Tìm hiểu các loại van bán dẫn trong phòng thực hành

BÀI 1 : TÌM HIỂU CÁC LOẠI VAN BÁN DẪN TRONG PHÒNG
THỰC HÀNH
I.
1.

Một số van bán dẫn

Điôt
a. Khái niệm
Điot là phần tử được cấu tạo bởi một lớp tiếp giáp bán dẫn n-p .
Điot có hai cực:
• Anôt A là cực nối với lớp bán dẫn kiểu p
• Catot k là cực nối với lớp bán dẫn loại n

Dòng điện chỉ chạy qua điôt theo chiều từ anot tới catot khi điện
áp dương
Khi âm ,dòng qua điôt gần như bằng 0
Cấu tạo của điôt

b.

Nguyên lý làm việc

Nguyên lý làm việc: như 1 van bán dẫn 1 chiều ,trên cơ sở tiếp giáp p –
n
Khi được phân cực thuận : anot có điện thế dương ,còn katot có điện thế
âm ,có dòng Iak
Khi phân cực ngược : anot có điện thế thấp hơn so với catot ,không có
dòng Iak
[Type text]

Page 1


c.

1.

Đặc tính vôn ampe

Thyritor
a) Cấu tạo

Thyritor là phần tử bán dẫn cấu tạo từ bốn lớp bán dẫn P-N-P-N tạo
thành .tạo ra ba lớp tiếp giáp P-N
Là J1 ,J2 ,J3 .Thyritor có 3 cực là anot (A) ,và katot (K) ,với cực điều
khiển G

[Type text]

Page 2


b)

Nguyên lý hoạt động của Thyritor

Khi không có dòng điều khiển vào cực điều khiển :Khi dòng điều khiển
vào cực điều khiển của thyritor bằng 0 ,hay khi hở mạch cực điều khiển
của ,thyritor sẽ cản trở dòng điện ứng với hai trường hợp phân cực điện
áp giữa anot và catot

Khi điện áp <0 ,theo cấu tạo bán dẫn của thyritor hai tiếp giáp J1 ,J3 đều
phân cực ngược ,lớp tiếp giáp J2 phân cực thuận .Như vậy thyritor giống
như 2 điôt phân cực ngược
Qua thyritor sẽ chỉ có 1 dòng điện rất nhỏ chạy qua gọi là dòng dò.
Khi tăng đạt đến 1 giá trị điện áp lớn nhất sẽ xảy ra hiện tượng thyritor
bị đánh thủng ,dòng điện có thể tăng rất lớn ,giống như ở đặc tính ngược
của điốt ,qua trình đánh thủng là không để đảo ngược chiều ,nghĩa là
thyritor đã bị đánh thủng
Khi tăng điện áp anode –ctode theo chiều thuận ,>0 lúc đầu cũng chỉ có
một dòng điện rất nhỏ chạy qua ,gọi là dòng dò .Điện trở tương đương
mạch anot –ktot vẫn có giá trị rất lớn .Khi đó tiếp giáp J1 J3 phân cực
thuận ,J2 phân cực ngược ,cho đến khi tăng đạt giá trị phân cực thuận
[Type text]

Page 3


lớn nhất sẽ xảy ra hiện tượng điện trở tương đương ,mạch anot-ktot
đột ngột giảm ,dòng điện có thể chạy qua thyrtor và giá trị sẽ chỉ bị giới
hạnđiện trở tải qua mạch ngoài ,Nếu khi đó dòng qua thyrtor có giá lớn
nhất một mực dòng tối thiểu gọi là dòng duy trì (Idt) thì khi đó thyrtor sẽ
dẫn dòng trên đường đặc tính thuận
Khi dòng điện vào cực điều khiển :
Nếu có dòng điện đưa vào cực điều khiển và cathode thì qua trình
chuyển điểm làm việc trên đường đặc tính thuận sẽ xảy ra sớm hơn,trước
khi điện áp thuận đặt giá trị rất lớn .Nói chung dòng điều khiển lớn hơn
thì điểm chuyển đặc tính làm việc sẽ xảy ra với nhỏ hơn
c. Đặc tính vôn-ampe

2.

