Giáo trình hướng dẫn thực hành tổng hợp điện tử công suất

MỤC LỤC

Bài thực hành số 01. CÁC THIẾT BỊ, DỤNG CỤ ĐO DÙNG TRONG THỰC HÀNH
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 7
1.1. Mục đích, yêu cầu 7
1.2. Sử dụng các thiết bị, dụng cụ đo và thực hành 7
1.3. Thực hành mô phỏng điện tử công suất 16
Bài thực hành số 2. KHẢO SÁT LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 25
2.1. Mục đích, yêu cầu 25
2.2. Tóm tắt cơ sở lý thuyết 26
2.3. Thực hành nhận dạng, kiểm tra, tra cứu các linh kiện điện tử công suất 38
2.4. Bảo vệ linh kiện điện tử công suất 53
Bài thực hành số 03. THỰC HÀNH KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH CỦA LINH KIỆN ĐIỆN
TỬ CÔNG SUẤT 57
3.1. Mục đích, yêu cầu 57
3.2. Khảo sát đặc tính các linh kiện điện tử công suất cơ bản 58
Bài thực hành số 04. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN 66
4.1. Mục đích, yêu cầu 66
4.2. Các phương pháp điều khiển 67
Bài thực hành số 5. THỰC HÀNH MẠCH CHỈNH LƯU MỘT PHA 82
5.1. Mục đích, yêu cầu 82
5.2. Chỉnh lưu một pha không điều khiển 83
5.3. Chỉnh lưu một pha có điều khiển 85
Bài thực hành số 6. THỰC HÀNH MẠCH CHỈNH LƯU 3 PHA 92
6.1. Mục đích, yêu cầu 92
6.2. Chỉnh lưu ba pha không điều khiển 93
6.3. Chỉnh lưu ba pha có điều khiển 96
Bài thực hành số 07. BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU 102
7.1. Mục đích, yêu cầu 102
7.2. Tóm tắt cơ sở lý thuyết 103

7.3. Thực hành 104
Bài thực hành số 8. BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU 112

8.1. Mục đích, yêu cầu 112
8.2. Cơ sở lý thuyết chung 113
8.3. Thực hành 113
Bài thực hành số 09. THỰC HÀNH BỘ NGHỊCH LƯU 124
9.1. Mục đích, yêu cầu 124
9.2. Tóm tắt cơ sở lý thuyết 125
9.3. Thực hành 127
Bài thực hành số 10. THIẾT BỊ BIẾN TẦN 133
10.1. Mục đích, yêu cầu 133
10.2. Thực hành thiết bị biến tần 133
TÀI LIỆU THAM KHẢO 157

BẢNG CHỮ VIẾT TẮT

AC (Dòng điện) xoay chiều
ACV Thang đo điện áp xoay chiều
BJT Transistor lưỡng cực
DC (Dòng điện) một chiều
DCV Thang đo điện áp một chiều
PWM Điều chế độ rộng xung
SCR Thyristor
VOM Đồng hồ vạn năng

7

Bài thực hành số 01
CÁC THIẾT BỊ, DỤNG CỤ ĐO DÙNG TRONG THỰC HÀNH
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
1.1. Mục đích, yêu cầu
1.1.1. Mục đích
Giúp cho học viên có thể sử dụng thành thạo các thiết bị và dụng cụ đo,
kiểm tra, hỗ trợ quá trình thực hành điện tử công suất nói riêng cũng như khi sửa
chữa, bảo quản, bảo dưỡng các trang thiết bị điện, điện tử.
1.1.2. Yêu cầu

Học viên cần nắm chắc tính năng, cấu tạo, thông số, phương pháp sử dụng
các thiết bị, dụng cụ đo, kiểm tra trong quá trình thực hành.
1.1.2. Các dụng cụ thực hành
Các thiết bị và dụng cụ dùng trong bài thực hành bao gồm:
- Đồng hồ vạn năng (dạng số hoặc dạng kim);
- Máy hiện sóng (dao động ký);
- Máy vi tính có cài đặt phần mềm mô phỏng PSIM.
- Một số dụng cụ hỗ trợ quá trình thực hành, sửa chữa khác.
1.2. Sử dụng các thiết bị, dụng cụ đo và thực hành
1.2.1. Hướng dẫn sử dụng máy hiện sóng
a) Sơ lược về các chức năng cơ bản
Máy hiện sóng (Oscilloscope hay còn gọi là dao động ký) là một thiết
bị quan trọng không thể thiếu trong nghiên cứu và thực hành thiết bị điện tử
nói chung và điện tử công suất nói riêng. Nó chủ yếu được sử dụng để vẽ
dạng sóng của tín hiệu điện thay đổi theo thời gian từ đó có thể xác định được
biên độ, tần số của tín hiệu; góc lệch pha giữa hai tín hiệu,… Ngoài ra máy
hiện sóng còn dùng rất nhiều trong các phép đo khác như vẽ đặc tuyến tần số
của bộ khuếch đại, vẽ đường cong từ trễ, và nếu có lắp thêm các thiết bị bổ
trợ khác thì nó còn có thể dùng để đo, kiểm tra điện trở, tụ điện, diode,…
Máy hiện sóng có thể được phân thành máy hiện sóng tương tự và máy
hiện sóng điện tử (số). Máy hiện sóng điện tử lại có nhiều loại:
+ Theo số tia: Máy hiện sóng một tia, hai tia và nhiều tia;
+ Theo độ lưu ảnh: Máy hiện sóng lưu ảnh và máy hiện sóng không
lưu ảnh.
8

Máy hiện sóng tương tự (Analog oscilloscope) sẽ chuyển trực tiếp tín
hiệu điện cần đo thành dòng electron bắn lên màn hình. Điện áp làm lệch
chùm electron một cách tỉ lệ và tạo ra dạng sóng tương ứng trên màn hình một
cách tức thời. Trong khi đó, máy hiện sóng số (digital osciloscope) sẽ lấy mẫu

dạng sóng, đưa qua bộ chuyển đổi tương tự-số (ADC) sau đó nó sử dụng các
thông tin dưới dạng số để tái tạo lại dạng sóng trên màn hình.

