fe

Đặt nguồn đương của Up với lớp N, cực âm nguồn với lớp P Điện trường của '

nguồn U cùng chiều với Ep, Làm tăng tác dụng của Eạy, đẩy lùi sự đi chuyển của hạt

tải đa số tạo điều kiện cho hạt tải thiểu số vượt qua dé dang

Do mật độ hạt tải thiểu số ở hai môi trường thấp nên đồng điện nghịch rất nhỏ oồn gọi là leo, không phụ thuộc vào Ủy mà phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường

Ico tăng hai lần khi nhiệt độ tăng 10° C (Ge) và 5 + 6° C(Sj)

Điện trường phân cực thuận ngược chiều với điện trường Ej, ta xét hai trường hợp:

* Utx > Up

Up nhỏ hat tai đa số vẫn chưa vượt qua mặt tiếp giáp để tạo dong điện thuận,

nhưng Up cũng có tác đụng thu nhỏ bề đày vùng tiếp giáp ( vùng trống )

* Nếu Úp > Ủụy

Điện trường vùng tiếp xúc không còn nữa, hạt tải đa số chuyển địch đưới tác

dụng Up sẽ sinh ra đồng phân cực thuận đi từ P đến N tăng tỷ lệ với điện ấp phân cực thuận

= + ~ Tóm lại:

Diode chi din điện theo một chiều thuận từ P sang N mà không dẫn theo chiều

ngượo lại ( đồng ngược không đáng kể ) Áp dụng tính chất này của bán dẫn P - N,

người ta dùng điode để chinh lưu, tách sóng, Ổn 4p

3 CAC LOAI DIODE:

Như đã trình bày ở phần trên, điode cơ bản là một mối nối P-N nhưng điều

không ngờ là tuỳ theo mật độ chất tạp pha vào chất bán dẫn, tuỳ theo điode được phân

cực thuận hoặc nghịch và tuỳ một số yến,tố khác mà có khá nhiều loại điode với công

dụng rãi đặt biệt, sau đây là một số loại điode thônng thường

a, Diode chinh hr:

Diode chinh lim để đối dién xoay chitu, mia thutmgla én SOHZ/60Hz sang điện moat chia, Day 1A load diade 64 phd bién, chiu dutoc dong tir vai trarn MA dé loai céng

tính kỹ thhẬt cơ hán của dụ: chính lưu là đồng thuận tối đe và 4 iế ngược tối đa Nếu trị ấp chứng miệt điện thế nghịch trên điện thế ngược tối đa điœác sẽ sẽ dẫn điện theo chiêu nphíh ¿ hiện tượng huỷ thác ) Diode được chế tạo có điện Gaế gcgược tối

chúc Valte đến vai ngân Volts,

Vệ lu như điođe 1N4001C1 đồng thuận tối đa là 1A và đ

XOV Hoào diode IN4007 chiu dong thuận tối đa 1A và điện ft

TORO

b Diode tách sóng :

Cũng làm nhiệm vụ như điode chỉnh lưu nhưng chủ yếu là với tín hiệu biên độ nhỏ và ở tần số cao hơn ( vài ngàn Hz đến vài trăm MHz hay hơn ) Diodc tách sóng có thể là loại S¡ hoặc Gẹ Loại Ge được đùng nhiều vì điện thế ngưỡng Ure của nó nhỏ hơn `

điod Si

c Diode Zener:

Các Diode Si va Ge déu cé6 hién tuong huy th4c, bay cdn goi 1a hiéu tmg Zener

Các điode thường ( chỉnh lưu, tác sóng ) có điện thế Zener khoảng vài chục Volt trở lên

Bằng cách thay đổi mật độ pha chất tạp vào chất bán đẫn N và P, người ta có thể khống

chế điện thé Zener ở trị số mong muốn: 3V, 4V, 5,1V, 6,8V, 8,2V .Diode Zener có ký hiệu chung như hình I-8a Đặc tính Volt-Ampe của điođe zener khi phân cực thuận giống như điodc thường Đặc tính được đùng của điode zener là khi phân cực nghịch điện thể Uz ngang qua điode gần như không tbay đổi khí đồng Iz qua diode bién thiên trong một quãng rộng Hình I-§c cho biết đặc tính này của diode zener 1N754 c6 Uz danh định 6,8&V

xe z£uei được đùng để cùng cấp điện thế chuẩn mã các: sấp xếp là như hình

1 8b Động điển E từ nguồn thay đổi Ủi phân thành dong L, qua dicde »

