Các thiết bị Điện tử Công Suất cho phép điều khiển và chuyển đổi các ín hiệu điện tử công suất nhỏ thành công suất lớn đề điều khiển cho các thiết bị chấp hành như máy điện , các thiết bị công nghệ khác. Các áp dụng chủ yếu của Điệ Tử Công Suất gồm : 1. Sơ đồ chỉnh lưu công suất dùng để thực hiện các phép biến đổi dòng điện xoay (AC) thành dòng điện 1 chiều ( DC ). Ứng dụng chủ yếu của sơ đồ này là điều khiển các động cơ DC bằng nguồn điện lưới xoay chiều AC. 2. Sơ đồ nghịch lưu dùng để thực hiện phép biến đổi dòng điện 1 chiều (DC) thành xoay chiều sử dụng các sơ đồ công suất. 3. Sơ đồ biến đổi điện áp 1 chiều sử dụng trong các sơ đồ điều khiển công suất, điều khiển hoạt động của động cơ DC. 4. Sơ đồ biến đổi điện áp xoay chiều với ứng dụng chính là điều khiển động cơ AC bằng lưới điện xoay chiều AC. 5. Sơ đồ biến tần thực hiện biến đổi cả về tần số và giá trị hiệu dụng của điện áp xoay chiều . Sử dụng để điều khiển chính xác tốc độ động cơ AC
Bài TN số 1: Linh kiện điện tử công suất Bài thí nghiệm số LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT A Khái quát điện tử công suất : Các thiết bị Điện tử Công Suất cho phép điều khiển chuyển đổi ín hiệu điện tử cơng suất nhỏ thành công suất lớn đề điều khiển cho thiết bị chấp hành máy điện , thiết bị công nghệ khác Các áp dụng chủ yếu Điệ Tử Công Suất gồm : Sơ đồ chỉnh lưu công suất dùng để thực phép biến đổi dòng điện xoay (AC) thành dòng điện chiều ( DC ) Ứng dụng chủ yếu sơ đồ điều khiển động DC nguồn điện lưới xoay chiều AC Sơ đồ nghịch lưu dùng để thực phép biến đổi dòng điện chiều (DC) thành xoay chiều sử dụng sơ đồ công suất Sơ đồ biến đổi điện áp chiều sử dụng sơ đồ điều khiển công suất, điều khiển hoạt động động DC Sơ đồ biến đổi điện áp xoay chiều với ứng dụng điều khiển động AC lưới điện xoay chiều AC Sơ đồ biến tần thực biến đổi tần số giá trị hiệu dụng điện áp xoay chiều Sử dụng để điều khiển xác tốc độ động AC B Các linh kiện công suất: Các linh kiện công suất sử dụng Diode Công suất , Thyristor (SCR), TRIAC, transistor Công suất ( BJT , MOSFET ) , IGBT, GTO ,… Diode Công Suất : Diode bán dẫn cấu tạo trênlớp tiếp xúc bán dẫn khác loại ( hình 1.a ) thường bán dẫn loại N loại P Hình 1b kí hiệu theo quy ước hình 1c hình dạng thực tế diode cơng suất Do hiệu ứng khuếch tán phần tử tải điện miền , lớp tiếp xúc (phần truyền) hình thành hiệu điện tiếp xúc , tạo từ trường E để ngăn ngừa khuếch tán tiếp tục phần tử tải điện Kết trạng thái cân , ranh giới tiếp xúc tạo vùng nghèo phần tử tải điện Khi đặt vào diode điện trường ( U ) , trạng thái cân bị phá vỡ , nối điện theo chiều dương + với Katod chiều âm – nối với Anod diode , tạo điện trườn chiều với điện tiếp xúc, điện trường tổng cộng làm tăng hàng rào điện , làm vùng nghèo mở rộng Vùng nghèo lớp tiếp xúc khôn cho phép phần tử tải điện chuyển qua phần truyền dòng qua phần truyền dòng điện rò ( dòng rỉ ) Bài TN số 1: Linh kiện điện tử công suất A A P U N K K Nối điện theo chiều + với Anod – với Katod diode , điện trường ngược chiều với điện trường điện áp tiếp xúc , điện trường tổng cộng làm giảm hàng rào điện , cho phép phần tử tải điện dịch chuyển qua vùng tiếp xúc tạo dòng điện qua diode Trên hình 1b mơ tả đặc tuyến volt-ampe diode tương ứng với q trình mơ tả Ứng với nhánh phân cực ngược dịng rĩ hơng đáng kể , song phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ Diode cơng suất làm việc với dịng thuận lớn địi hỏi chế độ giảm nhiệt hợp lí , thích hợp Thơng thường có cực tính chế tạo thuận lợi cho việc ghép với nhôm tản nhiệt Các diode công suất sử dụng cho thiết bị cơng nghiệp thường địi hỏi phải có khả chịu