Hình 1.1. Máy hiện sóng hai tia
Tuỳ vào ứng dụng mà
người ta sử dụng máy hiện sóng
loại nào cho phù hợp. Thông
thường, nếu cần hiển thị dạng tín
hiệu dưới dạng thời gian thực thì
sử dụng máy hiện sóng tương tự.
Khi cần lưu giữ thông tin cũng
như hình ảnh để có thể xử lý sau
hay in ra dạng sóng thì người ta
sử dụng máy hiện sóng số có
khả năng kết nối với máy tính và
các bộ vi xử lý.
Một máy hiện sóng bao
gồm các panel: Màn hình hiển
thị sóng; phần điều khiển theo trục X (CH2 or X), trục Y (CH1 or Y), đồng bộ
và chế độ màn hình; phần kết nối đầu đo

Hình 1.2. Các trục màn hình máy hiện sóng
9

- Màn hình của máy hiện sóng được chia thành các ô với 10 ô theo
chiều ngang và 8 ô theo chiều đứng. Ở chế độ hiển thị thông thường, máy
hiện sóng hiển thị dạng sóng biến đổi theo thời gian: Trục đứng Y là trục điện
áp, trục ngang X là trục thời gian. Độ chói hay độ sáng của màn hình đôi khi
còn gọi là trục Z.
b) Công dụng các nút chỉnh trên máy hiện sóng

- POWER: Nút tắt mở nguồn cung cấp cho Oscillocope (ON/OFF)
- INTENSITY: Núm điều chỉnh độ sáng tia quét (điều chỉnh độ đậm
nhạt của tia quét hay còn gọi là độ nhòe).
- TRACE ROTATION: Vít chỉnh độ lệch tia quét về vị trí nằm ngang
(dùng khi tia quét bị nghiêng).
- FOCUS: Núm điều chỉnh độ nét của tia quét.
- GND: Đầu đo nối mass của máy (nối với vỏ máy hay linh kiện)
- CAL (2VPP): Đầu cung cấp tín hiệu dạng sóng vuông chuẩn 2Vpp
(Vpp là điện áp đỉnh-đỉnh của tín hiệu, là giá trị được tính từ đỉnh dưới đến
đỉnh trên của tín hiệu, tần số thường bằng 1KHz dùng để kiểm tra độ chính
xác về biên độ cũng như tần số của máy hiện sóng trước khi sử dụng. Ngoài
ra còn dùng để kiểm tra lại sự méo do đầu que đo (probe) gây ra. Tùy theo
loại máy mà tần số và biên độ sóng vuông chuẩn đưa ra có thể khác nhau.
- CH1 or Y: Kênh 1 hoặc theo trục đứng Y.
- CH2 or X: Kênh 2 hoặc theo trục ngang X.
Các kênh CH1 or Y và CH2 or X bao gồm các bộ phận sau:
+ POSITION: Núm điều chỉnh vị trí tia sáng của mỗi kênh (theo chiều
đứng Y hoặc chiều ngang X);
+ VOLTS/DIV: Các núm điều chỉnh biên độ của dạng sóng (hệ số
khuếch đại) hiển thị theo chiều dọc và ngang, trong khoảng từ 5mV/DIV đến
20V/DIV trong đó thang điện áp VOLTS là núm to bên ngoài (giá trị điện áp
tính bằng V trên một ô chia tương ứng).
+ AC-GND-DC: Chuyển mạch chọn chế độ quan sát tín hiệu. Tại vị trí
AC có thể quan sát dạng sóng mà không cần quan tâm thành phần DC. Tại vị
trí DC dùng để đo mức DC của tín hiệu. Bật về vị trí này, dạng sóng không
xuất hiện, chỉ xuất hiện đường sáng nằm ngang của thành phần DC. Tại vị trí
GND thì ngõ vào tín hiệu nối mass không hiển thị được dạng tín hiệu trên
màn hình.
10

+ BAL: Vít điều chỉnh độ thăng bằng cho mỗi kênh.
Các núm điều chỉnh cho cả hai kênh gồm:
- VERT MODE: Công tắc chọn chế độ hiển thị các kênh đo:
+ CH1: Chỉ hiển thị kênh CH1.
+ CH2: Chỉ hiển thị kênh CH2.
+ DUAL: Hiển thị cho cả CH1 và CH2.
+ ADD: Cộng hai dạng sóng kênh CH1 và kênh CH2 lại với nhau (về
biên độ) để cho ra dạng sóng tổng.
- TRIGGER LEVEL: Cho phép hiển thị một ô chia tín hiệu đồng bộ với
điểm bắt đầu của dạng sóng dùng để chỉnh cho hình đứng lại khi nó bị trôi ngang.
- CH1 INPUT, CH2 INPUT: Các zắc cắm đầu vào nối với đầu đo dùng
cho kênh CH1, CH2 để đo tín hiệu.
- MODE (hoặc COUPLING): Chuyển mạch đặt chế độ kích khởi trong
các trường hợp sau:
+ AUTO: Mạch quét ngang tự động quét. Chế độ này chỉ cho (phép)
kích khởi các tín hiệu lớn hơn 100Hz. Đối với các tín hiệu nhỏ hơn 100Hz
cần đặt ở chế độ NORMAL.
+ NORMAL: Chế độ kích khởi bình thường. Ở chế độ này khi mất tín
hiệu kích khởi mạch quét ngang sẽ ngưng hoạt động, tức là sẽ mất vệt sáng
trên màn hình.
+ TV-V: Loại bỏ thành phần DC và xung đồng bộ tần số cao của tín
hiệu hỗn hợp hình ảnh. Tần số kích khởi nhỏ hơn 1KHz.
+ TV-H: Loại bỏ thành phần DC và xung đồng bộ tần số thấp của tín
hiệu hỗn hợp hình ảnh. Dải tần hoạt động từ 1KHz trở lên.
- SOURCE: Chọn nguồn tín hiệu kích khởi, nếu chọn sai, hình sẽ bị
trôi, gồm:
+ CH1: Tín hiệu kênh CH1.
+ CH2: Tín hiệu kênh CH2.
+ LINE: Tần số nguồn điện xoay chiều AC.
+ EXT: Tín hiệu được cung cấp từ Jack EXT TRIGGER.