(Ái Khí thấy đối, ví dụ từ 9V đến 12V thì nếu chọn lựa điện tr

thi itn the gener U, mà chính là điện thế cung cấp cho tải thay đối vị

đanh định 6,SV của điod zener 1N754

CHUONG 2

GIỚI THIỆU VÀ KHẢO SÁT

LINH KIEN BAN DAN TRANSISTOR

» Tuổi thọ : 7 vạn giờ so với đèn 5000 giờ

shai ding ding

* ‘Tri cde máy chuyên ding, khi thay thế kh6ng aha

loại cũ

Cau tao:

Transistor gồm 3 lớp bán dẫn loại P và N nối tiếp mặt nhau Tức là transistor c6

hai lớp tiếp giáp P-N, ta có thể coi như hai điode đấu ngược chiều nhau Có hai loại: P-

NP,NDP-N

thiểu mũi tên là chiều động điện qui ước (P sang Nj

E Cứ phát zautedl: Nơi phái hạt tải đa số

PNY td tedug N-P.N : Diện từ

Ï\ Cực khiểu, gốc (Base): cực khống chế lưu lượng hạt tai từ cz¿ phát sang cực thú khi khống chế nó liếp thu khoảng 1% bạt tải da số

(2: Cực thu, gốp ( collector ): nơi thu hạt tải đa số từ cực phat sang

II, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC:

a Phan cực thuận tiếp giáp phát (ER)

~ 4/4 -

Vì cực B rất mỏng so với E ( mat độ hạt phải thấp ) nên với Ip = Ig, cực E sẽ quá tải, làm hỏng Transistor Do đó phải hạn chế Ip bằng điện ấp Vpg thuận rất thấp ( Vnpg lớn bơn Vụ; một chút ), vừa đủ cho 100% hạt tải từ cực E sang kết hết với hạt tải ở

cực khiển B, và dong Ip = Ig khong làm bỏng cực B

b Phân cực nghịch tiếp thu, để hở tiếp giáp phát

Tương tự như một điode phản cực nghịch, chỉ có hạt tải thiểu số qua mặt tiếp

giáp, nên ddng I, rất nhỏ gọi là lco ( đồng giáp ban đầu ) tý lệ với nhiệt độ

e Phân cực thuận tiếp giáp BE và phân cực nghịch CB

_ Hinh H-4

* Dạt vào tiếp giáp BC nguồn VCB nghịch, có lco trong mach,

* Phan cực thuận tiếp giáp EB bang Vpp, dong Ip ( do hạt tải 4a số: lỗ hồng ) có trị số lớn qua tiếp giáp EB, kết hợp với điện tử ( bại đa số ) ở B; tạo nên

đòng Ip Vì cực B mỏng, nên hạt đa số ( lỗ trống ) tir E sang chi kết hợp để

tạo ly một lượng rất nhỏ, số còn lại sẽ qua tiếp giáp BC Tại đây, do điện trường của Vep hút mạnh, đẩy các lồ trống này qua được tiếp giáp BC tạo

đồng cực góp lc

Theo định luật mút mạch ta cố:

l; =Íg +le

Ma I, rat nhỏ ; nên : I, =I,

Nếu gọi œ là xác suất hại tải đa số từ E sang C thì:

I¿=e«.ly +l„ hay I, =(1-M)I, (Igo rt nhd)

Ake _

Thudng thi [= 0,99Ip va Ip = 0,01 Ig

Dong Ig rdt nho nhumg c6 kha nang khéng ché I, ma ta da xét đến

II ĐẶC TUYẾN TĨNH CỦA TRANSISTOR

Đặc tuyến là đường biểu diễn quan hệ giữa đại lượng vào và đại lượng ra ( và

ngược lại ), giữa các đại lượng vào, các đại lượng ra

Trên thực tế, có hai sơ đồ EC và BC được sử dụng rộng rãi với họ đặc tuyến vào, ra ở trạng thái tinh