đựng điện áp ngược lớn , khoảng vài trăm vài ngàn Volt Dòng điện định mức ( dịng tải hay dịng thuận ) phải đạt vài trăm Ampe Thyristor – SCR ( Silic Controler Retiffier ) Thyristor có tên ghép thyratron va transistor , cấu tạo từ bốn lớp chất bán dẫn p-n-p-n hình 2a , có điện cực A(Anod) K(Katod), G ( gate) , kí hiệu qui ước hình 2b hình dáng bên ngồi hình 2c K A G P1 N1 P2 N2 K A G J1 J2 J3 G K A Thyristor có lớp tiếp xúc J1, J2, J3 với điện trườn nội gây hiệu ứng tiếp xúc hai lớp chất bán dẫn E1, E2, E3 có chiều hình 3a Khi nối Anod với cực + Katod với cực – nguồn chiều J1 , J3 phân cực thuận J2 phân cực nghịch Kế toàn điện nguồn đặt lên lớp tiếp xúc J2 Nếu tác động vào cực Gate điện dương so với Katod làm cho phần tử tải điện N2 ( điện tử ) chảy sang P2 , phần điện tử chảy vào cực Gate ( tạo thành dòng điều khiển , đa số phần tử lại chịu lực hút điện Bài TN số 1: Linh kiện điện tử công suất trường tổng hợp J2 chuyển động qua J2 Nhận lượng đủ lớn điện trường tổng cộng , điện tử sẻ bị Ion hóa nguyên tử bán dẫn tạo lớp điện tử ( điện tử thứ cấp ) Các điện tử thứ cấp lại nhận lượng gây Ion hóa Kết tạo thác lũ điện tử lớp tiếp xúc J2 chảy vào N1 , sau qua cưc P1 tới cực Anod tạo thành dòng qua Thyristor Thy ris tor làm việc chế độ chế độ mở , có điện trở thuấn nhỏ dòng dẫn lớn Khi Thyristor mở ( dẫn ) tín hiệu điều khiển trở nên tác dụng Trong trường hợp khơng có tín hiệu điều khiển cực Gate tượng thác lũ xãy tăng điện U đặt lên Thyristor Khi điện U đủ lớn ( U>Umồi ) điện tử nhận đủ lượng để gây trình Ion hóa va chạm , làm mở Thyristor trường hợp hoạt động Thyristor gần giống hoạt động đèn Neon Để đưa Thyristor rở trạng thái khóa , cần tiến hành theo cách sau : _ Giảm dòng dẫn I xuồng giá trị trì trạng thái dẫn _ Đảo chiều điện hế phân áp U tạo điện phân cực ngược cho Thyristor Khi đặt điện áp ngược lên Thyristor dẫn ( Anod nối – Katod nối + ) lớp tiếp xúc J1 J3 bị phân cực ngược , J2 phân cực thuận Các điện tử diện Thyristor sẻ đảo chiều hành trình tạo dịng điện ngược từ Anod Katod cực – nguồn Tại thời điểm chuyển từ mở sang cấm dòng điện lớn , sau J1 J3 bị cấm , điện tử chúng dần bị tiêu tán , cấu trúc phần truyền Thyristor khôi phục trở lại , Thyristor chuyển sang trạng thái cấm với dòng qua nhỏ lại Q trình thay đổi dịng qua Thyristor từ mở sang cấm mơ tả hình 3a Sau Thyristor cấm việc đảo cực điện U ( U>Umồi Thyristorhay Anod nối + Katod nối - ) không làm Thyristor dẫn Cần lưu ý Thyristor chuyển từ dẫn sang cấm khoảng thời gian đầu ( TOFF ) khoảng vài chục s , Thyristor dẫn với dòng ngược lớn Nếu khỏng thời gian đặt lên Thyristor điện ngược làm hỏng Thyristor Đặt trưng Volt –Ampe Thyristor mô tả hình 3b Thyristor có cấu trúc hoạt động tương đương với cặp transistor ghép liên kết collector-base hình 3c Mỗi loại thyristor có cấu tạo đặc trưng khác , sử dụng cần lựa chọn loại cho thích hợp với yêu cầu _ Dòng điện định mức Iđm : tùy loại 1A đến 1000A _ Dòng rĩ khoảng vài mA _ Điện áp ngược cực đại Ungược max : từ vài trăm Volt vài KV _ Dòng điện điều khiển IG : thông thường khoảng 200mA đến 500mA _ Tốc độ tăng dòng điện dI/dT : vài A/s _ Tốc độ tăng điện áp dV/dT : V/s _ Thời gian khóa khoảng vài chục s _ Thời gian mở khoảng vài s Q trình chuyển từ mở sang đóng khơng xãy tức thời Nếu Thyristor chưa cấm hẳn mà xác lập lại điện U để UA-K dương sẻ làm đoản mạch nguồn làm Thyristor hỏng Khi đặ vào Thyristor điện xoay chiều , Thyristor làm việc với bán kỳ dương mà không làm việcở bán kỳ âm điện nuôi Ở bán kỳ âm thyristor tự động chuyển chế độ cấm có đảo chiều điện nguồn cung cấp Bài TN số 1: Linh kiện điện tử công suất TRIAC ( Triode