+ EXT EXTENAL: Tín hiệu được cung cấp từ bên ngoài.
11

+ HOLD OFF: Sử dụng nút điều chỉnh này trong trường hợp dạng sóng
được tạo thành từ các tín hiệu lặp đi lặp lại và núm TRIGGER LEVEL không
đủ để đạt được dạng sóng ổn định.
- PULL CHOP: Ở chế độ này hai kênh CH1, CH2 được hiển thị luân
phiên xuất hiện với tần số khá cao làm cho người sử dụng cảm thấy dạng sóng
là liên tục. Chế độ này thích hợp với việc quan sát hai tín hiệu có tần số cao
(TIME/DIV lớn hơn 1ms/div).
- EXT TRIGGER INPUT: Jack nối với nguồn tín hiệu bên ngoài dùng
để tạo kích khởi cho mạch quét ngang. Để sử dụng ngõ này ta phải đặt nút
SOURCE về vị trí EXT.
- POSITION: Chỉnh vị trí ngang của tia sáng trên màn hình, nó cũng
chỉnh vị trí X (ngang) trong chế độ X-Y.
- PULL X10 MAG: Khi kéo theo bề ngang của tia sáng được nới rộng
gấp 10 lần.
- TIME/DIV: Núm định thời gian quét tia sáng trên một ô chia. Khi đo
tín hiệu có tần số càng cao phải đặt giá trị TIME/DIV về giá trị càng nhỏ. Khi
đặt giá trị TIME/DIV về vị trí càng nhỏ thì bề rộng của tín hiệu càng rộng ra
do đó nếu đặt TIME/DIV về vị trí nhỏ quá (vượt quá giá trị cho phép) thì tín
hiệu hiển thị trên màn hình sẽ biến thành lằn sáng nằm ngang (vì vượt quá bề
rộng màn hình).
- VAR: Núm chỉnh bề rộng của tín hiệu hiển thị trên màn hình.
- INVERT: Đảo dạng sóng của tín hiệu (đảo pha 180
0
).
c) Sử dụng máy hiện sóng
Nội dung 1: Hiệu chuẩn máy hiện sóng
Trước khi bắt đầu đo ta phải chỉnh máy trở về trạng thái chuẩn của nó.

Một số máy hiện sóng có chế độ AUTOSET hoặc PRESET để thiết lập lại
toàn bộ phần điều khiển, nếu không ta phải tiến hành bằng tay trước khi sử
dụng máy. Các bước thực hiện như sau:
- Bước 1: Chưa bật nguồn cung cấp, đặt các núm chức năng điều khiển
độ hội tụ FORCUS, cường độ chùm tia INTENSITY và điều khiển hệ số
khuếch đại VOLTS/DIV ở vị trí thấp nhất (tận cùng bên trái) và các chức
năng điều khiển vị trí dọc và ngang POSITION ở vị trí gần điểm giữa.
- Bước 2: Bật công tắc cấp nguồn cho máy hiện sóng. Sau khoảng thời
gian khởi động để sấy nóng máy hiện sóng, tạo ra cường độ chùm tia yêu cầu.
12

- Bước 3: Điều chỉnh chức năng điều khiển cường độ chùm tia
INTENSITY để có vệt sáng rõ ràng xuất hiện trên màn hình. Điều chỉnh chức
năng điều khiển vị trí dọc và ngang POSITION nếu cần (đôi khi hệ số khuếch
đại ngang có thể biểu hiện thành vệt sáng nếu điểm sáng bắt đầu ngoài khung
màn hình). Khi điểm sáng có thể nhìn thấy, di chuyển điểm sáng vào tâm màn
hình và điều chỉnh độ hội tụ FORCUS, độ nhòe INTENSITY để làm cho
điểm sáng gọn. Chức năng điều khiển cường độ tia cần phải được điều chỉnh
để điểm sáng không quá chói hoặc không quá mờ.
- Bước 4: Đặt chế độ quét theo vị trí quét trong và điều chỉnh hệ số
khuếch đại ngang để mở rộng điểm sáng thành đường sáng đầy đủ ngang trên
màn hình. Kiểm tra sự di chuyển theo chiều dọc của đường sáng ngang. Mạch
khuếch đại dọc định chuẩn có sẵn trong thiết bị đo.
- Bước 5: Mắc đầu đo vào chỗ CAL và chỉnh các nút VOLTS/DIV và
TIME/DIV sao cho dạng sóng là sóng vuông 2 p-p (2 volt đỉnh - đỉnh). Một
số máy có thể yêu cầu trị số khác, số này có ghi trên máy.
Quá trình sử dụng máy hiện sóng để đo tín hiệu cần chú ý một số vấn
đề sau:
- Mỗi thanh đo gồm có đầu đo (CH1 INPUT hoặc CH2 INPUT) và
mass. Chỉ việc gắn hai đầu này vào hai điểm cần đo. Lưu ý chế độ đang đo là

AC hay DC mà chỉnh cần gạt cho phù hợp.
- Có thể dạng sóng là quá lớn hay quá nhỏ so với màn hình. Lúc này ta
chỉnh các nút POSITION để có dạng sóng nằm trong màm hình. Để đọc các
trị số của tính hiệu ta lưu ý số ô và trị số của nút VOLTS/DIV.
- Đối với máy hiện sóng hai tia, mỗi máy sẽ có hai dây đo tín hiệu vào.
Khi sử dụng dây nào ta lưu ý phải chỉnh thanh điều khiển về kênh đó (CH1
hoặc CH2) hoặc cả hai kênh.
- Mỗi ô vuông trên màn hình sẽ tương đương với một đơn vị nhất định
của thang đo.
Nội dung 2: Sử dụng máy hiện sóng để quan sát tín hiệu
Để quan sát được tín hiệu chỉ cần thiết lập máy ở chế độ đồng bộ trong
và điều chỉnh tần số quét và TRIGGER để dạng sóng đứng yên trên màn hình.
Khi này có thể xác định được sự biến thiên của tín hiệu theo thời gian như thế
nào. Các máy hiện sóng hiện đại có thể cho phép cùng một lúc có thể đo hai,
bốn hoặc tám tín hiệu có dạng sóng bất kỳ và tần số quan sát có thể lên tới
400MHZ.
13

