Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu phân tích ứng dụng của SMES và điều khiển mờ trong việc nâng cao chất lượng truyền tải điện năng

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH ỨNG DỤNG CỦA SMES VÀ
ĐIỀU KHIỂN MỜ TRONG VIỆC NÂNG CAO CHẤT
LƯỢNG TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG
Giáo viên hướng dẫn
Sinh viên thực hiện
Ngành
Chuyên ngành

: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT
: NGUYỄN MINH TIẾN
NGUYỄN VĂN TUẤN
PHAN QUANG MẠNH
: CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG
: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU

Lớp
Khóa

KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
: D7 CNTD1
: 2012 - 2017

Hà Nội, tháng 1 năm 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
VIỆT NAM
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

ĐỀ CƯƠNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP


Họ và tên sinh viên: Nguyễn Minh Tiến
Lớp: D7 CNTD1
Ngành đào tạo: Công nghệ tự động

Khoá: 2012 - 2017
Hệ đào tạo: Đại học

1/ Tên đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu phân tích ứng dụng của SMES và điều khiển mờ trong việc
nâng cao chất lượng truyền tải điện năng
2/ Lý do chọn đề tài
.........................................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................................
3/ Nội dung, nhiệm vụ nghiên cứu
Chương 1: Tổng quan về các van bán dẫn
Chương 2: Mô hình hóa thiết bị lưu trữ năng lượng từ trường siêu dẫn
Chương 3: Thiết kế bộ điều khiển mờ
Chương 4: Bài toán điều khiển điều khiển tần số phụ tải
Tổng kết
4/ Tài liệu, dữ liệu tham khảo

[1] Phạm Quốc Hải: Hướng dẫn thiết kế điện tử công suất, Nhà xuất bản KH&KT,
2009.
[2] Phan Xuân Vinh, Nguyễn Doãn Phước: Lý thuyết điều khiển mờ, Nhà xuất bản
KH&KT, 2006.
[3] Mohd. Hasan Ali, Roger A. Douga, Bin Wu (2010): An Overview of SMES
Applications in Power and Energy Systems.
[4] A.Ruby meena, Dr.S. Senthil kumar (2014): Load frequency stabilization of four
area hydro thermal system using Superconducting Magnetic Energy Storage system.
[5] Shailendra Singh, Harshita Joshi, Saurabh Chanana, Rohit kumar verma
(2014): Impact of Superconducting Magnetic Energy Storage on Frequency Stability of
an Isolated Hybrid Power System.
6/ Ngày giao đề tài: 10/10/2016
7/ Ngày nộp quyển: 10/01/2017
Hà Nội, ngày 10 tháng 10 năm 2016
CÁN BỘ, GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

SINH VIÊN

(Ký, ghi rõ họ tên)

(Ký, ghi rõ họ tên)

TS. Nguyễn Ngọc Khoát

TRƯỞNG KHOA
(Ký, ghi rõ họ tên)


NCS. Vũ Duy Thuận

...................................................................................................................................................................................


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Khoát

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, điện năng không thể thiếu trong sinh hoạt và cuộc sống hàng ngày của
con người. Không chỉ vậy điện năng còn là nguồn năng lượng cho các máy móc, thiết
bị, các hệ thống truyền tải…trong sản xuất công nghệp. Đi đôi với việc tăng cường
năng lực sản xuất điện năng là vấn đề nâng cao chất lượng truyền tải điện năng. Đây
cũng là thách thức cho ngành điện đối với việc phát triển hệ thống truyền tải điện
năng. Một yêu cầu thiết yếu đặt ra đó chính là việc cung cấp điện một cách liên tục,
tránh hiện tượng như sụt áp, hệ thống cung cấp điện không ổn định…Đó chính là
nguyên nhân vì sao thiết bị lưu trữ năng lượng từ trường siêu dẫn ra đời đã đáp ứng
các yêu cầu của việc truyền tải cũng như làm ổn định hệ thống điện.
Sau thời gian học tập tại trường Đại học Điện Lực, được sự chỉ bảo hướng dẫn
nhiệt tình của thầy cô giáo trong ngành Công Nghệ Tự Động trường Đại học Điện Lực,
em đã kết thúc khóa học và đã tích lũy được vốn kiến thức nhất định. Được sự đồng ý
của nhà trường và thầy cô trong khoa em được giao đề tài đồ án tốt nghiệp: “Nghiên
cứu phân tích ứng dụng của SMES và điều khiển mờ trong việc nâng cao chất lượng
truyền tải điện năng”.
Đồ án tốt nghiệp của em gồm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về các van bán dẫn
Chương 2: Mô hình hóa thiết bị lưu trữ năng lượng từ trường siêu dẫn
Chương 3: Thiết kế bộ điều khiển mờ
Chương 4: Bài toán điều khiển tần số phụ tải
Với mục đích làm việc nghiêm túc, tinh thần học hỏi và những nỗ lực cao của
bản thân và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình, chu đáo của thầy giáo TS. Nguyễn Ngọc