Alternative Current ) Như trình bày , Thyristor linh kiện mở phân cực d8iện áp UA-K dương Nếu ghép Thyristor song song ngược chiều , điều khiển mở chiều âm va dương Trong trường hợp cần phải có tín hiệu điều khiển đồng với nên gây chút khó khăn Do để khắc phục vấn đề gnười ta chế tạo linh kiện TRIAC TRIAC linh kiện tương đương Thyristor ghép song song ngược chiều có chung cực điều khiển T2 T2 N2 P1 N1 N3 P2 N3 G P1 N1 P2 N2 G T1 T1 Do TRIAC làm việc với nguồn dương nguồn âm nên khái niện Anod katod khơng cịn phù hợp Các cực TRIAC sử dụng T1 ( MT1 ) T2 ( MT2) cho cực lối cực điều khiển Gate ỏ gần T1 Cấu trúc cấu tạo TRIAC mơ tả cấu trúc chứa lớp chất bán dẫn Ta Tb tương tự hình 4a Trong trường hợp T2 n61i với nguồn + T1 nối với nguồn - , Gate nối với + , phần TRIAC làm việc giống Thyristor thông thường Nếu nguồn phân cực ngược lại , điện tử vùng N3 phóng vào P2 gây trình thác lũ va chạm làm dẫn Tb Trong thực tế TRIAC thiết kế với cấu trúc liên kết với lớp chất bán dẫn N1, P1, N2, P2 chung cho Ký hiệu qui ước TRIAC hình 4b Đặc trưng Volt-Ampe TRIAC có tính đối xứng nhu hình Nhánh phần tư thứ tương ứng với trường hợp VT2 > VT1 , nhánh phần tư thứ mang đặc trưng tương ứng với đảo chiều điện phân cực , nghĩa VT2 < VT1 Khác với Thyristor , TRIAC làm việc với điện điều khiển âm không đổi trạng thái đảo cực nguồn điện nuôi Transistor MOS công suất Transistor MOS công suất thực chất transistor trường hay gọi FET ( Field Effect Transistor ) nhiên FET công suất thường chế tạo công nghệ MOS ( Metal-Oxide-Semiconductor ) nên thường gôi MOSFET công suất MOSFET công suất linh kiện chuyển mach điện tử nhanh cơng suất lớn Cấu trúc MOSFET có cực : Drain (máng) , Source (nguồn) cực khiển Gate (cực cửa) Khác với transistor lưỡng cực thông thường , điện áp cực Gate cực Source có giá trị 0V MOSFET khôn dẫn cho dù điện cực đạt đến giá trị vài trăm Volt Bài TN số 1: Linh kiện điện tử công suất C Đặc Điểm Sử Dụng Transistor Lƣỡng Cực, MOSFET, Thyristor Do đặc điểm làm việc chịu đựng điện áp cao , dòng lớn , đặc tính cách điện cao ngắt điện trở dẫn nhỏ , khả chuyển mạch nhanh , dễ ghép với sơ đồ điện tử , …… Các linh kiện Điện Tử Công Suất ứng dụng rọng rải thay cho chuyển mạch tiếp điểm Việc lựa chọn linh kiện cho ứng dụng cụ thể phụ thuộc vào trị số giới hạn , tổn hao , thời gian chuyển mạch nhanh hay chậm , giá thành, … Thyristor có trị số giới hạn dòng điện điện áp cao , tổn hao nhỏ , giá thành tương đối Tuy nhiên Thyristor có thời gian chuyển mạch chậm thích hợp cho mạch sơ đồ biến đổi điện áp lưới ( có tần số 50Hz 60Hz ) chỉnh lưu, biến đổi điện áp xoay chiều , nghich lưu biến tần với tần số thấp (thường < 250Hz) Đối với sơ đồ nghịch lưu ần số cao ( > 15KHz ) sử dụng MOSFET thích hợp Ở dãy tần 20KHz – 100KHz , transistor lưỡng cực thường sử dụng có đặc tính tác động nhanh, tổn hao điều khiển nhiều MOSFET Về chế độ nhiệt , transistor cơng suất chiu nhiệt đạt 2000C , Thyristor đạt đến 1250C Đặc biệt mạch cơng suất hay có cố, Thyristor có tính bảo vệ chống lại cố nên thường chọn để sử dụng TRIAC thường có công suất nhỏ so với Thyristor nên khả sử dụng chúng bị giới hạn , sử dụng mạch công suất vừa nhỏ D Các Linh Kiện Công Suất Khác GTO (gate turn-off thyristor ) Có cấu tao phức tạp Thyristor thơng thường nhằm giải vấn đề khó khăn sử dụng Thyristor để ngắt dẫn Ở GTO ngắt cách kích vào cực Gate xung âm , trước GTO dẫn phân cực thuận vào kích xung dương Hình : Cấu tạo , kí hiệu , sơ đồ tương đương hình dạng GTO GTO có cấu tạo gồm bốn lớp pnpn tương tự với thyristor thơng thường (SCR)hình 6a, với tính tương tự thyristor với điểm khác biệt điều khiển ngắt dịng