tom tat bai giang dien tu cong suat

ĐH Tơn Đức Thắng - Phịng TCCN

Bài giảng điện tử cơng suất

GIỚI THIỆU MƠN HỌC
1. Tên mơn học:

- Điện Tử Cơng Suất

2. Số đơn vị học trình: - 02 (30 tiết)
3. Trình độ:

- Trung cấp

4. Đánh giá, tính điểm:

- ĐTBMH = [Điểm trung bình kiểm tra +Điểm Thi]/2

5. Thang điểm:

- 10.

6. Phân bổ thời gian:
- Lên lớp: 30 tiết
- Lý thuyết: 25 tiết.
- Bài tập: 5 tiết.
7. Điều kiện tiên quyết:
Học sinh cần nắm vững về lý thuyết mạch điện, kiến thức cơ bản về điện tử.
8. Mô tả vắn tắt nội dung học phần:
Học phần bao gồm các phần chính: khái niệm & các đại lượng đặc trưng; linh kiện bán
dẫn công suất; bộ chỉnh lưu; bộ biến đổi điện áp xoay chiều; bộ biến đổi điện áp 1 chiều; bộ

nghịch lưu - biến tần
9. Nhiệm vụ của sinh viên:
- Đi học đúng giờ, thực hiện đúng các quy định, quy chế của nhà trường
- Dự lớp: Trên 80% tổng số buổi lên lớp
- Bài tập: làm các bài tập ở lớp và ở nhà. Hoàn thành bài thi và các bài kiểm tra.
10. Tài liệu học tập:
- Sách, giáo trình chính.



Huỳnh Tấn Đệ

Trang 1


ĐH Tơn Đức Thắng - Phịng TCCN

Bài giảng điện tử công suất

[2]. Trang bị điện tử công nghiệp _ Vũ Quang Hồi _ NXB Giáo Dục
[3]. Giáo trình điện tử công suất 1_ Nguyễ n Văn Nhờ_ NXB Đại Học Quốc Gia TP.HCM
[4]. Điện tử công suất _ Nguyễ n Tấn Phước _ NXB TP HCM
11. Mục tiêu của học phần:
Môn học trang bị cho sinh viên nắm bắt được nguyên lý chuyển đổi tín hiệu năng lượng
điện AC – AC, AC – DC, DC – DC, DC – AC. Từ đó giúp cho sinh viện khảo sát phân tích
các bộ biến đổi công suất cơ bản: bộ chỉnh lưu; bộ biến đổi điện áp xoay chiều – một chiều;
nghịch lưu – biến tần.
12. Nội dung chi tiết học phần:
Ch ươ ng 1: LINH KI Ệ N BÁN D Ẫ N CƠNG SU Ấ T
1.1. Diode

1.2. Transistor cơng suất
1.3. Thyristo r ( SCR )
1.4. Các linh kiện thuộc họ SCR
Ch ươ ng 2: B Ộ Đ ỔI ĐI Ệ N XOAY CHI ỀU THÀNH ĐI Ệ N M Ộ T CHI Ề U
2.1. Chỉnh lưu 1 pha
2.1.1. Chỉnh lưu 1 pha không điều khiển
a. Chỉnh lưu nửa chu kỳ


Huỳnh Tấn Đệ

Trang 2


ĐH Tơn Đức Thắng - Phịng TCCN
2.2.1. Chỉnh lưu hình tia khơng điều khiển
2.2.2. Chỉnh lưu hình tia có điều khiển
2.2.3. Chỉnh lưu cầu không điều khiển
2.2.4. Chỉnh lưu cầu có điều khiển
2.3. Bộ lọc
2.3.1 Mạch lọc dùng tụ.
2.3.2 Mạch lọc dùng LC.
Chươn g 3: ĐỔI ĐIỆN MỘT CHIỀ U THÀNH MỘT CHIỀ U
3.1. Bộ converter flyback
3.2. Bộ converter forward
3.3. Bộ converter push-pull
Chươn g 4: ĐỔI ĐIỆN MỘT CHIỀU THÀNH ĐIỆN XOAY CHIỀ U
4.1. Sơ đồ nữa cầu dùng nguồn đôi.
4.2. Sơ đồ cầu
4.3. Sơ đồ đẩy kéo

