Chỉnh lưu tiristor và ứng dụng điều khiển dòng kích từ của máy phát điện

Luận Văn Tốt Nghiệp
Trờng đại học vinh
Khoa vật lí
-------------------

khóa luận tốt nghiệp
tên đề tài:

chỉnh lu tiristor và ứng dụng
điều khiển dòng kích từ của máy phát điện

Giáo viên hớng dẫn: Dơng Kháng
Sinh viên thực hiện: Bùi Công Bình
Lớp:
43B Lý

Vinh, tháng 5/2006
-------o0o--------Lời nói đầu:
Sau một thời gian nghiên cứu, thực hiện đề tài với sự giúp đỡ của ban
chủ nhiệm khoa Vật Lý cùng với quý thầy cô đặc biệt đó là sự quan tâm hớng
dẫn tận tình của thầy giáo Dơng Kháng. Nên em đà hoàn thành đề tài đúng
thời gian. Mặc dù đà có nhiều cố gắng song có những hạn chế về kiến thức
cũng nh kinh nghiệm nghiên cứu khoa học nên chắc chắn không tránh khỏi

Sinh viên thực hiện: Bùi Công Bình 43B Lý.

3


Luận Văn Tốt Nghiệp
những thiếu sót. Vậy mong đợc sự góp ý, phê bình của quý thầy cô cùng các

bạn sinh viên để đề tài cuả em đợc hoàn thiện tốt hơn và phong phú hơn. Cuối
cùng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Dơng Kháng và tập thể thầy cô
giáo trong khoa Vật Lý đà giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đề tài này!
Ngời viết
Bùi Công Bình.

Lý do chọn đề tài:
Trong thời đại khoa học kỹ thuật phát triển mÃnh mẽ Tiristor ra đời và
đà chiếm một vị trí quan trọng trong ngành khoa học điện tử. Từ khi ra đời nó
đà không ngừng ngày càng đợc hoàn thiện. Tiristor là thiết bị bán dẫn công
suất điều khiển đà đợc sử dụng rộng rÃi trong ngành kỹ thuật điện. Ngày nay
Tiristor và các thiết bị biến đổi dùng Tiristor đà và đang đi sâu vào nhiều lĩnh
vực kỹ thuật khác nhau nh thiết bị chỉnh lu dùng trong công nghiệp luyện kim,
công nghiệp hoá học, công nghệ hàn, truyền tải điện năng
Các thiết bị nghịch lu và biến tần dùng trong truyền động điện xoay chiều, các
thiết bị điều chỉnh xung áp dùng trong kỹ nghệ hoá học. Tiristor công suất
nhỏ kết hợp với Tranzitor và các vi mạch đợc dùng trong các thiết bị đo lờng,
điều khiển và những thiết bị dùng trong sinh hoạt hàng ngày. Với những đặc
tính u việt và tầm quan trọng ứng dụng của thiết bị nên tôi đà chọn đề tài
nghiên cứu:
Sinh viên thực hiện: Bùi Công Bình 43B Lý.

4


Luận Văn Tốt Nghiệp
Chỉnh lu Tiristor và ứng dụng trong điều khiển
dòng kích từ máy phát điện
Nội dung đề tài bao gồm hai phần chính:
- Nghiên cứu chỉnh lu Tiristor.

- ứng dụng Tiristor để điều khiển dòng kích từ của máy phát điện.

Mục lục
phần mở đầu
Lời nói đầu
Lý do chọn đề tài

nội dung
chơng i: đốit bàn dẫn và chỉnh lu bán dẫn
I.I Trình bày cấu tạo, nguyên lý và đặc tuyến Vôn - Ampe
I.I.1 Cấu tạo điốt bán dẫn
I.I.2 Nguyên lý
I.I.3 Đăc tuyến Vôn - Ampe của điốt bán dẫn
I.II ChØnh lu ®ièt mét pha nưa chu kú
I.III ChØnh lu mét pha hai nưa chu kú
I.IV ChØnh lu cÇu mét pha
I.V Chỉnh lu ba pha hình tia
I.VI Chỉnh lu cầu ba pha
chơng ii: Tiristor và chỉnh lu có điều khiển
II.I Cấu tạo, nguyên lý làm việc, đặc tuyến Vôn - Ampe của Tiristor
II.I.1 Cấu tạo và kí hiệu Tiristor
II.I.2 Nguyên lý làm việc của Tiristor
II.I.3 Đặc tuyến Vôn - Ampe của Tiristor
II.II Các thông số của Tiristor
II.III Các mạch khống chÕ dïng Tiristor
II.III.1 M¹ch chØnh lu cã khèng chÕ kiĨu pha xung
II.III.2 M¹ch khèng chÕ pha 900
II.III.3 M¹ch khèng chÕ pha 1800
II.IV ChØnh lu Tiristor mét pha
II.IV.1 ChØnh lu Tiristor mét pha nöa chu kú