điện qua Mạch tương đương GTO vẽ hình 6c có cấu trúc tương tự mạch mơ tả SCR có thêm cổng kích ngắt mắc song song cổng Bài TN số 1: Linh kiện điện tử cơng suất kích đóng Ký hiệu linh kiện GTO vẽ hình 6b Cấu trúc thực tế (loại GTO đối xứng) hình GTO kích đóng xung dịng điện tương tự kích đóng thyristor thơng thường Dịng điện kích đóng tăng đến giá trị IGM sau giảm xuống đến giá trị IG Điểm khác biệt so với u cầu xung kích đóng SCR dịng kích iG phải tiếp tục trì suốt thời gian GTO dẫn điện Hình 7: cấu tạo ngun tắt đóng ngắt GTO Hình Đặc tính đóng ngắt Hình Q trình thay đổi trạng thái đóng ngắt GTO Để kích ngắt GTO, xung dịng điện âm lớn đưa vào cổng G – cathode với độ dốc (diGQ/dt) lớn giá trị qui định linh kiện, đẩy hạt mang điện khỏi cathode, tức khỏi emitter transistor pnp transistor npn hoạt động chế độ tái sinh Sau transistor npn tắt, transistor pnp lại hoạt động Bài TN số 1: Linh kiện điện tử công suất với cổng kích đóng trạng thái mở linh kiện trở trạng thái không dẫn điện Tuy nhiên, dòng điện yêu cầu mạch cổng G để tắt GTO có giá trị lớn Trong xung dịng điện cần đưa vào cổng để kích đóng GTO cần đạt giá trị khoảng 3-5%, tức khoảng 30A với độ rộng xung 10µs loại linh kiện có dịng định mức 1000A xung dịng điện kích cổng để ngắt GTO cần đạt đến khoảng 3050%, tức khoảng 300A với độ rộng xung khoảng 20-50 s Mạch cổng phải thiết kế có khả tạo xung dịng kích tối thiểu đạt giá trị yêu cầu (IGQM) Điện áp cung cấp mạch cổng để tạo xung dòng lớn vừa nêu thường có giá trị thấp, khoảng 10-20V với độ rộng xung khoảng 20-50 s, lượng tiêu tốn cho việc thực kích ngắt GTO khơng cao Q trình điện áp dịng điện mạch anode mạch cổng kích đóng GTO kích ngắt mơ tả hình hình hình Năng lượng kích ngắt GTO nhiều gấp 10-20 lần lượng cần cho q trình kích đóng GTO Điểm bất lợi mạch kích ngắt nhược điểm GTO so sánh với IGBT Hệ thời gian ngắt dòng điện kéo dài, khả chịu di/dt, dv/dt kém, mạch bảo vệ kích đóng kích ngắt làm tăng chi phí lắp đặt làm cơng suất tổn hao tăng lên Do khả kích ngắt chậm nên GTO sử dụng nghịch lưu điều chế độ rộng xung (PWM) với tần số đóng ngắt thấp Tuy nhiên, điều chấp nhận ứng dụng công suất lớn Mạch điều khiển kích ngắt GTO có giá thành tương đương giá thành linh kiện Độ sụt áp GTO dẫn điện cao khoảng 50% so với thyristor thấp 50% so với IGBT với định mức GTO có khả chịu tải cơng suất lớn IGBT ứng dụng thiết bị điều khiển hệ thống lưới điện (FACTS Controller) đến công suất vài trăm MW GTO chia làm hai loại - loại cho phép chịu áp ngược (symmetrical), loại “nối tắt anode” (anode short GTO thyristor) có khả khố áp thuận trị số lớn Loại thứ có cấu trúc giống SCR, có khả chịu áp khóa áp ngược với giá trị lớn gần Lọai thứ hai- GTO có anode nối tắt, có phần lớp J1 bị nối tắt nhờ lớp n+ hình Do đó, khả khóa áp ngược lọai GTO kém, khả chịu áp ngược lớp J3 (khoảng 15V) Tuy nhiên, bù lại, cấu tạo cho phép đạt khả chịu áp khóa dịng điện lớn khả giảm sụt áp dẫn điện thích hợp cho ứng dụng địi hỏi tần số đóng ngắt lớn không cần khả chịu áp ngược cao (chẳng hạn nghịch lưu áp) Để tăng cường hiệu sử dụng, GTO chế tạo với diode ngược tích hợp linh kiện (reverse conducting GTO Thyristor asymmetric GTO) Cấu tạo linh kiện gồm phần GTO có anode đối xứng phần gọi diode phục hồi nhanh (fast recovery diode), cho phép linh kiện dẫn dịng điện ngược mà khơng cần lắp đặt diode ngược ngồi linh kiện, làm giảm kích thước khối lượng mạch điện sử dụng GTO Linh kiện GTO cần phải có mạch bảo vệ Q trình ngắt GTO địi hỏi sử dụng xung dịng kích đủ rộng Điều dẫn đến thời gian ngắt dài, khả di/dt dv/dt Bài TN số 1: Linh kiện điện tử cơng suất GTO thấp Vì thế, cần phải