4.4. Đổi điện một chiều ra điện xoay chiều dạng sin
4.5. Đổi điện một chiều ra điện xoay chiều 3 pha
Chươn g 5: BỘ BIẾN TẦN
5.1. Cấu trúc bộ biến tần
5.2. Hướng dẫn sử dụng một số biến tần thông dụng

Bài giảng điện tử công suất




ĐH Tơn Đức Thắng - Phịng TCCN

Bài giảng điện tử cơng suất

1.2. TRANSIST OR CƠNG SUẤT
Có hai loại : Transistor thuận viết tắt là PNP và transistor nghịch viết tắt là NPN.
Chúng làm việc ở hai chế độ:
- Chế độ khóa: ngắt hoặc dẫn bảo hịa.
- Chế độ khuyếch đại.
Trong điện tử công suất, transistor làm việc ở chế độ khóa. Thơng số quan trọng
nhất của transistor là hệ số khuyếch đại dòng điện = IC / IB . Để cho transistor dẫn
bảo hòa sâu ta phải cấp một dòng IB = kIBsat, với k là hệ số, IBsat là dòng cực B khi
transistor bảo hòa. Khi bảo hòa điện áp UBE≡ 0,7V; UCE = 0,2V

Hình 1.2: Ký hiệu và hình dạng một sơ loại transistor

Huỳnh Tấn Đệ

Trang 5

ĐH Tơn Đức Thắng - Phịng TCCN

Bài giảng điện tử cơng suất

1.3. THYRISTOR ( SCR )
Có 3 cực: Anơt, Catơt và Gate (cực cổng).
Điều kiện cần và đủ mở SCR - UAK > 1V
- Ig ≥ Igst Igst là giá trị ghi trong sổ tay tra cứu
Điều kiện SCR khoá: Khi đã mở, SCR khơng tự khố mặc dù xung dịng điều khiển đã
hết.
Để khóa SCR có hai cách:
- Giảm dòng làm việc IAK xuống dưới giá trị dòng duy trì IH,
- Đặt một điện áp ngược lên SCR (biện pháp thường dùng).
Điện trở SCR ở trạng thái ngắt cỡ hàng trăm kΩ, ở trạng thái mở còn khoảng
0,01Ω0,1Ω
Thời gian mở hoặc khóa SCR cỡ vài chục µs

Hình 1.3: Ký hiệu SCR và hình dạng vài loại SCR thơng dụng

Huỳnh Tấn Đệ

Trang 6


ĐH Tơn Đức Thắng - Phịng TCCN

Bài giảng điện tử công suất

1.4. TRIAC
Triac giống hai SCR mắc song song ngược nhau. Triac có thể dẫn dịng theo hai
chiều tùy theo cách kích cực G, vì vậy triac khơng cịn có khái niệm anơt và catơt thay
vào đó là T1 (hoặc B1) và T2 (hoặc B2) với ký hiệu T1 gần cực G.

Hình 1.4: Cấu tạo và ký hiệu triac
Phương pháp kích triac (mở triac).
+ Khi T2 có điện áp dương, kíck cực G bằng triac xung dương thì triac dẫn theo chiều
từ T2 đến T1
+ Khi T2 có điện áp âm, kíck cực G bằng xung âm thì triac dẫn theo chiều từ T1 đến
T2
Z
T2 +
G
+

T1

-

Z
T2

+
-

T2
G

T1

-

+

T1

+

T2

T1

Hình 1.5: Các phương pháp kích triac.
C. Câu hỏi ơn tập
Câu 1: Trình bày ngun lý hoạt động của Diode, Transitor, thyristor, triac.
Câu 2: Vẽ đường đặt tuyến của Diode, Transitor, thyristor, triac.

Huỳnh Tấn Đệ

Trang 7


ĐH Tơn Đức Thắng - Phịng TCCN

Bài giảng điện tử công suất

Chương 2: B Ộ ĐỔI ĐIỆN XOAY CHIỀU THÀNH ĐIỆN MỘT CHIỀU
A. Mục tiêu :
Sau khi học xong chương này, học sinh phải :

-

Trình bày được vai trị của điện một chiều.