8 Sơ đồ B chung:

* Dac tyen rar

Te = FC Upp); bp rain xố ( quan he truyền nghịch }

Hình II - 5 Đặc tuyến ra B chung

- Vùng hoạt động: Transistor làm việc với quan hệ và áp tuyến tính

- Vùng ngất: Ứng với mặt tiếp giáp phát phân cực nghịch lọ = Igo, :

- Ving bao hoa: Transistor dẫn tối đa, ứng với mặt tiếp gafp thu phân cực thuận ˆ

- Vụg #0: đặc tuyến xe dịch ít vì Vcp ảnh hưởng ít đến ô2ng lg,

- Vùng hoạt động : tuyến tính nhất, ứng với mặt tiếp thu phân cực nghịch và mặt tiếp giáp phát phân cực thuận

- Vùng ngắt: ứng với mặt tiếp giáp phát phân cực nghịch

- Vùng bão hoà : Vegpn = 0,1V (Ge)

= 0,3V (Si)

* Dac tuyến vào :

Ip =f ( Mi) Ver: tham số,

Hình II-7b Đặc tuyến vào E chung

- Khi điện áp tín hiệu phân cực nghịch Vy: mặt tiếp giáp thu tăng, thì hạt tải đa

số chạy ngang cực thu nhiều hơn là kết hợp ở cực khiển do đó dòng Ïp giảm

- Khi đòng và áp biến thiên trong phạm ví lớn thì quan hệ ngõ vào và quan hệ truyền nhịch không tuyến tính

by Hình II-R Đạc tuyến vào C chung kG “4 > ee On

Kbi làm việc ở chế độ khuyếch đại điện áp Ủpp đối với transistor Silc luôn khoảng Ö.7V, cồn transistor Ge = 0.3V trong kbi đó đen áp Up biến đổi trong khoảng

rng

* Dae tuyen ra;

Ma (a gitta dong ip va dién Ap Ueg khi dong va0 Ip = core

Dinh II - 9 Đặc tuyến ra C chung,

AG —

CHUONG IIL

- NGHIÊN CỨU VÀ KHẢO SÁT LINH KIỆN

BAN DAN THYRISTOR TRONG DIEN TU CONG SUAT

Thyristor 1a do ban lép baa dan ( pai pen ) xen kế tạo nên, hoạt động như một

điođ£ chính lưu nến c6 thể cụu được đồng điện bang tam ngpc, nhưng hơn diode

chỉnh hñi ở ohà là cÄ thêm ngõ điều khiển 2

er: diode chinh hru

ợ, n nối tiếp hình

Thyrishw cên đuuợc gọi là SCR ( silicon controlled Recs

dine: kiếm soát bởi mndt cdng silic ) Thyristor gồm bốn lớp báu đốn

NI 1) Rình bầy cấu trúc và ký hiệu của SCR

_ it -

1 Nguyên lý hoạt động:

Do cấu tạo của SCR, ta có thể xem nó tươnng đương với một cặp transistor Ty

và Tạ có cấu trúc kiểu PNP và NPN, trong đó cực P của TỊ nối với cực C của T2 và

cực C của TỊ nối với cực B của T2 ( hình HI-2)

Hình III-2 Sơ đồ tương đương của SCR

Nếu gọi œ¡ và œ¿ là hệ số truyền điện tích của TỊ và T2 Khí 4⁄4 điện áp U lên Anod và Katod của SCR, lúc này các mặt tiếp giáp Jy va J phân cực thuân cồn J2 phân cực ngược, J2 là mặt tiếp giáp chung của T1 và T2

Dòng tổng qua tiếp giáp l2:

- 4b _

Mặt khác J2 phân cực ngược nên nó hạn chế đồng điện chảy qua œ¡ va œ¿ có giá trị nhỏ I » Ig, SCR ở trạng thái khóa kế