Nội dung 3: Tính toán giá trị điện áp của tín hiệu đo
Việc tính giá trị điện áp của tín hiệu được thực hiện bằng cách đếm số ô
trên màn hình và nhân với giá trị VOLTS/DIV.
Ví dụ: Cho tín hiệu đo như trên hình 1.3. Nếu VOLTS/DIV chỉ 1V thì
tín hiệu có các giá trị điện áp sau:
+ Giá trị điện áp đỉnh: Vp = 2,7 ô x 1 = 2,7V;
+ Giá trị điện áp đỉnh – đỉnh: Vpp = Vp x 2 = 5,4V;
+ Giá trị điện áp hiệu dụng: Vrms = Vp/0.707 = 1,89V

Hình 1.3. Cách xác định giá trị điện áp của tín hiệu đo
Ngoài ra, với tín hiệu xung người ta còn sử dụng máy hiện sóng để xác
định thời gian tăng sườn xung (rise time), giảm sườn xung (fall time) và độ

rộng xung (pulse width) với cách tính như trên.
Nội dung 4: Đo tần số và khoảng thời gian
Khoảng thời gian giữa hai điểm của tín hiệu cũng được tính bằng cách
đếm số ô theo chiều ngang giữa hai điểm và nhân với giá trị của TIME/DIV.
Việc xác định tần số của tín hiệu được thực hiện bằng cách tính chu kỳ
T theo cách như trên sau đó nghịch đảo giá trị của chu kỳ ta tính được tần số.
T
1
f  (Hz)
Chu kỳ T được tính bằng số ô của một chu kỳ tín hiệu nhân với số
thang của TIME/DIV.
Ví dụ: Giả sử ta chỉnh thang chu kỳ cho mỗi chu kỳ tín hiệu nó chiếm
khảng 1,25 ô như hình 1.4, thang TIME/DIV bằng 10ms thì:
T= 1,25x10ms = 12,5ms = 12,5x10
-3
s  f = 80Hz.
14


Hình 1.4. Cách tính tần số tín hiệu đo
1.2.2. Hướng dẫn sử dụng đồng hồ vạn năng
Đồng hồ vạn năng (VOM) cũng là thiết bị quan trọng không thể thiếu
trong thực hành điện nói chung và điện tử công suất lớn nói riêng. Đồng hồ
vạn năng có hai loại là chỉ thị bằng kim và chỉ thị số.


a) b)
Hình 1.5. Đồng hồ vạn năng dạng kim (a) và dạng số (b)
15

Chức năng cơ bản của đồng hồ vạn năng là đo dòng điện, điện áp (DC
hoặc AC) và điện trở. Ngoài ra còn có các chức năng khác đối với những
đồng hồ cao cấp hơn như là đo tụ điện, đo hệ số khuếch đại của transitor, đo
tần số Cách thức sử dụng đồng hồ vạn năng dạng kim và dạng số cơ bản là
giống nhau và tương đối đơn giản.
Trong thực hành điện tử công suất cũng như điện tử ứng dụng nói
chung thường người ta sử dụng đồng hồ vạn năng dạng kim vì nó có các ưu
điểm nổi bật so với đồng hồ vạn năng dạng số như dễ kiểm tra và quan sát
tình trạng hư hỏng của linh kiện, có thể nhanh chóng phát hiện ra hư hỏng của
linh kiện.
Trong tài liệu này trình bày các hướng dẫn cơ bản khi sử dụng đồng hồ vạn
năng trong thực hành ứng dụng gồm: đo điện áp, đo dòng điện và đo điện trở.
a) Đo điện áp
Có thể tín hiệu cần đo là tín hiệu xoay chiều (AC) hoặc tín hiệu một
chiều (DC). Khi đo người sử dụng cần đặt đúng vị trí tương ứng với loại tín
hiệu cần đo và thang đo cho phù hợp. Thang đo của đồng hồ cần có giá trị cao
hơn điện áp nguồn cần đo. Nếu để giá trị thang thấp hơn điện áp cần đo
thì đồng hồ vạn năng có thể bị hư hỏng. Nếu để thanh quá cao so với giá trị
cần đo thì kim báo thiếu chính xác. Lưu ý tuyệt đối không để thang đo điện
trở hay thang đo dòng điện khi đo điện áp đồng hồ sẽ bị hỏng ngay lập tức.
Nếu để thang đo điện áp DC mà đo vào nguồn AC thì kim đồng hồ
không báo, nhưng đồng hồ không bị hư hỏng.
Trường hợp cần đo điện áp một chiều, cần chuyển thang đo về thang
DC. Khi đo ta đặt que đỏ vào cực dương (+) nguồn, que đen vào cực âm (-)
nguồn, để thang đo cao hơn điện áp cần đo một nấc. Khi đo điện áp DC mà để
đồng hồ ở thang xoay chiều thì đồng hồ sẽ báo sai, thông thường giá trị báo
sai cao gấp hai lần giá trị thực của điện áp DC, tuy nhiên đồng hồ cũng không
bị hỏng.
Khi đo điện áp AC thì đọc chỉ số trên thang ACV và khi đo điện áp DC
thì ta đọc giá trị trên vạch chỉ số DCV.A. Nếu để thang đo 250V thì ta đọc

trên vạch có giá trị cao nhất là 250, tương tự nếu để ở thang 10V thì đọc trên
vạch có giá trị cao nhất là 10. Trường hợp để ở nấc đo 1000V nhưng không có
vạch nào ghi cho giá trị 1000 thì đọc trên thang chia độ giá trị lớn nhất bằng
10V sau đó nhân với 100 để được kết quả cuối cùng.
b) Đo dòng điện
Việc đo dòng điện bằng đồng hồ vạn năng cũng được sử dụng tương tự
như đo điện áp. Tuy nhiên khi đo dòng điện, đồng hồ vạn năng chỉ cho phép
16