Khoát, em đã hoàn thành đồ án đúng thời hạn. Do giới hạn về thời gian và trình độ
nên đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự đóng góp
ý kiến của thầy, cô giáo và các bạn để đồ án này của em hoàn thiện hơn. Em xin chân
thành cảm ơn thầy giáo TS. Nguyễn Ngọc Khoát đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong
thời gian vừa qua.
Em xin chân thành cảm ơn!

SVTH: Nguyễn Minh Tiến
Nguyễn Văn Tuấn
Phan Quang Mạnh

Sinh viên thực hiện


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Khoát

LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng
góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, gia đình và bạn bè.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo TS. Nguyễn Ngọc Khoát đã tận
tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình làm đồ án.
Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trường Đại học Điện
Lực nói chung và các thầy cô giáo trong khoa Công nghệ tự động nói riêng đã truyền
đạt cho em kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành, giúp em
có được cơ sở lý thuyết và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điều kiện,
quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án tốt
nghiệp.

Hà Nội, ngày 10 tháng 01 năm 2017
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Minh Tiến

SVTH: Nguyễn Minh Tiến
Nguyễn Văn Tuấn
Phan Quang Mạnh


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Khoát

LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của em và được sự hướng dẫn
khoa học của TS. Nguyễn Ngọc Khoát. Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài
này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây. Những số liệu
trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được chính tác giả
thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo.
Ngoài ra, trong đồ án còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệu
của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn gốc
trong mục tài liệu tham khảo. Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào em xin hoàn
toàn chịu trách nhiệm về nội dung đồ án của mình.

SVTH: Nguyễn Minh Tiến
Nguyễn Văn Tuấn
Phan Quang Mạnh


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Khoát

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
Hà Nội, ngày 10 tháng 01 năm 2017
Giảng viên hướng dẫn
TS. Nguyễn Ngọc Khoát

SVTH: Nguyễn Minh Tiến
Nguyễn Văn Tuấn
Phan Quang Mạnh


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Khoát

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................

SVTH: Nguyễn Minh Tiến
Nguyễn Văn Tuấn
Phan Quang Mạnh


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Khoát

MỤC LỤC

SVTH: Nguyễn Minh Tiến

Nguyễn Văn Tuấn
Phan Quang Mạnh


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Khoát

DANH MỤC HÌNH VẼ

SVTH: Nguyễn Minh Tiến
Nguyễn Văn Tuấn
Phan Quang Mạnh


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Khoát

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Danh mục bảng:
Bảng 4.1. Các quy tắc cho bộ điều khiển mờ
Bảng 4.2. Bảng so sánh các thông số khi sử dụng bộ điều khiển PI và Fuzzy - PI
cho hệ thống nhà máy nhiệt điện đơn giản
Bảng 4.3. Bảng so sánh các thông số khi sử dụng bộ điều khiển SMES và SMES
-Fuzzy - PI cho hệ thống nhà máy nhiệt điện đơn giản