-

Vẽ lại sở đồ và dạng sóng ngõ ra của các mạch chỉnh lưu không điều khiển và
chỉnh lưu có điều khiển.

-

Vẽ lại được mạch lọc và dạng sóng ngõ ra của mạch lọc dùng tụ và mạch lọc
LC. Nêu được ý nghĩa của bộ lọc.

B. Nội dung :
Trong kỹ thuật điện tử, buộc phải sử dụng điện một chiều để phân cực cho
transistor. Nhưng điện một chiều như pin, accu và máy phát một chiều quá tốn kém.
Có một cách đơn giản hiệu quả là chuyển điện xoay chiều đang có sẵn từ lưới điện
thành điện một chiều. Bộ đổi điện xoay chiều thành điện một chiều người ta còn gọi là
bộ chỉnh l ưu.
Cấu trúc của một sơ đồ chỉnh l ưu.
1 – Máy biến áp (MBA): Máy biến áp dùng để thay đổi mức điện áp của lưới điện phù
hợp với điện áp cần sử dụng.
2 – Chỉnh lưu: Là sơ đồ chỉnh lưu thực hiện chức năng biến đổi điện xoay chiều thành
điện một chiều.
3 – Mạch lọc: Gồm các phần tử phản kháng như tụ điện, cuộn cảm làm chức năng san
phẳng điện áp chỉnh lưu, giảm độ mấp mô.
4 – Mạch phản hồi: Làm chức năng đo lường tín hiệu như dịng điện, điện áp ở lối ra
mạch chỉnh lưu đưa đến mạch điều khiển.
5 – Mạch điều khiển: Dùng để điều khiển các thyristor trong chỉnh lưu có điều khiển.

Huỳnh Tấn Đệ

Trang 8


ĐH Tơn Đức Thắng - Phịng TCCN

MBA

Bài giảng điện tử cơng suất

Chỉnh
lưu

Lọc

Điều
khiền

Phản
hồi

Tải một
chiều

Hình 2.1: Cấu trúc chung của một sơ đồ chỉnh lưu.
2.1. CHỈNH LƯU 1 PHA
2.1.1. Chỉnh lưu 1 pha không điều khiển
a. Chỉnh lưu nửa chu kỳ.

Tải thuần trở R Ở bán kỳ dương diode cho dòng qua tải, Uo=Ui . Bán kỳ âm
diode khóa khơng cho dịng qua tải Uo = 0. Gía trị điện áp chỉnh lưu trung bình :
Utb=0,45Ui với Ui trị hiệu dụng của điện áp vào.

uO

iR

Uimax

Uo
Ui

uO

Utb
0
t

R

Hình 2.2: Sơ đồ chỉnh lưu bán kỳ và dạng điện ra trên tải
Tải đi ện trở và đi ện cảm (R + L): Vì tải có tính cảm nên sẽ sinh ra sức điện
động tự cảm e ngược với chiều biến thiên của dòng điện: e = - L.di/dt, tức là nó có xu
hướng chống lại sự tăng hoặc giảm dịng điện sinh ra nó. Trên hình ta thấy rằng, trong
khoảng 01 dòng id tăng từ từ (vì nó chống lại sự tăng của dịng điện vào), cuộn
cảm L tích lũy năng lượng. Trong khoảng12 dịng vào giảm dần, sức điện động

Huỳnh Tấn Đệ

Trang 9


ĐH Tơn Đức Thắng - Phịng TCCN

Bài giảng điện tử cơng suất

tự cảm e sinh một dịng điện cùng chiều với dịng vào (chống lại sự giảm của dịng vào)
vì vậy dù ui đổi chiều nhưng vẫn có dịng qua tải. Trong thực tế đối với mạch tải R + L
người ta dùng một diod Dr mắc song song với tải để dẫn dịng tự cảm hồn trả năng
lượng, vừa để duy trì được dịng điện tải trong nửa chu kỳ âm của điện áp nguồn vừa
bảo vệ diode. Dòng điện i đạt giá trị cực đại tại1

UO
IZ

Uo

D
R

Ui

L

uO
IZ

Uimax
Dr

0
1

2



Hình 2.3: Sơ đồ chỉnh lưu bán kỳ tải R + L và dạng điện áp, dòng điện ra trên tải
b. Chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ (toàn kỳ)
*. Mạch chỉnh l ưu hình tia.
uO
Umax
Utb
5
1

