Giáo trình Điện tử công suất (Nghề Điện công nghiệp Cao đẳng)

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
TRƢỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN XÂY DỰNG VIỆT XƠ
KHOA: ĐIỆN- ĐTĐH

GIÁO TRÌNH

MƠ ĐUN: ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT
NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP
TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG
Ban hành kèm theo Quyết định số:

/QĐ-... ngày ..... tháng.... năm 20

…….. của ………………

Ninh bình 2019
1


TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN:
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thơng tin có thể được
phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lêch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh
doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
LỜI GIỚI THIỆU
Giáo trình này được thiết kế theo mô đun thuộc hệ thống mô đun của chương
trình đào tạo nghề Điện cơng nghiệp ở cấp trình độ Cao đẳng, và được dùng làm
giáo trình cho học viên trong các khóa đào tạo
Mơ đun này được thiết kế gồm 06 bài:
Bài mở đầu : Các khái niệm cơ bản
Bài 1: Mạch biến đổi AC/DC

Bài 2: Mạch biến đổi điện áp xoay chiều
Bài 3: Bộ biến đổi điện áp một chiều
Bài 4: Mạch biến đổi DC/AC
Bài 5: Mạch biến tần
Mặc dù đã hết sức cố gắng, song sai sót là khó tránh. Tác giả rất mong nhận được
các ý kiến phê bình, nhận xét của bạn đọc để giáo trình được hồn thiện hơn
Ninh Bình, ngày tháng năm 2019
Tham gia biên soạn
1. Phạm Việt Anh : Chủ biên
2. ………………………
3. ……………… ………

2


MỤC LỤC
Bài mở đầu : Các khái niệm cơ bản
1. Khái niệm về điện tử công suất
2. Ứng dụng
3.Trị trung bình của một đại lượng
4. cơng suất trung bình
5. Trị hiệu dụng của một đại lượng
Bài 1: Mạch biến đổi AC/DC
1. Khái quát chung
2. Mạch chỉnh lưu không điều khiển
3. Mạch chỉnh lưu có điều khiển
Bài 2: Mạch biến đổi điện áp xoay chiều
1. Khái quát chung
2.Mạch biến đổi điện áp xoay chiều một pha
3.Mạch biến đổi điện áp xoay chiều ba pha

Bài 3:Mạch biến đổi điện áp một chiều
1. Khái quát chung
2. Mạch giảm áp
3. Mạch tăng áp
Bài 4: Mạch biến đổi DC/AC
1.Khái quát chung
2. Bộ nghịch lưu 1 pha
3.Mạch ngịch lưu ba pha
Bài 5: Mạch biến tần
1. Khái quát chung
2. Bộ biến tần 1 pha
3. Bộ biến tần 3 pha

Trang
7
8
9
9
9
10
11
11
11
30
56
56
56
58
64
64

64
67
71
72
78
90
90
91
98

3


MƠ ĐUN: ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT

Mã mơ đun: MĐ21
Vị trí, tính chất, Ý nghĩa và vai trị của mơ đun
- Vị trí: Mơ đun Điện tử cơng suất học sau các môn học, mô đun kỹ thuật cơ sở, đặc
biệt là các môn học, mô đun: Mạch điện; Điện tử cơ bản; Truyền động điện...
- Tính chất: Là mơ đun chun mơn nghề.
- Ý nghĩa và vai trị của mơ đun:
Điện tử cơng suất đóng một vai trị rất quan trọng trong ngành Điện,Điện tử, đáp
ứng những yêu cầu phức tạp của qui luật biến đổi năng lượng, kích thước nhỏ gọn,
khả năng đóng cắt cao, tổn hao cơng suất giảm
Mô đun này trang bị cho học viên những kiến thức và kỹ năng cơ bản của Điện
tử công suất
Mục tiêu của mô đun:
- Mô tả được đặc trưng và những ứng dụng chủ yếu của các linh kiện Diode,
Mosfet, DIAC, TRIAC, IGBT, SCR, GTO.
- Giải thích được dạng sóng vào, ra ở bộ biến đổi AC-AC.

- Giải thích được ngun lý làm việc và tính tốn những bộ biến đổi DC-DC.
- Vận dụng được các kiến thức về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của mạch
tạo xung và biến đổi dạng xung.
- Vận dụng được các loại mạch điện tử công suất trong thiết bị điện công
nghiệp.
- Chủ động, nghiêm t c trong học tập và công việc.
Nội dung của mô đun:

TT

Tên các bài trong mô đun

1
2

Bài mở đầu
Bài 1: Mạch biến đổi AC/DC
1. Khái quát chung
2. Mạch chỉnh lưu không điều khiển
2.1. Mạch chỉnh lưu 1 pha
2.1.1. Các mạch chỉnh lưu
2.2.2. Thực hành lắp ráp, khảo sát mạch
2.2. Mạch chỉnh lưu 3 pha
2.2.1. Các mạch chỉnh lưu

Thời gian
Tổng
Lý
Thực Kiểm
số thuyết hành, thí tra*

nghiệm,
bài tập,
thảo luận
1
1
2
27
10
15
1
1
16
5
11
8
3
5
2
2
6
1
5
8
4
6
8
2
6
1
1