II.IV.2 hØnh lu Tiristor mét pha hai nöa chu kú
II.V ChØnh lu Tiristor ba pha
II.V.1 ChØnh lu ba pha hình tia
II.V.2 Chỉnh lu cầu ba pha
chơng iii: một số ứng dụng của Tiristor
III.I Sơ đồ đếm quay vòng
III.II Sơ đồ hạn chế dìng điện tải
III.III Sơ đồ bảo vệ ngắn mạch và tự động đóng mạch
III.IV Sơ đồ ổn áp xoay chiều một pha
III.V Sơ đồ tự động điều chỉnh nhiệt độ
III.VI Sơ đồ báo động
III.VII Sơ đồ điều khiển tốc độ động cơ
III.VIII Sơ đồ lắp mạch phát hiện khói và khí
III.Ix Sơ đồ điều chỉnh tốc độ quạt hơi nóng
Sinh viên thực hiện: Bùi Công Bình 43B Lý.

5


Luận Văn Tốt Nghiệp
chơng iv: ứng dụng của Tiristor để điều khiển dòng
kích từ của máy phát điện động bộ
IV.I Cấu tạo của máy phát điện đồng bộ
IV.II Nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ
IV.III Thí nghiệm thực hành
IV.III.1 Mục đích và nhiệm vụ của thực hành
IV.III.2 Thí nghiệm lắp ráp
kết luận
tài liệu tham khảo

Chơng I: điốt bán dẫn và chỉnh lu bán dẫn
I. Trình bày cấu tạo, nguyên lý và đặc tuyến Vôn Ampe: Ampe:
1. Cấu tạo điốt bán dẫn:
Điốt bán dẫn đợc cấu tạo tõ mét chun tiÕp p – Ampe: n.
A

P

N

K
2. Nguyªn lý:
a. Mặt ghép p Ampe: n khi cha có điện trờng ngoài.
Khi cho hai đơn tinh thể bán dẫn tạp chất loại n và p tiếp xúc công nghệ
với nhau. Các hiện tợng vật lý xảy ra ở mặt tiếp xúc.
xét mô hình lí tởng ở trên của một mặt ghép p Ampe: n khi cha có điện áp ngoài
đặt vào. Giả thiết ở nhiệt độ phòng, các nguyên tử tạp chất đà bị ion hoá hoàn

toàn (nn = N D
; Pp = N A ). Các hiện tợng xảy ra ở mặt tiếp xúc có thể mô tả

tóm tắt nh sau:
Do sự chênh lệch lớn về nồng độ (n n >> np, Pp >> Pn) t¹i vïng tiÕp xúc
có hiện tợng khuếch tán Ikt từ p sang n. Tại một vùng lân cận I 0 hai bên mặt
tiếp xóc xt hiƯn mét líp ®iƯn tÝch khèi do ion tạp chất tạo ra, trong đó nghèo
hạt dẫn đa số và có điện trở lớn.
Do đó đồng thời xuất hiện ®iƯn trêng néi bé híng tõ vïng N (líp ion N P )
sang vïng P (líp ion N 
A ) gọi là điện trờng tiếp xúc Etx. Hay nói cách khác

Sinh viên thực hiện: Bùi Công Bình 43B Lý.

6


Luận Văn Tốt Nghiệp
xuất hiện một hàng rào thế hay một hiệu điện thế tiếp xúc U tx. Bề dày của lớp
nghèo l0 phụ thuộc vào nồng độ tạp chất. Nếu NA = ND thì l0 đối xứng
qua miền tiếp xóc lon = l0p: thêng NA >>ND
nªn lon >> lop. Điện trờng Etx cản trở
chuyển động của các dòng khuếch tán và
gây ra chuyển động gia tốc của các hạt
thiểu số qua miền tiếp xúc có chiều ngợc
lại với dòng khuếch tán. Quá trình này
tiếp diễn đến một trạng thái cân bằng
động:
Ikt = Itr và không có dòng điện qua tiÕp
xóc p – Ampe: n. HiƯu ®iƯn thÕ tiÕp xóc có
giá trị xác lập:
Utx =