U1
HI

0

6

Uin

HI

4

t

R

8

Hình 2.4: Sơ đồ chỉnh lưu tồn bán kỳ và dạng điện áp ra trên tải
Với mạch chỉnh lưu hình tia dùng diode điện áp ra trung bình: Utb = 0,45.Ui. Dịng
trung bình qua tải
I tb

Huỳnh Tấn Đệ

U
U tb
 0,45 i
R
R

Trang 10


ĐH Tơn Đức Thắng - Phịng TCCN

Bài giảng điện tử cơng suất

Sơ đồ hình tia có nhược điểm là điện áp ngược đặt lên Diode lớn gấp đơi nên ít
được dùng.
*. Mạch chỉnh l ưu hình cầu.

uO

Umax
Utb

1

HI

D1

Ui

D2

2 -

Uo

+4

D4

0

t

3

D3

HI

Hình 2.5: Sơ đồ chỉnh lưu toàn bán kỳ và dạng điện áp ra trên tải
Vào bán kỳ dương D2 và D4 dẫn, dòng điện chạy từ nguồn dương (+) (chân số 1)
qua D2 đến tải R qua D4 và về nguồn âm (-) (chân số 3). Vào bán kỳ âm D3 và D1 dẫn,
dòng điện chạy từ nguồn dương (chân số 3) qua D3 đến tải R qua D1 và về nguồn (chân
số 1).
2.1.2. Chỉnh lưu 1 pha có điều khiển
Chỉnh lưu dùng SCR gọi là chỉnh lưu có điều khiển. SCR chỉ mở cho dòng chảy
qua khi thỏa mãn hai điều kiện: UAK0 và IG 0 và nó tự động khóa lại ở bán kỳ âm
của điện áp, vì vậy cần phải có mạch kích SCR vào thời điểm thích hợp.
a. Chỉnh lưu nửa chu kỳ
*. Trường hợp tải thuần trở:
UR

UR
A

0

UAC
Kích

K





t

Hình 2.6: Mạchh chỉnh lưu một pha dùng SCR và dạng điện áp ra trên tải thuần trở R.

Huỳnh Tấn Đệ

Trang 11


ĐH Tơn Đức Thắng - Phịng TCCN

Bài giảng điện tử công suất

Vào bán kỳ dương đoạn từ 0- SCR được phân cực thuận nhưng vẫn chưa dẫn vì chưa có
xung kích vào cực G. Đoạn từ đến SCR dẫn vì đã có xung kích vào c ực G. Vào bán kỳ
âm SCR được phân cực nghịch nên SCR ngưng dẫn. Như vậy, tùy thuộc vào vị trí góc mở
 mà dạng sóng điện áp ra thây đổi.
1 cos
.Uin . với gọi là góc mở tính từ
2

Điện áp ra trung bình trên tải: Utb 0, 45

thời điểm điện áp đổi chiều từ âm sang dương, tức lúc U = 0.
Trường hợp tải R + L: Do tải mang tính cảm nên đường cong dòng điện id kéo dài ra khỏi
khi mà điện áp Ui đã chuyển sang nửa chu kỳ âm
uO

uO

Umax

IZ

0



1





Hình 2.7: Dạng điện áp và dòng điện trên tải R + L khi chỉnh lưu bán kỳ bằng SCR
 là góc tính từ gốc toa độ đến điểm dịng điện iR giảm về 0, gọi là góc tắt dịng.
b. Chỉnh lưu tồn kỳ có điều khiển.
*. Mạch chỉnh lưu hình tia có điều khiển.
uO
Umax

0

A5 T1
1



Uo

6

R

4

VG

8

B

T2

0
1

2

3



Hình 2.8: Mạch chỉnh lưu hình tia có điều khiển và dạng sóng ngõ ra

Huỳnh Tấn Đệ

Trang 12


ĐH Tơn Đức Thắng - Phịng TCCN

Bài giảng điện tử cơng suất

Với Uin = UAB ta có điện áp trung bình lối ra: U tb 0,45U in

1 cos
2

Ta có thể kích theo thứ tự từng SCR một, nhưng cũng có thể kích đồng thời hai SCR
vì lúc đó một trong hai SCR bị phân cực ngược do đó khơng bị ảnh hưởng bởi xung kích.
*. Mạch chỉnh lưu hình cầu có điều khiển.