SVTH: Nguyễn Minh Tiến
Nguyễn Văn Tuấn
Phan Quang Mạnh

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Khoát

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC VAN BÁN DẪN
1.1. Đặt vấn đề
Ngày nay các phần tử bán dẫn công suất được nghiên cứu, sử dụng rộng rãi
trong công nghệ điện tử và hầu hết các ngành công nghiệp hiện đại. Các phần tử bán
dẫn công suất được dùng trong các bộ biến đổi như các khóa điện tử, gọi là các van
bán dẫn. Đúng như tên gọi khóa điện tử, các van bán dẫn khi mở thì dẫn dòng và nối
tải vào nguồn còn khi khóa thì ngắt tải ra khỏi nguồn, không cho dòng điện chạy qua.
Khác với các phần tử bán dẫn có tiếp điểm, các van bán dẫn thực hiện đóng ngắt dòng
điện mà không gây nên tia lửa điện, không bị mài mòn theo thời gian. Tuy có thể đóng
cắt các dòng điện lớn nhưng các van bán dẫn lại được điều khiển bởi các tín hiệu công
suất nhỏ, tạo bởi các mạch điện tử công suất nhỏ. Bằng cách như vậy quá trình biến
đổi năng lượng được thực hiện với hiệu suất cao nên tổn thất trên bộ biến đổi chỉ là
tổn thất trên các van bán dẫn, không đáng kể so với công suất điện cần biến đổi.
Theo khả năng điều khiển, các van bán dẫn được phân loại thành:
- Các phần tử không điều khiển như diode.
- Các phần tử bán điều khiển: Thyristor, triac
- Các phần tử điều khiển được hoàn toàn: BJT, MOSFET, IGBT, GTO...
Với đồ án này chúng ta sẽ tìm hiểu về các van bán dẫn thyristor, diode và
transistor từ đó hiểu biết thêm về cấu tạo, nguyên lý hoạt động các van bán dẫn hơn.
1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thyristor
1.2.1. Cấu tạo
Thyristor gồm bốn lớp bán dẫn P-N ghép xen kẽ và được nối ra ba chân:
A (Anode) - Cực dương.
K (Cathode) - Cực âm.

G (Gate) - Cực điều khiển (cực cổng).
Thyristor có thể xem như tương đương hai BJT gồm một BJT loại NPN và một BJT loại
PNP ghép lại như hình vẽ sau đây:

SVTH: Nguyễn Minh Tiến

Trang 12


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Khoát

Hình 1.1. Cấu tạo - ký hiệu - sơ đồ tương ứng của thyristor
1.2.2. Nguyên lý hoạt động của thyristor

Hình 1.2. Nguyên lý hoạt động của thyristor
a. Trường hợp cực G để hở hay
Khi cực G và
T1

ngưng dẫn. Khi

VG = 0 ( V )

T1

VG = 0 ( V )

có nghĩa là transistor

T1

không có phân cực ở cực B nên

I B1 = 0 I C1 = 0
T2
ngưng dẫn
,
và
cũng tạm dừng dẫn. Như vậy

trường hợp này thyristor không dẫn điện được, dòng điện qua thyristor là
VAK ≈ VCC

.

SVTH: Nguyễn Minh Tiến

Trang 13

IA = 0

và


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Khoát

Tuy nhiên, khi tăng điện áp nguồn

đến điện thế ngập
IA

VBO

VCC

(Beak over) thì điện áp

lên mức đủ lớn là điện áp
VAK

VAK

tăng theo

giảm xuống như diode và dòng điện

tăng nhanh. Lúc này thyristor chuyển sang trạng thái dẫn điện, dòng điện ứng với

lúc điện áp

VAK

giảm nhanh gọi là dòng điện duy trì

thyristor giống như một diode.

VG = VDC − I G RG

Trường hợp đóng khóa K:

IH

(Holding). Sau đó đặc tính của

, lúc này thyristor dễ chuyển sang

trạng thái dẫn điện. Lúc này transistor được phân cực ở cực

chính là

I B1

làm

cho ra dòng điện

T1

dẫn điện, cho ra

IC 2

I C1

chính là dòng điện

lại cung cấp ngược lại cho

T1

và

I B2

I C 2 = I B1

B1

nên dòng điện

nên lúc đó

I2

IG

dẫn điện,

.

Nhờ đó mà thyristor sẽ tự duy trì trạng thái dẫn mà không cần có dòng
I C 1 = I B 2 , I C 2 = I B1

IG

liên tục.