P
n
KT
KT
ln( P )
ln( n ) .
q
Pn
q

np

b.Mặt ghép p Ampe: n khi có điện trờng
ngoài:
Trạng thái cân bằng động nêu trên sẽ
bị phá vỡ khi đặt tiếp xúc p Ampe: n một
điện trờng ngoài. Có hai trờng hợp
xảy ra:

Hình 1: Mặt ghép p Ampe: n khi cha
có điện trờng ngoài.
a. Mô hình cấu trúc một
chiều.
b. Phân bố nồng độ hạt theo
phơng x.
c. Vùng ®iƯn tÝch khèi t¹i líp
nghÌo.
d. HiƯu thÕ tiÕp xóc hay hàng
rào thế tại nơi tiếp xúc.
e. Kí hiệu quy ớc điốt bán
dẫn.

Sinh viên thực hiện: Bùi Công Bình 43B Lý.

7


Luận Văn Tốt Nghiệp

Hình 2: Mặt ghép p Ampe:n.

a.Phân cực thuận

b.Phân cực ngợc.

- Khi điện trờng ngoài (Eng) ngợc chiều với Etx. Khi đó do Eng chủ yếu đặt lên
vùng nghèo và xếp chồng với Etx nên cờng độ trờng tổng cộng tại vùng lo giảm
đi do đó làm chuyển động khuếch tán Ikt tăng ngời ta gọi đó là hiện tợng phun
các đa số qua miền tiếp xúc p Ampe: n khi nó đợc mở. Dòng điện trôi do Etx gây ra
gần nh giảm không đáng kể do nồng độ hạt dẫn thiểu số nhỏ. Khi đó ®é réng
vïng nghÌo gi¶m ®i so víi l0.
- Khi Eng cùng chiều với Etx do tác động xếp chồng điện trờng tại vùng nghèo,
dòng Ikt giảm tới không, dòng Itr có tăng chút ít và nhanh đến một giá trị bÃo
hoà gọi là dòng điện ngợc bÃo hoà của tiếp xúc p Ampe: n. Bề rộng vùng nghèo
tăng lên so với trạng thái cân bằng ngời ta gọi đó là sự phân cực ngợc cho tiếp
xúc p Ampe: n.
3. Đặc tuyến Vôn Ampe: Ampe của điốt bán dẫn:
Đặc tuyến Vôn Ampe: Ampe bao gồm hai nhánh: - Nhánh thuận (1)
- Nhánh ngợc (2).

Sinh viên thực hiện: Bùi Công Bình 43B Lý.

8


Luận Văn Tốt Nghiệp

Hình 3: Đặc tuyến Vôn Ampe: Ampe của điốt bán dẫn.

- Dới điện áp U > 0 điốt đợc phân cực thuận điện thế giảm xuống gần bằng
không. Khi U tăng, lúc đầu dòng tăng từ từ, sau khi U lớn hơn 0 khoảng 0,1V

thì dòng tăng nhanh.
- Dới diện áp U < 0. Điốt bị phân cực ngợc. Khi |U| tăng dòng điện ngợc cũng
tăng từ từ, và khi |U| > 0,1V dòng điện ngợc dừng lại ở giá trị vài chục mA.
Do sự di chuyển của các hạt điện tích thiểu số làm nên. Nếu cứ tiếp tục tăng |
U| các điện tích thiểu số di chuyển càng dễ dàng hơn. Tốc độ di chuyển tỉ lệ
thuận với điện trờng tổng hợp. Động năng W =

1
2

mv2 của chúng tăng lên. Khi

|U| = Uz là khi W = W0 (năng lợng giải thoát điện tử bằng 1,1 ev) thì các điện
tích thiểu số này sẽ va chạm, bẽ gẫy đợc các liên kết nguyên tử Si trong vùng
chuyển tiếp làm xuất hiện những điện tử tự do mới. Đến lợt những điện tử này
chịu sự tác động của điện trờng tổng hợp lại bắn phá các nguyên tử Si. Kết quả
là một phản ứng dây chuyền làm cho dòng điện ngợc tăng ào ạt. Dòng điện
này sẽ phá hỏng điốt. Vì vậy để bảo vệ điốt ngời ta thờng cho chúng làm việc
dới điện áp U = (0,7  0,8)Uz.

ii. ChØnh lu ®ièt mét pha nửa chu kì:
Sơ đồ chỉnh lu một pha nửa chu kì:

Sinh viên thực hiện: Bùi Công Bình 43B Lý.