Muốn SCR dẫn bão hòa, ta cần làm tăng dòng Ip; bằng cách cho đồng điều

khién lạ chảy qua cực G của nó theo đúng chiều Ïna,

Đặc tuyến Volt - Ampe của nó được trình bày ö hình HI-3

Hinh I] - 3, Đặc tuyến Volt - Ampe cia SCR

Khi thyristor dwoc phân cực nghịch ( điện thế Anod phỏ hơn Kated }, dac tinh V-A giống như của Diode thường nghĩa là có một dong ri tất nhỏ chay qua tuy nhiên khi điện thế nghịch đạt đến điện thế huỷ Vnạ, thyristor trở nên dẫn điện Khi thyTristor được phân cực thuận, ban đầu đặc tính cũng giống như phân cực nghịch nhưng khi đạt đến điện thế ngập ( Breakover Voltage ) Vnọ điện thế anod tự động sụt xuống đến gần như đíode thường ( khoảng 0,7 V ) Dong điện tương ứng lúc bấy giờ được gọi dòng giữ ( duy trì ) In ( holding current ) và lúc bấy giờ thyristor đã chuyển sang trạng thái đẫn

hay mở Sau đó đặc tính V-A tương tự diode thường

Ở trên là trường hợp chưa có đồng cổng đo = 0) Khi áp dụng đồng cổng càng lớn điện thế ngập càng nhỏ ở hình (3.3) Igy > Ig, > lao tức thyristor càng dễ chuyển từ trạng thái ngưng ( tắt ) sang dẫn

2 CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA THYRISTOR

Cáo phần tử bán dẫn công suất được sử đụng ngày nay nhiều hơn đo có những

ưu điểm lớn như gọn nhẹ, làm việc tin cậy, tác động nhanh, hiệu suất cao, dễ thực hiện

tự động hóa.

a i

Khi sử đụng thyristorta cần nấm được các thông số của thyrístor, các thong số

nay do nhà sản suất tính toán

- Cũng như các thiết bị thyristor khác nhau thì có các thông số khác nhau, và qua

các thông số này ta lựa chọn thyristor để thiết kế

Tùy theo công đụng của thyristor mà ta chọn các tham số tương ứng trong lãnh vực ấp dụng của nó Vì phạm vi áp dụng thyristor rất rộng rãi, ở đây ta chỉ xét các tham

số thyristor dùng trong bộ chỉnh luu có điều khiển, nên ta chú ý đến các thông số sau: điện áp, dòng điện, hay cả đặc tuyến của cực khống chế và đặc tuyến động hay ũnh khi

chuyển đồi

Ngoài ra các tham số của thyristor cồn tuỳ theo các nhà sản xuất Vì đối với mỗi

nhà chế tạo đều cho các bản đặc tuyến với ký hiện khác nhau, tuy nhiên các thyristor đều cổ các thông số cơ bản sau day:

_ t thời gian tăng trưởng cần thiết cho điện áp chính tăng từ Ö đến 0,65 V thuận

Giới hạn này ấn địh tần số tốiđa mà thyristor có thể hoạt động được

b Dòng điện :

- Dòng điện đẫn trung bình: Đây là đồng chủ yếu gồm thành phần một chiều và thành phần xoay chiều khi thyristor din `

- Dòng điện thuận: Dòng điện tối đa khí thyristor ở trạng thái dẫn

- Mức độ thay đổi ` ở trạng thái dẫn: là mức giá trị tăng tối đa của dòng điện

ở trạng thái din ma khong g4y ra bit hong cho thyristor

# Thời gian dân ( hn on Hưne ):

1.à khoảng thời gian nầm gữa thời điểm bắt đầu có xuơg đã

khí điện ấp chính giảm đưới giá trị đã định ( tương ứng với su giz

khí thyustor đổi trạng thái ngắt sang trạng thái dẫn )

tiến và thời điểm tng cha dong dién

* Thời gian ngắt (tum - off time ):

Là khoảng thời gian năm giữa thời điểm khi đồng điện chính về Ø sau khi dong điện chính đổi cực tính và thời điểm mà thyristor được đặt vào điện áp chính mà thyristor không thể đổi trạng thái dẫn được

Chú ý:

Điện áp chính là điện áp giữa cực Katod và Anod, điện áp này có giá trị đương

khi cực anod dương hơn so với Katod va dong điện chính là đòng điện chạy qua hai cực anod và Katod

Il YEU CAU CO BAN VE VIRC DIEU KHIEN THYRISTOR

TRONG CHINH LUU

Mạch điều khiển là khâu quan trọng trong bộ biến đổi SCR nó đóng vai trò chủ

yếu trong việc quyết định chất lượng và bộ biến đổi Yêu cầu đối với mạch điều khiển