(1.1)
Theo nguyên lý này dòng điện qua hai Transistor sẽ được khuếch đại lớn dần và

hai transistor chạy ở trạng thái bão hòa. Khi đó điện áp
dòng điện qua thyristor là:
IA =

VAK

giảm rất nhỏ (≈ 0,7V) và

VCC − VAK VCC
≈
RA
RA

(1.2)
Thực nghiệm cho thấy khi dòng điện cung cấp cho cực G càng lớn thì áp ngập
càng nhỏ tức thyristor càng dễ dẫn điện.
b. Trường hợp phân cực ngược thyristor
Phân cực ngược thyristor là nối A vào cực âm, K nối vào cực dương của nguồn .
Trường hợp này giống như diode bị phân cự ngược thyristor sẽ không dẫn điện mà
chỉ có dòng rất nhỏ đi qua. Khi tăng điện áp ngược lên đủ lớn thì thyristor sẽ bị đánh

SVTH: Nguyễn Minh Tiến

Trang 14

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Khoát

thủng và dòng điện qua theo chiều ngược. Điện áp ngược đủ để đánh thủng thyristor

là

VBR

. Thông thường trị số

VBR

và

VBO

bằng nhau và ngược dấu.

1.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của diode
1.3.1. Cấu tạo
Diode bán dẫn là các linh kiện điện tử thụ động và phi tuyến, cho phép dòng
điện đi qua nó theo một chiều mà không theo chiều ngược lại. Diode được cấu tạo bởi
một lớp tiếp giáp bán dẫn P-N. Diode có hai cực, anôt A là cực nối với lớp bán dẫn
kiểu P, catôt K là cực nối với lớp bán dẫn kiểu N. Tại bề mặt tiếp xúc, các điện tử dư
thừa trong bán dẫn N khuếch tán sang vùng bán dẫn P để lấp vào các lỗ trống tạo
thành một lớp ion trung hòa về điện, lớp ion này tạo thành miền cách điện giữa hai

chất bán dẫn. Dòng điện chỉ chạy qua diode theo chiều từ A đến K khi đó điện áp

U AK

dương. Khi âm thì dòng điện chạy qua diode gần như bằng không.

Hình 1.3. Cấu tạo và ký hiệu trên sơ đồ của diode
1.3.2. Nguyên lý hoạt động của diode
Khối bán dẫn loại P chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khi
ghép với khối bán dẫn N (chứa các điện tử tự do) thì các lỗ trống này có xu hướng
chuyển động khuếch tán sang khối N. Cùng lúc đó khối P lại nhận thêm các điện tử
(điện tích âm) từ khối N chuyển sang. Kết quả là khối P tích điện âm (thiếu hụt lỗ
trống và dư thừa điện tử) trong khi khối N tích điện dương (thiếu hụt điện tử và dư
thừa lỗ trống).
Ở hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống hút khi chúng tiến lại gần
nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hòa. Quá
SVTH: Nguyễn Minh Tiến

Trang 15


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Khoát

trình này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng (hay các bức xạ điện từ
có bước sóng gần đó) lúc này điện áp tiếp xúc hình thành.
Sự tích điện âm bên khối P và dương bên khối N hình thành một điện áp gọi là

điện áp tiếp xúc (

U TX

). Điện trường sinh ra bởi điện áp có hướng từ khối N sang khối P

nên cản trở chuyển động khuếch tán và như vậy sau một thời gian kể từ lúc ghép hai
khối bán dẫn với nhau thì quá trình chuyển động khuếch tán chấm dứt và tồn tại điện
áp tiếp xúc. Lúc này ta nói tiếp xúc P-N ở trạng thái cân bằng. Điện áp tiếp xúc ở trạng
thái cân bằng khoảng 0.6V đối với diode làm bằng bán dẫn Si và khoảng 0.3V đối với
diode làm bằng bán dẫn Ge. Điệp áp ngoài ngược chiều điện áp tiếp xúc tạo ra dòng
điện.

