BỘ NGUỒN AC TẦN SỐ CAO potx

CHƯƠNG 5 : Bộ NGUồN AC TầN Số CAO
V.1 KHáI NIệM Về NUNG NóNG BNG TầN Số:
1. Nguyên lý nung nóng bằng tần số:
Khi vật chất đợc đặt vào trong trờng điện từ tạo ra bởi dòng điện xoay chiều có cờng độ đủ
lớn, các hạt vật chất sẽ có chuyển động, tơng ứng với sự gia tăng nhiệt độ: ta có nguyên lý nung
nóng bằng tần số hay gia nhiệt cao tần. Với các tần số khác nhau, ta nung nóng đợc những vật liệu
khác nhau:
- Nung nóng bng dòng điện cảm ứng: Khi đặt vật dẫn điện (thờng là kim loại) vào từ trờng
xoay chiều, bên trong vật liệu sẽ xuất hiện sđđ tạo ra dòng điện gọi là dòng cảm ứng (dòng điện
Foucault hay dòng xoáy - eddy current). Sự nung nóng do dòng điện này đợc gọi là nung nóng
bng dòng cảm ứng hay gia nhiệt cảm ứng. Đây chính là lý do mà lõi thép biến áp phải ghép lại
bng những lá tn có bề mặt sơn cách điện và biến áp tần số cao sử dụng lõi bng ferrite. Tổn hao
do dòng cảm ứng tăng theo bình phơng tần số dòng điện do đó dòng điện sử dụng cho nung nóng
cảm ứng thờng có tần số cao. Nung nóng cảm ứng có thể dùng để nung nóng hay nấu luyện kim
loại. Để ý là khi khối lợng vật liệu lớn, ta có thể sử dụng tần số cng nghiệp chứ khng nhất thiết
phải dùng tần số cao.
Do sự tơng tác giữa các lớp dòng điện cảm ứng, mật độ dòng điện cảm ứng phân bố khng
đều: tăng dần từ trong ra ngoài. Khi tần số dòng điện đủ lớn, sự phân bố này rất khng đều: dòng
cảm ứng chủ yếu tập trung ở bề mặt và ta có hiệu ứng da (skin effect), đợc ứng dụng để ti kim
loại. Đây làmột phơng pháp tăng cơ tính các chi tiết bng sắt thép. Chi tiết cần ti sau khi đợc nung
nóng bề mặt đợc làm nguội thật nhanh. Kết quả là bề mặt chi tiết đợc biến cứng trong khi bên trong
vẫn khng thay đổi cơ tính, tính năng hoạt động đợc nâng cao.
- Nung nóng điện mi: ứng dụng hiện tợng tổn hao điện mi của vật liệu cách điện hay dẫn
điện kém khi đợc đặt trong điện trờng tần số rất cao từ vài trăm đến hàng MHz. Đối tợng cho nung
nóng điện mi có thể là vật liệu nhựa hay thực phẩm.
Ưu điểm của nung nóng tần số:
- Hiệu suất rất cao do nhiệt phát ra từ bên trong vật đợc nung.
- Mật độ năng lợng rất cao nên thời gian nung nhanh, vật liệu khng đổi tính chất, cho phép
thực hiện các cng nghệ đặc biệt.
- Khng có mi chất cho trao đổi nhiệt nên có thể gia cng với độ tinh khiết cao
Nhợc điểm duy nhất là cần bộ nguồn tần số lun đắt tiền.

Trong chơng này, ta chỉ tìm hiểu các bộ nguồn sử dụng ngắt điện bán dẫn, có thể làm việc
đến MHz và thờng đợc ứng dụng cho nung nóng cảm ứng.
2. Các quan hệ của nung nóng cảm ứng:
[tài liệu
- Chiều sâu thấm P đợc định nghĩa là độ sâu tính từ bề mặt để mật độ dòng điện giảm
36.8% so với giá trị trên bề mặt, : điện trở suất , : hệ số từ thẩm tơng đối.
3
⋅
10
P 
2

 ⋅ f


5.03 



⋅

f
<V.1.1>
Trang 1/ Chuong 5.doc §iÖn tö c”ng suÊt II A
Từ P, ta chọn đợc tần số của bộ nguồn cao tần tùyù thuộc vào vật liệu và cng nghệ gia cng
là nung nóng, nấu chảy hay ti bề mặt. Bảng sau cho ta các thng số cho cng nghệ ti bề mặt dùng
dòng điện cảm ứng.
Ti cao tần Đờng kính vật Tần số Cng suất
Chiều sâu (mm) (mm) (kHz) (kw)
0.5~1.0 6~25 400,200 15,30