đa dạng gồm cố các bướ@¿ chính sau đây:

—~ #j —

a Yêu cầu về độ lớn xung điều khiển:

Mối thyrstor đều có một đặc tính đầu vào đó là quan hệ giữa điện ấp trên cực

điều khiển và đòng điện chạy qua cực điều khiển

Do sái số về thông số chế tạo và điều kiện làm việc mà ngay cả c&c thyristor cùng loại cũng có đặc tính đầu vào khác nhau Yêu cầu về độ lớn và đồng điên điều

khiển là:

- Giá trị lớn nhất không vượt qúa trị số cho phép ở sổ tay tra cứu

- Giá trị nhỏ nhất phải đâm bảo mở được tất c các thyristor cùng loại ở mỗi

điều kiện lầm việc

- Tần hao công guật trung bình tren cực điêu khiến phải nhỏ hơn trị số cho phếp

b, Yên chụ về đề ròng xung điều khiển,

(ân nứ vao (đạo tĩnh V-A của thyristor ta thấy thời gián

phải dân: bảo cha đồng qua thyrsior tầng từ Ó đến giá trị Í kií

điều khiển, quá trình có thể xem là qúa trình fang dién tich 6 doug b

oực điều khiển, khi điệu tích tự đo ở đồng này tăng đến mức nất ¢

của this giám đột ngột, thyristor md độ lớn điện tích tích iöy É l2r:ÿ bán dẫn P nối với cực khiến phụ thuộc vào độ rộng xung điều khiển Thông thac rộng xung điều

khiển không nhỏ hơn 5 jịs, tăng độ rộng xung điều khiển sẽ cho phép £12r¿ nhổ biên độ xung điều khiển,

c Yêu cầu về độ dốc sườn trước của xung :

Độ dốc sườn trước càng cao thì việc mở SCR mắc nối tiếp và sơng song càng tốt Thông thường yêu cấu độ đốc sườn trước của xung là:

ai 0,1A/s

dt

d Yêu cầu về sự đối xứng của xung trong các kênh điều khiển:

Ở các bộ biến đổi nhiều pha, nhieu SCR, độ đốc đối xứng điều khiển giữa các

kênh sẽ quyết định chất lượng đặc tính của hệ Nếu không đối xứng các xung điều khiển các SCR của bộ biến đổi nhiều pha sẽ gây ra sự không cân bằng giá trị trung bình của đồng qua SCR đó

e Yêu cầu về độ (in cậy :

Mạch điều khiển phải đảm bảo làm việc tín đậy trong mọi hoàn cảnh như khi

nhiệt độ thay đổi, nguồn tín hiệu nhiễu tăng đo vậy yêu cầu là :

- &f£ —

- Điện trở ra của kênh điều khiển phải nhỏ, SCR không tự mở khi dòng vào

- Xung điều khiển ít phụ thuộc vào đao động nhiệt độ, dao động điện áp nguồn

- Can khử được nhiều cảm ứng ( ở các khâu so sánh ở biến áp xung tầng ra ) để tránh mở nhầm

II CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN MACH SCR:

Để SCR có thể hoạt động tốt trong cáo mạch, cần có biện pháp để khống chế được quá trình mở và ngắt của nó

Trong kỹ thuật biên đốt công suất lớu, nguối tá thường mn# SCR bằng dòng điên

điền khiển, EÊu kiện để mô SÓR là:

Điện áp Anad đương hơn go với Katlod

Cô tin hiệu đương ( so với katod ) và có đủ công suất 4£ v42 cứ: điêu khiển SCR mat khủ đã mở cho đồng điện chảy qua thì đù có bộ xưng 4i£u khiến đi thì

né van d wang thai m0

Ngát SCR có nghĩa là trả SCR về trạng thái tru6c khi mo vi day 44 tinh chất có

thể điền khiển được

Để ngắt SCR người ta thường áp dụng một trong hai biện pháp sau:

- Giảm đồng điện thuận hoặc cắt nguồn cung cấp

- Đặt điện áp ngược lên SCR

Đối với SCR hoạt động trong mạch điện xoay chiều, việc ngất SCR rất dễ đàng |

và thường xảy ra tự nhiên khi có bán kỳ âm của điện áp hình sín đặt trên nó

Việc mở SCR trong mạch điện xoay chiều thì tín hiệu điều khiển phải được

đồng bộ với điện áp đặt trên anod của SCR ( bằng đồng bộ góc kích )