T1

T2

Ui

R
T3

T4

Hình 2.9: Sơ đồ chỉnh lưu cầu dùng SCR
Dạng diện áp ra cũng giống trường hợp chỉnh lưu hình tia nhưng biên độ gấp đơi.
Điện áp trung bình lối ra: . U tb 0,9U in

1 cos
2

Ngoài sơ đồ chỉnh lưu cầu như ở trên, cịn có các mạch chỉnh lưu gọi là không đối

xứng với việc thay hai SCR bằng hai diod.

T1

D2

Ui

R
T4

D3

Hình 2.10: Mạch chỉnh lưu cầu khơng đối xứng
Giá trị điện áp trung bình trong chỉnh lưu không đối xứng cũng như trường hợp
.
1 cos
đối xứng
t
h
à
n
h
h
ạ

UTB
0,9Uin

Huỳn

h Tấn
Đệ

2


, tuy nhiên mạch
điều khiển đơn
giản, dễ sử dụng
và giá

Trang 13


ĐH Tơn Đức Thắng - Phịng TCCN

Bài giảng điện tử cơng suất

2.2. CHỈNH LƯU 3 PHA
2.2.1. Chỉnh lưu hình tia không điều khiển
Hoạt động : Trên đồ thị, các điểm1,2 ,3,4 …mà tại đó các đường điện áp pha cắtmà tại đó các đường điện áp pha cắt
nhau, gọi là các điểm chuyển mạch tự nhiên.
Trong khoảng1< <2 : ua lớn nhất, D1 dẫn, uO = ua
Trong khoảng2< <3 : ub lớn nhất, D2 dẫn, uO = ub
Trong khoảng2< <3 : uc lớn nhất, D3 dẫn, uO = uc
Điện áp chỉnh lưu thu được là đường bao phía trên của các đường điện áp.
Điện áp trung bình sau chỉnh lưu: Utb = 1,17 Up, với Up là điện áp pha.
uO

N

a

D1

b

D2

c

D3

a

Upmax

Uo

b

c

0

R

1

2

3

4



Hình 2.11: Mạch chỉnh lưu ba pha hình tia và dạng sóng ngõ ra
2.2.2. Chỉnh lưu hình tia có điều khiển
Điện áp ra trung bình: Trường hợp : ≤ 300; Utb = 1,17 Up.cos, với là góc tính từ
điểm giao nhau của các đường điện áp pha (phần dương) đến khi có xung điều khiển.
Khi > 300 ; U tb

Huỳnh Tấn Đệ


3. 2
 1
2 U Pcos
 6




Trang 14


ĐH Tơn Đức Thắng - Phịng TCCN

Bài giảng điện tử cơng suất

uO
a

T1



Upmax

a

b

c

uO
N

b

T2

c

Uo

0


R

T3

Hình 2.12: Mạch chỉnh lưu ba pha hình tia có điều khiển và dạng sóng ngõ ra
2.2.3. Chỉnh lưu cầu không điều khiển
Ta chia các diode ra làm hai nhóm: Nhóm catot chung bao gồm T1, T3, T5 và
nhóm anơd chung bao gồm T2, T4, T6.

uO
D1

a

D3

D5

+
Upmax

N

b

Uo

a

b

c

R
0

c

12
D4

D6

D2

345

6

7



_

Hình 2.13: Mạch chỉnh lưu ba pha hình cầu và dạng sóng ngõ ra
Ngun tắc hoạt động của sơ đồ chỉnh lưu cầu.
+ Khi:1< <2: điện áp pha a cao nhất, pha b thấp nhất D1, D6 mở (D6,D1)
+ Khi:2 < <3: điện áp pha a cao nhất, pha c thấp nhất D1, D2 mở (D1,D2)
+ Khi:3 < <4: điện áp pha b cao nhất, pha c thấp nhất D3, D2 mở (D2,D3)

+ Khi:4< <5: điện áp pha b cao nhất, pha a thấp nhất D3, D4 mở (D3,D4)

Huỳnh Tấn Đệ

Trang 15