9


Luận Văn Tốt Nghiệp

Hình 4: Sơ đồ chỉnh lu một pha nửa chu kì.

Trong sơ đồ chỉnh lu điốt một pha nửa chu kì dòng i chảy qua cuộn thứ cấp
biến áp, qua điốt, qua tải. Điện áp thứ cấp có giá trị:
u2 = 2 U2sin t = 2 U2sin .
Hoạt động:
Trong nửa chu kì đầu : 0 < < điện áp U2 dơng. Điốt D mở cho
dòng chạy qua. Nếu xét điện áp rơi trên điốt ud = 0 ta cã:
ud = R.i = 2 U2sin θ
i=

2U 2
sin θ.
R

i vµ ud cïng pha víi nhau.
Trong nưa chu k× sau: øng víi π < θ < 2 π , u2 âm, điốt D bị khoá.
Ta có: i = 0, ud = 0.
Điốt D phải chịu điện áp ngợc với giá trị cực đại Unm = 2 U2.
- Trị trung bình của điện áp chỉnh lu bằng:
Ud =


2U 2
1
2 U 2 sin θ.dθ 

2π 0
π

= 0,45 U2.

- TrÞ trung bình của dòng tải đợc xác định:
Id = U d  2 U 2 .
R

π. R

- TrÞ hiƯu dơng cđa dòng thứ cấp máy biến áp bằng:

Sinh viên thực hiện: Bùi Công Bình 43B Lý.

10


Luận Văn Tốt Nghiệp

I = I2 =


2 U 2 . sin θ
U
1
(
)dθ  2 .
2π 0
R
2R

iii. ChØnh lu ®ièt mét pha hai nửa chu kì:

Để sử dụng chỉnh lu một pha hai nưa chu k× th× ngn ta cã thĨ lấy ở
máy biến áp thứ cấp có điểm giữa.
Sơ đồ chỉnh lu một pha hai nửa chu kì:

Hình 5: Sơ đồ chỉnh lu một pha hai nửa chu kì.

Trong khoảng 0 < , u21 dơng, u22 âm, D1 mở cho dòng chảy qua D2 bị
khoá. Ta có :
i21 = iD1 = id =

2U 2
sin θ.
R

uD2 = u22 – Ampe: u21 = - 2 2 . sin θ.
Unm = - 2 2 U2.
Trong kho¶ng π  θ  2 , u21 âm, u22 dơng, D2 mở, D1 khoá.
- Trị trung bình của điện áp chỉnh lu :

Sinh viên thực hiện: Bùi Công Bình 43B Lý.

11


Luận Văn Tốt Nghiệp
Ud =

1
2

2



u d .d =
0

1
2 2
2 U 2 . sin .d
U2

0


.

- Trị trung bình của dòng tải :
Id =

Ud
R

=2

2
U2 .
R

- Trị trung bình của dòng chạy qua ®ièt :

ID =

π
2U 2
I
1
sin θ.dθ  d

2π 0 R
2

.

- Trị hiệu dụng của dòng thứ cấp của máy biến ¸p :
I21 = I22 =

π
2U 2
U
1
π
(
sin θ) 2 .dθ  2  I d .

2π 0
R
2R 4

- TrÞ tøc thêi cđa dßng thø cÊp :
i1 = i21 – Ampe: i22 =

π
2U 2
sin θ = I d sin θ .
2
R

iv. ChØnh lu cầu:
Ta xét mạch chỉnh lu cầu đơn giản sau :
Sơ đồ:

Sinh viên thực hiện: Bùi Công Bình 43B Lý.

12


Luận Văn Tốt Nghiệp

Hình 6: Sơ đồ chỉnh lu cầu một pha.

Mạch cầu gồm 4 van điốt đà đợc kí hiệu trên hình vẽ.
Hoạt động :
Trong nửa chu kì của điện áp thứ cấp U 2, một cặp van có anốt dơng
nhất và catốt âm nhất mở, cho dòng một chiều ra R t , cặp van còn lại khoá và
chịu một điện áp ngợc cực đại bằng biên độ U2m. Ví dụ ứng với nửa chu kì dơng của U2 cặp van Đ1Đ3 mở, Đ2Đ4 khoá. Rõ ràng điện áp ngợc cực đại đặt lên
van lúc khoá có giá trị bằng một nửa so với trờng hợp bộ chỉnh lu hai chu kì
đà xét ở trên, đây là u điểm quan trọng nhất của sơ đồ mạch cầu, ngoài ra kết
cấu thứ cấp của biến áp nguồn đơn giản hơn.
Điện áp ngợc cực đại trên van khoá :
Ungcmax = 2 .U2.