1.2~2.5 11~16 400,200,30 80
16~25 400,200,30,10 80,50
25~50 200,30,10 50,80
> 50 30,10 80
2.5~5.0 19~25 30,10 80,150
25~100 3,10 80,150
> 100 3,10 150,300
Bảng V.1 Các quan hệ khi ti bề mặt thép.
Với thép, vật liệu mất từ tính ởỷ 800 O tơng ứng = 1, ta có khi đó:
(P mm) 503 <V.1.2>
f
và nếu chọn đờng kính vật bng 3.5 lần chiều sâu thấm ti, ta có bảng tra tần số tối thiểu
cho thiết bị nấu cảm ứng:
Tần số f Đờng kính
kHz D mm
300 3.2
100 5.5
20 12.4
10 17.5
5 24.7
3 32
1 55
Bảng V.2 Tần số tối thiểu khi nung nóng cảm ứng thép
Hình V.1.1 cho ta chiều sâu thấm với các vật liệu khác nhau, ở các nhiệt độ làm việc.
3. Các bộ nguồn cho nung nóng cảm ứng:
Phụ thuộc và tần số làm việc, có thể phân ra làm các nhóm sau:
1. Nguồn tần số lới: Sử dụng cho nấu kim loại khi khối lợng tơng ứng với cng suất đủ lớn.
Ta có thể hình dung đây là một biến áp (thờng có lõi thép) trong đó sơ cấp nối lới điện, thứ cấp là
khối kim loại cần nung chảy, tạo thành một vòng ngắn mạch.
Trang 2/ Chuong 5.doc §iÖn tö c”ng suÊt II A

Hình V.1.1: Quan hệ chiều sâu thấựm theo tần số với các kim loại khác nhau
2 Bộ nguồn dùng SCR: sử dụng khi tần số < 25 KHz. Có thể sử dụng bộ nghịch lu nối tiếp
hay song song, có hay khng qua trung gian một chiều.
3. Bộ nguồn dùng transistor: Phát triển trong thời gian gần đây, khi cac transistor dòng lớn,
áp cao đợc chế tạo. Làm việc ở tần số đến MHz (thng thờng là vài trăm KHz).
4.Bộ nguồn dùng đèn điện tử: Làm việc ở tần số từ 50 KHz đến hàng MHz hay GHz, dùng
cho nung nóng cảm ứng và điện mi. Mạch điện có dạng mạch dao động ba điểm LC (Harley hay
Colpitt) phân cực lớp C ở tần số đến MHz hay dùng các đèn đặc biệt ở tần số siêu cao.
Đặc trng quan trọng của thiết bị nung nóng cảm ứng là là hệ số cng suất của tải rất thấp
khoảng 0.1 vì là cuộn dây khng lõi thép. Để giảm dòng qua các ngắt điện, cần mắc tụ điện song
song để tăng hệ số cng suất nên tải lun là mạch cộng hởng LCR.
Nh vậy, ta có thể thấy là các bộ nguồn dùng SCR có thể đợc dùng để nung nóng hay nấu
chảy kim loại ở cng suất lớn vì hoạt động chủ yếu ở tần số thấp. Để ti cao tần hay nấu luyện kim
loại ở số lợng nhỏ, ta có thể sử dụng mạch dao động dùng đèn điện tử để họat động ở tần số cao
hơn. Các bộ nguồn dùng transistor có thể thay thế đèn điện tử về nguyên tắc, đã và đang đợc phát
triển. Trong chơng này ta chỉ nghiên cứu các bộ nguồn dùng cho nung nóng cảm ứng.
V.2 Bộ NGUồN TầN Số CAO DùNG SCR:
1. Nghịch lu song song và nối tiếp:
Là các dạng nghịch lu sử dụng SCR làm phần tử đóng ngắt, có tụ điện ở mạch tải để đảm
bảo chuyển mạch. Trong mạch điện gồm R tải, tự cảm L và điện dung C tạo thành mạch cộng hởng
LCR, làm cho dòng qua SCR có thể về zero và tắt. Hình V.2.1 bao gồm hai mạch nghịch lu song
song: (a) là sơ đồ cầu, (b) là sơ đồ ghép biến áp; và (c) là nghịch lu nối tiếp.
Trang 3/ Chuong 5.doc Điện tử cng suất II A
+
+
L
I
SCR3
T
L1 L2

