GIÁO TRÌNH môn điện điện tử công suất

Định nghĩa về điện tử công suất Công nghệ chuyển đổi năng lượng điện từ dạng này sang dạng khác nhờứng dụng các linh kiện bán dẫn công suất.. ứng dụng: dùng để điều khiển các đại lượng n

LỜI NÓI ĐẦU

Giáo trình Điện Tử Công Suất được biên soạn phục vụ giảng dạy môn học

Điện Tử Công Suất cho sinh viên hệ Cao đẳng ngành Điện công nghiệp, nhằm

cung cấp các kiến thức cơ bản liên quan đến các bộ biến đổi công suất

Nội dung bài giảng môn học điện tử công suất bao gồm sáu bài:

Bài 1: Tổng quan về điện tử công suất, giới thiệu các khái niệm, định

nghĩa Phần linh kiện công suất giới thiệu một số tính chất cơ bản của các linhkiện thông dụng như diode, BJT, MOSFET, IGBT, SCR, triac v.v

Bài 2: Bộ chỉnh lưu, phân tích hoạt động của các bộ chỉnh lưu cơ bản gồm

các bộ chỉnh lưu không điều khiển: bộ chỉnh lưu cầu một pha và tia ba pha; các

bộ chỉnh lưu điều khiển: bộ chỉnh lưu tia ba pha, cầu ba pha, cầu 1 pha Đồngthời trình bày phương pháp điều khiển bộ chỉnh lưu, tính toán máy biến ápv.v

Bài 3: Bộ biến đổi một chiều, phân tích hoạt động của hai bộ biến đổi cơ

bản: bộ giảm áp và bộ tăng áp Nội dung bài giảng cũng đề cập đến phươngpháp điều khiển bộ biến đổi một chiều

Bài 4: Phương thức điều rộng xung, trình bày cấu trúc một số mạch sử

dụng phương thức điều rộng xung, phân tích tổn hao trong mạch và các biệnpháp giảm tổn hao, vấn đề hài tần và các biện pháp giảm sóng hài

Bài 5: Bộ biến tần, giới thiệu các cấu hình cơ bản của bộ biến tần gián tiếp

và trực tiếp, phân tích các đặc tính của bộ biến tần, so sánh hai loại biến tần trựctiếp và gián tiếp

Bài 6: Bộ nghịch lưu, giới thiệu cấu trúc các bộ nghịch lưu một và ba pha,

phân tích hoạt động của các bộ nghịch lưu, các phương pháp điều khiển bộnghịch lưu và hài phát sinh trong các bộ nghịch lưu

Nội dung cuốn sách tập trung trình bày những vấn đề cốt lõi nhất tronglĩnh vực điện tử công suất, không đặt nặng phần toán học Mỗi bài đều có một

số bài tập giải sẵn nhằm giúp người học thuận tiện hơn trong quá trình làm bài

tập Để học tốt môn học này, sinh viên cần nắm vững lý thuyết mạch điện, cáckiến thức điện tử căn bản, lý thuyết về điều khiển tự động và máy điện.

Do đây là lần đầu tiên biên soạn, nội dung tài liệu chắc chắn còn nhiều saisót, mong nhận được sự đóng góp, phê bình của các bạn đồng nghiệp và độcgiả Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về khoa Điện – Điện tử, trường Cao ĐẳngNghề Số 8, thành phố Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai

TRƯỜNG CAO ĐẲNG

Biên Soạn :

Hàng Khắc Phục

GIÀO TRÌNH Dùng cho các lớp cao đẳng nghề điện

Tài liệu tham khảo Bình Dương năm 2015

BÀI 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

1 CÁC HỆ THỨC VÀ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1.1 Định nghĩa về điện tử công suất

Công nghệ chuyển đổi năng lượng điện từ dạng này sang dạng khác nhờứng dụng các linh kiện bán dẫn công suất

1.2 Đặc điểm linh kiện điện tử công suất

Phát triển cùng công nghệ chế tạo bán dẫn công suất lớn: diode, BJT,MOSFET, IGBT, GTO, SCR …

Làm việc ở chế độ đóng ngắt

Là thành phần cơ bản của bộ chuyển đổi công suất

Có nhiều ưu điểm so với chuyển mạch cơ học: độ bền cao, độ chính xáccao, tần số chuyển mạch cao