7
1
6
4


3

4

5

2.2.2. Thực hành lắp ráp, khảo sát mạch
3. Mạch chỉnh lưu có điều khiển
3.1. Các sơ đồ mạch điện
3.2. Kết quả chỉnh lưu
3.3. Thực hành lắp ráp, khảo sát mạch
Kiểm tra
Bài 2: Mạch biến đổi điện áp xoay
chiều
1. Khái quát chung
1.1. Khái niệm
1.2. Ứng dụng
2. Mạch biến đổi điện áp XC 1 pha
2.1. Sơ đồ mạch điện
2.2. Nguyên lý làm việc
2.3. Khảo sát mạch
3. Mạch biến đổi điẹn áp XC 3 pha
3.1. Sơ đồ mạch điện
3.2. Nguyên lý làm việc

3.3. Khảo sát mạch
Bài 3: Mạch biến đổi điện áp một
chiều
1. Khái quát chung
1.1. Khái niệm
1.2. Ứng dụng
2. Mạch giảm áp
2.1. Sơ đồ mạch điện
2.2. Nguyên lý làm việc
2.3. Lắp ráp, khảo sát mạch điện
3. Mạch tăng áp
3.1. Sơ đồ mạch điện
3.2. Nguyên lý làm việc
3.3. Lắp ráp và khảo sát mạch điện
Bài 4: Mạch biến đổi DC/AC
1. Khái quát chung
1.1. Khái niệm
1.2. Ứng dụng
2. Mạch nghịch lưu 1 pha
2.1. Mạch nghịch lưu 1 pha điện áp

8
1
2
5
2

1
4
2

1
1

4

4

8

4

4

1

1

4

2

2

3

1

2

8

1

3
1

5

4

1

3

3

1

2

8
1

4
1

4

4

1

3

5


6

2.2. Mạch nghịch lưu 1 pha dòng điện
3. Mạch nghịch lưu 3 pha
3.1 Sơ đồ mạch điện
3.2. Nguyên lý làm việc
Bài 5: Mạch biến tần
1. Khái quát chung
1.1. Khái niệm
1.2. Phân loại
1.3. Ứng dụng
2. Bộ biện tần 1 pha
2.1. Sơ đồ khối
2.2. Nguyên lý làm việc
2.3. Các thông số kỹ thuật
3. Bộ biến tần 3 pha
3.1. Sơ đồ khối
3.2. Nguyên lý làm việc
3.3. Các thông số kỹ thuật
Kiểm tra định kỳ
Cộng:

3

2

1

8
1

2
1

4

1

0.5

0.5

4

0.5

3.5

2

2
60

24

2
4

32

6


BÀI 1 BÀI MỞ ĐẦU: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Mã bài: MĐ 21.MĐ

Giới thiệu
Hiểu và nắm được các khái niệm của một lượng là rất cần thiết, từ đó có
thể tư duy tính tốn các đại lượng để áp dụng cho từng mạch cụ thể
Vì vậy bài này cung cấp cho học viên các khái niệm cơ bản của các đại
lượng
Mục tiêu:
- Trình bày được các khái niệm cơ bản trong điện tử cơng suất
- Tính tốn được các đại lượng trong điện tử cơng suất.
- Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, tư duy sáng tạo và khoa học.
1. Khái niệm về điện tử công suất
Điện tử công suất là một chuyên ngành của kỹ thuật điện tử nghiên cứu và
ứng dụng các phần tử bán dẫn công suất trong sơ đồ các bộ biến đổi nhằm biến
đổi và khống chế nguồn năng lượng điện với các thông số có thể thay đổi được,
cung cấp cho các phụ tải điện.
Như vậy : Điện tử công suất là công nghệ dùng để biến đổi điện năng từ
dạng này sang dạng khác, trong đó các phần tử bán dẫn cơng suất sẽ đóng vai trị
trung tâm. Bộ biến đổi điện tử cơng suất chính là bộ biến đổi tĩnh (static
converter) để phân biệt với các máy điện truyền thống, thường biến đổi điện dựa

trên nguyên tắc biến đổi dòng điện từ trường. Khác với các phần tử có tiếp điểm,
các van bán dẫn đóng cắt khơng gây ra tia lửa điện, khơng bị mài mịn theo thời
gian. Tuy có thể đóng cắt với dòng điện lớn nhưng lại được điều khiển bằng các
tin hiệu điện công suất nhỏ. Quy luật nối nguồn vào tải phụ thuộc các bộ biến
đổi và phụ thuộc vào cách thức điều khiển các van trong bộ biến đổi. Bằng cách
như vậy quá trình biến đổi năng lượng được thực hiện với hiệu suất cao vì tổn
thất trong bộ biến đổi chỉ là tổn thất trên các van, không đáng kể so với công
suất điện cần biến đổi.
Điện tử công suất được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công
nghiệp hiện đại.
2. Ứng dụng của ĐTCS:
Trong những năm gần đây công nghệ sản xuất, chế tạo điện tử cơng suất
đã có những tiến bộ vượt bậc và ngày càng trở nên hoàn thiện để tạo ra các bộ
biến đổi ngày càng nhỏ gọn, với nhiều tính năng và sử dụng ngày càng dễ dàng
hơn.
7


Điện tử công suất được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành cơng nghiệp
hiện đại. Có thể kể đến ở đây là các ngành kỹ thuật như truyền động điện, nấu
luyện thép, gia nhiệt cảm ứng, điện phân nhơm từ quặng mỏ, giao thơng đường
sắt, các q trình điện phân trong cơng nghiệp hóa chất, ứng dụng trong rất nhiều
các thiết bị công nghiệp và thiết bị dân dụng khác nhau…
3.Trị trung bình của một đại lƣợng
3.1.Trị trung bình của điện áp
Trị trung bình của điện áp là tổng giá trị điện áp đo được chia cho tổng thời
Gian làm việc.
T

U dc 

1
1
u t dt 

2
T 0

2

 ut dt

(a)

0

Với: t0 – là thời điểm đầu của chu kỳ lấy tích phân.
3.2. Trị trung bình của dịng điện
Trị trung bình của dịng điện là tổng giá trị dịng điện đo được chia cho tổng
thời gian làm việc.
T

I dc 

1
1
it dt 

T0
2

2

 it dt

(b)

0

4. Cơng suất trung bình
Cơng suất trung bình là tổng cơng suất đo được chia cho tổng thời gian làm
việc.
Công suất tức thời:
P(t) = u(t).i(t) (1.3)
Công suất trung bình:
T

PAV 

T

1
1
pt dt   u t .it dt

T0
T0

(c)

Nếu dịng tải khơng đổi theo thời gian:
PAV = UAV.I

(d)

Nếu điện áp trên tải không đổi theo thời gian:
PAV = U.IAV

(e)

5. Trị hiệu dụng của một đại lƣợng
5.1.Trị hiệu dụng của dòng điện
Trị số hiệu dụng của dòng điện là dòng một chiều I sao cho khi chạy qua
cùng một điện trở thì sẽ tạo ra cùng cơng suất.
Trị số hiệu dụng dịng điện được tính:
(f)
√
5.2.Trị hiệu dụng của điện áp
Tương tự trị số hiệu dụng của điện áp cũng được tính:
8


√

(g)

6. Hệ số công suất
Trong biểu thức công suất tác dụng P = UIcosφ, cosφ được gọi là hệ số công
suất.
Hệ số công suất phụ thuộc vào thông số của mạch điện và là chỉ tiêu kỹ thuật

quan trọng, có ý nghĩa rất lớn về kinh tế như sau:
Nâng cao hệ số công suất sẽ tận dụng tốt công suất nguồn cung cấp cho
tải.
Khi cần truyền tải một công suất P nhất định trên đường dây thì dịng điện
chạy trên đường dây là:
I = P/ U cosφ (h)
Nếu cosφ cao thì dịng điện I sẽ giảm, dẫn đến giảm tổn hao điện năng, giảm
điện áp rơi trên đường dây và có thể chọn dây dẫn tiết diện nhỏ hơn.

-

9


BÀI 1: MẠCH BIẾN ĐỔI AC/DC
Mã bài : MĐ 21.01

Giới thiệu:
Các bộ biến đổi điện năng xoay chiều thành một chiều cung cấp cho các tải
một chiều như: động cơ điện một chiều, kích từ cho máy phát đồng bộ.... Bài học
này sẽ trình bày nguyên lý hoạt động, dạng sóng, điện áp, dịng điện của các bộ
chỉnh lưu.
Mục tiêu:
- Xác định được nhiệm vụ và chức năng của từng khối của bộ chỉnh lưu
khơng điều khiển và có điều khiển.
- Kiểm tra, sửa chữa được những hư hỏng trong mạch chỉnh lưu AC - DC 1
pha và 3 pha theo đ ng yêu cầu kỹ thuật.
- Trình bày được mục tiêu tính tốn các thơng số kỹ thuật của mạch chỉnh
lưu.
- Thiết kế được biến áp cung cấp mạch chỉnh lưu.

- Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, tư duy sáng tạo và khoa học, đảm bảo an
toàn, tiết kiệm.
1. Khái quát chung
1.1 khái niệm
- Chỉnh lưu là biến đổi năng lượng điện xoay chiều thành năng lượng điện 1
chiều

AC

BỘ CHỈNH LƯU

DC

Hình 1.1 Sơ đồ khối mạch chỉnh lưu
- Các bộ chỉnh lưu thường dùng là các phần tử bán dẫn công suất (điôt,
tiristor…). Tùy theo thiết bị chỉnh lưu mà người ta phân thành:
* Chỉnh lưu không điều khiển (dùng điơt)
* Chỉnh lưu có điều khiển (dùng tiristor)
1.2 Ứng dụng
Cấp nguồn cho các tải một chiều: Động cơ điện một chiều, bộ nạp acquy, mạ
điện phân, máy hàn một chiều, nam châm điện, truyền tải điện một chiều cao áp,
…
2. Mạch chỉnh lƣu khơng điều khiển
Mục tiêu:
-Trình bày được nguyên lý hoạt động, nhiệm vụ và chức năng của bộ chỉnh
lưu một pha
- Lắp ráp được bộ chỉnh lưu một pha.
10

2.1. Mạch chỉnh lưu 1 pha
Phân loại linh kiện điện tử cơng suất

Các linh kiện bán dẫn cơng suất có hai chức năng cơ bản là ĐĨNG và
NGẮT dịng điện đi qua nó.
Trạng thái linh kiện dẫn điện (ĐĨNG): linh kiện giống như một điện trở
có giá trị rất bé (gần bằng không).
Trạng thái linh kiện không dẫn điện (NGẮT): linh kiện giống như một
điện trở có giá trị rất lớn.
Các linh kiện bán dẫn có thể chuyển đổi trạng thái làm việc từ trạng thái
dẫn điện sang trạng thái khơng dẫn điện và ngược lại thơng qua tín hiệu kích
thích tác động lên cực điều khiển của linh kiện. Ta gọi linh kiện có điều khiển
được. Tín hiệu điều khiển có thể là dịng điện, điện áp hay ánh sáng với công
suất nhỏ hơn nhiều so với công suất của nguồn và tải.
Nếu linh kiện khơng có cổng điều khiển và quá trình chuyển trạng thái
làm việc xảy ra dưới tác dụng của nguồn công suất ở ngõ ra, ta gọi linh kiện
thuộc loại không
điều khiển được.
Đối với các linh kiện điều khiển được, nếu tín hiệu điều khiển chỉ là cho
nó dẫn dịng điện mà khơng thể tác động ngắt dịng điện qua nó, ta gọi linh kiện
khơng có khả năng kích ngắt (SCR, TRIAC). Ngược lại, nếu linh kiện có thể
chuyển trạng thái làm việc từ đóng sang ngắt hay từ ngắt sang đóng thơng qua
tín hiệu kích thích tác động lên cổng điều khiển gọi là linh kiện có khả năng kích
ngắt (BJT, MOSFET, IGBT,
GTO…).
Ta có thể phân ra thành ba nhóm linh kiện như sau :
- Nhóm các linh kiện khơng điều khiển như Diode, DIAC.
- Nhóm các linh kiện điều khiển kích đóng được như SCR, TRIAC.
- Nhóm các linh kiện điều khiển kích ngắt được như BJT, MOSFET, IGBT, GTO.
Diode Công Suất

* Nguyên lý cấu tạo và làm việc

Hình H1.2 Cấu trúc Diode (a) và ký hiệu (b)
11


Diode được cấu tạo bằng mối nối P-N, lớp N thừa điện tử, lớp P thiếu điện tử
đồng thời chứa các phần tử mang điện dạng l trống tạo ra hàng rào điện thế vào
0.6v với bán dẫn Silic 0.2V với Ge
- Khi cấp VAK > 0, diode cho dòng if đi qua, diode được phân cực thuận.
- Nếu diode ngắt, ta có dịng 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 khả
năng 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 khi
dẫn thuận chấm dứt có hai loại: nhanh và chậm tương ứng với tần số cao và
thấp.
*Đặc tính Volt – Ampere (V – A)

if
VBR

Vr

0,6

vf

ir
Hình H1.3. Đặc tính V – A của Diode
Đặc tính có hai nhánh: nhánh thuận tương ứng với trạng thái dẫn điện (nằm ở góc
phần tư I) và nhánh nghịch tương ứng với trạng thái ngắt (nằm ở góc phần tư III) như
trên hình H1.3. Trong đó, hình H1.3a là đặc tính V – A thực tế, hình H1.3 b là đặc tính
lý tưởng.
Giải thích các ký hiệu :
- U0: điện áp khóa của diode, U0 = 0,3V  0,6V tùy theo chất bán dẫn.
- Uf: điện áp thuận của diode
- Ur: điện áp ngược của diode (điện áp đánh thủng)
- IF: dòng điện thuận chạy qua diode.
12


* Trạng thái đóng ngắt
Khi điện áp đặt vào anode và cathode lớn hơn điện áp khóa của diode thì diode
sẽ dẫn điện, ngược lại thì diode sẽ khóa (khơng dẫn điện).
UAK > U0: diode dẫn điện.
UAK < U0: diode ngưng dẫn.
Ta xét với trường hợp diode lý tưởng :
UAK > 0: diode dẫn điện.
UAK < 0: diode ngưng dẫn.
*

Mạch bảo vệ diode

Hình H1.4 Mạch bảo vệ diode
Để hạn chế ảnh hưởng của hiện tượng quá áp và bảo vệ cho diode công suất, ta
mắc song song với diode mạch lọc RC. Tuy nhiên, các diode công suất trên thực tế đã
tích hợp sẳn mạch RC.

* Các đại lƣợng định mức của diode

- Điện áp định mức: là điện áp ngược lớn nhất (URM) có thể lặp lại tuần
hồn trên
diode.
- Dòng điện định mức: là dòng điện thuận lớn nhất (I FM) chạy qua diode
mà không làm cho diode bị hỏng.
Để tăng khả năng chịu áp tải ta ghép nối tiếp các diode, để tăng khả năng
chịu dòng tải ta ghép song song các diode.
Hình dạng của một số diode trên thực tế nhƣ trên hình H1.5.