Việc ngắt dẫn SCR trong mạch điện xoay chiều trong đồ án cũng như lý thuyết của các khóa truớốc đã trình bày khá đầy đủ, do đồ người viết xin không trình bày lại

Dựa vào hai biện pháp ngắt dòng và ngắt áp nói trên, người ta đưa ra nhiều phương pháp chuyển mạch khác nhau Sau đây là một số phương pháp đo, chuyển

mạch.

ele Xe

1 chuyển mạch kiểu điện dung:

Dạng đơn giản nhất của phương pháp chuyển mạch này yêu cầu sự gốp mặt của

điện dung C trong mạch tải cảm kháng Mạch điện chỉ ra như sau: ( hình II-3)

Hình III-3 chuyển mạch kiểu điện dung

Trong sơ đồ điode D được gọi là điode triệt từ ( free wheeizz dicde j Cong dụng của nó là khi §CR ngắt, năng lượng tích trữ trên cuộn đây được thép kín mạch

qua đó, khiến điện áp ngược đặt trên SCR không tăng cao, trátm được *i‡n tượng quá

I(t) = ¢ St( Ae Joat + Be J64E)

Sử dụng biểu thức Euler ta có được:

1O = e #[CA + B)coso „t + j(A-B)sine „t]

Các hằng số A và B được xác định từ điều kiện ban đầu ¡ (0)= O và:

Hình HI-4 Dòng điện hình sin bị suy giảm biên đó

Điện áp trên tụ Vọ (Ð có được theo biểu thức :

VạT— V.(0)

€

Ma

v.(Ð) =Va- " (dsing t+ @ «COs wt) (8)

Dong dién i(t) trong mach sẽ 1a zero tại thời điểm t1 cho bởi:

— ứCG _

z Điều này có nghĩa là lúc Vọẹ(0) < Vạ, điện áp trên thyristor sé am Sự biến đổi

cha i(t); Volt); VAk( được trình bày ở hình (II1-5)

My cM hace sec cá Ea hen CA lL

Hình III-5 Dạng sóng dòng điện và điện áp của mạch điện, Như vậy việc tắt thyristor sẽ được thực hiện khi i() = Ö trong một thời gian có

hạn Giá trị âm của điện áp VAK, biểu thị cho việc một phương pháp xả điện cho tụ phải đựơc sử dụng trước khi thyristor có thể dẫn một lần nữa

Raye @ sooo eee pee re seems

Hình III-6 Xả tụ điện bằng điện trở R

as ae :

ˆTrong trường hợp này một cuộn cảm kháng LỊ cùng với thyristor Q2 được nối

song với tụ điện Trong lúc Q1 đang dẫn, thyristor Q2 tắt và tụ điện lúc này được nạp

điện thyristor Q2 sẽ dẫn điện vào thời gian trễ hơn một chút so với thời gian tắt của Q1

cho phép tụ điện được xã điện ngang qua cuộn cảm L1 và SCR Q>

Một nguyên tÁc khác của chuyển mạch tải sử đụng một chuỗi các tụ điện chính

là đùng một bộ đổi tần số ngõ ra trong khoảng từ 200Hz đến 100Hz Hình II-8 chỉ ra một mạch đổi tần căn bản Để ý rằng thyristor Q2 được nối song song với tải cùng với

tụ điện, các thyristor luân phiên dẫn bởi những xung ngắn của dòng điện cực cổng lgỊ

và Iy2 được kích vào trong những thời gian tương ứng với tần số tải yêu cầu

Những với mạch này ta phải chú ý rầng nguồn điện có thé bj agin mach thong qua Q¡ và Q2 Trường hợp này xảy ra khí Q1 không có đủ thời gian để ¡4t và đồng thời Q2 được dẫn bởi tỷ lệ đv/dt quá cao từ sự xả điện của tụ điện C Vì ïý đo 46 Qị và Q2 phải được dự phòng với các thiết bị bảo vệ Mạch điện san sẽ trình bày biện pháp bảo