IGBT (Tranzitor có cực điều khiển cách ly)

IGBT là phần tử kết hợp khả năng đóng cắt nhanh của Mosfed ,và khả
năng chịu tải lớn của tranzitor thường
Về mặt điều khiển ,IGBT gần như giống hoàn toàn mosfed ,nghĩa là
được điều khiển bằng điện áp ,do đó công suất điều khiển yêu cầu cực
nhỏ

[Type text]

Page 4


Về cấu trúc bán dẫn IGBT rất giống với mosfed điểm khác nhau là có
them lớp p nối cới collector tạo nên cấu trúc bán dẫn p-n-p giữa emitor
và collector .Có thể coi IGBT tương đương một tranzitor p-n-p với dòng
được điều khiển bởi mosfed

b. Nguyên lý hoạt động của IGBT
Dưới tác dụng của điện áp điều khiển >0 ,kênh dẫn với các hạt mang
điện là các điện tử được hình thành ,giống như ở cấu trúc MOSFET
.Các điện tử di chuyển về phía colecto vượt qua lớp tiếp giáp n-p như ở
cấu trúc giữa bazo và colecto ở tranzito thường ,tạo nên dòng colecto
c . Đặc tính vôn ampe

[Type text]

Page 5

4.

Cách đo
a. DIODE:
Vì diot chỉ có 1 tiếp giáp P-N cho nên việc đo diot khá đơn giản,
ta không cầnchỉnh “0” cho đồng hồ-Ta đặt que đen vào 1 cực, que
đỏ vào cực còn lại, sauđó đảo chiều que đo.Nếu kim chỉ lên trong
1 trườnghợp thì diot còn tốt và cực gắn với que đen khi kim lênlà
anot, cực còn lại là catot.Nếu cả 2 trường hợp kimđều lên hoặc
đều không lên thì diot bị hỏng.
b.

TIRISTO:

Với thyristor thì việc xác định chân dễ dàng
hơntransitor.Thường thì các SCR công suất lớn thì chân G
thường nhỏ hơn nhiều so với chân A và K. Chínhvì vậy ta có thể
xác định được A,K bằng cách nhưsau:-Vặn đồng hồ về thang
đoΩx10(hoặc 1).Có thể chỉnh ‘0” hoặc thôi cũng được.Sau đó đặt
que đenvào chân G, que đỏ vào 2 chân còn lại.Nếu khi nào mà
kim lên thì chân đó là chân K, suy ra chân còn lại là chân A. Còn
khi mà không biết chân G thì ta có thể tìm bằng cách tìm cặp chân
nào màcó điện trở bằng vô cùng với cả 2 chiều que đo.Khi đó cặp
chân đó là cặp A,K,suy ra chân còn lại là chân G.Nếu không tồn
tại cặp chân nói trên thì SCR đã hỏng. SCR có loại trụ, loại đĩa,
hoặc modul…
[Type text]

Page 6

5.
•

Hình ảnh một số van bán dẫn trong phòng thí nghiệm
Tiristor dạng đĩa

Đặc tính kĩ thuật
Điện áp cho phép :2000v,2200v ,2400v
• Dòng trung bình dạng nửa sin : =870 A
• Dòng xung đỉnh trong 10ms : I= 9200 A
• Điện ápđiều khiển = 3 V
• Dòng điều khiển =300 mA
• Trở kháng nhiệt =0,0342 KW
• Nhiệt độ lớn nhất của tiếp giáp bán dẫn :
• Lực ép cho phép : 1000-2000 kgf
• Trọng lượng : 340 g
Tiristor có ren vặn
•

•

[Type text]

Page 7


Đặc tính kĩ thuật
•

•
•
•
•

(AV) T vỏ =100
= 4000A
=(AC))=1600V (IRKD166-16)
(=)=1,43 V
Triistor dạng hộp nén ,cách ly với vỏ

[Type text]

Page 8


•
•
•
•
•
•
•
•

Đặc tính kĩ thuật :
=400 V
Dòng trung bình tại T vỏ =85 ; =280 A
Dòng trung bình không lặp lại trong 10 ms : I=6900A
Điện áp điều khiển :=3V (max)

Dòng điều khiển =150 mA
Trở kháng nhiệt = 0,04 KW
Nhiệt độ lớn nhất của tiếp giáp bán dẫn :T=125
Trọng lượng :535g

BÀI 2 : Các mạch chỉnh lưu
1.

Chỉnh lưu hình tia 2 pha

[Type text]

Page 9


Ð1

U2'
U1
U2

Ð2

a.