Hai bên mặt tiếp giáp là vùng các điện tử và lỗ trống dễ gặp nhau nhất nên quá

trình tái hợp thường xảy ra ở vùng này hình thành nên các nguyên tử trung hòa. Vì
vậy vùng biên giới ở hai bên mặt tiếp giáp rất hiếm các hạt dẫn điện tự do nên được
gọi là vùng nghèo. Vùng này không dẫn điện tốt, trừ phi điện áp tiếp xúc được cân
bằng bởi điện áp bên ngoài. Đây chính là hoạt động của diode. Điệp áp ngoài cùng
chiều điện áp tiếp xúc ngăn dòng điện.
Nếu đặt điện áp bên ngoài ngược với điện áp tiếp xúc, sự khuyếch tán của các
điện tử và lỗ trống không bị ngăn trở bởi điện áp tiếp xúc nữa và vùng tiếp giáp dẫn
điện tốt. Nếu đặt điện áp bên ngoài cùng chiều với điện áp tiếp xúc, sự khuyếch tán
của các điện tử và lỗ trống càng bị ngăn lại và vùng nghèo càng trở nên nghèo hạt
dẫn điện tự do. Nói cách khác diode chỉ cho phép dòng điện qua nó khi đặt điện áp
theo một hướng nhất định.
1.4. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của transistor
1.4.1. Cấu tạo
Transistor gồm ba lớp bán dẫn ghép với nhau hình thành hai lớp tiếp giáp P-N,
nếu ghép theo thứ tự PNP ta được transistor thuận còn nếu ghép theo thứ tự NPN ta
được transistor ngược. Về phương diện cấu tạo transistor tương đương với hai diode
đấu ngược chiều nhau (không có nghĩa ta dùng 2 diode sẽ ghép thành 1 transistor).

Ba lớp bán dẫn được nối ra thành ba cực, lớp giữa gọi là cực gốc - ký hiệu là B
( Base ), lớp bán dẫn B rất mỏng và có nồng độ tạp chất thấp. Hai lớp bán dẫn bên
ngoài được nối ra thành cực phát (Emitơ) viết tắt là E, và cực thu hay cực góp
SVTH: Nguyễn Minh Tiến

Trang 16


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Khoát

(Colectơ) viết tắt là C, vùng bán dẫn E và C có cùng loại bán dẫn (loại N hay P) nhưng
có kích thước và nồng độ tạp chất khác nhau nên không hoán vị cho nhau được.

Hình 1.4. Transistor ngược NPN, transistor thuận PNP

SVTH: Nguyễn Minh Tiến

Trang 17


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Khoát

1.4.2. Nguyên lý hoạt động của transistor
- Xét hoạt động của transistor NPN như trên hình 1.5:

Hình 1.5. Nguyên tắc hoạt động của transistor NPN

Cấp nguồn một chiều

U CE

vào hai cực C và E trong đó (+) nguồn vào cực C và

(-) nguồn vào cực E. Cấp nguồn một chiều đi qua công tắc và trở hạn dòng vào hai
cực B và E, trong đó cực (+) vào chân B, cực (-) vào chân E. Khi công tắc mở, ta thấy
rằng mặc dù hai cực C và E đã được cấp điện nhưng vẫn không có dòng điện chạy qua

mối CE (

IC = 0

). Khi công tắc đóng, mối P-N được phân cực thuận do đó có một dòng

điện chạy từ (+) nguồn qua công tắc

thành dòng

IB

. Ngay khi dòng

IB

→

xuất hiện

CE làm bóng đèn phát sáng, và dòng

ràng dòng

Trong đó:

IC

IC
IB

β

qua R hạn dòng

IC

→

qua mối BE về cực (-) tạo

lập tức cũng có dòng

mạnh gấp nhiều lần dòng

hoàn toàn phụ thuộc vào dòng
I C =  β .I B

IB

là dòng chạy qua mối BE.
là hệ số khuyếch đại của transistor.
Trang 18

IC
IB

chạy qua mối

. Như vậy rõ

:

là dòng chạy qua mối CE.

SVTH: Nguyễn Minh Tiến

→

(1.3)


Đồ án tốt nghiệp

Khi điện áp

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Khoát

U CE

nhưng các điện tử và lỗ trống không thể vượt qua mối tiếp giáp

P-N để tạo thành dòng điện, khi xuất hiện dòng

I BE

do lớp bán dẫn P tại cực B rất

mỏng và nồng độ pha tạp thấp, vì vậy số điện tử tự do từ lớp bán dẫn N (cực E) vượt
qua tiếp giáp sang lớp bán dẫn P (cực B) lớn hơn số lượng lỗ trống rất nhiều, một

phần nhỏ trong số các điện tử đó thế vào lỗ trống tạo thành dòng

điện tử bị hút về phía cực C dưới tác dụng của điện áp

U CE →

IB

còn phần lớn số

tạo thành dòng

I CE

chạy qua transistor.
1.5. Một số mạch chỉnh lưu thông dụng
1.5.1. Chỉnh lưu hình cầu một pha có điều khiển dùng thyristor tải thuần trở

Hình 1.6. Sơ đồ chỉnh lưu hình cầu một pha có điều khiển dùng thyristor tải R d

Chỉnh lưu hình cầu được sử dụng rộng rãi trong thực tế, nhất là với cấp điện áp
từ 10V trở lên, dòng tải có thể lên tới vài trăm ampe. Một trong những ưu điểm hơn
hẳn của nó so với chỉnh lưu hình tia là không nhất thiết phải có biến áp nguồn: Khi
điện áp ra tải phù hợp với cấp điện áp nguồn xoay chiều ta có thể mắc trực tiếp mạch
chỉnh lưu vào lưới điện. Do số lượng van phải gấp đôi sơ đồ hình tia nên sụt áp trong
mạch van cũng tăng gấp đôi, vì vậy nó không thích hợp với tải cần dòng lớn nhưng
điện áp ra lại nhỏ. Để đưa dòng điện ra tải luôn cần có hai van dẫn, vì vậy xung điều
khiển cũng phải đưa tới hai van tại cùng một thời điểm.

SVTH: Nguyễn Minh Tiến

Trang 19


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Khoát

Với tải dạng thuần trở dòng

Id

đồng dạng với

Ud

và cũng tuân theo luật với

U d 0 =  0,9.U 2 U d 0
một sự khác biệt là

(
là điện áp một chiều lấy ra sau mạch chỉnh lưu

có điều khiển dùng thyristor).
Hai dạng tải RL hay RLE với giả thiết là điện cảm
Id

Ld

đủ lớn để coi dòng điện tải

liên tục và phẳng sẽ có chung một quy luật điều khiển:
U dα = U d 0 . cos α − ∆U γ

(1.4)

∆U γ

Trong đó
là sụt áp do chuyển mạch trùng dẫn được tính theo biểu thức.
Sự khác biệt giữa 2 dòng tải thể hiện ở biểu thức dòng tải:
Id =

Tải RL:

U dα
Rd

(1.5)

U − Ed
I d = dα
Rd

Tải RLE:
a. Sơ đồ mô phỏng mạch lực chỉnh lưu cầu một pha
T1
THY1

(1.6)

T3
THY3

Rd

U~
T4
THY4

Ur

T2
THY2

Hình 1.7. Sơ đồ mô phỏng mạch lực chỉnh lưu cầu 1 pha dùng thyristor tải R d
b. Sơ đồ mô phỏng mạch điều khiển chỉnh lưu cầu một pha

SVTH: Nguyễn Minh Tiến

Trang 20


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Khoát
Z1

1.6n
V

Ua_dp_duong

2.5k

V Ua_RC_duong

V U_T1
T1

CP
U_dat

V

12k

VDC2
2

Z2

220

1.6n
V Ua_dp_am 2.5k

V Ua_RC_am

V U_T4
CP

T4

Hình 1.8. Sơ đồ mô phỏng mạch điều khiển chỉnh lưu cầu 1 pha dùng thyristor tải R d

c. Đồ thị điện áp điều khiển góc mở α
Ua_dp_duong

Ua_RC_duong

U_dat

30
20
10
0
-10
-20
0

0.01

SVTH: Nguyễn Minh Tiến

0.02
Time (s)

Trang 21

0.03

0.04


Đồ án tốt nghiệp
Ua_dp_am

Ua_RC_am

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Khoát
U_dat

20
15
10
5
0
-5
-10

-15
0

0.01

0.02
Time (s)

0.03

0.04

Hình 1.9. Đồ thị điện áp điều khiển của sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha điều khiển dùng
thyristor tải Rd
d. Đồ thị phát xung điều khiển mở van thyristor
U_T1
0.8
0.4
0
U_T4
0.8
0.4
0
0

0.01

0.02
Time (s)

0.03

0.04

Hình 1.10. Đồ thị phát xung điều khiển mạch chỉnh lưu cầu một pha dùng thyristor tải
Rd

e. Đồ thị điện áp ra trên tải
Ur
250
200
150
100
50
0
-50
0

0.01

SVTH: Nguyễn Minh Tiến

0.02
Time (s)

Trang 22

0.03

0.04

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Khoát

Hình 1.11. Đồ thị điện áp ra tải Rd mạch chỉnh lưu cầu một pha dùng thyristor với

α = 45°
1.5.2. Chỉnh lưu hình tia ba pha có điều khiển dùng thyristor tải thuần trở

Hình 1.12. Sơ đồ chỉnh lưu hình tia ba pha có điều khiển dùng thyristor tải R d
Chỉnh lưu hình tia ba pha tương tự như chỉnh lưu hình tia một pha nhưng sử
dụng công suất máy biến áp lớn hơn công suất một chiều 1,35 lần tuy nhiên sụt áp
nhỏ nên thích hợp với điện áp làm việc thấp. Vì sử dụng nguồn ba pha nên cho phép
nâng công suất tải lên nhiều (tải vài trăm ampe), độ đập mạch của điện áp ra sau
mạch chỉnh lưu giảm đáng kể nên kích thước bộ lọc cũng nhỏ đi.
Quy luật điều chỉnh:
U d 0 = 1,17.U 2
Trong đó:

Ud0

là điện áp một chiều lý tưởng ứng với chỉnh lưu diode,

hiệu dụng của cuộn thứ cấp máy biến áp.
Với tải thuần trở có hai trường hợp:
U dα = U d 0

Trang 23

U2

là điện áp

1 + cos ( α + 30° )

3
α > 30°
• Dòng tải gián đoạn
:
α < 30° U dα = U d 0 .cos α
• Dòng tải liên tục
:
a. Sơ đồ mô phỏng mạch lực chỉnh lưu hình tia ba pha

SVTH: Nguyễn Minh Tiến

(1.7)

(1.8)
(1.9)


Đồ án tốt nghiệp

380

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Khoát

V

Ua1

V

Ub1

V

T1
Uc1

T2
T3
Ur

12k

Hình 1.13. Sơ đồ mô phỏng mạch lực chỉnh lưu hình tia 3 pha dùng thyristor tải R d
b. Sơ đồ mô phỏng mạch điều khiển chỉnh lưu hình tia ba pha
DZ1

V

R1
2.5k

1.6n
V Ua_RC_duong

Ua_dp_duong

CP

V U_T1
T1

U_dat
DZ2

380

V

V3

V

12k
V2

12k

V

V1

V

Ub_dp_duong

R2
2.5k

VDC2
2

1.6n
V

12k

Ub_RC_duong

V U_T2
T2

CP
DZ3

V Uc_dp_duong

R3
2.5k

1.6n
V Uc_RC_duong
CP

V

U_T3
T3

Hình 1.14. Sơ đồ mô phỏng mạch điều khiển chỉnh lưu tia 3 pha dùng thyristor tải R d

c. Đồ thị điện áp điều khiển góc mở α

SVTH: Nguyễn Minh Tiến

Trang 24


Đồ án tốt nghiệp
Ua_RC_duong

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Khoát

U_dat

8
6
4
2
0
0

U_dat

0.01

0.02
Time (s)

0.03

0.04

0.01

0.02
Time (s)

0.03

0.04

Ub_RC_duong

8
6
4
2
0
0

U_dat

Uc_RC_duong

10
8
6
4
2
0
0

0.01

0.02
Time (s)

0.03

0.04

Hình 1.15. Đồ thị điện áp điều khiển mạch chỉnh lưu tia 3 pha dùng thyristor tải R d
d. Đồ thị điện áp ra trên tải
Ur
100
80
60
40
20
0
0

0.01

0.02
Time (s)

0.03

0.04

α = 50o

Hình 1.16. Đồ thị Utải mạch chỉnh lưu tia 3 pha dùng thyristor tải R d với

SVTH: Nguyễn Minh Tiến

Trang 25