Ngoài ứng dụng trong mạch chỉnh lu trên, điốt còn đợc sử dụng trong lĩnh vực
công suất lớn.
v. Chỉnh lu ba pha hình tia:
Điện áp thứ cấp ở các pha cã d¹ng :
u2a = 2 U2.sin θ.
u2b =

2

U2.sin( θ

2
3

).

Sinh viên thực hiện: Bùi Công Bình 43B Lý.

13


Luận Văn Tốt Nghiệp
u2c =

a)

2

U2.sin(

4
3

).

b)
Hình 7: Sơ đồ chỉnh lu ba pha hình tia.
a.Sơ đồ mạch.
b.Điện áp chỉnh lu.

Để có dòng tải id là dòng liên tục, phải thoả mÃn điều kiện E <

2U 2
2

thời điểm ứng với giá trị 1 ta có : uA > uB > uM > uC > uA – Ampe: uM >

. xÐt tại

2U 2
2

> E.

Vậy điốt D1 cho dòng chạy qua uC < 0 nên D3 bị khoá. D1 mở khiến cho điện
thế điểm M là uM = uA. Vì uA > uB nên D2 bị khoá.
Bằng lí luận tơng tự ta cã thĨ thÊy :
Trong kho¶ng

π

5π
θ
6
6

Trong kho¶ng

5π
9π
θ
6
6

Trong kho¶ng

9π
13 π
θ
6
6

D1 më, D2 và D3 bị khoá.
D2 mở, D1 và D3 bị khoá.
D3 mở, D1 và D2 bị khoá.

Kết luận :
Với điều kiện : E < 2 U 2 .
2

- Dòng tải id là dòng liên tục, có cờng độ lần lợt :

Sinh viên thực hiện: Bùi Công Bình 43B Lý.

14


Luận Văn Tốt Nghiệp
i1 =

u 2a E
,
R

i2 =

u 2b  E
R

, i3 =

u 2c  E
,
R

2U 2  E
.
R

idmax =

ud gồm các chỏm hình sin tạo nên. P, Q, S là điểm của các chỏm, là nơi mà
một điốt trớc đó bị khoá, sẽ mở để nuôi dòng cho tải.
- Trị trung bình của điện áp tải :
ud =

/3
3 6U 2
2π
2 U 2 . cos θ.dθ 

3  π/3
2π

.

§iƯn áp ngợc cực đại đặt lên mỗi điốt.
xét trờng hợp D1 mở, điện áp ngợc đặt trên D2 là :
u2a – Ampe: u2b = uab =
umn =

6 U 2 . sin(
6


).
6

U2.

- Trị trung bình của dòng tải, xét trờng hỵp E >

2U 2
2

:

θ

Id =

1 2 2 U 2 sin θ  E
dθ = 3 2 U 2 ( cos θ 1  τ sin θ 1 ) .

2 π 1
R
R

T

- Trung bình của dòng qua điốt :


1 2 2 U 2 sin θ  E
I
dθ = d .
ID =
2 1
R
3

- Trị hiệu dụng của dòng chạy trong mỗi pha thứ cấp biến áp :


I2 =

1
2


2

(



2

2U2 E
.cos θ )2 dθ 
R

2U 2 - E
R


2T

.

vi. ChØnh lu cÇu ba pha:

Điện áp các pha thứ cấp biến áp :
u2a =

2

U2.sin θ, u2b =

2

U2.sin( θ 

2π
3

), u2c =

2

U2.sin( θ 

4π
3

§Ĩ có dòng tải id là dòng liên tục, phải thoả mÃn điều kiện ud > E, id =

).

ud E
R

.

Hoạt động của sơ đồ :
xét tại thời điểm ứng với 1 điện thế tại các điểm A, B, C nh sau :
uA > uB > uC.
Dòng điện tải đi từ điểm A đến C. Điốt D1 mở cho dòng chạy qua và do đó

Sinh viên thực hiện: Bùi Công B×nh 43B Lý.

