Gate turn off thyristor GTO

1. Cấu tạo và nguyờn lý làm việc của cỏc loại linh kiện điện tử

1.8 Gate turn off thyristor GTO

GTO là một linh kiện cú 4 lớp bỏn dẫn PNPN như SCR. cấu tạo và ký hiệu được mụ tả như sau:

Tuy cú ký hiệu khỏc với SCR và SCS nhưng cỏc tớnh chất thỡ tương tự. Sự khỏc biệt cơ bản cũng là sự tiến bộ của GTO so với SCR hoặc SCS là cú thể mở hoặc tắt GTO chỉ bằng một cổng (mở GTO bằng cỏch đưa xung dương vào cực cổng và tắt GTO bằng cỏch đưa xung õm vào cực cổng).

- So với SCR, GTO cần dũng điện kớch lớn hơn (thường hàng trăm mA)

- Một tớnh chất quan trọng nữa của GTO là tớnh chuyển mạch. Thới gian mở của GTO cũng giống như SCR (khoảng 1μs), nhưng thời gian tắt (thời gian chuyển từ trạng thỏi dẫn điện sang trạng thỏi ngưng dẫn) thỡ nhỏ hơn SCR rất nhiều (khoảng 1μs ở GTO và từ 5μs đến 30μs ở SCR). Do đú GTO dựng như một linh kiệncú chuyển mạch nhanh. GTO thường được dựng rất phổ biến trong cỏc mạch đếm, mạch tạo xung, mạch điều hoà điện thế… mạch sau đõy là một ứng dụng của GTO để tạo tớn hiệu răng cưa kết hợp với Diod Zener.

Khi cấp điện, GTO dẫn, anod và catod xem như nối tắt. C1 nạp điện đến điện thế nguồn VAA, lỳc đú VGK<0 làm GTO ngưng dẫn. Tụ C1 xả điện qua R3=VR+R2. Thời gian xả điện tựy thuộc vào thời hằng τ=R3C1. Khi Vo<VZ, GTO lại dẫn điện và chu kỳ mới lại được lập lại.

2. Cụng dụng của cỏc loại linh kiện điện tử, phạm vi ứng dụng. 2.1 Diode.

- Một diode thụng thường sẽ chỉ cho phộp dũng điện đi theo một chiều đú là đi từ chõn Anot sang Katot. Những diode cơ bản đú được ứng dụng chủ yếu cho việc chỉnh lưu dũng điện xoay chiều AC thành dũng điện một chiều DC.

- Cú một loại diode được sử dụng rất phổ biến trong cỏc mạch điện tử đặc biệt là mạch nguồn ổn ỏp, đú chớnh là diode zener. Diode này dựng để ghim điện ỏp giữ cho điện ỏp được ổn định ở một giỏ trị xỏc định.

- Diode xung : ở chế độ xung, diode được sử dụng như khúa điện tử gồm cú hai trạng thỏi: "dẫn" (ON) khi điện trở của diode rất nhỏ và "tắt"(Off) khi điện trở của nú rất lớn.

- Diode biến dung là loại diode bỏn dẫn được sử dụng như một tụ điện cú trị số điện dung điều khiển được bằng điện ỏp.

- Diode cao tần được dựng để xử lý cỏc tớn hiệu cao tần. Chỳng thường là cỏc diode tiếp điểm để giảm thiểu trị số điện dung.

- Diode phỏt quang (LED) là linh kiện bỏn dẫn quang cú khả năng phỏt ra ỏnh sỏng khi cú hiện tượng tỏi hợp xảy ra trong chuyển tiếp P – N.

2.2 Transistor BJT.

khiển cỏc thiết bị trong dõy chuyền sản xuất theo ý tưởng chủ đầu tư đưa ra

- Cũn ứng dụng chớnh của transistor đú là một mạch giỳp tăng hay cũn gọi là khuếch đại lớn cỏc loại tớn hiệu; hoặc nú cú thể đúng vai trũ là một con cụng tắc dựng để chuyển húa cỏc mạch điện tử điều khiển thiết bị khỏc. Và đú cũng là một trong những chức năng quan trọng của dũng transistor này.

- Về vấn đề khuếch đại thỡ con transistor được ứng dụng nhiều trong cỏc loa phỏt thanh, loa nhạc ta đang nghe ở nhà, hoặc trong boar mạch chiếc micro, õmli…. - Cũn về vấn đề đảm nhiệm vai trũ là một cụng tắc điện tử thỡ dũng transistor là một thành phần quan trọng khụng thể thiếu và được ứng dụng tràn lan trong thế giới cụng nghiệp như cảm biến điện dung, cảm biến chờnh ỏp, cảm biến output rơle điều khiển… hoặc thiết bị như mỏy ảnh; smartphone…..Mục tiờu chớnh là hỗ trợ điều khiển tự động hoặc điện tử dạng số

2.3 Transistor MOSFET.

- Mosfet hoạt động ở 2 chế độ đúng và mở. Do là một phần tử với cỏc hạt mang điện cơ bản nờn Mosfet cú thể đúng cắt với tần số rất cao. Nhưng mà để đảm bảo thời gian đúng cắt ngắn thỡ vấn đề điều khiển lại là vấn đề quan trọng .

- Mosfet cú khả năng đúng nhanh với dũng điện và điện ỏp khỏ lớn nờn nú được sử dụng nhiều trong cỏc bộ dao động tạo ra từ trường do đúng cắt nhanh làm cho dũng điện biến thiờn. Nú thường thấy trong cỏc bộ nguồn xung và cỏch mạch điều

khiển điện ỏp cao. 2.4 Transistor IGBT.

- IGBT là loại van với cụng suất tuyệt vời. Khỏc với Thysistor, IGBT cho phộp bạn đúng cắt nhanh chúng bằng cỏch đặt điện ỏp điều khiển lờn hai cực G và E. Điện ỏp ra bạn đo được trờn van rất đồng dạng với điện ỏp điều khiển. IGBT thường sử dụng trong cỏc mạch biến tần hay những bộ băm xung ỏp một chiều. Driver của IGBT cũng sẵn cú ở Việt Nam, tuy nhiờn giỏ cả thỡ hơi cao. Hiện nay, với những ưu thế nổi trội,

-Cụng nghệ IGBT được ứng dụng hầu hết ở cỏc thiết bị mỏy hàn điện tử và cỏc loại mỏy cơ khớ. Cụng nghệ IGBT được ỏp dụng trong nhiều lĩnh vực thuộc ngành điện cụng nghiệp, cụ thể cụng nghệ IGBT được sử dụng trong cỏc mỏy hàn cụng nghiệp, cỏc thiết bị điện cụng nghiệp, cỏc mạng điện cụng nghiệp, bộ biến tần…

- IGBT được bật và tắt theo trỡnh tự để tạo xung với cỏc độ rộng khỏc nhau từ điện ỏp Tuyến dẫn Một chiều được trữ trong tụ điện.

Bằng cỏch sử dụng điều biến độ rộng xung hoặc PWM, IGBT cú thể được bật và tắt theo trỡnh tự giống với súng dạng sin được ỏp dụng trờn súng mang. Ngoài ra trong biến tần IGBT cũn cú tỏc dụng làm giảm súng hài trong cỏc mạng điện cụng nghiệp

2.5 Thyristor SCR.

- Thyristor cú khả năng tự duy trỡ dũng dẫn khi chỉ cần một dũng kớch thớch trong thời gian ngắn, khi thyristor được kớch dẫn thỡ nú cú khả năng tự duy trỡ dũng dẫn đú. Muốn ngắt dũng qua thyristor chỉ cú cỏch ngắt nguồn cấp cho nú.

- Chớnh nhờ đặc điểm tự duy trỡ dũng dẫn khi được kớch thớch trong thời gian ngắn nờn thyristor được ứng dụng rất nhiều trong mạch điện bảo vệ quỏ dũng, quỏ ỏp hoặc cỏc hệ thống bỏo động.... Ngoài ra nhờ khả năng điều khiển dũng điện thụng

qua cực G lờn Thyristor cũn được sử dụng nhiều trong cỏc mạch điện điều ỏp một pha, điều ỏp ba pha.

2.6 Triac.

- Cụng dụng của triac dựng để dẫn thụng dũng xoay chiều khi cực T1 hoặc T2 kớch sang điện ỏp dương hoặc điện ỏp õm.

- Triac là một linh kiện bỏn dẫn đúng vai trũ như một cụng tắc đúng cắt điện cho tải xoay chiều. Chỳng ta cú thể thấy triac được sử dụng nhiều trong cỏc đốn bàn học cú điều chỉnh độ sỏng, cỏc bộ điều khiển quạt trần, trong mạch điều khiển tốc độ của mỏy khoan, mỏy cưa, trong cỏc mạch điều khiển nồi phở điện, cỏc bộ điều khiển nhiệt độ của lũ nướng cụng nghiệp, cỏc tủ hấp, tủ sấy, nồi hơi...

2.7 Gate Turn off Thyristor GTO.

- So với SCR, GTO cần dũng điện kớch lớn hơn (thường hàng trăm mA)

Chương 6:Cỏc thiết bị chỉnh lưu

Mục tiờu:

- Trỡnh bày được khỏi niệm về cỏc loại chỉnh lưu một pha và 3 pha.

- Hiểu được cấu tạo và nguyờn lý hoạt động của chỉnh lưu một pha và ba pha. - Rốn luyện tớnh tự giỏc, ý thức trong khi tham gia học tập.

Nội dung:

1. Khỏi niệm chung về cỏc loại chỉnh lưu. 1.1 Khỏi niệm về chỉnh lưu. 1.1 Khỏi niệm về chỉnh lưu.

Trong lĩnh vực điện cụng nghiệp, nhiều trường hợp yờu cầu phải biến đổi một nguồn điện ỏp xuay chiều thành điện ỏp một chiều và điều chỉnh được giỏ trị của điện ỏp một chiều đầu ra. Để thực hiện việc này người ta cú nhiều cỏch khỏc nhau vớ dụ như dựng tổ hợp động cơ – mỏy phỏt, dựng bộ biến đổi một phần ứng, dựng chỉnh lưu, ... Nhưng phổ biến nhất và hiệu suất cao nhất là sử dụng cỏc sơ đồ chỉnh lưu bằng cỏc dụng cụ bỏn dẫn. Cỏc sơ đồ chỉnh lưu (cỏc bộ biến đổi xuay chiều thành một chiều) là cỏc bộ biến đổi ứng dụng tớnh chất dẫn dũng một chiều của cỏc dụng cụ điện tử hoặc bỏn dẫn, để biến đổi điện ỏp xuay chiều thành điện ỏp một chiều một cỏch trực tiếp. Hiện nay cỏc dụng cụ điện tử hầu như khụng cũn được sử dụng trong cỏc sơ đồ chỉnh

lưu vỡ kớch thước lớn, hiệu suất thấp. Dụng cụ sử dụng chủ yếu trong cỏc sơ đồ chỉnh lưu hiện nay là cỏc thyristor và diode bỏn dẫn. Cỏc sơ đồ chỉnh lưu cú nhiều dạng khỏc nhau và được ứng dụng cho nhiều mục đớch khỏc nhau, vớ dụ dựng để điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều, cung cấp điện ỏp một chiều cho cỏc thiết bị mạ điện, điện phõn, cung cấp điện ỏp một chiều cho cỏc thiết bị điều khiển, cỏc đốn phỏt trung tần và cao tần,...Cỏc sơ đồ chỉnh lưu được sử dụng từ cụng suất rất nhỏ cho đến cụng suất rất lớn.

Người ta phõn biệt chỉnh lưu gồm một số dạng sau:

- Căn cứ vào dũng điện người ta cú thể phõn loại như: Chỉnh lưu nửa chu kỳ và chỉnh lưu cả chu kỳ.

- Căn cứ vào kết cấu mạch chỉnh lưu cú thể phõn loại như: Chỉnh lưu 1 diode, 2 diode, chỉnh lưu cầu, chỉnh lưu đối xứng.

- Căn cứ cào số pha ta cú thể phõn loại: Chỉnh lưu 1 pha, 2 pha, 3pha, 6 pha,….

- Căn cứ theo linh kiện trong mạch chỉnh lưu ta cú: Chỉnh lưu cú điều khiển, chỉnh lưu khụng điều khiển, chỉnh lưu bỏn điều khiển,…

1.2 Khỏi niệm về chỉnh lưu một pha.

Mạch chỉnh l-u 1 pha là mạch biến đổi dòng điện xoay chiều 1 pha thành dòng một chiều (DC). T-ơng tự nh- trong lĩnh vực điện tử, tuỳ theo nhu cầu của tải mà ng-ời ta có thể nắn điện một bán kỳ hoặc nắn điện toàn kỳ để tạo nguồn DC.

1.3 Khỏi niệm về chỉnh lưu ba pha.

Mạch chỉnh l-u 3 pha là mạch biến đổi dòng điện xoay chiều 3 pha thành dòng một chiều (DC). T-ơng tự nh- trong lĩnh vực điện tử, tuỳ theo nhu cầu của tải mà ng-ời ta có thể

nắn điện một bán kỳ hoặc nắn điện toàn kỳ để tạo nguồn DC.

1.4 Cỏc bộ chỉnh lưu chứa diode - qui tắc phõn tớch mạch bộ chỉnh lưu tổng quỏt. 2. Chỉnh lưu một pha. 2. Chỉnh lưu một pha. 2.1 Cấu tạo. * Sơ đồ mạch điện D 0 u V T ur T Rt UMax UMin UMax 0 A B M N

b a c Hỡnh 2.1: Mạch chỉnh lưu một pha nửa chu kỳ Sơ đồ nguyờn lý(a) và giản đồ điện ỏp vào(b), ra (c)

* Sơ đồ mạch điện

b a c

Hỡnh 2.2: Mạch chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ Sơ đồ nguyờn lý (a) và giản đồ điện ỏp vào(b), ra (c)

* Sơ đồ mạch điện

b a c

Hỡnh 2.3: Mạch chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ Sơ đồ nguyờn lý(a) và giản đồ điện ỏp vào (b), ra (c)

* Sơ đồ mạch điện u V T u t R t D1 D 2 D 3 D 4 B A M N P Q 0 UMax UMin UMax 0 D 1 D2 0 u V T ur T Rt UMax UMin UMax 0 A B M N P Q

57 a u2 ud IG      b

Hỡnh 2.4: Mạch chỉnh lưu cú điều khiển một pha nửa chu kỳ a, Sơ đồ nguyờn lý; b, Giản đồ điện ỏp vào, ra

2.2 Nguyờn tắc hoạt động.

* Nguyờn lý hoạt động: Hỡnh 2.1

Điện ỏp xoay chiều được thể hiện bằng một đồ thị hỡnh sin theo thời gian T. Ta chọn một chu kỳ nào đấy để xột quỏ trỡnh chỉnh lưu từ điện ỏp xoay chiều sang điện ỏp một chiều. Xột nửa chu kỳ đầu, dương ở A, õm ở B. Lỳc này diode D được phõn cực thuận và dẫn dũng. Dũng điện đi từ A qua D tới M, qua Rt tới N và về B õm nguồn.

Xột nửa chu kỳ sau, dương ở B, õm ở A. Diode D phõn cực ngược nờn khụng dẫn dũng vỡ thế khụng cú dũng điện đi qua Rt.

Vậy sau cả 2 nửa chu kỳ trờn Rt chỉ cú dũng điện chảy qua theo một chiều và đú là dũng điện một chiều được nắn ra từ điện ỏp xoay chiều.