ứng dụng: dùng để điều khiển các đại lượng ngõ ra: áp, dòng, tần số, côngsuất, dạng sóng

Các bộ biến đổi điện tử công suất:

Bộ chỉnh lưu (rectifier): điều khiển biến đổi AC – DC

Bộ biến đổi điện áp xoay chiều (AC voltage controller) biến đổi AC – AC

Bộ biến đổi điện áp một chiều (chopper): biến đổi DC – DC

Bộ nghịch lưu và biến tần (frequency converter): biến đổi AC – DC – AC

1.3 Trị trung bình của một đại lượng

Xét dòng điện i(t) trong một chu kỳ T

1 1

dt t i dt

t i T I

T dc

Ví dụ: với áp DC: i(t) = 5(A) suy ra Idc = 5(A)

Với áp AC: i(t) = Imsinωt suy ra Idc = 0

1.4 Công suất trung bình

Công suất tức thời:

P(t) = u(t).i(t)Công suất trung bình:

P

0 0

1 1

Nếu dòng tải không đổi theo thời gian:

PAV = UAV.INếu điện áp trên tải không đổi theo thời gian:

2

2

1 1

t d t i dt

t i T I

T RMS

Ví dụ:

2

m RMS

Muốn tăng hệ số công suất, sử dụng các biện pháp:

Giảm công suất phản kháng Q của hài cơ bản tức bù công suất phảnkháng: bù bằng tụ điện, bù bằng máy bù đồng bộ quá kích thích hoặcdùng thiết bị bù bán dẫn hiện đại (SVC – static var compensator)

Giảm công suất phản kháng D của các hài bậc cao: tùy theo phạm vi hoạtđộng của dãy tần số của sóng hài được bù, ta phân biệt các biện pháp sauđây:

a Lọc sóng hài: áp dụng cho các sóng hài bậc cao lớn hơn sóng hài cơ bảnđến giá trị khoảng kHz Có thể sử dụng mạch lọc cộng hưởng LC Ví dụdùng mạch lọc LC cộng hưởng với bậc 5, 7, 11, mắc song song vớinguồn cần lọc

b Khử nhiễu: áp dụng cho các sóng bậc cao có tần số khoảng kHz đến hàngMHz Các sóng tần số cao này phát sinh từ các mạch điều khiển phátsóng tần số cao hoặc do quá trình đóng ngắt các linh kiện côn suất, cácsóng hoạt động trong các mạch điện tử có khả năng phát sóng điện từ lantruyền vào môi trường và gây nhiễu cho các thiết bị xung quanh hoặcchính bản thân thiết bị công suất Một trong các biện pháp sử dụng làdùng tụ, dùng bọc kim dây dẫn hoặc dùng lưới chống nhiễu.

=

1 1

0

t b t a

a t

0 0

0 0

1 2

t d t v dt

t v T

2

dt t n t v dt

t n t v T

a

T n

2

dt t n t v dt

t n t v T

b

T n

1.8 Hệ số méo hài (distortion factor)

Được định nghĩa bằng tỉ số trị hiệu dụng thành phần hài cơ bản và trị hiệudụng của đại lượng dòng điện:

( )

I

I

DF= 1

1.9 Độ méo dạng tổng do sóng hài (total harmonic distortion - THD):

Là đại lượng để đánh giá tác dụng của các song hài bậc cao xuất hiện trongnguồn điện:

( ) ( ) 1 1 2

I

I

j I

( )

( )1

2 1 2

1 2 2

I

I I I

I

j I

Tính chất tĩnh: tổn hao công suất nhiệt trên linh kiện xảy ra khi khóa công suất

đóng hoặc ngắt hoàn toàn Đối với linh kiện công suất lý tưởng, tổn hao nàykhông tồn tại, đối với linh kiện điện tử công suất tồn tại hai trạng thái tổn hao:Sụt áp trên hai đầu linh kiện khi đóng:

- Linh kiện lý tưởng: p f =v f.i f = 0

- Linh kiện công suất thực tế: tồn tại vf nên pf khác 0

Dòng rò qua linh kiện khi ngắt:

- Linh kiện lý tưởng: i r = 0 nên p r = 0

- Linh kiện CS thực tế có tồn tại dòng rò nên p r ≠ 0

U

1.11 Quá trình quá độ và trạng thái xác lập

- Quá trình quá độ liên quan đến đặc tính động của linh kiện CS, là thời gian khikhóa chuyển từ đóng – ngắt và ngược lại Quá trình này tương đối ngắn

- Trạng thái xác lập: khi khóa ở trạng thái đóng hoặc ngắt hoàn toàn, trạng tháinày tồn tại tương đối dài so với thời gina quá độ

1.12 Chế độ dòng liện tục và gián đoạn

Khi dòng qua khóa > 0 ta có chế độ dòng liện tục, khi dòng qua khóa giảm về 0

Ký hiệu:

id

id

Khi cấp VAK > 0, diode cho dòng if đi qua, diode được phân cực thuận.

Nếu diode ngắt, ta có dòng ir rất bé

Diện tích, tiết diện phiến bán dẫn qui định khả năng chịu dòng

Điện trở nguyên liệu ban đầu và bề dày của phiến bán dẫn quyết định khảnăng chịu áp

Dòng: từ vài A đến vài kA

Áp: từ vài chục V đến vài kV

Thời gian phục hồi tính nghịch trr: để diode phục hồi khả năng khóa sau khidẫn thuận chấm dứt có hai loại: nhanh và chậm tương ứng với tần số cao vàthấp

Đặc tuyến V-A của diode

f f

di

dv

r =

vBR: điện áp đánh thủng (break down): điện áp đánh thủng diode

rr: điện trở vi sai nghịch (reverse)

r

r r

Tại t3: ta có ir = 10% irmax, D khôi phục hoàn toàn tính khóa.

Ta có trr = t3 – t1 là thời gian khôi phục tính nghịch

RR: reverse recovering

dt

di L U

Hiện tượng quá áp xảy ra khi dir/dt lớn, làm thủng diode Do vậy, cần trang

bị mạch bảo vệ diode công suất:

Mạch này có tác dụng làm giảm tốc độ tăng dòng và giảm tốc độ tăng ápkhóa, quá trình tắt dòng sẽ diễn ra chậm hơn

Các vấn đề phụ:

Khả năng chịu tải, dòng tải: nếu điện áp lớn cần mắc nối tiếp diode, nếudòng tải lớn cần mắc các diode song song

Trong công nghiệp cần sử dụng các diode chuyên dùng có tần số đóng

mở cao, điện áp cao

2.3 Transistor công suất (Bipolar Junction Transistor)

Gồm hai mối nối p-n, và ba điện cực

Có hai loại: thuận pnp và nghịch npn

Mạch công suất nối giữa C và E

Mạch điều khiển nối giữa B và E

BJT công suất chỉ làm việc như một khóa công suất đống ngắt và khônglàm việc ở chế độ khuếch đại

Khả năng chịu áp từ vài chục đến vài trăm vôn, khả năng chịu dòng từ vàichục A đến vài trăm A

Không có khả năng khóa áp ngược có trị số lớn, chuyên dùng khóa ápthuận

Linh kiện điều khiển bằng dòng: đóng dòng IC ở cực chính bằng dòngđiều khiển iB đưa vào cổng điều khiển

I R

t1 – t0 = td(on): thời gian trễ của BJT khi đóng

t2 – t1 = ton: thời gian BJT đóng, thời gian này khoảng vài µs

t4 – t3 = td(off): thời gian trễ của BJT khi đóng

t5 – t4 = toff: thời gian BJT ngắt, khoảng > 10 µs

Do công suất tổn hao khi BJT chuyển trạng thái tương đối lớn nên ảnhhưởng đến tần số làm việc của BJT.

Mạch kích của BJT:

Tạo dòng iB thích hợp trong mọi điều kiện thay đổi dòng IC trong suốt quátrình làm việc

Chức năng của mạch kích: đảm bảo các yêu cầu sau:

Thời gian ton, toff là thấp nhất

Tạo dòng kích iB lớn hơn iBmin đảm bảo cho BJT dẫn bão hòa nhằm đảmbảo CCEsat từ đó giảm tổn thất công suất

Cách ly mạch điều khiển và mạch công suất bằng biến áp xung hayoptocoupler

Mạch bảo vệ BJT:

VCE

iC

MẠCH KHUẾCH ĐẠI

Bảo vệ BJT khỏi hiện tượng quá áp khi đóng ngắt.