15


Luận Văn Tốt Nghiệp
uF = uA > uB >uC. Các điốt D3 và D5 bị khoá vì điện thế catốt của chúng lớn hơn
điện thế anôt của chúng.
Điốt D2 mở cho dòng chảy qua, và do đó uG = uA < uB < uC. Các điốt D4 và D6
bị khoá vì điện thế catốt của chúng lớn hơn điện thế anốt của chúng. Ta có thể
tóm tắt nh sau :
Khoảng

Chiều dòng điện

Điốt mở

Điện áp tải

Từ /6 3 /6

Từ A ®Õn B

1 vµ 6

u2a - u2b

3 /6  5 /6

A – Ampe: C

1 vµ 2

u2a - u2c

5/6  7 /6

B – Ampe: C

3 vµ 2

u2b - u2c

7/6  9 /6

B – Ampe: A

3 vµ 4

u2b - u2a

9 /6  11 /6

C – Ampe: A

5 vµ 4

u2c – Ampe:u2a

11 /6  13 /6

C Ampe: B

5 và 6

u2c Ampe: u2b

Sơ đồ :

Hình 8: Chỉnh lu điốt cầu ba pha.

Sinh viên thực hiện: Bùi Công Bình 43B Lý.

16


Luận Văn Tốt Nghiệp
Kết luận :
- Dòng tải bao giờ cũng xuất phát từ điểm có điện thế cao nhất tới điểm có
điện thế thấp nhất.
- Mỗi điốt cho dòng xuyên qua trong một phần ba chu kì (2 /3).
- Điện áp ngợc lớn nhất mỗi điốt phải chịu :
Unm = 6 U2.

- Trị trung bình của điện áp chØnh lu :
π/6
3 6U 2
6
6 U 2 . cos θ.dθ

2 / 6


Ud =

.

- Dòng chảy trong điốt bằng dòng tải : iD = id.
- Dòng chảy trong mỗi cuộn thứ cấp biến áp là dòng điện xoay chiÒu :
i2a = i1 – Ampe: i4
i2b = i3 – Ampe: i6
i2c = i5 Ampe: i2.
- Trị trung bình của dòng tải :
Id =

/6
6 U 2 . cos  E
U  E
6
.
dθ  d

π  π/6
R

R

- TrÞ trung bình của dòng chảy trong mỗi điốt :
ID =

/6
6 U 2. cos θ  E
I
2
dθ  d

2π  π / 6
R
3

Sinh viên thực hiện: Bùi Công Bình 43B Lý.

.

17


Luận Văn Tốt Nghiệp

Chơng ii: tiristor và chỉnh lu có điều khiển
i. Cấu tạo, nguyên lí làm việc, đặc tuyến vôn Ampe: ampe của Tiristor:
1. Cấu tạo và kí hiệu Tiristor:
Tiristor là một thiết bị gồm 4 lớp bán dẫn P1, N1, P2, N2 tạo thành.

Hình 9: Sơ đồ cấu tạo và kí hiệu của Tiristor.

A : Anốt
K : Katốt
G : Cực điều kiển.

2. Nguyên lí làm việc của Tiristor:
Khi đặt Tiristor dới điện áp một chiều, anốt nối vào cực dơng catốt nối
vào cực âm của nguồn điện áp J 1, J3 đợc phân cực thuận I2 đợc phân cực ngợc.
Gần nh toàn bộ điện áp nguồn đặt lên mặt ghép J 2. Điện trờng nội tại E1 cđa J2
cã chiỊu tõ N1 híng sang P2. §iƯn trêng ngoài tác động cùng chiều với E1

Sinh viên thực hiện: Bùi Công Bình 43B Lý.

18


Luận Văn Tốt Nghiệp
vùng chuyển tiếp cũng là vùng cách điện càng mở rộng ra, không có dòng
điện chạy qua Tiristor mặc dù nó bị đặt dới điện áp.
a.Mở Tiristor :
Nếu cho một xung điện áp dơng ug tác động vào cực G (dơng với K) các
điện tử từ N2 chạy sang P2. Đến đây, một số ít chúng chảy vào nguồn U g và
hình thành dòng điều khiển Ig ch¹y theo m¹ch G – Ampe: J3 – Ampe: K Ampe: G. Còn phần
lớn điện tử chịu sức hút của điện trờng tổng hợp của mặt ghép J2 lao vào vùng
chuyển tiếp này, chúng đợc tăng tốc độ , động năng lớn lên bẻ gẫy các liên kết
của các nguyên tử Si, tạo nên những điện tử tự do mới. Số điện tử mới đợc giải
phóng này lại tham gia bắn phá các nguyên tử Si trong vùng chuyển tiếp. Kết
quả các phản ứng dây chuyền này làm xuất hiện ngày càng nhiều điện tử chạy
vào N1, qua P1 và đến cực dơng của nguồn điện ngoài, gây nên hiện tợng dẫn
ào ạt, J2 trở thành mặt ghép dẫn điện, bắt đầu từ một điểm nào đó xung quanh
điểm G rồi phát triển ra toàn bộ mặt ghép với tốc độ khoảng 1cm/100 s.