dòng điện khá nhỏ chạy qua. Do vậy cần phải ước lượng được khoảng giá trị
dòng điện của đoạn mạch cần đo để tránh quá tải gây hư hỏng cho đồng hồ.
Lưu ý khi đo dòng điện cần mắc hai que đo của đồng hồ nối tiếp với đoạn
mạch cần đo dòng. Nếu đoạn mạch đó được cấp nguồn điện một chiều thì các
que đo cần để đúng cực tính. Việc đọc trị số của dòng điện cũng giống như
đọc trị số của điện áp như đã trình bày ở trên.
c) Đo điện trở
Ứng dụng thang đo điện trở của đồng hồ vạn năng rất phổ biến trong sửa
chữa thiết bị điện và điện tử. Ta có thể sử dụng thang đo điện trở để xác định:
- Đo kiểm tra giá trị của điện trở hay trở kháng của đoạn mạch;
- Đo kiểm tra sự đứt mạch, chập mạch của một đoạn dây dẫn, đoạn
mạch in hay các cuộn dây máy điện.
- Đo kiểm tra sự phóng nạp, chập mạch, rò của tụ điện;
- Đo kiểm tra tình trạng làm việc, kiểu loại linh kiện bán dẫn cũng như
thứ tự chân của các linh kiện điện tử.
Dải đo điện trở có nhiều thang đo: x1, x10, x100, x1K, x10K
và x100K. Cần xác định giá trị của linh kiện hay đoạn mạch cần đo để sử
dụng thang đo cho hợp lý bảo đảm tính chính xác.
Chi tiết về cách thức sử dụng đồng hồ vạn năng trong thực hành điện tử
công suất sẽ được trình bày chi tiết trong các bài thực hành sau.
1.2.3. Sử dụng các dụng cụ bổ trợ khác

Ngoài đồng hồ vạn năng và máy hiện sóng, trong thực hành điện tử
công suất người học cũng cần biết cách sử dụng một số dụng cụ bổ trợ khác
như mỏ hàn, thiết bị hút thiếc trên bo mạch điều khiển, kìm bấm cose, kìm
cắt, đồng hồ volt kế, ampe kế,…
Những dụng cụ này sử dụng tương đối đơn giản, học viên có thể tự tìm
hiểu và thực hành. Trong giới hạn giáo trình không đề cập chi tiết các nội
dung đó.
1.3. Thực hành mô phỏng điện tử công suất
1.3.1. Giới thiệu chung
Hiện nay, công cụ mô phỏng đang ngày càng quan trọng trong khâu
thiết kế, chế tạo các thiết bị điện tử nói chung, phục vụ giảng dạy và học tập
nói riêng. Ưu điểm của việc sử dụng các công cụ mô phỏng trên máy tính là
nó cho phép người thiết kế kịp thời phát hiện các lỗi hoặc thiếu sót trong
mạch điện; biết được chất lượng đáp ứng của tín hiệu đầu ra thông qua các đồ
17

thị mô phỏng; tối ưu hóa mạch thiết kế; biết trước được hình dạng, cách tổ
chức của mạch điện thiết kế, từ đó giảm thiểu được thời gian thi công, chất
lượng mạch điện thi công và đặc biệt là giảm giá thành của sản phẩm.
Để mô phỏng các linh kiện điện tử có rất nhiều phần mềm hữu dụng
hiện nay như: Orcard, Proteus, Workbech, Tina, Matlab, PSPICE, SIMSEN,
SUCCES, PSIM,…Trong lĩnh vực điện tử công suất, phần mềm PSIM (Power
Electronics Simulation Software) của hãng Powersimtech In (Mỹ) được đánh
giá là khá tiện ích trong việc mô phỏng và khảo sát đặc tính của các linh kiện
điện tử công suất, đặc tính làm việc của các dạng sơ đồ chỉnh lưu, nghịch lưu,
mô phỏng đặc tính làm việc của hệ truyền động điện tự động có ứng dụng
điện tử công suất với việc sử dụng các hàm truyền của hệ thống cũng như các
mạch điện tương tự và số. Đây là một phần mềm mô phỏng mới, khá mạnh
trong mô phỏng điện tử công suất, có dụng lượng nhỏ, dễ cài đặt và sử dụng,
chất lượng mô phỏng trực quan và cho kết quả trung thực.

1.3.2. Hướng dẫn sử dụng phần mềm mô phỏng điện tử công suất PSIM
a) Khái quát chung về phần mềm PSIM
Chương trình thiết kế mạch của PSIM là một chương trình có tính
tương tác cao giữa giao diện các thư mục và phần mềm soạn thảo mạch điện
với người sử dụng. Các phần tử của mạch được chứa trong menu Elements,
được chia thành bốn nhóm là: Phần tử mạch công suất (Power), phần tử mạch
điều khiển (Control), phần tử nguồn (Sources) và các phần tử khác (Others).
Thư viện trong PSIM bao gồm hai phần: Thư viện hình ảnh
(PSIMimage.lib) và thư viện danh sách (PSIMLIB). Thư viện danh sách
không thể sửa đổi được, nhưng thư viện hình ảnh có thể sửa đổi hoặc tạo lập
một thư viện hình ảnh riêng cho người sử dụng.
PSIM bao gồm ba chương trình:
- PSIM Schematic: Chương trình thiết kế mạch.
- PSIM Simulator: Chương trình mô phỏng.
- PSIM VIEW: Chương trình hiển thị đồ thị.
Sau khi mô phỏng PSIM biểu diễn một mạch điện trên bốn khối:
- Power circuit: Mạch động lực, bao gồm các van bán dẫn công suất,
các phần tử R-L-C, máy biến áp lực và cuộn cảm cân bằng.
- Control circuit: Mạch điều khiển sẽ được biểu diễn bằng các sơ đồ khối,
bao gồm cả các phần tử trong miền S, miền Z, các phần tử logic (ví dụ như các
18

cổng logic, flip-flop) và các phần tử phi tuyến (ví dụ như các bộ chia, ).
- Sensors: Phần tử cảm biến sẽ đo các giá trị điện áp, dòng điện trong
mạch lực để đưa các tín hiệu đo này về mạch điều khiển. Sau đó mạch điều
khiển sẽ cho các tín hiệu đến bộ điều khiển chuyển mạch để điều khiển quá
trình đóng cắt các van bán dẫn trong mạch động lực.
- Switch controllers: Bộ điều khiển quá trình chuyển mạch như bộ điều
khiển góc mở của SCR, TRIAC,