Sơ đồ đấu dây

2.

Chỉnh lưu tia 3 pha

[Type text]

Page 10


Ð1
a
A
B

N

b

Ð2

c

Ð3

C
U2

b.

Sơ đồ đấu dây

[Type text]

Page 11

Id
Ud

Rd


3.
a.

Chỉnh lưu cầu điốt 1 pha
Sơ đồ nguyên lý

[Type text]

Page 12


a
Ð1

Ð3
id

U2

+
(-)
Ð4

Ud

_
+
Ð2

b

b.

Sơ đồ đấu dây

[Type text]

Page 13


4.

Chỉnh lưu cầu điôt 3 pha
a. Cơ đồ đấu dây

Ð1

Ð3

Ð5

id

a
Ud

b
c
Ð6

Ð4

b.

[Type text]

Ð2

Sơ đồ đấu dây

Page 14

Rd


5.

Chỉnh lưu cầu bán điều khiển tistostor mắc thẳng hàng
a. Sơ đồ nguyên lý

T1

Ð1

id
Ld

Ud
U2
Rd
T2

b.
[Type text]

Ð2

Sơ đồ đấu dây
Page 15


6.
a.

Chỉnh lưu cầu bán điều khiển tiritor mắc catot chung
Sơ đồ điều khiển

[Type text]

Page 16

id
Ð1

Ð2
Ld
Ud

U2

T1

b.

T2
Rd

Sơ đồ đấu dây

[Type text]

Page 17


BÀI 3: Bộ băm xung một chiều
1)

2)

Khái niệm
Là thiết bị dùng để thay đổi điện áp một chiều ra tải từ nguồn điện

một chiều cố định
ứng dụng: Để điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều,tạo nguồn ổn
áp dải rộng
Nguyên lý chung của bộ băm xung 1 chiều

Ut

Tr

E

Rt
t

ut
to

to

T

Như vậy giá trị trung bình trên của điện áp trên tải sẽ nhận được :
= = E =E
Trong đó : – Thời gian Tr dẫn
– tham số điều chỉnh
T- chu kì đóng cắt van
Cấu trúc chung của băm xung 1 chiều
[Type text]

Page 18

LĐV

3)

4)

MV

LĐR

TẢI

Các van bán dẫn trong băm xung một chiều
Các van bán dẫn phù hợp với băm xung một chiều phải là các van
chopheps điều khiển được cả mở và khoá ,tức là van điều khiển
hoàn toàn như các loại :transistor hoặc GTO
Các loại van điều khiển hoàn toàn
• BT
• MOSFET
• IGBT
• GTO
Mô phỏng qua matlab

[Type text]

Page 19

[Type text]

Page 20


Bài 4: Biến tần và nghịch lưu
A.

Bộ nghịch lưu
1, Khái niệm:
- Bộ nghịch lưu dùng để chuyển đổi năng lượng từ nguồn điện
một chiều sang nguồn điện xoay chiều để cung cấp cho tải xoay
chiều.
- Đại lượng được điều khiển ở ngõ là dòng và áp ,còn lại là bộ
nghịch lưu dòng hay bộ nghịch lưu áp
- Nguồn một chiều cung cấp cho bộ nghịch lưu áp có tính chất
nguồn điện áp và nguồn cho bộ nghịch lưu dòng có tính chất
nguồn dòng điện.Các bộ nghịch lưu tương ứng được gọi là là
bộ nghịch lưu áp nguồn áp và bộ nghịch lưu dòng điện nguồn
dòng hoặc gọi tắt là bộ nghịch lưu áp và bộ nghịch lưu dòng .
- Nghịch lưu nguồn áp: trong dạng này, dạng điện áp ra tải được
định dạng trước (thường có dạng xung chữ nhật) còn dạng dòng
điện phụ thuộc vào tính chất tải. Nguồn điện áp cung cấp phải là
nguồn sức điện động có nội trở nhỏ. Trong các ứng dụng điều
khiển động cơ, thường sử dụng nghịch lưu nguồn áp.