Điện trở thuần của Tiristor khoảng 100k khi còn ở trạng thái khoá trở thành
0,001k khiTiristor mở cho dòng chạy qua.
Cụ thể mở Tiristor : Khi đặt Tiristor dới điện áp UAK > 0, Tiristor ở tình trạng
sẵn sàng mở cho dòng chạy qua, nhng nó còn đợi lệnh tín hiệu Ig ở cùc ®iỊu
khiĨn.
 U AK  1 V

 I g  I gst

 Tiristor më.
Thêi gian më toR lµ thêi gian cần thiết để thiết lập dòng điện chính chảy trong
Tiristor, tính từ thời điểm trong dòng Ig vào cực điều khiển. Thời gian mở
Tiristor kéo dài khoảng 10 s.
b.Khoá Tiristor :
Một Tiristor đà mở thì sự hiện diện của tín hiệu điền khiển I g không còn
cần thiết nữa. Có hai cách khoá Tiristor :
- Giảm dòng điện làm việc I xuống dới dòng duy trì IH.
- Đặt một điện áp ngợc lên Tiristor.
Vì phơng pháp 2 có tính u việt hơn này. Khi đặt điện áp ngợc lên Tiristor UAK
< 0 hai mặt ghép J1 và J3 phân cực ngợc, J2 phân cực thuận. Những điện tử trớc
thời điểm đảo tách cực UAK đang có mặt tại P1, N1, P2 bây giờ đảo chiều
chuyển động tạo nên dòng điện ngợc chạy từ catốt về anốt, về cực âm của
nguồn điện áp ngoài.
Công thức biểu diễn mở Tiristor : Tiristor +

Sinh viên thực hiện: Bùi Công Bình 43B Lý.

19

Luận Văn Tốt Nghiệp
- Lúc đầu quá trình từ t0 t1 dòng điện ngợc khá lớn sau đó J1 rồi J3 trở nên
cách điện. Còn lại một ít điện tử dữ lại giữa hai mặt ghép J 1 và J3 hiện tợng
khuếch tán này sẽ làm chúng ít dần đi cho đến hết và J2 khôi phục lại tính chất
của mặt ghép điều khiển.
- Thời gian khoá t0 tính từ lức bắt đầu dòng điện ngợc t0 cho đến khi dòng điện
ngợc bằng 0, (t2). Đây là khoảng thời gian mà ngay sau đó đặt điện áp thuận
lên Tiristor thì Tiristor cũng không mở. t 0ff kéo dài khoảng vài chục s. Trong
bất kì trờng hợp nào cũng không đợc dặt Tiristor dới điện áp thuận khi Tiristor
cha bị khoá nếu không có thể gây nguy cơ ngắn mạch nguồn.
Ta có thể mô tả Tiristor khoá theo công thøc sau :
Tiristor më + UAK < 0  Tiristor khoá.
3. Đặc tuyến Vôn Ampe: Ampe của Tiristor :
Đặc tuyến Vôn Ampe: Ampe của Tiristor gồm 4 đoạn :
- Đoạn 1 ứng với trạng thái khoá Tiristor, chỉ có dòng điện rò chảy qua
Tiristor. Khi tăng Uch (điện áp chuyển trạng thái)
bắt đầu quá trình tăng nhanh chóng của dòng điện, Tiristor chuyển sang trạng
thái mở.
i
i
IH
3
IH
2
UZ
1
U
U
4
0

UCH
0 Ig3 Ig2 Ig1

a,
b,
Hình 10 : Sơ đồ đặc tuyến Vôn Ampe: Ampe Của Tiristor

- Đoạn 2 ứng với giai đoạn phân cực thuận của J2. Trong gian đoạn này mỗi
một lợng tăng nhỏ của dòng điện ứng với một lợng giảm lớn của điện áp đặt
lên Tiristor. Đoạn 2 còn đợc gọi là đoạn điện trở âm.
- Đoạn 3 ứng với trạng thái mở của Tiristor. Khi này cả ba mặt ghép đà trở
thành dẫn điện. Dòng điện chảy qua Tiristor chỉ còn bị hạn chế bởi điện trở
của mạch ngoài. Điện áp rơi trên Tiristor rất nhỏ khoảng 1V. Tiristor đợc giữ
ở trạng thái mở chừng nào i còn nhỏ hơn dòng duy trì.

Sinh viên thực hiện: Bùi Công Bình 43B Lý.

20


Luận Văn Tốt Nghiệp
- Đoạn 4 ứng với trạng thái Tiristor bị đặt dới điện áp ngợc, dòng điện ngợc rất
nhỏ, khoảng vài chục mA. Nếu tăng U đến U z thì dòng điện ngợc tăng lên
mạnh liệt, mặt ghép bị chọc thủng. Tiristor bị hỏng.
Bằng cách cho Ig > 0 sẽ nhận đợc một họ đặc tính Vôn Ampe: Ampe với các U CH
nhỏ dần. Hình b.
ii. các thông số của Tiristor:
1. Điện áp thuận cực đại: (Uth.max)
Điện áp lớn nhất có thể đặt lâu trên Tiristor theo chiều thuận mà
Tiristor vẫn còn ở trạng thái khoá. Nếu vợt quá giá trị này có thể làm hỏng

Tiristor.
2. Điện áp ngợc cực đại: (Ung.max)
Điện áp lớn nhất có thể đặt lên Tiristor theo chiều ngợc mà Tiristor vẫn
không hỏng. Dới tác động của điện áp này, dòng điện ngợc có giá trị từ 10mA
đến 20mA. Khi đặt điện áp ngợc lên Tiristor cần nhớ giảm dòng điện điều
khiển (hình 11).
3. Điện áp định mức: (Uđm)
Điện áp cho phép đặt lâu trên Tiristor theo chiều thuận và ngợc :
Uđm =

2
U th . max .
3

4. Điện áp rơi trên Tiristor: ( U)
Điện áp rơi trên Tiristor khi Tiristor ở trạng thái mở.
5. Điện áp chuyển trạng thái: (Uch)
ở giá trị điện áp này không có Iđk Tiristor cũng chuyển trạng thái mở.
6. Dòng điện định mức: (Iđm)
Dòng điện có giá trị trung bình lớn nhất đợc phép chảy qua Tiristor.
7. Điện áp và dòng điện điều khiển U: (Uđk.min,Iđk.min)
Giá trị nhỏ nhất của áp điều khiển (đặt vào G - K) và dòng điện điều
khiển đảm bảo mở đợc Tiristor.
8. Thời gian më Tiristor: (tm)
Kho¶ng thêi gian tÝnh tõ sên tríc xung điều khiển đến thời điểm dòng
điện tăng đến 0,9Iđm.
9. Thời gian khoá Tiristor: (tkh)
Khoảng thời gian tính từ thời ®iĨm I = 0 ®Õn thêi ®iĨm l¹i xt hiƯn
®iƯn áp thuận trên anốt mà Tiristor không chuyển trạng thái mở. Đôi khi còn
đợc gọi là thời gian khôi phục khả năng điều khiển.

Sinh viên thực hiện: Bùi Công Bình 43B Lý.

21


Luận Văn Tốt Nghiệp
10. Tốc độ tăng điện áp thuận cho phép: (du/dt)
Giá trị lớn nhất của tốc độ tăng áp trên anốt mà Tiristor không chuyển
từ trạng thái khoá sang trạng thái mở.
11. Tốc độ tăng dòng thuận cho phép: (di/dt)
Giá trị lớn nhất của tôc độ tăng dòng trong quá trình mở Tiristor.

Hình 11.

iii. các mạch khống chế dïng Tiristor:
1. M¹ch chØnh lu cã khèng chÕ kiĨu pha xung:
Hoạt động :
Nếu cực G của Tiristor trong mạch kể trên luôn đợc phân cực để cho
Tiristor thông thì vai trß cđa Tiristor cịng gièng nh mét van chØnh lu thông thờng. Khi đặt vào cực G một chuỗi xung kích thích làm cho Tiristor chỉ mở

a.

b.
Hình 12: Mạch khống chế xung đơn giản.

Sinh viên thực hiện: Bùi Công Bình 43B Lý.

22