Lưu ý: Điện ỏp ra khụng bằng phẳng, gợn súng lớn, hiệu suất thấp < 45%, khụng

tận dụng hết cụng suất của biến ỏp nguồn. Thụng thường chỉ thớch hợp cho tải khụng cần dựng dũng điện bằng phẳng như nạp ắc quy, nuụi búng đốn sợi đốt, hoặc dựng cho mạch chỉ cần dũng điện nhỏ. Điện ỏp DC cực đại chỉ đạt 0,7 lần điện ỏp hiệu dụng AC.

* Nguyờn lý hoạt động:hỡnh 2.2

Xột nửa chu kỳ đầu của hiệu điện thế hỡnh sin, ở cuộn sơ cấp dương ở A õm ở B. bờn cuộn thứ cấp ta coi điện ỏp tai điểm P là 0V thỡ điện ỏp tại M dương, điện ỏp tại Q õm. Lỳc này Diode D1 được phõn cực thuận, Diode D2 phõn cực ngược nờn D1 dẫn, D2 khoỏ. Dũng điện đi từ M qua D1 đến N, qua Rt đến P mass.

Xột nửa chu kỳ sau của dũng điện hỡnh sin, dương ở B õm ở A. Điện ỏp tại Q dương, điện ỏp tại M õm. Lỳc này Diode D2 được phõn cực thuận, Diode D1 phõn cực ngược nờn D2

dẫn, D1 khoỏ. Dũng điện đi từ Q qua D2 đến N, qua Rt đến P mass.

Như vậy ở cả hai nửa chu kỳ của dũng điện, trờn Rt đều cú dũng điện đi qua theo cựng một chiều như vậy dũng điện chay qua Rt chớnh là dũng điện một chiều được nắn ra từ dũng điện xoay chiều trước mạch chỉnh lưu.

* Nguyờn lý hoạt động Hỡnh 2.3

u1 u2

R T

Xột nửa chu kỳ đầu của hiệu điện thế hỡnh sin, dương ở A õm ở B. Lỳc này hai diode D1

và D3 phõn cực ngược nờn D1, D3 khoỏ, hai diode D2 và D4 được phõn cực thuận, nờn D2, D4 dẫn. Dũng điện đi từ A đến M, qua D2 đến N, qua Rt đến Q, qua D4 đến P và về B õm nguồn.

Xột nửa chu kỳ sau của dũng điện hỡnh sin, dương ở B õm ở A. Lỳc này hai diode hai Diode D2 và D4 phõn cực ngược nờn D2, D4 khoỏ, D1 và D3 được phõn cực thuận nờn dẫn. Dũng điện đi từ B đến P, qua D3 đến N, qua Rt đến Q, qua D1 đến M và về A õm nguồn. Như vậy ở cả hai nửa chu kỳ của dũng điện, trờn Rt đều cú dũng điện đi qua theo cựng một chiều như vậy dũng điện chạy qua Rt chớnh là dũng điện một chiều được chỉnh lưu từ dũng điện xoay chiều đầu vào.

* Nguyờn lý hoạt động: hỡnh2.4

Xột trong khoảng (0  ) điện ỏp trờn thyristor T dương, song phải đến thời điểm  thỡ thyristor mới nhận được tớn hiệu điều khiển IG từ khõu phỏt xung. Do đú:

Trong giai đoạn (0 ) thyristor khoỏ: ud = 0. Trong giai đoạn ( ) thyristor dẫn: ud = u2. Trong giai đoạn ( 2) thyristor khoỏ: ud = 0.

Như vậy điện ỏp ud khụng cũn là toàn bộ nửa hỡnh sin dương của điện ỏp nguồn xoay chiều u2, mà chỉ là một phần của nú với độ lớn tuỳ thuộc gúc . Ta cú:

2 ) cos 1 ( U 2 d sin U 2 2 1 d ) ( U 2 1 U 2 2 2 0 2 d                  (2.10)

Khi điều khiển với  = 0 cú giỏ trị Ud0: Ud0 2U20,45U2



Giải cỏc mạch điện một chiều

Khỏi niệm chung về mỏy biến ỏp