[Type text]

Page 21

Nghịch lưu nguồn dòng: ngược với dạng trên, dạng dòng điện ra
tải được định hình trước, còn dạng điện áp phụ thuộc vào tải.
Nguồn cung cấp phải là nguồn phải có điện cảm đầu vào đủ lớn
hoặc đảm bảo điều khiển thao nguyên tắc điều khiển ổn định
dòng điện.
- Nghịch lưu nguồn cộng hưởng: Loại này dùng nguyên tắc cộng
hưởng khi mạch hoạt động, do đó dạng dòng điện ( hoặc điện áp
) thường có dạng hình sinh. Cả điện áp và dòng điện ra tải phụ
thuộc vào tín chất tải.
Trong trường hợp nguồn điện ở đầu vào và đại lượng ở ngõ ra
không giống nhau
Vd: bộ nghịch lưu cung cấp dòng điện xoay chiều từ nguồn áp 1
chiều ,ta gọi chúng là bộ nghịch lưu điều khiển dòng điện từ
nguồn điện áp hoặc bộ nghịch lưu dòng nguồn áp
Các bộ nghịch lưu tạo thành bộ phận chủ yếu trong cấu tạo của
bộ nghịch boojj biến tần ,ứng dụng quan trọng và tương đối rộng
rãi của chúng nhắm vào lĩnh vực truyền động điện động cơ xoay
chiều với độ chính xác cao ,trong lĩnh vực tần số cao ,bộ nghịch
lưu được dùng trong các thiết bị lò biến tần ,thiết bị trung tần ,thiết
bị hàn trung tần .Bộ nghịch lưu còn được dùng làm nguồn điện
xoay chiều cho nhu cầu gia đình ,lamf nguồn liên tục UPS ,điều
khiển chiếu sang ,bộ nghịch lưu còn trong lĩnh vực bù nhiễu công
suất phản kháng
2, phân loại
Bộ nghịch lưu áp
• Áp 1 pha
• Áp 3 pha
Bộ nghịch lưu dòng
•

Dòng 1 pha
• Dòng 3 pha
Nghịch lưu cộng hưởng nối tiếp
Nghịch lưu cộng hưởng song song
-

-

-

-

[Type text]

Page 22


B.

Biến tần

1 . Khái niệm
-

Biến tần là thiết bị biến đổi dòng xoay chiều với tần số của lưới
điện thành dòng xoay chiều có tần số khác với tần số của lưới.
Bộ biến tần sử dụng trong hệ truyền động điện , chức năng chính là
thay đổi tần số nguồn cung cấp cho động cơ để thay đổi tốc độ
động cơ nhưng nếu chỉ thay đổi tần số nguồn cung cấp thì có thể
thực hiện việc biến đổi này theo nhiều phương thức khác, không

dùng mạch điện tử. Trước kia, khi công nghệ chế tạo linh kiện bán
dẫn chưa phát triển, người ta chủ yếu sử dụng nghịch lưu dùng
máy biến áp. Ưu điểm chính của các thiết bị dạng này là sóng dạng
điện áp ngõ ra rất tốt ( ít hài ) và công suất lớn ( so với biến tần hai
bậc dùng linh kiện bán dẫn ) nhưng còn nhiều hạn chế như :
• Giá thành cao do phải dùng máy biến áp công suất lớn.
• Tổn thất trên máy biến áp chiếm đến 50% tổng tổn thất trên
hệ thống nghịch lưu.
• Chiếm diện tích lắp đặt lớn, dẫn đến khó khăn trong việc lắp
đặt, bảo trì cũng như thay mới.
• Điều khiển khó khăn, khoảng điều khiển không rộng và dễ bị
quá áp ngõ ra do có hiện tượng bão hòa từ của lõi thép máy
biến áp.

[Type text]

Page 23


-

Cấu trúc cơ bản của biến tần

Phân loại :
-

-

Theo số pha : - một pha
- Hai pha

- Ba pha
Theo cấu trúc : - Biến tần trực tiếp
- Biến tần gián tiếp:
Theo đặc tính và thông số : - Thông số đầu vào
-Nguồn áp
- Nguồn dòng

[Type text]

Page 24


Tìm hiểu bộ biến tần gián tiếp :
Các bộ biến tần gián tiếp có cấu trúc như sau :

+

U1, f1
CL

_

NL
_

Trong đó : CL – Là bộ chỉnh lưu
L - Bộ lọc
NL – Bộ nghịch lưu
Cấu trúc mạch lọc

[Type text]

U2 ,f2

+
L

Page 25