Hình 1.6. Giao diện chương trình PSIM
Để mô phỏng một mạch điện hoặc một hệ thống điều khiển, ta tiến
hành các bước sau:
- Khởi động PSIM, xuất hiện giao diện mô phỏng SIMCAD như hình
1.6. Trên menu, từ File ta chọn New (thực hiện mạch điện mới) hoặc Open
(để mở project cũ đã lưu dưới dạng file có phần mở rộng là “.sch”). Các thao
tác cơ bản để thực hiện một mạch điện mới:
- Chọn linh kiện, nguồn tín hiệu và các thành phần khác từ menu
Elements hoặc trên thanh công cụ ở phía dưới màn hình (nhấp chuột trái vào
phần tử muốn chọn, sau đó nhấp chuột vào vị trí muốn đặt phần tử đó trên cửa
sổ thiết kế, có thể quay phần tử đã chọn từ lệnh Rotate trên menu Edit hoặc
19

nhấp chuột trái vào biểu tượng tương ứng trên Menu Bar hoặc nhấp chuột
phải khi phần tử đang được chọn).
- Thực hiện các đường mạch nối các linh kiện và các thành phần khác
bằng cách chọn công cụ Wire trên menu Edit hoặc biểu tượng tương ứng trên
menu bar, sau đó rê chuột giữa các điểm muốn nối.
- Đặt các tham số của các linh kiện: Nhấp chuột trái vào biểu tượng
“mũi tên” trên menu bar, rồi nhấp chuột trái vào thành phần muốn đặt tham
số, sau đó chọn Attributes trên menu Edit (hoặc ấn phím tắt F4), một cửa sổ
con hiện ra, cho phép ta nhập các tham số cần thiết. Chú ý các tham số và
đơn vị tính của các linh kiện.
- Dán nhãn: Chọn Label trên menu Edit (hoặc ấn phím tắt F2).
- Cài đặt thời gian mô phỏng: Vào Simulate chọn Simulation Control
để lấy công cụ cài đặt thời gian mô phỏng và nhả vào vùng cửa sổ thiết kế.
Nếu không có yêu cầu đặc biệt có thể để thông số mô phỏng theo mặc định
của chương trình.

Hình 1.7. Cửa sổ mô phỏng SIMVIEW

- Chạy chương trình mô phỏng: Chọn Run Simulation trên menu
Simulate (hoặc nhấn phím F8), hoặc nhấp chuột trên biểu tượng tương ứng
trên menu bar. Ở chế độ mặc định (Auto-Run SIMVIEW), một cửa sổ con
20

“Properties” hiện ra cho phép ta chọn các biến cần hiển thị đã liệt kê sẵn (theo
các thiết bị và điện áp có trong mạch điện). Nếu muốn hiển thị đồ thị của một
đại lượng (biến) nào đó, ta cần phải đặt thiết bị đo lường tương ứng vào vị trí
đó trên mạch điện.
b) Các phần tử cơ bản trong PSIM
1- Thư viện Power (Power Library):
Vào mục Elements/Power cho phép sử dụng rất nhiều phần tử để mô
phỏng mạch điện và điện tử công suất. Trong thư viện Power có chứa các
thành phần cơ bản sau:
+ RLC Branches: Thư viện chứa các phần tử điện trở R, biến trở, điện
cảm L, điện kháng bão hòa và điện dung C các loại.

Hình 1.8. Kí hiệu một số phần tử RLC
+ Switches: Thư mục chứa các linh kiện điện tử công suất như diode,
SCR, TRIAC, MOSFET, GTO, IGBT, transistor, các cầu chỉnh lưu và các
modul mạch tích hợp như cầu chỉnh lưu diode hoặc tiristor một pha và ba pha
các loại.

Hình 1.9. Ký hiệu các linh kiện công suất cơ bản

Hình 1.10. Các môđun chỉnh lưu một pha và ba pha
+ Switch Gating Block: Trong mô phỏng, khối điều khiển (Switch
Gating Block) rất quan trọng đóng vai trò là một bộ phát xung tín hiệu điều
khiển, được nối với cực điều khiển của các linh kiện công suất có điều khiển
(SCR, TRIAC, MOSFET, ). Trong một khối Gating block gồm các thông số

cơ bản sau: Frequency (tần số làm việc khi nối với các khóa bán dẫn), number
21

of points (số lần tác động trong
một chu kỳ) và switching points
(góc tác động trong một chu kỳ,
trong đó tác động đóng ở 0
0
và
tác động mở ở 180
0
).
+ Transformers: Thư
viện chứa các loại máy biến
áp. Trên PSIM có các loại máy
biến áp một pha và ba pha với
một hoặc nhiều cuộn dây sơ
cấp và thứ cấp.


a) b)
Hình 1.12. Ký hiệu các loại máy biến áp
a- Loại một pha; b- Loại ba pha
2- Thư viện Control
Có rất nhiều phần tử nằm trong thư viện này tùy nhu cầu thực tế để sử
dụng. Trong giới hạn tài liệu chỉ đề cập tới một số phần tử điều khiển sau:
- Khối so sánh: Tín hiệu ra của khối
so sánh sẽ có giá trị dương khi tín hiệu vào
ở đầu vào không đảo (+) có giá trị lớn hơn
ở đầu vào đảo (-) và ngược lại thì đầu ra

của khối sẽ có tín hiệu bằng 0. Khi giá trị
vào ở hai cực bằng nhau thì tín hiệu ra
luôn giữ giá trị ở thời điểm đó.
- Các phần tử logic: Được dùng rộng rãi trong mạch có sử dụng các
linh kiện số như các cổng logic (AND, OR, XOR, NOT, NAND, NOR), các
khối chuyển đổi A/D và D/A loại 8 bit và 10 bit,