V
SCR1
+
C
-
R
+
L
C
+
V
SCR1
C

SCR2
_ SCR2
SCR4
_ V _ V
o
SCR1 SCR2 R
(a) (b) ( c)
Hình V.2.1: Nghịch lu song song (a) và (b), nối tiếp
(c). a. Nghịch lu song song: Khảo sát sơ đồ cầu
V.2.1.a.
Dạng sóng các phần tử trên sơ đồ V.2.1.a đợc vẽ trên hình V.2.2.b. Các SCR 1 và SCR 4 có
cùng dạng xung kích, SCR 2 và SCR3 đợc kích cùng lúc. Khi SCR 1 và SCR 4 dẫn điện, tụ điện C
đợc nạp đến điện áp có cực tính nh trên hình vẽ. Điện áp này sẽ đặt điện áp âm và làm tắt SCR 1 và
SCR 4 khi SCR2 và SCR3
đợc kích. Tự cảm L ở đầu
vào cách ly nguồn và cầu

chỉnh lu, làm cho dòng
điện cung cấp vào cầu chỉnh
lu khng thay đổi tức thời,
tránh khả năng chập mạch
tạm thời qua SCR 1 và SCR
2 (hay SCR 3 và SCR 4) khi
các SCR chuyển mạch.
b. Nghịch lu nối (a) (b)
tiếp: Hình V.2.2: Dạng áp, dòng của NL nối tiếp (a) và song song (b)
Mạch điện hình V.2.1.c là dạng đơn giản nhấựt trong nhóm mạch nghịch lu nối tiếp, có
mạch tơng đơng là LCR nối tiếp khi SCR dẫn điện. Ví dụ nh khi SCR 1 đợc kích, dòng qua
mạch sẽ về khng khi áp trên tụ điện đạt giá trị cực đại (có dấu nh trên mạch điện) và SCR sẽ tự
tắt. Vì thế mạch còn gọi là nghịch lu chuyển mạch tải. Khi SCR 2 đợc kích, tụ điện sẽ phóng
qua nó và dòng về khng khi áp trên tụ điện đảo cực tính, chuẩn bị cho chu kỳ kế tiếp - dạng sóng
hình V.2.2.a.
Hai mạch nghịch lu này đợc dùng làm bộ nguồn trung hay cao tần (nhóm thứ 3 trong
phần giới thiệu ở đầu chơng). Và nh vậy, ngoài nhiệm vụ tắt (chuyển mạch) SCR, các tụ điện
trong hai nghịch lu này còn có nhiệm vụ cải thiện hệ số cng suất của tải, giảm dòng qua các
ngắt điện.
Trong thời gian gần đây, các transistor đợc dùng thay cho SCR và nhu cầu chuyển mạch
trở nên khng cần thiết, tuy nhiên việc khảo sát nghịch lu cộng hởng vẫn có giá trị, và ta có khả
năng chuyển mạch transistor khi áp đặt vào nó bng khng: tăng độ tin cậy và hiệu suất của hệ
thống.
2. Khµo s¸t nghÞch lu nguån dßng t¶i céng hëng (nghÞch lu song song t¶i RL):
Trang 4/ Chuong 5.doc §iÖn tö c”ng suÊt II A
Nghịch lu song song
hình V.2.1 còn có thể gọi là
i
+ N
L

=
N


R i
C
nghịch lu nguồn dòng, khi tự
cảm nguồn L có giá trị đủ lớn.
Nghịch lu nguồn dòng có
nhiều u điểm khi sử dụng
SCR: mạch tắt SCR hiệu quả,
điều khiển đơn giản và ngày
S1 S3
i v i
o Tải RL C L
V i
o L
v
_ S2 C S4 Mạch tơng đơng
(C là tụ chuyển
mạch)
C
nay vẫn còn đợc sử Hình V.2.3: mạch tơng đơng NL nguồn dòng tải RL
dụng ở cấp cng suất lớn và rất lớn (và trăm kW đến nhiều MW). Hình V.2.3 trình bày sơ đồ
nguyên lý và mạch tơng đơng của NL nguồn dòng một pha tải RL. Tự cảm LN có giá trị lớn làm
cho dòng iN phẳng, khng đổi ở một giá trị tải. Dòng điện này đợc đóng ngắt thành xoay chiều để
cung cấp cho tải. Vậy trong điều kiện lý tởng, tải nhận đợc dòng điện là những xung vung có biên
độ I phụ thuộc tải. áp trên tải biến thiên liên tục (vì có C song song), ngăn cách với nguồn qua tự
cảm lọc nguồn LN . Thng thờng, ngời ta chỉ điều khiển cng suất tải thng qua thay đổi áp nguồn
một chiều vì khó thay đổi luật đóng ngắt. Nh các bộ nghịch lu nguồn dòng khác, do năng lợng chỉ

truyền một chiều,với cùng áp vào, áp ra phụ thuộc đặc tính tải.
- Khảo sát gần đúng nghịch lu nguồn dòng: Trong thực tế, điện kháng nguồn khng lớn v
cùng. Tuy nhiên khi tính toán gần đúng, ta vẫn có các giả thiết sau (hình V.2.3):
* Xung dòng cung cấp cho tải là xung hình vung, biên độ I.
* Tụ C và tải RL làm thành mạch cộng hởng, làm cho áp trên tải vC có dạng hình sin và nh
vậy chỉ có sóng hài bậc 1 của dòng cung cấp là i1 tạo ra cng suất.
Hình V.2.4.a cho ta các vector: VC là áp ra, I1 là hài cơ bản của dòng ra iO; IC , IL lần lợt là
dòng qua C và tải RL, ta có:
VC là áp ra, lệch dòng ra IL góc của tải RL. I1 sớm pha VC góc để có áp âm cần thiết
tắt đợc các SCR (phần gạch đứng tronghình V.2.4.b). Vậy C có nhiệm vụ làm cho tải có tính dung,
khng chỉ bù cos cho tải cuộn dây, giảm dòng cung cấp mà còn cung cấp khả năng chuyển mạch
cho SCR.
Ta có - góc lệch pha = .tq .
- Hiệu dụng hài bậc nhất dòng iO
là
2 2
I 1 I

Từ đồ thị vec tơ, ta có:
IL
tan


I C I L
.sin
I .cos

L

1 .sin

I C
I L
.cos

I C
1 B .sin


B .cos

với
B


I
L
I
C


Y L 1

Y C Z
C
,
Trang 5/ Chuong 5.doc §iÖn tö c”ng suÊt II A

V
i
o
I
V C
i
1


wt
I
C




v o
I
1
I
L
- I
SCR 1 và 4 dẫn
Hình V.2.4.a và (b).
2 2
Z là tổng trở tải RL, ( Z R wL và ta có )
| kích SCR 2 và 3
1 1
B sin

tan


B cos


. Để tính các dòng,
áp ta tính cng suất P bng hai cách từ nguồn một chiều (cung cấp) và tải (tiêu thụ) khi xem hiệu
suất hệ thống bng 1:
P V I V I C 1
.cos C
V a
2 2
I
.cos



V C


a .2
2
1

co
s

V
Từ áp ngỏ ra VC có thể suy ra cng suất P của mạch và dòng nguồn I.
Bài tập: Tính mạch nghịch lu nguồn dòng sơ đồ một pha. áp nguồn một chiều 500 V, tần số
làm việc 1 KHz, R = 15 ohm và L = 0.001 H
- Tính giá trị điện dung C để đảm bảo thời gian tắt SCR là 30 sec. - Tính giá
trị hiệu dụng áp ra VC, suy ra cng suất trên tải P và dòng nguồn I.
3. Bộ nguồn tần số cao dùng nghịch lu nguồn dòng:
Hình V.2.5 L n
trình bày mạch động
lực một bộ nguồn A T1 T2 T3
dùng cho nấu thép, B
T12
T11
L
Tp
Lp
Rp
+
cng suất từ vài chục C
kW đến MW.
Đầu vào là
C
T13 T14
T4 T5 T6
R Cp
_
chỉnh lu 3 pha cầu 6 Chỉnh lu đầu vào Nghịch lu Mạch mồi
SCR để điều khiển Hình V.2.5: Mạch mồi (Start up) cho nghịch lu song song tải cộng hởng.
cng suất bộ nghịch lu bng cách thay đổi áp cung cấp. Ln là cuộn kháng có trị số lớn đảm bảo tính
chất nghịch lu nguồn dòng.

Tải của bộ NL là vòng cảm ứng phía trong là kim loại cần nấu và có gng thép phía ngoài để
dẫn từ, có mạch tơng đơng là RL song song hay nối tiếp (hình V.2.5). Biến áp có thể đợc dùng để
điều hợp tổng trở giữa vòng cảm ứng và bộ nghịch lu (khng đợc vẽ trên hình).
Vì các SCR chỉ tắt đợc khi có áp trên mạch dao động tải nên tụ C cần phải đợc nạp giá trị
đầu khi khởi động thiết bị. Đây là một sự bổ sung khi đa sơ đồ NL nguồn dòng tải cộng hởng vào
thực tế. Mạch khởi động gồm Rp có trị số rất lớn cách ly tụ Cp và nguồn một chiều, Lp có trị số bé
hạn dòng phóng từ Cp vào mạch tải RLC khi Tp đợc kích. Tp tự tắt khi dòng qua nó bng 0 (vì Rp
đủ lớn). Một đặc điểm khác của nghịch lu song song là chỉ có thể dừng hoạt động khi ngắt nguồn
một chiều, khác với nghịch lu nối tiếp là chỉ cần ngắt xung SCR nghịch lu là đủ.
Trang 6/ Chuong 5.doc Điện tử cng suất II A
Nguyên lý điều khiển bộ nghịch lu là lun đảm bảo tần số hoạt động hơi lớn hơn tần số
cộng hởng để tải lun có tính dung, hay kiểm soát cos của tải và hiệu chỉnh dung lợng tụ
điện bù khi giữ tần số làm việc khng đổi. Trong thực tế, ngời ta sử dụng cả hai nguyên lý này:
Mạch điều khiển lun duy trì tần số phù hợp với mạch dao động tải, trong khi đó ngời ta lun
giám sát họat động của hệ thống và thay đổi giá trị L (đổi nối) và điện dung C theo trạng thái của
tải. Một thng số khác cần quan tâm là giá trị áp trên tụ cần phải bé hơn trị số cho phép để tránh
h hỏng. Nguyên lý này cũng đúng với bộ nguồn dùng nghịch lu nối tiếp nh khảo sát trong mục
sau.
4. Bộ nghịch lu nối tiếp làm việc với nguồn 3 pha (bộ nghịch lu - đổi pha):
Hình V.2.6a cho ta cái nhìn trung gian giữa sơ đồ giới thiệu nghịch lu nối tiếp (hình V.2.1c)
và mạch thực tế V.2.6b.
Cũng nh mạch cơ bản hình V.2.1c, SCR1 và SCR2 đợc kích ở hai bán kỳ tạo thành hai xong
dòng nguồn cung cấp cho tải R ở hai bán kỳ. Khác với sơ đồ ẵ cầu dùng cho cấp điện đóng ngắt
(chơng II), tụ điện C1, C2 khng tạo ra điểm giữa của nguồn, chúng có điện dung bé hơn nhiều và
là thành phần của mạch cộng hởng, làm tắt SCR khi dòng qua zero. Ta có thể xem C1, C2 và SCR1,
SCR2 tạo thành sơ đồ cầu của bộ nghịch lu.
Để ý khi viết phơng trình đặc trng của hệ thống, ta nối tắt nguồn áp V, hai tụ C1, C2 trở
thành song song với nhau tham gia vào mạch cộng hởng RLC.
+
C1 SCR1

L A T1 T2 T3
R B
i
o
V
V
L
C
TR
L
C2 o T4 T5 T6
v
o C
_ SCR2
C1 C2 C3 R
Hình V.2.6: (a) Nghịch lu nối tiếp có tụ chia đi. (b) Sơ đồ biến tần - đổi pha.
Nguyên lý hoạt động của sơ đồ nghịch lu - đổi pha hình V.2.6b hoàn toàn tơng tự. ta có thể
hình dung nó bao gồm nhóm tụ C1, C2, C3 nối vào ba pha, hai nhóm SCR T1, T2, T3 và T4, T5, T6
cung cấp cho tải RLC (qua biến áp TR). Nhóm SCR thứ nhất cung cấp xung dòng dơng và nhóm
thứ hai cung cấp xung dòng âm cho tải. Ví dụ nh trong hìnhV.2.7, tại wt = 1, ta kích luân phiên
T1 và T6 để tạo ra dòng xoay chiều qua tải. Việc sử dụng 3 linh kiện cho một nhóm cho phép nối
trực tiếp bộ nghịch lu vào lới xoay chiều ba pha.
Trình tự hoạt động cả các SCR trong hai nhóm ở một chu kỳ:
v
T1

T1


wt

5
1

6
2
4
3
5
wt 1
T6 
Trang 7/ Chuong 5.doc
T6

§iÖn tö c”ng suÊt II A
wt
Hình V.2.8 Dạng áp, dòng qua tải
Hình V.2.7: Xung kích khởi các SCR
T1 > T2 > T3 > T1 và T6 > T4 > T5 > T6 nh ở các sơ đồ chỉnh lu vì các
SCR này đợc mắc vào các pha điện lới
nên thứ tự hoạt động cũng chính là thứ tự
1
3
2 T1
A+
pha của lới điện. Hơn thế nữa, khi thay
đổi (làm chậm) khoảng hoạt động của
các SCR, ta có thểừ giảm áp cung cấp cho
A
Đồng
bộ B

C
Phát
xung
điều
khiển
pha 3
A_
1
2
1
2
3
3
T4
T2
mạch nghịch lu nối tiếp giống nh chỉnh
lu điều khiển pha.
Tóm lại, có thể hình dung BBĐ
pha, mỗi B+
SCR
dẫn góc
B_

1
2
1
3
T5
chính là sự kết hợp chỉnh lu điều khiển
pha, biến đổi điện lới thành một chiều

và nghịch lu nối tiếp biến đổi áp một
chiều thành xoay chiều tần số cao. Một
sơ đồ nh vậy rất thích hợp cho các bộ
nguồn cng suất lớn, vì chỉ biến đổi năng
Điều
khiển C+
áp
C_
2 3 T3
1
2 3 T6
lợng một lần, hiệu suất cao và giảm
cng suất SCR lắp đặt.
Một bất lợi lớn của sơ đồ là dòng
điện lới có thành phần tần số cao, yêu
Phát 2 D Q 5
xung 3 CLK
2 fo Q 6
cầu phải có bộ lọc đầu vào để làm tăng Hình V.2.8: Mạch phát xung kích khởi các
SCR hệ số cng suất của BBĐ và chống nhiễu truyền về lới.
V.3 Bộ NGUồN DùNG TRANSISTOR:
Theo nội dung phần V.2 trên, các bộ nguồn cho nung nóng cảm ứng trên khng cần phần tử
phụ cho chuyển mạch các SCR vì các SCR sẽ tự tắt khi dòng qua giá trị khng ở nghịch lu nối tiếp
hay bị đặt áp âm khi kích SCR nhánh đối diện ở nghịch lu song song. Sự chuyển mạch có đợc nhờ
tải là mạch cộng hởng nh vậy đợc gọi là chuyển mạch tải (load commutation). Trong những sơ đồ
hiện đại, ngời ta dùng transistor (mosFET, IGBT) thay thế SCR trong sơ đồ tơng tự. Việc sử dụng
transistor trong bộ nghịch lu tải cộng hởng có các ý nghĩa sau:
- Vì transistor đóng ngắt theo sự điều khiển, các ngắt điện khng cần điều kiện chuyển mạch
cho nên vùng thng số hoạt động của hệ thống đợc nới rộng. Ví dụ tải nghịch lu nguồn dòng khng
nhất thiết phải có tính dung kháng. Một kết quả khác là độ tin cậy của hệ thống đợc nâng cao do

ngắt điện lun chuyển mạch đợc.
- Tần số làm việc tối đa tăng, đến hàng MHz do giảm thng số động của của ngắt điện khi
dùng transistor thay cho thyristor: ton xuống dới micro giây, toff chỉ còn vài micro giây hay bé hơn
khi dùng MosFET.
Tuy nhiên, tổn hao trên ngắt điện có thể tăng do sụt áp thuận trên transistor thờng cao hơn
SCR ở dòng điện lớn.
1. Bé nghÞch lu nguån dßng dïng transistor:
Trang 8/ Chuong 5.doc §iÖn tö c”ng suÊt II A
Các SCR trong bộ NL nguồn dòng
đợc thay thế bng các transistor + diod nối
tiếp. Các diod này bảo vệ cho transistor khỏi
L D1
+
Q1
D3
Q3
áp ngợc khi chuyển mạch. Diod song song
ngợc là có sẵn (khi chế tạo) hay đợc mắc
thêm để bảo vệ. Hoạt động của mạch giống
C
V R
nh nghịch lu nguồn dòng: các ngắt điện
thay phiên hoạt động, góc dẫn 180O:
T1, T4 > T2, T3 > T1, T4 _
Sự khác biệt ở đây là ta khng sợ
D2 D4
Q4
Q2
chuyển mạch thất bại nên giá trị L nguồn có Hình V.3.1: Bộ nghịch lu nguồn dòng dùng
thể chọn nhỏ hơn khi dùng SCR, tần số hoạt transistor

động có thể lớn hay bé hơn tần số cộng hởng và khng cần mạch mồi để khởi động hệ thống.
2. Bộ nghịch lu nguồn áp làm việc với tải cộng hởng:
Khi sử dụng nghịch lu nguồn áp (có diod song song ngợc), mạch tải sẽ là mạch cộng
hởng nối tiếp hay hỗn hợp nh hình V.3.2. Nh ta đã biết, vì ngắt điện chỉ dẫn điện một chiều,
các bộ nghịch lu nguồn dòng là một bẫy năng lợng: năng lợng cung cấp phải đợc tiêu thụ hết,
nếu khng sẽ làm biên độ dao động tăng lên, có thể gây quá áp trên tụ điện. Việc sử dụng diod
song song làm cho năng lợng đợc truyền hai chiều. Khả năng trả đợc năng lợng phản kháng
về nguồn làm cho bộ nghịch lu có thể làm việc khng tải (hay tải bé) mà khng làm quá áp các
phần tử.
+
C1
Q1
D1
+
C1
Q1
L
+
Q1
Q3
R
V
C2
_
V
o
L
Q2
D2
V

_
C2
R
V o
L
Q2
V
_
L

L

C
R
L
o
Q2
Q4
(a) (b) (c)
Hình V.3.2: Nghịch lu nối tiếp tải cộng hởng khi khng (a) và có (b),(c) trả năng lợng về lới.
(a), (b) là sơ đồ nhận đợc khi thay thế SCR trong hìnhV.2.6a bng IGBT, (c) là sơ đồ cầu IGBT, tải là
vòng cảm ứng RLo có tụ C bù cos . Tự cảm L nối tiếp nhm cách ly nguồn một chiều và tải cộng
hởng.
Một vấn đề phát sinh khi làm việc dới tần số cộng hởng là quá trình trả năng lợng về nguồn
sẽ tác động trở lại quá trình nạp năng lợng vào mạch dao động, đợc so sánh trong hình sau khi m
phỏng các mạch điện hình V.3.2 dùng PowerSIM:
* Sơ đồ hình V.3.2a:
Dßng qua L, còng lµ dßng qua t¶i R, lµ nh÷ng xung h×nh sin, vÒ kh”ng khi ¸p trªn C ®¹t cùc
®¹i, sau ®ã dßng qua ng¾t ®iÖn b”ng kh”ng vµ C gi÷ nguyªn ®iÖn ¸p cho ®Õn khi ng¾t ®iÖn kÕ ho¹t
®éng.

Trang 9/ Chuong 5.doc §iÖn tö c”ng suÊt II A
Hình V.3.3: Các dạng áp của sơ đồ hình V.3.2a
* Sơ đồ hình V.3.2b:
Mạch hình V.3.2b giống nh hình V.3.2a nhng khng có diod chặn xung dòng trả năng
lợng về nguồn một chiều. Từ các dạng sóng trên hình V.3.4, ta nhận xét biên dộ dòng điện qua
L, áp trên C đều giảm do quá trình trả năng lợng dao động về nguồn điện qua các diod song song
ngợc.
Hình V.3.4: Các dạng áp của sơ đồ hình V.3.2b
* Sơ đồ hình V.3.2c:
Hai mạch V.3.2 (a) và(b) ít đợc gặp trong thực tế. Khi tải là vòng cảm ứng ngời ta lun mắc
song song với nó một tụ điện tạo thành mạch cộng hởng RL OC. Nhiệm vụ tụ điện này là nâng cao
hệ số cng suất của vòng cảm ứng, giảm dòng qua ngắt điện và nguồn. Khi đó, hoạt động của bộ
nghịch lu bao gồm 2 quá trình: dao động của mạch cộng hởng tải RLOC và sự đóng ngắt nguồn để
nạp năng lợng vào mạch cộng hởng này. Do tính chọn lọc của mạch cộng hởng, áp trên tải sẽ là dao
động hình sin cùng tần số điều khiển và ta phải nối tiếp thêm cuộn dây L để gánh chênh lệch áp
nguồn với tải. Phụ thuc vào giá trị L, ta có hai trờng hợp sau:
* Khi L bé, L + RLOC có tần số dao động cao hơn tần số kích Transistor làm cho dòng qua
Trang 10/ Chuong 5.doc Điện tử cng suất II A
nó về zero nhanh và đảo chiều. Xung dòng ngợc làm giảm năng lợng cung cấp cho mạch cộng h-
ởng (hình V.3.5).
Một nhận xét quan trọng là các transistor lúc này đợc tắt khi dòng và áp đều bng khng,
tổn hao đóng ngắt có thể xem nh bng khng. Đây cũng là một u điểm khi dùng transistor cho NL
nguồn áp.
Hình V.3.5: Các dạng áp của sơ đồ hình V.3.2c khi L bé
* Khi L có trị số quá lớn, phần xung dòng ngợc giảm nhng do có lệch pha giữa iL và vC,
cng suất khng tăng nh dự định (hình V.3.6).
Hình V.3.6: Các dạng áp của sơ đồ hình V.3.2c khi L lớn
3. Mạch dao động hình sin cng suất :
Các sơ đồ dao động dùng đèn điện tử cho nung nóng cảm ứng đợc phát triển từ lâu, khi xuất
hiện các đèn ba cực cng suất. Đó là các mạch dao động LC ba điểm nh Colpitts (hai tụ điện),

Harley(hai tự cảm) nh hình V.3.7 sau.
Phần tử tác động (Triode) đợc phân cực ở lớp C để nâng cao hiệu suất của mạch. Khi khởi
động, điện thế cực cổng bng khng nên đèn sẽ dẫn điện. Tụ nối tầng C2 phóng điện sẽ làm cho
Trang 11/ Chuong 5.doc Điện tử cng suất II A
+
mạch cộng hởng dao động và mạch phân cực tự động L2,R1 sẽ là cho triode tiến dần qua vùng
khóa. Từ đó, triode chỉ chuyển sang trạng thái dẫn điện khi áp anode là bé nhất. Nhờ
Hình V.3.7: Dao động cng suất dùng đèn ba cực (triode)
đó, tổn hao sẽ là bé nhất. Một biến áp ngỏ ra dùng để điều hợp tổng trở giữa vòng cảm ứng và mạch
dao động. Ngời ta chỉnh phân cực cho đèn bng tổ hợp C4, L2, R1 (tinh chỉnh bng R1). Tần số
dao động đợc điều khiển bng cách thay đổi tụ dao động C3, cuộn dây phản hồi L5 và mạch phân
cực.
Cng suất dao động đợc điều khiển bng cách thay đổi áp nguồn một chiều. Vì triode làm
việc ở điện áp trên dới 10 KV, ngày nay ngời ta thờng dùng bộ biến đổi áp AC đề điền khiển áp sơ
cấp biến áp tăng áp + chỉnh du diode bán dẫn ở thứ cấp thay cho chỉnh lu dùng thyratron cồng
kềnh, hiệu suất kém.
Từ lâu, ngời ta đã chuyển các sơ đồ dao động dùng đèn qua bán dẫn. Mạch dao động cũng
có dạng tơng tự với khi dùng đèn, với u điểm là mạch điện rất đơn giản, hiệu quả nhng nhợc điểm
là hiệu suất kém hơn các mạch dùng ngắt điện (còn gọi là khuếch đại lớp D). Do đó các sơ đồ dùng
mạch dao động thờng dùng khi cng suất bé hay tần số rất cao, lúc các mạch phát xung khng kiểm
soát tốt họat động của BBĐ.
BàI ĐọC THÊM Về CáC PHƯƠNG PHáP NUNG NóNG
KHáC: Other electric heating method
Resistance heating
This is the method which heats by joule calorie which is generated by currency within
resistance. And direct one is the method which heats work with electric conductivity
by inputting curenncy.On the other side, indirect one is the method which uses
resistance and heats work through it in directly by radiation, convection and
conduction.
Dielectric heating and microwave heating

It is the method which heats non-electric conductivity works in alternative electrical
fields. And especially, dielectric heating method which uses quite high frequency is
called microwave heating.
Infrared heating
This is the method which uses radiation of infrared. Infrared valve and other
resistance heat is applied as heat source, so this method is a kind of resistance
heating. Infrared heating use heat radiation radiation.
 Arc heating and plasma heating
This is the method which uses heat generated by arc. Direct one uses work material as
electrode. And indirect one heat with arc heat by radiation, convection and conduction.
Trang 12/ Chuong 5.doc §iÖn tö c”ng suÊt II A
 Electron beam heating and ion beam heating
This is the method which uses electrum beam. The work is in vacuum and gets quite
high power density through electron lens.
 Laser heating
This is the method which use laser. The heating work is in air, and gets quite high
power density through optical lens.
The comparison between induction heating and other
method  The comparison with resistance heating
1. The resistance heating must have much loss and low efficiency because it has
much heat
capacity.
2. The resistance heating cannot heat up to temperature more than limit of material of resistance.
3. The power density of resistance heating is much lower than induction
heating(maximam
20W/cm2 for resistance heating). Therefore heating speed of resistance heating is
slow and
failure on heat conduction on resistance (ex in vacuum) induce over-heat.
4. The price of resistance heater is very cheap.
 The comparison with dielectric heating and microwave heating

The work applied for dielectric heating cannot be suit for induction heating. So
generally both seeds cannot be compared each other.
 The comparison with infrared heating
1. The infrared heating must have much loss and low efficiency because it has
much heat
capacity.
2. The infrared heating cannot heat up to temperature more than limit of infrared heater.
3. The power density of infrared heating is much lower than induction heating.
Therefore heating
speed of infrared heating is slow and depends on emissivity of the surface of work.
4. The price of infrared heater is very cheap.
 The comparison with arc heating
1. The arc heating is mainly used for melting of iron, and induction heating is used for
melting of
other metal.
2. The initial cost of arc furnace is relatively cheap because it uses line frequency, and
it is used
for large plants. On the other hand the cost of induction heating furnace is
expensive if it use
high frequency invertors.
 The comparison with electron , ion and laser beam heating
1. The electron beam heating is used for very special field of melting and bonding.
The electron