* Khi đóng: Do iC lớn và thời gian t bé nên

dt

di

L C lớn, dẫn đến phá hỏng

BJT Tác dụng của các phần tử:

 Nhiệm vụ của L là giảm tốc độ tăng dòng di/dt khi đóng BJT

 Tích năng lượng vào L

 Xả năng lượng qua L, R, D

* Khi ngắt: giảm tốc độ tăng áp khóa trên linh kiện, nhiệm vụ của các phần

tử như sau:

 Diode và tụ C: giảm tốc độ tăng áp khóa

dt

dV CE

trên hai đầu điện cực

 Dòng đi qua D và C hình thành mạch tích năng lượng phụ thuộc thời hằngcủa C

 Mạch xả năng lượng: từ tụ C qua R qua BJT trong lần đóng kế tiếp củaBJT, năng lượng này được xả bằng cách tỏa nhiệt trên R

c Một phương pháp giảm dòng kích khi đóng là mắc darlington:

Mục đích giảm dòng kích sao cho = ≤ 20

B

C

I

I hfe

Giả sử IC = 200A, thì iB = 10A Mà iBchính = ICphụ, suy ra iBphụ = 0,5A Lợiđược 20 lần

2.4 MOSFET (Metal Oxide Semiconducter Field Effect Transistor)

Cấu tạo:

- Có hai loại mosfet: kênh P và kênh N Trong công nghiệp thường sửdụng kênh N

- Cấu tạo gồm 3 cực ngoài:

Cực D: cực máng (drain)Cực S: cực nguồn (source)Cực G: cực cổng (gate)

- Mạch công suất nối với D-S

- Mạch điều khiển nối với G-S

- Để đóng MOSFET cần có điện ápVDS > 0 và VGS > 0 Khi MOSFET đóngdòng thì cho ID đi qua

- Lưu ý: MOSFET là linh kiện điều khiển bằng áp, chỉ cần đóng dòng điệnrất nhỏ khoảng vài mA để duy trì MOSFET dẫn

- Khi VGS = 0 thì MOSFET ngắt

- Do kênh dẫn chỉ là loại N nên điện trở MOSFET khi dẫn có giá trị lớn,dẫn đến tổn hao lớn và sụt áp trên MOSFET Khả năng chịu dòng kém hơn sovới BJT

Khả năng chịu áp từ vài chục đến vài trăm vôn

Khả năng chịu dòng từ vài A đến vài chục A

- Đặc điểm:

Có cấu trúc diode ngược bên trong, do đó trong cấu trúc mạch không cầnmắc thêm diode như BJT

Thời gian đóng ngắt nhỏ nhất trong các linh kiện công suất nên thích hợpđóng ngắt tần số cao.

Đặc tuyến V-A:

Các cực B, C, E của BJT tương ứng với các cực G, D, S của MOSFET.Quan hệ theo hàm ID = f(VGS)

Tính chất tĩnh:

- Khi dẫn thì RDS lớn hơn RCE

- Điện áp trên hai cực DS khi dẫn quan hệ theo hàm:

Uf = RDS(on) ID

- Công suất tổn hao nhiệt trên Mosfet tính theo hàm:

P = RDS ID2Công suất này tương đối lớn

VGS2 > VGS1

VGS3 > VGS2

VGS4 > VGS3

KHUẾCH ĐAI XUNG

OPTRON

0 V

- Vcc+ Vcc

t1 – t0 = to(on) (thời gian trễ khi đóng)t2 – t1 = ton (thời gian mở MOSFET)t4 – t3 = to(off) (thời gian trễ khi ngắt)t5 – t4 = toff (thời gian ngắt MOSFET)

So sánh với các linh kiện khác như BJT, SCR, GTO … thì thời gianchuyển mạch của MOSFET là nhỏ nhất

2.5 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)

Cấu tạo:

Gồm ba cực ngoài: G, C, E

Mạch công suất mắc giữa hai cực C và E

Mạch kích mắc giữa hai cực G và E

Điều kiện để IGBT dẫn là VCE > 0 và VGE > 0

Khi VGE = 0 thì IGBT ngắt

Ký hiệu:

Đặc điểm:

Giống như MOSFET, linh kiện IGBT có điện trở mạch cổng lớn làm hạnchế công suất tổn hao khi đóng và ngắt Giống như BJT, linh kiện IGBT có độsụt áp khi dẫn điện thấp (~ 2→3V; 1000V định mức) nhưng cao hơn so vớiGTO Khả năng chịu áp khóa tuy cao nhưng thấp hơn so với các thyristor IGBT

có thể làm việc với dòng điện lớn Tương tự như GTO, transistor IGBT có khảnăng chịu áp ngược cao

So với thyristor, thời gian đáp ứng đóng và ngắt IGBT rất nhanh, khoảng

một vài µs và khả năng chịu tải đến 4,5kV-2.000A Hiện nay công nghệ chế tạo IGBT đang được đặc biệt phát triển để đạt dến mức điện áp vài ngàn Volt (6kV)

và dòng điện vài ngàn Amper

IGBT có khả năng hoạt động tốt không cần đến mạch bảo vệ Trong

trường hợp đặc biệt, có thể sử dụng mạch bảo vệ của MOSFET áp dụng choIGBT

G

E C

Modul IGBT thông minh (Intelligent Power Modul): được chế tạo bởi

công nghệ tích hợp cao Trên modul chứa đựng phần tử IGBT, mạch kích lái,mạch bảo vệ, cảm biến dòng điện Các modul này đạt độ tin cậy rất cao

Mạch kích IGBT đượt thiết kế tương tự như mạch kích cho MOSFET Dogiá thành IGBT cao, và đặc biệt cho công suất lớn, mạch kích lái IGBT đượcchế tạo dưới dạng IC công nghiệp Các IC này có khả năng tự bảo vệ chống quátải, ngắn mạch, được chế tạo tích hợp dạng modul riêng (1,2,4,6 driver) hoặctích hợp trên cả modul bán dẫn (hình thành dạng complex (bao gồm mạch lái,IGBT và mạch bảo vệ)

Đặc tính V-A:

Đặc tuyến quan hệ theo hàm: IC = f(VCE) và tham số VGE

2.6 Thyristor (SCR – SILICON CONTROL RECTIFIER)

Cấu tạo

0

VCEVùng ngắt

Khi chế tạo, người ta dùng phiến bán dẫn n1 làm nền, sau đó khuếch tán 2lớp p1 và p2 lên nền và cuối cùng khuếch tán lớp n2 lên trên lớp p1.

SCR gồm 4 lớp p, n và 3 mối nối có 3 cực ngoài là G, A, K

Khả năng chịu dòng và áp lớn: vài kA và vài kV

Dùng cho các mạch công suất lớn

Ba trạng thái làm việc của SCR

* Khóa áp thuận: SCR ngắt khi VAK > 0 và không có xung kích

* Khóa áp ngược: SCR ngắt khi VAK < 0

* Trạng thái dẫn điện: SCR đóng khi

ibl: dòng rò thuận (bl: blocking)

Ubl: áp khóa thuận

Chú thích

Tham số điều khiển: IG > 0

Áp thông SCR: UBO (breakover)

Dòng chốt: IL (latching)

Điều khiển SCR bằng dòng xung kích: khi if >= IL thì có thể tắt xung điềukhiển mà SCR vẫn dẫn

Dòng duy trì của SCR: IH (holding)

Điều kiện ngắt SCR: giảm dòng if đến khi nhỏ hơn IH thì SCR ngắt

Trong điện tử công suất IH xấp xỉ 0 A

Đặc điểm đóng ngắt:

* Đóng: VGK > 0 và IG > 0

* Ngắt: gồm hai giai đoạn

Giai đoạn 1: làm dòng thuận SCR triệt tiêu bằng cách tăng điện trở trongmạch tải chứa SCR hoặc đặt điện áp ngược VAK < 0

Giai đoạn 2: sau khi dòng điện triệt tiêu, SCR cần một khoảng thời gian

để khôi phục khả năng khóa áp thuận, gọi là thời gian phục hồi hay thờigian ngắt an toàn SCR