Hình 1.13. Ký hiệu khối so sánh

Hình 1.11. Ký hiệu của Gating block
22


Hình 1.14. Một số phần tử logic thường gặp
3- Thư viện Other
- Bộ điều khiển chuyển mạch (Switch Controllers): Gồn các khối đóng
vai trò là bộ điều khiển cho việc kích mở các linh kiện công suất.
+ Bộ điều khiển khoá đóng
cắt (On-off Controller): Tín hiệu
đầu vào của khối là 0 hoặc 1 từ
mạch điều khiển sẽ đưa đến cực
điều khiển của khóa động lực.
Trên hình 1.15 minh họa ví dụ
mạch có sử dụng bộ điều khiển
này. Mạch động lực bao gồm tải là
hai điện trở mắc nối tiếp, điện trở
R2 có một khóa đóng cắt mạch
song song, được cấp nguồn áp
hình sin. Tín hiệu điều khiển là
hàm bậc thang 0-1 thông qua bộ

điều khiển để điều khiển khóa.
Khi tín hiệu điều khiển có giá trị từ 0 sang 1, khóa SSWI đóng mạch điện trở
R2 làm cho dòng điện trong mạch động lực tăng lên.
+ Bộ điều khiển góc mở α (Alpha Controller):
Bộ điều khiển này dùng để
điều khiển góc mở cho các SCR có
ký hiệu như trên hình 1.16. Tín hiệu
vào của bộ điều khiển này bao gồm:
Góc mở alpha (), tín hiệu đồng bộ
(Syns Signal) và tín hiệu cho phép
(Enable/Disable Signal). Quá trình
chuyển đổi tín hiệu đồng bộ từ 0 đến
1 sẽ cung cấp thời điểm đồng bộ ở
góc 0
0
. Còn góc mở  (tính theo độ)
được xác định từ tín hiệu tức thời.
Các thông số cơ bản của bộ điều
khiển  là Frequency: (tần số tác
động của bộ, tính bằng Hz) và Pulse
width (độ rộng xung điều khiển, tính
bằng độ).

Hình 1.16. Kí hiệu của bộ điều khiển
Alpha Controller

Hình 1.15. Kí hiệu của bộ điều khiển
On
-
off Controller

23

+ Bộ điều khiển độ rộng xung (PWM pattern Controller):
Bộ điều khiển này có bốn tín hiệu điều khiển: Tín hiệu chỉ số điều biến
(modulation index), tín hiệu góc mở (delay angle), tín hiệu đồng bộ
(syschronization signal) và tín hiệu cho phép (Enable/Disable Signal). Tín
hiệu của chỉ số điều biến sẽ chọn thời
điểm tác động trong bảng tác động,
bảng này sẽ cho trong một file. Tín
hiệu đồng bộ cung cấp thời điểm đồng
bộ cho chỉ số điều biến khi thay đổi từ
0 sang 1. Tín hiệu góc mở sẽ xác định
theo quan hệ giữa tín hiệu đồng bộ và
thời điểm tác động trong bảng.
Các thông số cơ bản của bộ điều
khiển PWM gồm: Frequency (tần số tác
động, Hz), Update angle (cập nhật góc
mở, độ) và file name (tên file chứa các
thời điểm tác động cho dưới dạng bảng.
- Cảm biến (Sensors): Gồm có
các loại cảm biến điện áp (Voltage
Sensor) và cảm biến dòng điện (Current Sensor) dùng để đo giá trị điện áp và
dòng điện trong mạch động lực làm thông tin dùng cho mạch điều khiển.

a) b)
Hình 1.18.Kí hiệu của các loại cảm biến
a- Cảm biến điện áp; b- Cảm biến dòng điện
- Đầu dò và đồng hồ đo (probe/Meter)
Các đầu dò và dụng cụ để đo các giá trị dòng điện, điện áp, công suất

và hệ số công suất của mạch. Trong đó có ba loại dụng cụ đo: Dụng cụ đo
điện áp một cực (VP) để đo điện áp của cực đó so với mát, dụng cụ đo điện áp
hai cực (VP2) để đo điện áp giữa hai đầu của dụng cụ và dụng cụ đo dòng
điện (IP). Trừ loại dụng cụ đo điện áp một cực (VP) thì tất cả các loại đầu dò
và dụng cụ đo chỉ sự dụng trong mạch động lực.

Hình 1.17. Ký hiệu bộ điều khiển PWM
24

Chú ý các đầu dò để đo hình dáng còn dụng cụ đo sẽ đo giá trị (DC
hoặc AC) của điện áp hoặc dòng điện.

Hình 1.19. Kí hiệu đầu dò và các dụng cụ đo
4- Thư viện nguồn điện (Sources)
- Nguồn điện áp (Voltage Sources): Trong PSIM có nguồn điện áp một
chiều (VDC), nguồn điện áp xoay chiều một pha hình sin (VSIN), nguồn điện
áp xoay chiều ba pha hình sin (VSIN_3_pha),

a) b)
Hình 1.20. Kí hiệu một số dạng nguồn điện
a- Nguồn điện áp; b- Nguồn dòng điện
- Nguồn dòng điện (Current Sources): Cũng tương tự như nguồn điện
áp, trong PSIM có nguồn dòng một chiều (IDC), nguồn dòng xoay chiều một
pha hình sin (ISIN), nguồn sóng chữ nhật (ISQ), nguồn dòng bậc thang
(ISTEP),
25

Bài thực hành số 2
KHẢO SÁT LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
2.1. Mục đích, yêu cầu