giới hạn trị số hoạt động không vượt q giá trị an tồn q trình ngắt GTO IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) IGBT linh kiện kết hợp đặc tính tác động nhanh công suất lớn Transistor lưỡng cực với tổng trở ngã vào chịu điện điều khiển lớn cực cổng MOSFET Cấu tạo , kí hiệu sơ đồ tương đương có dạng hình 10 G E n n E n Cách điện E n S p p G n- np n D pn p p+ C C Hình 10 : Cấu tạo, hình dạng sơ đồ tương đương IGBT E Khảo Sát Đặc Tính Của Diode, SCR TRIAC I Khảo sát DIODE cơng suất : Nối nguồn +12V qua tải bóng đèn diode hình 11a để mắc phân cực ngược cho diode Đo sụt áp diode dịng qua diode Nối nguồn +12V qua tải bóng đèn diode hình 11b để mắc phân cực thuận cho diode Đo sụt áp diode dòng qua diode +12V +12V D D Hinh a Hinh b Hình 11 : Diode phân cực nguồn chiều Nối nguồn ~ 24V qua tải bóng đèn diode hình 12a Sử dụng dao động ký để quan sát tín hiệu tải bóng đèn Bài TN số 1: Linh kiện điện tử công suất Nối nguồn ~ 24V qua tải motor diode hình 12b Sử dụng dao động ký để quan sát tín hiệu tải motor Trên sở nguyên tắc hoạt động diode , giải thích nguyên tắc hoạt động sơ đồ hình 11 hình 12 Giải thích khác dạng tín hiệu tải cảm ( motor ) tải trở ( bóng đèn ) A B A 24 VAC B 24 VAC D M D Hinh a Hinh b Hình 12 : Diode phân cực nguồn xoay chiều II Khảo sát Thyristor công suất : Nối nguồn +12V qua tải bóng đèn thyristor hình 13 Cấp nguồn ±12V cho sơ đồ kích chiều Nối ngã kích DC với cực Gate Thyristor Chỉnh biến trở P1 kích DC đèn phát sáng ( ý chỉnh chậm ) Đo điện dòng điều khiển Chỉnh ngược biến trở giải thích đèn khơng tắt Chỉnh biến trở P1 trở trạng thái ban đầu Dùng dây dẫn nối tắt đầu Anod katod , sau trả lại trạng thái cũ Thực lại bước vài lần Thay đổi nguồn phân cực cho bóng đèn cho Thyristor nguồn ~24V Lập lại thí nghiệm Quan sát tín hiệu tải theo giá trị điện áp chỉnh biến trở P1 Lập lại bước vài lần Giải thích nguyên tắt hoạt động Thyristor V R1 3K3 VR 10K R2 3K3 R3 3K3 C1 0.22 TIP 122 OUT 741 R4 330 V Hình 13 : Sơ đồ khảo sát Thyristor TẢI Bài TN số 1: Linh kiện điện tử cơng suất III Khảo sát TRIAC : Lối nguồn +12V qua tải bóng đèn TRIAC hình 14 Cấp nguồn ±12V cho sơ đồ kích chiều Nối ngã kích DC với cực Gate TRIAC Chỉnh biến trở P1 kích DC đèn phát sáng ( ý chỉnh chậm ) Đo điện dòng điều khiển Chỉnh ngược biến trở giải thích đèn không tắt Chỉnh biến trở P1 trở trạng thái ban đầu Dùng dây dẫn nối tắt đầu T2 T1 , sau trả lại trạng thái cũ Thực lại bước vài lần Thay đổi nguồn phân cực cho bóng đèn cho TRIAC nguồn ~24V Lập lại thí nghiệm Quan sát tín hiệu tải theo giá trị điện áp chỉnh biến trở P1 Lập lại bước vài lần Giải thích nguyên tắt hoạt động TRIAC V R1 3K3 VR 10K R2 3K3 R3 3K3 C1 0.22 TIP 122 OUT 741 R4 330 V So sánh nguyên tắt hoạt động Thyristor TRIAC 10 Bài TN số 3: Chỉnh lưu công suất d Quan sát tượng trùng dẫn tải có tính cảm 12V 12V A A TP1A OUT1 TP2A B CT1A 12V 12V A OUT2 TP3A TP4A B CT3A T1 T2 R LOAD 24V AC 24V AC T4 12V T3 12V A A TP1A OUT1 TP2A B CT1A 12V 12V A OUT2 TP3A TP4A CT3A B Hình II.3 : Chỉnh lƣu cấu đối xứng tải trở 27 Bài TN số 3: Chỉnh lưu công suất PHẦN II : CHỈNH LƢU PHA I Chỉnh lƣu hình tia Chỉnh lƣu hình tia dùng diode a Mắc sơ đồ hình I Sử dụng dao động ký quan sát tín hiệu tải đèn Vẽ dạng sóng tín hiệu tải trở ( đèn ) theo điện áp vào b Thay tải trở ( đèn ) tải có tính cảm ( motor ) Vẽ dạng sóng tín hiệu tải có tính cảm ( motor ) theo điện áp vào c So sánh dạng sóng dạng tải trở tải có tính cảm Giải thích khác chúng Pha A Pha B Pha C Trung tính Hình Ia : Sơ đồ chỉnh lƣu hình tia dùng diode tải trở Pha A Pha B M Pha C Trung tính Hình Ib : Sơ đồ chỉnh lƣu hình tia dùng diode tải có