Chịu áp ngược Ur: mối nối J3 không có khả năng chịu áp cao nên toàn bộđiện áp đặt lên J1

Thời gian ngắt an toàn của SCR được định nghĩa là khoảng thời gian từlúc dòng thuận giảm về 0 cho đến lúc đặt áp khóa thuận lên SCR mà SCRkhông tiếp tục dẫn lại khi chưa có xung kích đi vào cổng G

Ir

Ur

Mạch bảo vệ quá dòng:

Mạch kích SCR

2.7 GTO (Gate Turn Off Thyristor)

Cấu tạo:

Do SCR không có khóa năng kích ngắt nên người ta chế tạo ra GTO là loạilinh kiện có khả năng kích ngắt thông qua cổng G.

Đặc điểm là lớp bán dẫn P2 tiếp xúc rất ít với cổng G nên GTO có tính chấtnày

Đặc điểm đóng ngắt:

Đóng: IG > 0 và VAK > 0

Ngắt: IG < 0 có giá trị lớn

off G

I I

β

= với β = 4 ÷ 5 I là dòng tải có giá trị 200 đến 300 A.

Mạch điều khiển

GTO được kích đóng bằng xung dòng điện tương tự như khi kích đóngthyristor thông thường Dòng điện kích đóng được tăng đến giá trị IGM và sau đógiảm xuống đến giá trị IG Điểm khác biệt so với yêu cầu xung kích đóng SCR

là dòng kích iG phải tiếp tục duy trì trong suốt thời gian GTO dẫn điện

Năng lượng kích ngắt GTO nhiều gấp 10-20 lần năng lượng cần cho qúatrình kích đóng GTO Điểm bất lợi về mạch kích ngắt là một nhược điểm củaGTO khi so sánh nó với IGBT Hệ quả là thời gian ngắt dòng điện kéo dài, khảnăng chịu di/dt, dv/dt kém, mạch bảo vệ khi kích đóng và kích ngắt làm tăng chiphí lắp đặt cũng như làm công suất hổn hao tăng lên Do khả năng kích ngắtchậm nên GTO được sử dụng trong các bộ nghịch lưu điều chế độ rộng xung(PWM) với tần số đóng ngắt thấp Tuy nhiên, điều này chấp nhận được trongcác ứng dụng công suất lớn Mạch điều khiển kích ngắt GTO có giá thành tươngđương giá thành linh kiện

Độ sụt áp của GTO khi dẫn điện cao hơn khoảng 50% so với thyristornhưng thấp hơn 50% so với IGBT với cùng định mức GTO có khả năng chịutải công suất lớn hơn IGBT và được ứng dụng trong các thiết bị điều khiển hệthống lưới điện (FACTS Controller) đến công suất vài trăm MW

Mạch bảo vệ

Linh kiện GTO cần phải có mạch bảo vệ Quá trình ngắt GTO đòi hỏi sửdụng xung dòng kích đủ rộng Điều này dẫn đến thời gian ngắt dài, khả năngdi/dt và dv/dt của GTO thấp Vì thế, cần phải giới hạn các trị số hoạt động

G

K

A Xung đóng

Xung ngắt

không vượt quá giá trị an toàn trong quá trình ngắt GTO Ngoài ra, GTO đòi hỏimạch bảo vệ chống hiện tượng tăng nhanh dòng điện khi đóng

Diode của mạch bảo vệ phải có khả năng chịu gai dòng lớn bởi vì trongquá trình sẽ xuất hiện dòng có biên độ lớn qua diode và tụ điện Điện trở mạchbảo vệ có trị số nhỏ và đảm bảo tụ xả điện hoàn toàn trong khoảng thời gianđóng ngắn nhất của GTO khi vận hành Khi GTO đóng, năng lượng tích trữ trên

tụ sẽ phải tiêu tán hết trên điện trở này Vì thế, giá trị định mức công suất củađiện trở khá cao

Nguyên lý hoạt động của mạch bảo vệ là tạo ngắn mạch nguồn cấp điệncho GTO bằng cách kích đóng một SCR mắc song song với linh kiện GTO.Dòng ngắn mạch làm chảy cầu chì và cắt linh kiện GTO khỏi nguồn