Hình H1.5 Một số diode trên thực tế.
13


2.1.1. Các mạch chỉnh lưu
2.1.1.1 Mạch chỉnh một pha nửa chu kỳ dùng điốt
a. Trường hợp tải thuần trở

Hình 1.6. Chỉnh lưu một pha một nửa chu kỳ tải thuần trở: Sơ đồ mạch(a),
dạng dòng điện và điện áp trên tải(b)
Sơ đồ và dạng điện áp của chỉnh lưu một pha một nửa điện áp chu kỳ tải thuần
trở cho trên (hình 1.6) Sơ đồ gồm có máy biến áp với điện áp với điện áp thứ cấp
:
u = u2  2.U 2 . sin t  2.U 2 . sin .
(1.1)
θ : Góc pha của dịng điện xoay chiều
Trong khoảng 0     : điện áp ra u2 giá trị dương, điôt được phân cực thuận
dẫn để cho dòng điện chạy qua. Nếu xem sụt áp trên điơt uD=0 ta có:

ud 
i

2.U 2 .Sin
2 .U 2
.Sin
R

(1.2)

(1.3)

Trong khoảng     2 , Uo có giá trị âm, điôt ngưng dẫn:
i=0, ud=0
Điôt phải chịu điện áp ngược cực đại U max  2.U 2 .
Điện áp trung bình của điện áp chỉnh lưu:


Ud 

1
. 2.U 2 .Sin .d 
2 0

2.U 2



 0,45U 2

(1.4)

Dịng điện trung bình qua tải:
Id 

U2
2 .U 2

r
 .R

(1.5)
14


Dịng điện hiệu dụng trung bình của thứ cấp biến áp trên tải:
I


1  2.U 2 .Sin 
. 

2 0 
r


2

d 

U2
2.R

(1.6)

b. Trường hợp tải R – L
Sơ đồ chỉnh lưu một pha một nửa điện áp chu kỳ tải R- L cho trên (hình 1.7).
Cuộn cảm sinh ra sức điện động tự cảm m i khi có từ trường biến thiên của dòng
điện, E   L

dI
. Theo định luật Ohm, có thể viết phương trình của mạch điện:
dt
u 2  E  r.Io

Hoặc: L

(1.7)

di
 R.I  2.Vo. sin t  u 2 , (1.8)
dt

Có thể chứng minh: trong một chu kỳ, năng lượng cuộn L tích luỹ được khi I
tăng vừa bằng năng lượng nó hồn lại khi I giảm, sử dụng phương trình:
L

di
 R.I  2.Vo. sin t  u 2
dt

Năng lượng tích luỹ = Năng lượng hồn lại =

(1.9)

L 2
. m (Im: dịng điện cực đại)
2 I

D

i
T
R

u2
L

Ud

Hình1.7. Chỉnh lưu một pha một nửa chu kỳ tải R - L
c. Lắp ráp và khảo sát hoạt động mạch
- Thiết bị và dụng cụ chuẩn bị(Mô đun thực hành điện tử công suất)
+ Mudun chứa Điốt công suất.
+ Tải đèn và tải cảm.
+ 1 biến áp
+ Dây có chốt cắm hai đầu.
+ Đồng hồ vạn năng.
+ Máy hiện sóng.
- Qui trình thực hiện.

* Nối sơ đồ mạch theo (hình 1.6a).
+ Cấp nguồn cho mạch. Quan sát hiện tượng đèn. Dùng máy hiện sóng
quan sát dạng tín hiệu tại Ud(Id) và trên tải bóng đèn. Vẽ dạng sóng Ud(Id) và
trên bóng đèn.Nhận xét.
+ Đo điện áp ra trên đèn và điện áp tại Ud(Id).
15


* Nối sơ đồ mạch theo (hình 1.6b).
+ Cấp nguồn cho mạch. Quan sát hiện tượng đèn. Dùng máy hiện sóng
quan sát dạng tín hiệu tại Ud(Id) và trên tải bóng đèn. Vẽ dạng sóng Ud(Id) và
trên bóng đèn.Nhận xét.
+ Đo điện áp ra trên đèn và điện áp tại Ud(Id).
Bảng 1-1. Kết quả thí nghiệm
Tải

Giá trị

Ud

Ud TT

Ung đo

Ung TT Id đo

Id TT

ID đo

ID TT

đo

R

R1=
R2=
R3=
R- L R1=
L = R2=
R3=
- Kết luận hoạt động của mạch
Báo cáo thí nghiệm. Sinh viên cần hồn thành các u cầu sau:
+Trình bày q trình thí nghiệm theo trình tự hướng dẫn
+ Ghi các kết quả thí nghiệm vào báo cáo.
+ Giải thích các kết quả thu được.
+ Nhận xét, đánh giá và so sánh các kết quả.
2.1.1.2. Mạch chỉnh lưu điôt một pha hai nửa chu kỳ hình tia
a. Trường hợp tải trở thuần
Sơ đồ chỉnh lưu cho điôt một pha hai nửa chu kỳ hình tia tải thuần trở trên
(hình 1.6)

Hình 1.8. Chỉnh lưu điơt một pha hai nửa chu kỳ hình tia tải thuần trở
a, sơ đồ mạch
b, giản đồ điện áp

16

Mạch gồm một máy biến áp dây quấn có điểm giữa, u21, u22 bằng nhau nhưng
ngược pha nhau.
U21 = √
(1.10)

(1.11)
U22 = -√
Trong khoảng 0     , U21 dương, U22 âm, D1 dẫn cho dòng điện chạy
qua, D2 ngưng dẫn do bị phân cực ngược.
2.U 2
(1.12)
.Sin
R
 u 22  u 21  2 2.U 2 Sin
(1.13)

i21 

u D2

Um  2 2.U 2 (1.14)
Trong khoảng     2 , v1 âm, v2 dương D2 dẫn, D1 ngưng dẫn do bị phân

cực ngược

u D1  2. 2.U 2 Sin (1.15)

Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu:




1
2. 2
1
.U 2
UD 
u 2 .d   2.U 2 .Sin .d 

 0

2 0

(1.16)

Giá trị trung bình của dịng tải:
I

U 2 2

.U 2
r
 .r

(1.17)

Giá trị trung bình của dịng chảy qua điôt:
Id 

1

2



2.U 2
I
.Sin .d  D
2
r
0



(1.18)

b. Trường hợp tải R- L (trở cảm)
Giả sử coi giá trị của điện áp vơ cùng lớn Lt =  nhằm mục đích đơn giản các
q trình tính tốn. Với Lt =  thì dịng tải coi như đựoc là phẳng hồn tồn và
dịng qua điốt có dạng xung chữ nhật với biên độ dịng Id.. Điều này dẫn đến sai
số trong tính toán khoảng 15  20% so với thực tế nhưng các kết quả tính tốn là
vẫn chấp nhận được.
Điện áp chỉnh lưu vẫn có dạng giống như trường hợp tải thuần trở, do đó Ud
vẫn được tính như sau:
Ud=

2 2U 2



 0,9U 2

(1.19)

Id = Iđiốt
(1.20)
Dòng điện của cuộn sơ cấp và thứ cấp có dạng xung chữ nhật đối xứng.
I1 

Id
Rba

I2 

Id
2

(1.21)
(1.22)
17


Công suất MBA:
S ba 

Với:

S1  S 2
2


S 2  2U 2 I 2 2

2 2

Ud

Id

S1  U 1 I 1  K baU 2 I 1 

 S ba  1,34Pd

2




2 2


2

(1.23)
Pd

Pd

(1.25)

(1.26)

(1.27)

c. Khảo sát hoạt động của mạch
* Thiết bị và dụng cụ chuẩn bị
- Mudun chứa 2 Điốt công suất.
- Tải đèn và tải cảm.
- 1 biến áp có điểm trung tính
- Dây có chốt cắm hai đầu.
- Đồng hồ vạn năng.
- Máy hiện sóng.
* Qui trình thực hiện.
- Nối sơ đồ mạch (hình1.8a)
- Qui trình thực hiện.
* Nối sơ đồ mạch theo (hình 1.8a).
+ Cấp nguồn cho mạch. Quan sát hiện tượng đèn. Dùng máy hiện sóng
quan sát dạng tín hiệu tại Ud(Id) và trên tải bóng đèn. Vẽ dạng sóng Ud(Id) và
trên bóng đèn.Nhận xét.
+ Đo điện áp ra trên đèn và điện áp tại Ud(Id).
- Hồn thành kết quả vào bảng.
Bảng 1-2. Kết quả thí nghiệm
Tải Giá trị Ud
Ud TT Ung đo Ung TT Id đo
Id
ID đo
ID
đo

TT

TT

R

R1=
R2=
R3=
R- L R1=
L = R2=
R3=
- Kết luận hoạt động của mạch
* Báo cáo thí nghiệm. Sinh viên cần hồn thành các u cầu sau:
Trình bày q trình thí nghiệm theo trình tự hướng dẫn
Ghi các kết quả thí nghiệm vào báo cáo.
Giải thích các kết quả thu được.
18


-

Nhận xét, đánh giá và so sánh các kết quả.

2.1.1.3. Mạch chỉnh lưu điôt một pha hai nửa chu kỳ hình cầu
a. Trường hợp tải thuần trở
Sơ đồ chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ hình cầu tải thuần trở cho trên (hình
1.9)

D1
T

D2

A

i2
i1

u

R

i4

i3

D4

D3

id

Hình 1.9. Chỉnh lưu điơt một pha hai nửa chu kỳ hình cầu tải thuần trở
Hoạt động của mạch được thực hiện như sau:
Cho điện áp u:
u=√
(1.28)
- Trong khoảng thời gian 0     điôt D2 và D4 dẫn điện do được phân cực
thuận. Điôt D1 và D3 ngưng dẫn do bị phân cực ngược.Ta có:
id  i1  i3 

idm 

2.U 2 . sin   E
( E =0 )
R

2.U 2  E
R

với ( E =0 )

(1.29)

(1.30)

- Trong khoảng thời gian     2 điốt D2 và D4 ngưng dẫn do bị phân cực
ngược, điôt D1 và D3 dẫn do được phân cực thuận.
id  i2  i4 

 2.U 2 .Sin  E
với ( E =0 )
R

(1.31)

-Giá trị trung bình dịng tải:
Id 

1



  1

.




1

 2.U 2 . sin   E 
2. 2.U 2  cos 1 t


.d 
 . sin  1 (1.32)
.


R
T
R
 




với( E =0 )
- Giá trị trung bình của dịng chảy qua điơt

19


1
ID 
2

  1



1

 2U 2 . sin   E 

.d  Id (1.33)


R
2



( trong đó Id là dịng

điện chạy qua tải) với ( E =0 )
- Giá trị hiệu dụng của dòng thứ cấp biến áp:
I2 

1



.i12 d 

2U 2  E 
.
với ( E =0 )
R
T

(1.35)

- Điện áp ngược lớn nhất m i điôt phải chịu: U m  2.U 2
(1.36)
b.Trường hợp tải R – L
Sơ đồ chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ hình cầu tải R – E - L được vẽ tương
tự như hình 2.4 ở đây ta mắc thêm L mắc nối tiếp với tải R.
Hoạt động của mạch như sau:
- Khi tải là R+E, dòng id là dòng gián đoạn. Điện áp Ud = E+ R.id, đặt trên phần
ứng động cơ, là điện áp gợn sóng nhấp nhơ làm ảnh hưởng đến sự làm việc của
động cơ điện một chiều.
- Để cho động cơ điện làm việc được ổn định tốt, trong cơng nghiệp với dịng
tiêu thụ lớn người ta thường dùng một cuộn cảm mắc nối tiếp với mạch tải.
Điện cảm L sinh ra sức điện động tự cảm e   L

di
m i khi có sự biến thiên
dt

của dịng tải. ud có dạng:
ud 

2 2.U 2  2

.1  cos 2t   U d  U a

 3


(1.37)

Phương trình mạch tải:
u d  e  E  R.id

(1.38)
Người ta thấy rằng, dòng tải id biến thiên xung quanh giá trị trung bình của
nó. Vậy có thể viết:
id  I d  ia
R.id  R.I d  Ri a

Trong đó ia là thành phần xoay chiều của dịng id
Bằng cách đặt vấn đề như trên, có thể viết phương trình mạch tải như sau:
U d  u a  E  R.I d  R.ia  L

dia
dt

(1.39)

Khi làm cân bằng các dòng hằng với nhau và các thành phần xoay chiều, ta
được:
Ud = E + RId (1.40)
ua = R.i a +

(1.41)

vì thơng thường R.ia << L.dia /dt, nên ua = L.dia /dt
Kết luận:
- Khi dùng điện cảm L nối tiếp với phần ứng của động cơ điện, điện áp đặt
lên phần ứng của động cơ là điện áp ổn định (hằng số)
20


U d  E  R.I d

(1.42)

Có thành phần xoay chiều ua của điện áp ud được đặt lên cuộn L bằng:
ua  L

dia
dt

(1.43)

Đối với trường hợp đang xét:
Ud 
ua 

2 2.U 2



(1.45)

4 2.U 2
. cos 2t  Ac1 . cos 2t (1.46)
3

Dòng tải id được coi như dòng hằng Id.
- Giá trị trung bình của của dịng chảy trong điôt
2

I
1
I d  .  I d d  d
2 0
2

(1.47)

- Giá trị hiệu dụng dòng chảy trong cuộn dây thứ cấp biến áp:
2

I2 

1
2

.  I d d  I d
2 0

(1.48)

c.Lắp ráp và khảo sát hoạt động của mạch
* Thiết bị và dụng cụ chuẩn bị
- Mudun chứa 4 Điốt công suất.
- Tải đèn và tải cảm.
- 1 biến áp
- Dây có chốt cắm hai đầu.
- Đồng hồ vạn năng.
- Máy hiện sóng.
* Qui trình thực hiện.
+ Lắp ráp sơ đồ mạch theo (hình 1.9).
+ Cấp nguồ cho mạch. Quan sát hiện tượng đèn. Dùng máy hiện sóng
quan sát dạng tín hiệu tại Ud(Id) và trên tải bóng đèn. Vẽ dạng sóng Ud(Id) và
trên bóng đèn.Nhận xét.
+ Đo điện áp ra trên đèn và điện áp tại Ud(Id).
Bảng 1-3. Kết quả thí nghiệm
Tải Giá trị Ud
Ud TT Ung đo Ung TT Id đo
Id TT ID đo ID TT
đo

R

R1=
R2=
R3=

R- L R1=
L = R2=
R3=
21


- Kết luận hoạt động của mạch
* Báo cáo thí nghiệm
Sinh viên cần hồn thành các u cầu sau:
Trình bày q trình thí nghiệm theo trình tự hướng dẫn
Ghi các kết quả thí nghiệm vào báo cáo.
Giải thích các kết quả thu được.
Nhận xét, đánh giá và so sánh các kết quả.
2.2. Bộ chỉnh lưu ba pha
Mục tiêu:
-Trình bày được nguyên lý hoạt động, nhiệm vụ và chức năng của bộ chỉnh
lưu ba pha
- Lắp ráp được bộ chỉnh lưu ba pha.
2.2.1. Các mạch chỉnh lưu
2.1.1.1.Mạch chỉnh lưu điôt ba pha hình tia
a. Trường hợp tải thuần trở
Sơ đồ chỉnh lưu điơt ba pha hình tia mắc K chung tải thuần trở trên (hình
1.10).
A

a

D1

B

b

D2

C

c

D3
Zt

Hình 1.10. Chỉnh lưu điơt ba pha hình tia mắc K chung tải R
Mạch gồm một MBA 3 pha và 3 điốt D1, D2, D3. MBA có thể có cấu tạo cuộn
dây  /  hoặc  /  . 3 điốt có thể đấu catốt chung, phụ tảI Zt được đấu giữa điểm
catốt chung (hoặc anốt chung) với điểm trung tính N của thứ cấp MBA.
Điện áp các pha thứ cấp biến áp:
u 2 a  2 .U 2 . sin 
u 2b  2 .U 2 . sin   2 / 3
u 2c  2 .U 2 . sin(  4 / 3)

Nguyên lý hoạt động :
Để có thể xác định được van nào sẽ dẫn dịng tại một thời điểm nào đó ta
ứng dụng quy tắc sau đây:
“Trong các van có catốt chung(anốt chung), van nào có anốt dương nhất
(catốt dương nhất), van đó sẽ dẫn” hay trong khoảng thời gian nào mà điện áp ở
pha nào dương nhất thì điốt mắc ở pha đó dẫn.
Vậy tại một thời điểm chỉ có một điốt dẫn, với quy tắc trên ta có đồ thị dòng
và áp của các phần tử trên sơ đồ như (hình1.10).
22

Trong khoảng 1<2<3 D1 dẫn, điện áp trên tải lập lại Ud dẫn đến dòng điện
trên tải lặp lại điện áp.
Các điểm 1 2 3 4 …. Tại đó các đường điẹn áp pha cắt nhau (gọi là các
điểm chuyển mạch tự nhiên). Tại các điểm chuyển mạch tự nhiên một điốt mới
sẽ vào dẫn dòng điốt đẫn dòng trước đó sẽ khố lại.
Xét các khoảng dẫn của điốt:
12, Ua dương nhất, D1 dẫn, Ud= Ua
23, Ub dương nhất, D2 dẫn, Ud= Ub
34, Uc dương nhất, D3 dẫn, Ud= Uc
34, Uc dương nhất, D3 dẫn, Ud= Uc
Vậy điện áp chỉnh lưu thu được là đường bao phía trên các đường điện áp
pha đập mạch ba lần trong một chu kỳ. M i lần đập mạch là một điện áp pha có
2
uc
ub
ua
độ rộng là
(n số
u pha).
n

1

0

iD1



2

3



4







2/3ia/Kba

0



iD2
0



iD3



iA
0



u
1/3ib/Kba

D1

0



U
ngmax

Hình 1.9. Dạng dịng và áp của các phần tử
Tính tốn các thơng số
Cơng thức tổng quát điện áp chỉnh lưu trung bình trên tải với n pha.


Ud 

1
2


n

 U 2m cosd 

n  n




n
n

U 2 m sin   n  U 2 m sin )

n
2

n

Với dòng 3 pha Ud sẽ là:
23


Ud 

3



U 2 m sin



3



3 3
3 6
U 2 m
U 2  1,17U 2
2
2

(1.49)

Dịng điện trung bình tải:
I d

3 3
I dm
2

(1.50)

(Idm- giá trị biên độ ở nguồn, Idm= I2m cuộn thứ cấp
Dịng trung bình qua điốt:
Id
3

I D

(1.51)

I2m 0,58 Id

(1.52)

Cơng suất MBA:
Sba=1,35Pd
(1.53)
Điện áp ngược lớn nhất trên điốt:
Ungmax= Uab= 2 3U 2  6U 2 (1.54)
b.Trường hợptải là R + L
Dùng một điện cảm mắc nối tiếp vào mạch tải .Dòng tải coi như được nắn
thẳng, id = Id
Phương trình mạch tải:
u d  E  R.id  L

dia
dt

(1.55)

Qua biến đổi tính tốn ta có:
Id 

Ud  E
,
R

(1.56)

Trị trung bình của dịng điện chạy trong điôt:
ID 

1
2

5 / 6




/6

I d d 

Id
3

(1.57)

Ta coi E = 0
c.Lắp ráp và khảo sát hoạt động mạch
* Thiết bị và dụng cụ chuẩn bị
- Mudun chứa 3 Điốt công suất.
- Tải đèn và tải cảm.
- 1 biến áp 3 pha có điểm trung tính.
- Dây có chốt cắm hai đầu.
- Đồng hồ vạn năng.
- Máy hiện sóng.
* Qui trình thực hiện.

+ Lắp ráp sơ đồ mạch theo (hình 1.10).
+ Cấp nguồ cho mạch. Quan sát hiện tượng đèn. Dùng máy hiện sóng
quan sát dạng tín hiệu tại Ud(Id) và trên tải bóng đèn. Vẽ dạng sóng Ud(Id) và
trên bóng đèn.Nhận xét.
+ Đo điện áp ra trên đèn và điện áp tại Ud(Id).
24


Bảng 1-4.Kết quả thí nghiệm
Tải Giá trị Ud
Ud TT

Ung đo

Ung TT Id đo

Id TT

ID đo ID TT

đo

R

R1=
R2=
R3=
R- L R1=
L = R2=
R3=

R- L R1=
L = R2=
E= R3=
Kết luận hoạt động của mạch
*Báo cáo thí nghiệm
Sinh viên cần hồn thành các u cầu sau:
Trình bày q trình thí nghiệm theo trình tự hướng dẫn
Ghi các kết quả thí nghiệm vào báo cáo.
Giải thích các kết quả thu được.
Nhận xét, đánh giá và so sánh các kết quả.
2.1.1.2.Mạch chỉnh lưu điôt ba pha hình cầu
a.Tải thuần trở R
Sơ đồ chỉnh lưu điơt ba pha hình cầu tải thuần trở trên (hình 1.11).
D1
A

D3

D5
R

a

B

b

C

c

D4

D6

D2

Hình 1.11: Chỉnh lưu điơt điơt ba pha hình cầu tải thuần trở

Gồm 6 điốt, mắc theo 2 nhóm: D1, D3, D5: catốt chung.
25