tính cảm Chỉnh lƣu pha hình tia có điều khiển : a Mắc sơ đồ hình II.1 Sử dụng dao động ký quan sát tín hiệu tải đèn Vẽ dạng sóng tín hiệu tải trở ( đèn ) theo điện áp vào b Thay tải trở ( đèn ) tải có tính cảm ( motor ) Vẽ dạng sóng tín hiệu tải có tính cảm ( motor ) theo điện áp vào c So sánh dạng sóng dạng tải trở tải có tính cảm Giải thích khác chúng 28 Bài TN số 3: Chỉnh lưu công suất 12V 12V A F1 TP1A OUT1 TP2A B CT1A 12V T1 F1 T2 12V F2 A OUT2 TP3A TP4A B CT3A 12V 12V A TP1A OUT1 F2 TP2A B CT1A 12V 12V A OUT2 TP3A TP4A B CT3A 12V 12V A TP1A T3 F3 OUT1 F3 TP2A B CT1A 12V 12V A Trung tính OUT2 TP3A TP4A B CT3A R LOAD Hình II1 : Sơ đồ chỉnh lưu hình tia có điểu khiển 29 Bài TN số 3: Chỉnh lưu công suất II Chỉnh lƣu cầu pha Chỉnh lƣu cầu diode a Mắc sơ đồ hình II.2 Sử dụng dao động ký quan sát tín hiệu tải đèn Vẽ dạng sóng tín hiệu tải trở ( đèn ) theo điện áp vào b Thay tải trở ( đèn ) tải có tính cảm ( motor ) Vẽ dạng sóng tín hiệu tải có tính cảm ( motor ) theo điện áp vào c So sánh dạng sóng dạng tải trở tải có tính cảm Giải thích khác chúng Pha A Pha B Pha C Hình II.2 Sơ đồ chỉnh lưu dùng diode Chỉnh lƣu cầu bán điểu khiển : a Mắc sơ đồ hình II.3 Sử dụng dao động ký quan sát tín hiệu tải đèn Vẽ dạng sóng tín hiệu tải trở ( đèn ) theo điện áp vào b Thay tải trở ( đèn ) tải có tính cảm ( motor ) Vẽ dạng sóng tín hiệu tải có tính cảm ( motor ) theo điện áp vào c So sánh dạng sóng dạng tải trở tải có tính cảm Giải thích khác chúng Chỉnh lƣu cầu điểu khiển đối xứng : a Mắc sơ đồ hình II.4 Sử dụng dao động ký quan sát tín hiệu tải đèn Vẽ dạng sóng tín hiệu tải trở ( đèn ) theo điện áp vào b Thay tải trở ( đèn ) tải có tính cảm ( motor ) Vẽ dạng sóng tín hiệu tải có tính cảm ( motor ) theo điện áp vào c So sánh dạng sóng dạng tải trở tải có tính cảm Giải thích khác chúng d Khảo sát tượng trùng dẫn tải cảm 30 Bài TN số 3: Chỉnh lưu công suất 12V 12V A F1 TP1A OUT1 TP2A B CT1A 12V T1 12V T4 A OUT2 TP3A TP4A 12V F1 B CT3A 12V A TP1A OUT1 F2 TP2A B CT1A 12V T2 T5 F2 12V A OUT2 TP3A TP4A B CT3A 12V 12V A TP1A T3 T6 OUT1 F3 TP2A B CT1A 12V F3 12V A OUT2 TP3A TP4A CT3A B R LOAD Hình II.3 : Sơ đồ chỉnh lưu pha bán điều khiển 31 Bài TN số 3: Chỉnh lưu công suất 12V 12V A F1 TP1A OUT1 TP2A B CT1A 12V T1 12V T4 A OUT2 TP3A TP4A 12V F1 B CT3A 12V A TP1A OUT1 F2 TP2A B CT1A 12V T2 T5 F2 12V A OUT2 TP3A TP4A B CT3A 12V 12V A TP1A T3 T6 OUT1 F3 TP2A B CT1A 12V F3 12V A OUT2 TP3A TP4A CT3A B R LOAD Hình II.4 : Sơ đồ chỉnh lưu cấu điều khiển đối xứng 32 Bài TN số 4: Biến đổi điện áp xoay chiều BÀI THÍ NGHIỆM SỐ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU A.THIẾT BỊ SỬ DỤNG : Mơ hình thực tập PE-502, PE-503 Mơ Hình Điện tử Cơng Suất Các bảng chức : _ Bảng nguồn , cầu dao tự động , cầu chì, đèn báo nguồn , tải đèn , tải motor _ Bảng chứa linh kiện công suất _ Bảng mạch tạo xung đồng điều khiển SCR chứa kênh CH-A, CH-B, CHC _ Các modul Chỉnh lưu 1pha, Chỉnh lưu pha Dao động ký tia ( Oscilloscope ), đồng hồ VOM Phụ tùng dây cắm đầu B CÁC BÀI THÍ NGHIỆM PHẦN I : Biến Đổi Xoay Chiều Pha I Biến đổi điện AC pha sử dụng SCR DIODE Mắc sơ đồ hình I.1 Sử dụng dao động ký quan sát tín hiệu tải đèn Tạo mạch kích đồng SCR, tác động tín hiệu kích lên SCR sơ đồ hình I.1 Thay đổi góc kích tác động vào SCR Quan sát vẽ dạng sóng tín hiệu tải trở ( đèn ) theo điện áp vào Thay tải trở ( đèn ) tải có tính cảm ( motor ) Vẽ dạng sóng tín hiệu tải có tính cảm ( motor ) theo điện áp vào So sánh dạng sóng dạng tải trở tải có tính cảm Giải thích khác chúng SCR 24Vac D Hình I.1 : Biến đổi xoay chiều 1pha bán điều khiển 33 Bài TN số 4: Biến đổi điện áp xoay chiều II Biến