Trong những năm gần đây, GTO trở thành linh kiện đóng ngắt đươc sửdụng rộng rãi cho các mạch công suất lớn: một GTO loại “nối tắt anode” có giátrị định mức áp khoảng 4500V và định mức dòng 6000A Các giá trị tương ứngcủa loại GTO cho phép dẫn dòng ngược là 4500V và 3000A (Mitsubishi 1998).Điện áp đặt trên GTO khi dẫn điện thường cao hơn SCR (2-3V) Tốc độ đóngngắt từ vài µs đến 25µs Tần số đóng ngắt khoảng 100Hz đến 10kHz

2.8 Triac

Khả năng chịu tải:

Điện áp định mức: xác định theo điện áp khóa cực đại có thể lặp lại, bằngnhau cho cả hai chiều uDRM = uRRM

Định mức dòng điện: xác định theo trị hiệu dụng lớn nhất của dòng dẫniVM Thường được định nghĩa cho dòng điện hình sin đối với nhiệt độ cho trước

iG = 0

Biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều.

Trong công nghiệp hóa học, luyện kim

Trong các máy hàn điện, mạ điện, nạp ác quy

Là một bộ phận trong bộ biến tần

3 PHÂN LOẠI

3.1 Theo tính năng điều khiển:

Bộ chỉnh lưu không điều khiển dùng diode

Bộ chỉnh lưu điều khiển bán phần dùng SCR và diode kết hợp

Bộ chỉnh lưu điều khiển hoàn toàn dùng SCR

Bộ chỉnh lưu Bộ nghịch lưu

U, f const

π

ωt U

3

π

ωt U

Linh kiện gồm 3 diode

Tải Z gồm ba thành phần R, L, E

4.2 Các giả thiết:

Nguồn xoay chiều ba pha lý tưởng

Linh kiện lý tưởng

Các phần tử của tải, dây nối lý tưởng

π π

5 , 6

π π

V1 đóng, V2, V3 ngắt

Chứng minh tương tự trong các khoảng   + 

3

2 6

π π

và  + 3 

2 6

5 π π

b Hệ quả:

Trị điện áp tức thời tại thời điểm đang xét của pha nào lớn nhất thì diode pha đó

d t U

π

ωπ

ωωπ

π π π

63cos

2

3

sin2

6

6 5

U d = d + suy ra

R

E U

 Áp ngược lớn nhất đặt lên linh kiện:

U U

U RWM = 3 max = 6

 Dòng trung bình qua linh kiện:

3

d AV

1 6 5

6

2

I t d I

π

π

ωπ

5 BỘ CHỈNH LƯU TIA BA PHA ĐIỀU KHIỂN

5.1 Sơ đồ cấu trúc

5.2 Các giả thiết

Nguồn xoay chiều lý tưởng (chỉ tồn tại hài bậc 1, đối xứng, điện trở nội =0)

Linh kiện lý tưởng

5.3 Phân tích

Dòng tải liên tục và mạch ở trạng thái xác lập Dòng tải phẳng

Giả sử V3 đóng, xét điều kiện để V1 dẫn điện: UV1 = U1 – U3

Muốn V1 đóng cần thỏa mãn hai điều kiện:

SCR phải đặt dưới áp khóa (π/6 - 7π/6)

IG1 > 0 tại cổng G1

a Góc điều khiển α là góc được tính từ thời điểm xuất hiện điện áp khóa thuậntrên linh kiện cho đến thời điểm đưa xung kích vào cổng điều khiển của linh kiện

Giả sử α = π/3, nếu tính từ gốc tọa độ thì α = π/2

Đối với V2: sau α1 120 độ ta có α 2 và đối với V3 thì sau 240 độ, ta có α 3.

3

απ

ωωπ

α π

α π

2

63cos.2

33

sin.2

3 6 5

6

U U

t d t U

+

+

Giả sử dòng tải liên tục (có L):

Khi α thay đổi từ 0 đến π thì Udα thay đổi:

U U

π

632

63

R

Udα = dα +

Suy ra:

* Trên linh kiện:

Áp ngược lớn nhất đặt trên linh kiện:

I

I =

c Nguồn: