Đề cương bài giảng điện tử công suất dành cho hệ cao đẳng nghề

ĐƠN VỊ QUẢN LÝ TRỰC TIẾP
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
CƠ SỞ DẠY NGHỀ
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CƠ ĐIỆN VÀ XÂY DỰNG BẮC NINH

BÀI GIẢNG

ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP
ĐỐI TƯỢNG GIẢNG DẠY: CAO ĐẲNG NGHỀ

GIÁO VIÊN: NGUYỄN THỊ DƯƠNG

1


MÔ ĐUN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Thời gian: 90h
Lý thuyết: 30 h, Thực hành: 60
Nội dung chính:
Số
TT

Tên chương, mục

Thời gian
Tổng số

1

Các khái niệm cơ bản

2

Lý
thuyết
2

2

4

3

1

3

Các linh kiện điện tử công suất
cơ bản
Bộ chỉnh lưu

48

15

31

2

4

Bộ biến đổi điện áp xoay chiều

6

2

3

1

5

Bộ biến đổi điện áp một chiều

6

2

4

6

Bộ nghịch lưu và bộ biến tần

24

6

16

2

90

30

55

5

Cộng:

Bài giảng số 1:

BÀI 1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
2

Thực
hành

Kiểm
tra*


BÀI 2. CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Thời gian: 6h (LT:2h; TH:4h)
I. MỤC TIÊU
- Tính toán được các đại lượng trong điện tử công suất.
-

Trình bày được cấu tạo, ký hiệu, nguyên lý hoạt động của các linh kiện điện tử
công suất: điôt, transistor, mosffet, IGBT, thyristor, triac.

-

Nhận biết và kiểm tra sự hoạt động của các linh kiện điện tử công suất

-

Rèn luyện tính cẩn thận, đảm bảo an toàn điện.

II.

DỤNG CỤ, TRANG THIÊT BỊ DẠY HỌC
-

Các linh kiện điện tử công suất: Điôt, transistor, mosffet, IGBT, thyristor, triac.

-

Đồng hồ vạn năng

-

Khối nguồn

III.

NỘI DUNG BÀI HỌC

1.1 Trị trung bình của một đại lượng
Gọi i(t) là hàm biến thiên tuần hoàn theo thời gian với chu kỳ Tp. Trị trung bình
của đại lượng i viết tắt là IAV được xác định theo hệ thức:

Với t0 là thời điểm đầu của chu kỳ được lấy tích phân.
Ta thường hay gặp các đại lượng trị trung bình được biểu diễn với chỉ số Id (dòng
điện một chiều) hoặc IAV .
Ví dụ 1: tính trị số trung bình điện áp của chỉnh lưu của bộ chỉnh lưu cầu 1 pha
không điều khiển. hàm điện áp chỉnh lưu có dạng u= Um sin (ωt) (V) với Um =
220√2 (V), ω= 314(rad/s)
1.2 Trị hiệu dụng của một đại lượng
Giả sử đại lượng i biến thiên theo thời gian theo một hàm tuần hoàn với chu kỳ Tp
hoặc với chu kỳ theo góc Xp =ω. Tp. Trị hiệu dụng của đại lượng i được tính theo công
thức :

Ví dụ 3: cho một điện áp dạng u = Um sin (314t) = 220 sin (314t) (V)
a. Tính trị hiệu dụng của điện áp trên ?
b. Xác định trị số trung bình và hiệu dụng của điện áp u1, u2 cho hàm u1 và u2 với
tính chất sau : u1= u với u≥0
u1= 0 với u<0
u2 = u với u≥ 0
3


u2 = -u với u<0
1.3 Công suất trung bình
Công suất tức thời của một tải tiêu thụ được xác định bằng tích điện áp và dòng
điện tức thời dẫn qua tải đó, tức là:
p(t)= u(t).i(t)

công suất trung bình được xác định bằng cách áp dụng cách trung bình vào đại
lượng công suất tức thời p(t), tức là:

Trường hợp dòng qua tải và điện áp qua tải không đổi theo thời gian i= const =
IAV, u=const = UAV, công suất trung bình qua tải bằng tích của điện áp và dòng
điện:
PAV =UAV.IAV
Các trường hợp đặc biệt:
Tải R:

Trong đó: IR là giá trị hiệu dụng của dòng điện
Tụ điện và cuộn kháng là các phần tử có khả năng dự trữ va không tiêu hao công suất.
Dễ dàng giải hệ thức cho các tải L và C như sau:
Tải L: PAV= 0
Tải C: PAV= 0
Ví dụ 2: Giả sử, ta có nguồn áp cho như trong trường hợp ví dụ 1, tải RLE nối tiếp. giả
sử tải có R= 1 Ω, L vô cùng lớn và E = 50V. Tính trị số trung bình dòng qua tải và
công suất qua tải ?
1.4 Hệ số công suất
Hệ số công suất λ đối với một tải được định nghĩa bằng tỉ số giữa công suất tiêu thụ P
và công suất biểu kiến S mà nguồn cấp cho tải đó.
Trong trường hợp đặc biệt của nguồn áp dạng sin và tải tuyến tính chứa các phần tử
như R, L, C không đổi và sức điện động dạng sin, dòng điện qua tải sẽ có dạng sin
cùng tần số của nguồn áp với góc lêch pha có độ lớn bằng φ. Ta có hệ thức tính hệ số
công suất như sau:
P= m. U. I. cosφ
S= m. U. I
Nên λ= P/S = cosφ
Trong đó : U, I là các trị hiệu dụng của điện áp và dòng điện qua tải
m là tổng số pha

các bộ biến đổi công suất là những thiết bị có tính phi tuyến. giả sử nguồn điện áp
cung cấp có dạng sin và dòng điện qua nó có dạng tuần hoàn không sin. Dựa vào phân
tích Fourier áp dụng cho dòng điện i, ta có thể tách dòng điện thành các thành phần
song hài cơ bản cùng tần số với nguồn và các dóng hài bậc cao. Dễ dàng thấy rằng
4


song điện áp nguồn và song hài cơ bản của dòng điện tạo nên công suất tiêu thụ của
tải.
ta có công thức tính hệ số công suất theo các thành phần công suất như sau:
λ=
trong đó: D: là công suất biến dạng do các dòng hài bạc cao của dòng điện tạo nên.
P: công suất tiêu thụ của tải.
Q: công suất phản kháng.
Muốn tăng hệ số công suất ta có thê:
- Giảm Q: tức thực hiện bù công suất phản kháng bằng tụ bù hoặc bằng máy bù
đồng bộ.
- Giảm D: bằng cách lọc sóng hài, khử nhiễu.
BÀI 2. CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
2.1. Điôt
2.1.1. Cấu tạo và kí hiệu
- Điôt được cấu tạo bởi một lớp tiếp giáp bán dẫn
p-n.
- Điôt 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.
- Đặc điểm cấu tạo của điôt công suất (Power
diode):
◦

◦

Phải cho dòng điện lớn chạy qua (cỡ vài
nghìn ampe), phải chịu được điện áp ngược
lớn (cỡ vài nghìn vôn);

Hình 2.1. Điôt:
a) Cấu tạo; b) Ký hiệu

Vì vậy cấu tạo đặc biệt hơn là trong lớp bán
dẫn n có thêm lớp nghèo điện tích n-

2.1.2 Nguyên lý hoạt động
- Khi điện áp UAK >0 (Điện thế tại Anôt lớn hơn điện thế tại Catôt) Điôt được phân
cực thuận, khi đó có dòng điện chạy qua điôt theo một chiều từ A đến K.
- Khi UAK <0 Điôt bị phân cực ngược, khi đó có một dòng điện rò rất nhỏ chạy qua.
Trong các trường hợp coi dòng qua điôt bằng không.
2.1.3. Các thông số cơ bản của một điôt
1. Giá trị trung bình của dòng điện cho phép chạy qua điôt theo chiều thuận, ID

5


- Điôt chỉ dẫn dòng theo một chiều từ anôt đến catôt, điều này nghĩa là công
suất phát nhiệt tỷ lệ với giá trị trung bình của dòng điện. Vì vậy dòng điện ID là thông
số quan trọng để lựa chọn điôt cho một ứng dụng thực tế.
2. Giá trị điện áp ngược lớn nhất mà điôt có thể chiụ được, Ung.max
- Là giá trị điện áp ngược lớn nhất mà điôt có thể chịu đựng được. Trong mọi
ứng dụng phải luôn đảm bảo rằng UAK < Ung.max.
2.1.4. Thực hành đo và kiểm tra Điốt

Một số hình ảnh Điôt
- Mã hiệu thường gặp: 1N, BA, BI, D.....

- Cách đo, kiểm tra: dùng ĐHVN ở thang đo x10Ω. Thực hiện 2 phép đo
theo sơ đồ:
D1

D1

Nguån Pin ®h

Ph©n cùc thuËn

+

+

Nguån Pin ®h

6

Ph©n cùc ng­îc


Nếu Rt và Rng = 0Ω → Điốt bị nối tắt
hỏng
Nếu Rt và Rng = ∞Ω → Điốt bị đứt
hỏng
Nếu Rt và Rng càng xa nhau càng tốt.

2.2. Tranzitor công suất (BJT)
2.2.1. Cấu tạo, của BJT
- Tranzito có cấu trúc bán dẫn
gồm 3 lớp bán dẫn p-n-p (bóng
thuận) hoặc n-p-n (bóng ngược),
tạo nên hai tiếp giáp p-n.
- Tranzito có ba cực: Bazơ (B),
colectơ (C) và emitơ (E). BJT
công suất thường là loại bóng
ngược. Cấu trúc tiêu biểu và ký
hiệu trên hình vẽ
Hình 2.2. BJT: a) Cấu trúc bán dẫn; b) Ký hiệu
2.2.2. Nguyên lý làm việc
Trong chế độ tuyến tĩnh, hay còn gọi là chế độ khuếch đại, tranzito là phần tử
khuếch đại dòng điện với dòng colectơ IC bằng β lần dòng bazơ (dòng điều khiển),
trong đó β được gọi là hệ số khuếch đại dòng điện. IC = β.IB
Trong điện tử công suất, tranzito chỉ được sử dụng như một phần tử khoá. Khi mở
dòng điều khiển phải thoả mãn điều kiện:
IB >

IC
β

hay

I B = k bh

IC
β

trong đó kbh = 1,2 ÷ 1,5 gọi là hệ số bão hoà. Khi đó tranzito sẽ ở trong chế độ bão hoà
với điện áp giữa colectơ và emitơ rất nhỏ, cỡ 1 – 1,5 V, gọi là điện áp bão hoà, U CE.bh.
Khi khoá, dòng điều khiển IB bằng không, lúc đó dòng colectơ gần bằng không,
điện áp UCE sẽ lớn đến giá trị điện áp nguồn cung cấp cho mạch tải nối tiếp với
tranzito.
2.2.3. Thực hành đo và kiểm tra Tranzitor.

7


Một số hình ảnh Transistor
-Mã hiệu thường gặp:
+ Tranzitor thuận (pnp) : A, B
+ Tranzitor ngược (npn) : C, D, H...
- Cách đo, kiểm tra xác định cực tính:
+ Tìm cực B và loại Tr: Dùng ĐHVN đặt ở thang đo điện trở nấc x10Ω hoặc

x100Ω. Kẹp que đo lần lượt vào các cặp chân BC, BE, EB và đảo lại (có 6
phép đo). Ta thấy có 2 phép đo có giá trị điện trở tương ứng bằng nhau ở cặp
BC, BE. Trong đó có 1 que đo cố định là chân B của Tr.
- Nếu que đo cố định là que đỏ ( âm nguồn pin) thì là Tr thuận.
- Nếu que đo cố định là que đên ( dương nguồn pin) thì là Tr ngược.
+ Xác định cực B và E: giả sử đã tìm được loại Tr

1

2

R1K

3

Đỏ

1

-

2

R1K

đen

3

đen

- +

Đỏ

- Giả sử ta tìm được chân 1 là B và là loại Tr ngược.
- Giả sử 1: chân 2 là chân C và chân 3 là chân E
+ Nối điện trở khoảng 1k vào B và C như hình vẽ
+ Cực C nối que đen ( + nguồn pin), cực E nối que đỏ ( - nguồn pin) ta
thấy kim đồng hồ chỉ giá trị R1
8

- Giả sử 2: chân 2 là chân E và chân 3 là chân C
+ Nối điện trở khoảng 1k vào B và C như hình vẽ
+ Cực C nối que đen ( + nguồn pin), cực E nối que đỏ ( - nguồn pin) ta
thấy kim đồng hồ chỉ giá trị R2
→ Nếu R1< R2 thì phép giả sử 1 đúng. Nếu R2- Với Tr thuận ta làm tương tự.
2.3. Tranzitor trường MOSFT
2.3.1 Cấu tạo của MOSFET
- MOSFET có cấu trúc bán dẫn cho phép điều khiển bằng điện áp với dòng điện
điều khiển cực nhỏ. Hình vẽ thể hiện cấu trúc bán dẫn và ký hiệu của một MOSFET
kênh dẫn kiểu n. Trong đó G là cực điều khiển
Hai cực còn lại là cực gốc (S) và
cực máng (D). Cực máng là cực
đón các hạt mang điện.
Cấu trúc bán dẫn của MOSFET
kênh dẫn kiểu p cũng tương tự
nhưng các lớp bán dẫn sẽ có kiểu
dẫn điện ngược lại. Tuy nhiên đa
số các MOSFET công suất là loại
có kênh dẫn kiểu n.

Hình 2.3. MOSFET (kênh dẫn n):
a) Cấu t rúc bán dẫn; b) Ký hiệu
2.3.2. Nguyên lý hoạt động của MOSFET
Trong chế độ làm việc bình thường UDS > 0.
- Giả sử điện áp giữa cực điều khiển và cực gốc bằng không, uGS = 0, khi đó kênh dẫn
sẽ hoàn toàn không xuất hiện. Giữa cực gốc và cực máng phân cực ngược.
-

Nếu điện áp điều khiển âm, UGS < 0, thì vùng bề mặt giáp cực điều khiển sẽ tích tụ

các lỗ (p), do đó dòng điện giữa cực gốc và cực máng sẽ không thể xuất hiện.

-

Khi điện áp điều khiển là dương, UGS > 0, và đủ lớn, bề mặt tiếp giáp cực điều khiển
sẽ tích tụ các điện tử, và một kênh dẫn thực sự đã hình thành (hình 1.14b). Như vậy
trong cấu trúc bán dẫn của MOSFET, các phần tử mang điện là các điện tử, giống
như của lớp n tạo nên cực máng, nên MOSFET được gọi là phần tử với các hạt
9


mang điện cơ bản., khác với cấu trúc của BJT,
2.3.3.Thực hành đo và xác định cực tính của Mosfet.

Que đen
D
G
KÝch tay

S

-

+

Que đỏ

- Kí hiệu: BU, K....
- Cách đo , kiểm tra Mosfet kênh N: Dùng ĐHVN ở thang đo x10Ω.
+ Xác định chân G: giữ một que đo ở 1 chân cố định rồi đo điện trở với 2 chân còn

lại. Nếu phép đo nào cho 2 giá trị R bằng ∞ thì chân cố định là chân G.
+ Xác định chân D và S: có 2 phép đo.

Que đen D, que đỏ S có R = ∞ (lớn hơn trường hợp dưới)
Que đen S, que đỏ D có R <
+ Xác định chất lượng : đặt que đen vào D, que đỏ vào S có R=∞. Trượt que đen
vào G kim đồng hồ vọt lên và tự giữ khi thôi kích và G. Muốn đo lại lần nữa ta phải
đổi lại trạng thái của Mosfet bằng cách đổi que đo đặt vào S, D rồi chạm tay vào cực G
( nếu không Mosfet sẽ giữ ở trạng tthái dẫn rất lâu)
-

Kiểm tra tương tự với kênh dẫn loại P

Chú ý : Do MOSFET rất nhạy cảm với kích thích ( đáp ứng nhanh, tốt với dòng
điện ). Do đó cũng rất nhạy cảm với tĩnh điện bên ngoài cho nên nếu tĩnh điện
bên ngoài lớn có thể làm hỏng hoặc suy yếu MOSFET. Vì thế cách tốt nhất khi
kích thử tay vào nó là ta nên cho bàn chân của mình chạm xuống đất hoặc cổ
tay có đeo vòng để thoát tĩnh điện.
Que ®en
D

2.4. Transistor có cực điều khiển cách ly IGBT
G

KÝch tay

10
S
Que ®á

-

+


- IGBT là phần tử kết hợp khả năng đóng cắt nhanh của MOSFET và khả năng chịu tải
lớn của tranzito thường. Về mặt điều khiển, IGBT gần như giống hoàn toàn MOSFET,
nghĩa là được điều khiển bằng điện áp, do đó công suất điều khiển yêu cầu cực nhỏ.
Hình 1.15 giới thiệu cấu trúc bán dẫn của một IGBT.
Về cấu trúc bán dẫn, IGBT rất giống với MOSFET, điểm khác nhau là có thêm
lớp p nối với colectơ tạo nên cấu trúc bán dẫn p-n-p giữa emitơ (tương tự cực gốc) với
colectơ (tương tự cực máng), không phải là n-n như ở MOSFET (hình 1.29b). Có thể
coi IGBT tương đương với một tranzito p-n-p với dòng bazơ được điều khiển bởi một
MOSFET (hình 1.15b và c).
Dưới tác dụng của điện áp điều khiển UGE > 0, kênh dẫn với các hạt mang điện
là các điện tử được hình thành, như cấu trúc MOSFET. Các điện tử di chuyển về phía
colectơ vượt qua lớp tiếp giáp n—p như ở cấu trúc giữa bazơ và colectơ ở tranzito
thường, tạo nên dòng colectơ.

Hình 2.4. IGBT: a) Sơ đồ thương đương; b) Ký hiệu
2.5. Thyristor SCR.
a) Cấu tạo và ký hiệu của thyristor
 Cấu tạo và ký hiệu
- Thyristor công suất có cấu tạo và ký hiệu giống thyristor thường: gồm 4 lớp bán
dẫn P-N-P-N tạo nên 3 lớp tiếp giáp P-N là J1, J2, J3. như trên hình vẽ.
- Thyristor có ba cực: anôt A, catôt K, cực điều khiển G.

11

Hình 2.5: Cấu tạo, ký hiệu của thyristor
b) Mở và khoá thyristor
 Mở thyristor:
Điều kiện để mở thyristor là:
- Điện áp giữa anôt và catôt phải dương UAK >0
- Có tín hiệu điều khiển đặt vào cực điều khiển và catôt của thyristor (U dk>0)
 Khoá SCR:
Khi SCR đã mở, nếu ta ngắt tín hiệu điều khiển Udk thì SCR vẫn tiếp tục mở.
Để khoá SCR ta cần điều kiện:
- Đặt điện áp ngược lên thyristor: UAK < 0
c) Các thông số cơ bản của thyristor
• Giá trị dòng trung bình cho phép chạy qua thyristor Itb.
• Điện áp ngược cho phép lớn nhất Ungmax
d. Thực hành đo và xác định cực tính của Thyristor
- Kí hiệu: BR...., BT...., MCR...., BTW....., 2P4M
- Cách xác định cực tính: dùng ĐHVN ở thang đo x10Ω. Thực hiện các phép đo
ở 2 chân bất kì ( có 6 phép đo). Phép đo nào cho giá trị điện trở thì que đen ở chân G,
que đỏ ở chân K. Chân còn lại là chân A.
Kiểm tra chất lượng theo sơ đồ:

12


A

SCR

K
G

+

R

®á

1

2

3

®en

- +
R

Giả sử chân 1 là chân K, chân 2 là chân A, chân 3 là chân G. Nối 1 điện trở khoảng 1k
giữa chân K và G. Đặt que đen ( + nguồn pin) vào chân A, que đỏ (- nguồn pin) vào
chân K. Nếu thấy kim đồng hồ chỉ giá trị điện trở mà nếu bỏ R ra kim vẫn giữ giá trị
đó thì SCR còn tốt.
2.6. Triac
- Triac là phần tử bán dẫn có cấu trúc bán dẫn gồm năm lớp, tạo nên cấu trúc p-n-p-n
- . Triac có ký hiệu trên sơ đồ như hình vẽ, có thể dẫn dòng theo cả hai chiều T1 và T2.
Về nguyên tắc, triac hoàn toàn có thể coi tương đương với hai tiristo đấu song song
ngược như trên hình 1.8c.

Hình 2.6. Triac: a) Cấu trúc bán dẫn; b) Ký hiệu; c) Sơ đồ tương đương với hia tiristo
song song ngược
Việc kích Triac có thể chia ra làm các trường hợp:

13


-

Mở bằng xung điều khiển UGT1> 0 khi UT2T1> 0
Mở bằng xung điều khiển UGT1< 0 khi UT2T1> 0
Mở bằng xung điều khiển UGT1< 0 khi UT1T2> 0
Mở bằng xung điều khiển UGT1> 0 khi UT1T2> 0

Thực hành: Cách đo và xác định cực tính của Triac
- Kí hiệu: BRY....., SC......, T......, USC......, BT....,.......

- Các đo, kiểm tra: sử dụng ĐHVN ở thang đo x10Ω. Ta thực hiện các phép đo
ở 2 chân bất kì ( có 6 phép đo) . Trong đó chỉ có 2 phép đo cho giá trị R gần
bằng nhau thì đó là chân G và T1. Chân còn lại là chân T2 hoặc chân T2 được
nối với vỏ hoặc cánh tản nhiệt.
Chân G được xác định theo sơ đồ:

T2 (+)

TRIAC

G(+)

T1(-)

T2 (-)

TRIAC

T2 (+)

TRIAC

G(-)

G(-)

T1(+)

T1(-)

Ph©n cùc thuËn (Rt <)

T2 (-)

TRIAC

G(+)

T1(+)

Ph©n cùc ng­îc (Rn >)

14


Bài giảng số 2:

BÀI 3: BỘ CHỈNH LƯU
Thời gian 6h (LT:2h, TH: 4h)

I.

MỤC TIÊU BÀI HỌC

-

Xác định chức năng nhiệm vụ của từng khối trong cấu trúc bộ chỉnh lưu

-

Vẽ được sơ đồ nguyên lý của mạch chỉnh lưu không điều khiển tia một pha với
các loại tải khác nhau

-

Phân tích được nguyên lý hoạt động của các mạch và vẽ được các giản đồ điện
áp tương ứng.

-

Lắp ráp mạch chỉnh lưu không điều khiển tia một pha với các loại tải khác nhau

-

Khảo sát điện áp nguồn và điện áp ra của các mạch chỉnh lưu. So sánh điện áp
chỉnh lưu trên các loại tải với nhau.

-

Rèn luyện tính cẩn thận, đảm bảo an toàn cho người và thiết bị.

II.

DỤNG CỤ, TRANG THIÊT BỊ DẠY HỌC

-

Mô đun chỉnh lưu không điều khiển

-

Mặt nạ mạch chỉnh lưu không điều khiển tia một pha

-

Các mô đun tải R, L, C, động cơ một chiều.

-

Khối nguồn

-

Máy hiện sóng, đồng hồ vạn năng

-

Các loại dây cắm

III.
3.1.

NỘI DUNG BÀI HỌC
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BỘ CHỈNH LƯU

3.1.1 Cấu trúc mạch chỉnh lưu
Bộ chỉnh lưu là thiết bị biến đổi điện áp (dòng điện) xoay chiều sang điện áp
(dòng điện) một chiều. Bộ chỉnh lưu là thiết bị điện tử công suất được sử dụng rộng rãi
nhất trong thực tế. Sơ đồ cấu trúc thường gặp của mạch chỉnh lưu như trên hình vẽ

Hình 3. 1: Sơ đồ cấu trúc mạch chỉnh lưu
Trong sơ đồ bao gồm :
 Máy biến áp BA làm hai nhiệm vụ chính là:

15


-

Chuyển từ điện áp quy chuẩn của lưới điện xoay chiều U1 sang điện áp U2 thích
hợp với yêu cầu của tải. Tuỳ theo yêu cầu của tải mà máy biến áp có thể là tăng
áp hoặc giảm áp.

-

Biến đổi số pha của nguồn lưới sang số pha theo yêu cầu của mạch van. Thông
thường số pha của lưới lớn nhất là 3, song mạch van có thể cần số pha là 6,

12…

Trường hợp tải yêu cầu mức điện áp phù hợp với lưới điện và mạch van đòi hỏi số pha
như lưới điện thì có thể bỏ máy biến áp

Mạch van ở đây là các van bán dẫn được mắc với nhau theo cách nào đó để
có thể tiến hành quá trình chỉnh lưu.
 Mạch lọc nhằm đảm bảo điện áp (hoặc dòng điện) một chiều cấp cho tải là bằng
phẳng theo yêu cầu.
3.1.2 Phân loại
 Phân loại theo số pha nguồn cấp cho mạch van: một pha, hai pha, ba pha, 6 pha

Phân loại theo loại van bán dẫn trong mạch van:
-

Mạch van dùng toàn điôt, gọi là chỉnh lưu không điều khiển.

-

Mạch van dùng toàn tiristo, gọi là chỉnh lưu điều khiển.

-

Mạch chỉnh lưu dùng cả hai loại điôt và tiristo, gọi là chỉnh lưu bán điều khiển.

 Phân loại theo sơ đồ mắc các van với nhau:
- Sơ đồ hình tia.
- Sơ đồ cầu.
3.1.3 Luật dẫn van

Hình 3.2: a) Van đấu catôt chung; b) Van đấu anôt chung
1. Nhóm van đấu catôt chung
Hình 3.2a là mạch van khi tất cả các điôt có catôt đấu với nhau. Luật dẫn của nó
được phát biểu như sau:

16


Van có khả năng dẫn là van có điện thế anôt của nó dương nhất trong nhóm, tuy
nhiên nó chỉ dẫn được nếu điện thế anôt này dương hơn điện thế ở điểm catôt chung
ϕKC. Thí dụ, ở thời điểm hiện tại ta có:
ϕA1 > ϕA2 > ϕA3 > … > ϕAn
và đồng thời ϕA1 > ϕKC thì van D1 sẽ dẫn. Lúc đó nếu coi sụt áp trên van bằng 0 thì khi
D1 dẫn ta thấy ϕKC = ϕA1. Điều này dẫn đến điện áp trên các van còn lại sẽ âm:
ϕAK2 = ϕA2 - ϕKC = ϕA2 - ϕA1 < 0
…………………………………
ϕAKn = ϕAn - ϕKC = ϕAn - ϕA1 < 0
Như vậy các van còn lại sẽ phải khoá không dẫn được.
2. Nhóm van đấu anôt chung
Ở nhóm van đấu anôt chung (hình 3.2b) có luật dẫn van sau: Van có khả năng
dẫn là van có điện thế catôt âm nhất trong nhóm, nhưng nó chỉ dẫn được nếu điện thế
này âm hơn điện thế anôt chung ϕAC.
Trong chương này sẽ áp dụng hai luật dẫn trên để phân tích các mạch chỉnh lưu
thông dụng, trong đó sẽ coi các van là lý tưởng, như vậy khi dẫn sụt áp trên van bằng
không (∆uAK = 0).
3.2.

MẠCH CHỈNH LƯU KHÔNG ĐIỀU KHIỂN

3.2.1. MẠCH CHỈNH LƯU KHÔNG ĐIỀU KHIỂN TIA MỘT PHA

3.2.1.1.

Sơ đồ nguyên lý

Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu một pha một nửa chu kỳ tải R
Giới thiệu sơ đồ:
- Máy biến áp một pha BA có nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều nguồn lưới
sang điện áp xoay chiều cấp cho mạch chỉnh lưu.
- Điôt D có nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều
- Tải điện trở R
- ud, id: là điện áp và dòng điện chỉnh lưu trên tải
17


3.2.1.2. Nguyên lý làm việc, giản đồ điện áp
- Giả sử mạch đang làm việc ở chế độ xác lập, điện áp phía thứ cấp là
u2= 2 U2sin ω t(v), và khi Diode dẫn điện thì điện áp trên nó bằng không.
- Trong 1 2 chu kỳ đầu ω t = 0 đến π thì u2 ≥ 0, van D được phân cực thuận=> D dẫn
điện. Ta có: uD = 0, ud = u2 ≥ 0, iD = id =

ud
.
R

-Trong 1 2 chu kỳ sau ω t = π đến 2π thì u2 ≤ 0, van D bị phân cực ngược nên D bị
khóa. Ta có: uD = u2 ≤ 0, ud = 0. iD = id=0
- Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự .
- Giản đồ dòng điện, điện áp

Hình 3.4: Giản đồ điện

áp, dòng điện mạch chỉnh
lưu không điều khiển tia
một pha tải R

3.2.1.3. Một số biểu thức tính toán
-Điện áp trung bình trên tải.
1
Utải =
2π

π

∫

2 U2 sin ( ω t) d ω t = 0,45 U2.

0

-Trị số trung bình của dòng điện tải.
Itải =

0,45 U2
.
R

- Điện áp thuận, điện áp ngược qua van.
18


uD(thuận) = uD(ngược) =

2 U2.

3.2.1.4. Thực hành
1. Xây dựng sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu không điều khiển tia một pha với
các loại tải.

a)Tải điện trở R

b) Tải trở cảm R nối tiếp L

d)Tải động cơ một chiều

c) Tải trở dung R song song C

Hình 3.4: Mạch chỉnh lưu không điều khiển tia một pha với các loại tải .

2. Trình tự thực hiện
Bước 1: Chuẩn bị thiết bị
- Các thiết bị: + Mô đun chỉnh lưu không điều khiển
+ Mặt nạ mạch chỉnh lưu tia một pha
+ Các mô đun tải
+ Mô đun nguồn xoay chiều
+ Các loại dây cắm
+ Đồng hồ vạn năng
19


-

+ Máy hiện sóng Ossilocope
Gá các mô đun lên bàn thực hành

Hình 3.5: Bàn thực hành

Hình 3.6:Các mô đun được gá trên bàn thực hành

20


Bước 2: Sử dụng các dây cắm để kết nối mạch theo đúng sơ đồ nguyên lý với từng
trường hợp tải
Bước 3: Cấp nguồn xoay chiều 24V hoặc 45V từ khối nguồn. Chú ý sử dụng điện áp
một pha của phía thứ cấp máy biến áp ba pha (chọn L’1 hoặc L’2 hoặc L’3) với pha
trung tính.
Lựa chọn L’1
honối với L trên
mô đun chỉnh
lưu

Lựa chọn N’ nối
với N trên mô
đun chỉnh lưu

Vặn công
tắc chuyển
mạch về
ON

Hình 3.7: Khối nguồn xoay chiều

Bước 4: Khảo sát điện áp:
-

Dùng đồng hồ vạn năng (VOM) đo giá trị điện áp nguồn xoay chiều

-

Dùng đồng hồ VOM đo giá trị điện áp chỉnh lưu trên các loại tải. Chú ý để
thang đo một chiều, cắm que đo đúng cực tính điện áp.

-

Dùng máy hiện sóng đo dạng sóng điện áp xoay chiều hình sin và dạng sóng
điện áp chỉnh lưu trên các loại tải.

21


Hình 3.8: Máy hiện sóng Ossilocope
Chú ý:Khi đo điện áp một chiều cắm que đo đúng cực tính.
Thực hiện tương tự đối với các loại tải:

22


Hình 3.9: Tải R nối tiếp L

Hình 3.8: Tải R song song
với C

23


Hình 3.8: Tải động cơ một chiều

Ghi chép và vẽ lại các kết quả đo được như sau:
 Lập bảng giá trị điện áp nguồn xoay chiều với điện áp chỉnh lưu trên các loại tải
Điện áp nguồn
xoay chiều
(VAC)

Giá trị điện áp chỉnh lưu trên tải (VDC)
Tải R

Tải R nt L

24

45

24

Tải R//C

Tải ĐC 1
chiều


 Vẽ lại các dạng sóng điện áp đo được:

Dạng sóng điện áp nguồn xoay chiều

Dạng sóng điện áp chỉnh lưu trên tải R

25