đổi điện AC pha sử dụng SCR Mắc sơ đồ hình I.2a Sử dụng dao động ký quan sát tín hiệu tải đèn Tạo mạch kích đồng SCR, tác động tín hiệu kích lên SCR sơ đồ hình I.2a Thay đổi góc kích tác động vào SCR Quan sát vẽ dạng sóng tín hiệu tải trở ( đèn ) theo điện áp vào Thay tải trở ( đèn ) tải có tính cảm ( motor ) Vẽ dạng sóng tín hiệu tải có tính cảm ( motor ) theo điện áp vào So sánh dạng sóng dạng tải trở tải có tính cảm Giải thích khác chúng T1 T2 24Vac Hình I.2a : Biến đổi điện xoay chiều 1pha toàn phần T1 T2 D2 D1 24Vac Hình I.2b : Sơ đồ biến đổi xoay chiều dùng 2SCR 2DIODE Mắc sơ đồ hình I.2b Sử dụng dao động ký quan sát tín hiệu tải đèn Tạo mạch kích đồng SCR, tác động tín hiệu kích lên SCR sơ đồ hình I.2b Thay đổi góc kích tác động vào SCR Quan sát vẽ dạng sóng tín hiệu tải trở ( đèn ) theo điện áp vào Thay tải trở ( đèn ) tải có tính cảm ( motor ) Vẽ dạng sóng tín hiệu tải có tính cảm ( motor ) theo điện áp vào 10 So sánh dạng sóng dạng tải trở tải có tính cảm Giải thích khác chúng 11 So sánh đặc điểm dạng sơ đồ Hình I.2 34 Bài TN số 4: Biến đổi điện áp xoay chiều III Biến đổi điện AC pha sử dụng SCR DIODE Mắc sơ đồ hình I.3 Sử dụng dao động ký quan sát tín hiệu tải đèn Tạo mạch kích đồng SCR, tác động tín hiệu kích lên SCR sơ đồ hình I.3 Chú y trường hợp SCR làm việc tồn kỳ nên tín hiệu kích phải phù hợp Thay đổi góc kích tác động vào SCR Quan sát vẽ dạng sóng tín hiệu tải trở ( đèn ) theo điện áp vào Thay tải trở ( đèn ) tải có tính cảm ( motor ) Vẽ dạng sóng tín hiệu tải có tính cảm ( motor ) theo điện áp vào So sánh dạng sóng dạng tải trở tải có tính cảm Giải thích khác chúng D1 D2 T1 24Vac D4 D3 Hình I.3 : Biến đổi xoay chiều dùng 1SCR DIODE IV Biến đổi điện AC pha sử dụng TRIAC Mắc sơ đồ hình I.4 Sử dụng dao động ký quan sát tín hiệu tải đèn Tạo mạch kích đồng dùng TCA 785, tác động tín hiệu kích lên TRIAC sơ đồ hình I.4 Thay đổi góc kích tác động vào TRIAC Quan sát vẽ dạng sóng tín hiệu tải trở ( đèn ) theo điện áp vào Thay tải trở ( đèn ) tải cảm ( biến áp ) Vẽ dạng sóng tín hiệu tải cảm ( biến áp ) theo điện áp vào So sánh dạng sóng dạng tải trở tải cảm Giải thích khác chúng 35 12 V Bài TN số 4: Biến đổi điện áp xoay chiều 24 V AC R1 VR Vref Dz 12V A 16 R2 15 IC TCA 785 10 14 12 OUT1 B A OUT2 B C2 R3 C1 24 V AC 13 Hình I.4 : Sơ đồ biến đổi xoay chiều dùng TRIAC PHẦN II : Biến Đổi Xoay Chiều Pha I Biến đổi điện AC ba pha sử dụng SCR Mắc sơ đồ hình II.1 Sử dụng dao động ký quan sát tín hiệu tải đèn Tạo mạch kích đồng SCR, tác động tín hiệu kích lên SCR sơ đồ hình II.1 Chú ý trường hợp SCR phải nhận tín hiệu kích phù hợp Thay đổi góc kích tác động vào SCR Quan sát vẽ dạng sóng tín hiệu tải trở ( đèn ) theo điện áp vào Thay tải trở ( đèn ) tải cảm ( biến áp ) Vẽ dạng sóng tín hiệu tải cảm ( biến áp) theo điện áp vào So sánh dạng sóng dạng tải trở tải cảm Giải thích khác chúng II Biến đổi điện AC ba pha sử dụng TRIAC Mắc sơ đồ hình II.2 Sử dụng dao động ký quan sát tín hiệu tải đèn Tạo mạch kích đồng dùng TCA 785 , tác động tín hiệu kích lên TRIAC sơ đồ hình II.2 Chú ý trường hợp TRIAC phải làm việc toàn kỳ Thay đổi góc kích tác động vàoTRIAC Quan sát vẽ dạng sóng tín hiệu tải trở ( đèn ) theo điện áp vào Thay tải trở ( đèn ) tải cảm ( biến áp ) Vẽ dạng sóng tín hiệu tải cảm ( biến áp) theo điện áp vào So sánh dạng sóng dạng tải trở tải cảm Giải thích khác chúng 36 Bài TN số 4: Biến đổi điện áp xoay chiều 12V 12V A F1 TP1A OUT1 TP2A B CT1A T1 F1 T4 12V 12V A OUT TP3A TP4A B CT3A 12V 12V TP1A A OUT F2 T2 TP2A B CT1A F2 T5 12V 12V A OUT TP3A TP4A B CT3A 12V 12V TP1A A OUT F3 T3 TP2A B CT1A F3 T6 12V 12V A OUT TP3A TP4A B