2.1.1. Mục đích
Khảo sát các linh kiện công suất: BJT, MOSFET, SCR và triac. Trong
lĩnh vực điện tử công suất, các linh kiện này được dùng như các chuyển mạch
(switch). Vì vậy, ta chỉ khảo sát chúng trong hai chế độ đóng (dẫn) và ngắt
(ngưng dẫn). Riêng với SCR và triac ta sẽ khảo sát thêm các đặc tính cơ bản
như điện thế phân cực, dòng kích, góc mở,…
Qua bài thực hành này, học viên sẽ hiểu rõ hơn nguyên lý hoạt động
cũng như đặc tính cơ bản của các linh kiện công suất. Từ đó có thể ứng dụng
chúng trong thực tế.
2.1.2 Yêu cầu kiến thức nền
- Nắm chắc cơ sở lý thuyết chung của các linh kiện điện tử cơ bản; nắm
chắc cấu tạo, nguyên lý làm việc, đặc tính V-A, các thông số cơ bản và yêu
cầu của mạch kích mở linh kiện công suất.
- Sử dụng thành thạo các dụng cụ đo lường dùng trong nghiên cứu,
khảo sát, thí nghiệm điện tử công suất.
2.1.3. Các dụng cụ thực hành
Các thiết bị và dụng cụ đo cần chuẩn bị cho bài thực hành:
- Đồng hồ vạn năng (VOM);
- Máy hiện sóng hai tia;
- Các dụng cụ hỗ trợ khác: Kìm cắt, kìm bấm cose, mỏ hàn,
- Các linh kiện bán dẫn công suất: BJT, diode, SCR, triac, MOSFET.
2.1.4. Nhiệm vụ chung của bài thực hành
a) Nhiệm vụ chuẩn bị ngoài giờ
- Tìm hiểu kiến thức chung về linh kiện điện tử, đọc trước tài liệu
hướng dẫn thực hành và thứ tự các bước thực hiện;
- Chuẩn bị các dụng cụ, linh kiện hỗ trợ thêm cho bài thực hành khi
được giảng viên yêu cầu.
b) Nhiệm vụ tại phòng thực hành
Học viên cần thực hiện các nội dung theo trình tự như sau:
26

- Thực hiện các nội dung thực hành theo thứ tự hướng dẫn đi kèm;
- Kết luận và báo cáo thực hành, thực nghiệm bằng văn bản theo mẫu:
TT Nội dung
Loại LK
sử dụng
Thông số
cơ bản
Tình trạng LK
(mới/cũ)
Thứ tự chân
(Ký hiệu)
Tình trạng
làm việc
1
Diode công suất:
- ND1:
- ND2:

2

2.2. Tóm tắt cơ sở lý thuyết
2.2.1. Diode công suất
a) Chức năng, phân loại
Diode công suất là linh kiện chỉ dẫn điện theo một chiều, dùng để chỉnh
lưu dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều với dòng điện có thể đến
vài trăm A.
Diode công suất được chia làm hai loại: Loại dùng ở tần số công
nghiệp (diode chỉnh lưu) và loại dùng cho mạch đóng ngắt ở tần số cao.
b) Cấu tạo, ký hiệu

Diode gồm một lớp chuyển tiếp P-N. Các điện tử tự do trong chất bán
dẫn N sẽ liên kết với các lỗ tự do của chất bán dẫn P, do đó phía N sẽ mang
điện tích dương và phía P có điện tích âm. Lớp chuyển tiếp P-N có hàng rào
điện thế vào khoảng 0,6V, có chiều như hình 2.1.

Hình 2.1. Cấu trúc và ký hiệu của diode
c) Nguyên lý làm việc
- Trường hợp phân cực thuận: Để tạo quá trình dẫn điện đi qua mối nối
P-N, các hạt mang điện được tạo thành và tham gia vào quá trình dẫn điện cần
đặt một điện áp ngoài vào hai đầu của diode sao cho lớp P (anode) mắc vào
nguồn điện có điện áp dương hơn so với lớp N (cathode). Lực điện trường
làm cho lỗ hổng từ lớp P di chuyển vượt qua mối nối P-N để vào lớp N và các
điện tử di chuyển từ lớp N vào lớp P sẽ có dòng điện chạy qua và tạo nên một
điện áp rơi khoảng 0,6V khi dòng điện định mức.
- Trường hợp phân cực ngược: Nếu điện áp được đặt theo chiều ngược
27

lại, các điện tử tự do và các lỗ hổng bị đẩy xa lớp chuyển tiếp, kết quả chỉ có
dòng điện rò vào khoảng vài mA có thể chạy qua. Khi tiếp tục tăng điện áp
ngược, các điện tích được gia tốc, gây nên va chạm dây chuyền làm hàng rào
điện thế bị chọc thủng. Kết quả, diode mất tính chất dẫn điện theo một chiều
khi điện áp vượt qua điện áp ngược cực đại.
Diode công suất làm việc với dòng thuận lớn vì vậy đòi hỏi chế độ giảm
nhiệt hợp lí. Thông thường sẽ có một cực tính được chế tạo thuận lợi cho việc
ghép với tấm nhôm tản nhiệt.
Các diode
công suất sử dụng
cho các thiết bị công
nghiệp thường đòi
hỏi phải có khả năng

chịu điện áp ngược
lớn, khoảng vài trăm
đến vài ngàn vôn.
Dòng điện định mức
khi dẫn thuận phải
đạt vài trăm ampe.
d) Đặc tính V-
A của diode công suất
Đặc tính V-A của diode gồm hai nhánh. Nhánh thuận tương ứng với
trạng thái dẫn điện. Khi điện áp thuận càng tăng thì dòng điện qua diode sẽ
tăng theo. Nhánh ngược tương ứng với trạng thái ngược, diode không dẫn
điện. Khi phân cực ngược, điện áp ngược tăng, nhưng dòng điện ngược gần
như không đáng kể, tiếp tục tăng điện áp ngược đến trị số nào đó, dòng điện
ngược sẽ tăng đột biến, diode ở tình trạng bị đánh thủng. Giá trị điện áp tương
ứng khi diode bị đánh thủng gọi là điện áp đánh thủng (U
BR
).
2.2.2. Transistor công suất
a) Chức năng
Transistor công suất (BJT) được dùng để đóng, cắt dòng điện một chiều
có cường độ dòng điện tương đối lớn. Do vậy chúng chỉ làm việc ở hai trạng
thái (hai chế độ) và phần lớn được mắc theo dạng mạch có chung emitter
(kiểu mắc CE):
- Trạng thái dẫn bão hòa, ký hiệu là F để đóng mạch điện;
- Trạng thái khóa (chế độ ngắt), ký hiệu là 0 để cắt mạch điện;
b) Cấu tạo, ký hiệu
Transistor là loại linh kiện tích cực có ba miền bán dẫn P-N-P hoặc N-P-
N tạo thành hai lớp tiếp giáp P-N. Nếu transistor có ba miền bán dẫn P-N-P thì

Hình 2.2. Đặc tính V-A của diode