CT3A Trung tính Hình II.1 : Biến đổi xoay chiều Pha dùng SCR 37 Bài TN số 4: Biến đổi điện áp xoay chiều R1 12V PHA A VR Vref Dz TR1 12V A1 15 IC TCA 785 OUT1 A2 B1 14 OUT2 B2 12 C2 10 C1 R3 Pha A 13 PHA B 12V 16 R4 13 IC TCA 785 10 15 OUT3 A4 14 B3 OUT4 B4 12 C4 R5 PHA C 12V A5 16 R6 15 IC TCA 785 10 14 OUT5 A6 B5 OUT6 B6 12 C6 C5 R7 Pha C 13 TR2 A3 C3 Pha B TRUNG TINH 16 R2 Hình II.2 : Biến đổi xoay chiều dùng 3TRIAC 38 TR3 Bài TN số 5: Biến đổi điện áp chiều BÀI THÍ NGHIỆM SỐ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU A THIẾT BỊ SỬ DỤNG Mơ hình điện tử công suất bảng chức : _ Sơ đồ băm xung áp _ Sơ đồ biến đổi độ rộng xung phương pháp PWM _ Ứng dụng băm xung áp Dao động ký , đồng hồ đo VOM Dây cắm đầu B CÁC BÀI THÍ NGHIỆM I Bộ Băm Xung Áp Chiều : Cấp nguồn +12Vdc cho mảng sơ đồ băm xung áp Mass nối trực tiếp Ngã mạch nối với tải đèn Mở nguồn cung cấp , sử dụng dao động ký quan sát ngã mạch xung , tín hiệu tác động vào transistor cơng suất Thay đổi giá trị biến trở VR Quan sát thay đổi dạng sóng tín hiệu tải trở ( đèn ) Giải thích thay đổi Thay tải trở ( đèn ) tải có tính cảm ( motor ) Vẽ dạng sóng tín hiệu tải có tính cảm ( motor ) theo điện áp vào So sánh dạng sóng dạng tải trở tải có tính cảm Giải thích khác chúng giải thích nguyên tắt thay đổi điện áp trường hợp +12V +12V R1 M VR IC D2 D1 LM555 C1 C2 R1 OUT A Hình I : Sơ đồ băm xung áp 39 Bài TN số 5: Biến đổi điện áp chiều II Biến Đổi Điện DC Dùng Phƣơng Pháp Biến Đổi Độ Rộng Xung Cấp nguồn +12Vdc cho mảng sơ đồ biến đổi độ rộng xung phương pháp PWM Mass nối trực tiếp Nối ngã mạch tạo xung với ngã vào mạch công suất Ngã mạch nối với tải đèn Mở nguồn cung cấp , sử dụng dao động ký quan sát dạng sóng điểm đo : ngã mạch tạo xung , ngã mach so sánh Thay đổi giá trị biến trở VR Quan sát thay đổi dạng sóng tín hiệu tải trở ( đèn ) Giải thích thay đổi Thay tải trở ( đèn ) tải có tính cảm ( motor ) Vẽ dạng sóng tín hiệu tải có tính cảm ( motor ) theo điện áp vào So sánh dạng sóng dạng tải trở tải có tính cảm Giải thích khác chúng giải thích nguyên tắt thay đổi điện áp trường hợp 12V R4 VAR R6 R3 R1 IC 1 R5 VR 13 12 IC IC IC 11 R7 10 R2 M R8 Q GND Hình II : Sơ đồ biến đổi DC dùng phƣơng pháp PWM III Ứng dụng băm điều khiển động DC Cấp nguồn +12Vdc cho mảng sơ đồ ứng dụng băm ( hình III ) Mass nối trực tiếp Nối ngã mạch tạo xung với ngã vào mạch cơng suất _ Vị trí A1 nối với A1 _ Vị trí A2 nối với A2 Nối ngã mạch công suất với tải motor Mở nguồn cung cấp , sử dụng dao động ký quan sát dạng sóng tải Thay đổi biến trở quan sát trạng thái làm việc tải Giải thích nguyên tắt mạch 40 Bài TN số 5: Biến đổi điện áp chiều +12V R1 VR +12V A1 OUT IC A SW D2 D1 R3 R5 Q3 A2 LM555 C1 C2 Q5 M Q2 Q1 Q4 Q6 R2 R4 A2 A1 Hình III : Sơ đồ ứng dụng băm điều khiển động DC IV.Bộ biến đổi nguồn DC có hồi tiếp: VDC SAU NẮN LOÏC BT XUNG R1 C2 C1 C3 R2 C5 D2 R3 D1 R4 C4 R5 D3 Q C6 R6 R7 C7 FBT PLUSE IN R9 C8 D4 R13 xx3842 COM C9 R12 VREF VCC OUT GND R8 D5 VFB IS C10 R10 RC C8 R15 R11 VCR C11 41 R14 C12 R16 C13 ... Bài TN số 3: Chỉnh lưu cơng suất BÀI THÍ NGHIỆM SỐ CHỈNH LƢU CÔNG SUẤT A THIẾT BỊ SỬ DỤNG Thiết bị thực tập cho điện tử công suất PE-501 PE-502 , Mơ hình Điện Tử Cơng Suất bảng chức : _ Bảng nguồn... số phần tử lại chịu lực hút điện Bài TN số 1: Linh kiện điện tử công suất trường tổng hợp J2 chuyển động qua J2 Nhận lượng đủ lớn điện trường tổng cộng , điện tử sẻ bị Ion hóa nguyên tử bán dẫn... Transistor ) nhiên FET công suất thường chế tạo công nghệ MOS ( Metal-Oxide-Semiconductor ) nên thường gôi MOSFET công suất MOSFET công suất linh kiện chuyển mach điện tử nhanh cơng suất lớn Cấu trúc