CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN

I. Phân loại linh kiện bán dẫn theo khả năng điều khiển:

Các linh kiện bán dẫn công suất trong lĩnh vực điện tữ công suất có 2 chức năng cơ bản: đóng và ngắt dòng điện đi qua nó.

Các linh kiện bán dẫn công suất theo chức năng đóng ngắt dòng điện và theo khả năng điều khiển các chức năng này có thể chia ra làm 03 nhóm chính:

- Nhóm 1: gồm các linh kiện không điều khiển như diode, diac;

- Nhóm 2: gồm các linh kiện điều khiển kích đóng được như Thyristor, triac;

- Nhóm 3: gồm các linh kiện điều khiển kích ngắt được như Transistor (BJT, MOSFET, IGBT), GTO.

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN

II. Diode:

1. Cấu tạo, hoạt động:

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN

2. Đặc tính V – A a. Diode lý tưởng

Hai trạng thái: mở – đóng

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN

Diode thực tế: IDB30E60 – Infineon Technologies

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN

III. Transistor lưỡng cực (BJT) Bipolar Junction Transistor 1. Cấu tạo, hoạt động:

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN

- Điện áp: áp thuận U_CE > 0

Có thể khoá điện áp 10¹ ÷ 10² V

- Dòng điện: có thể điều khiển dòng điện từ vài chục đến vài trăm ampe (10¹ ÷ 10² A)

- Tần số fsw cao nhất >20KHz

BJT là loại linh kiện điều khiển hoàn toàn (đóng ngắt) Tín hiệu dòng I_B có 2 đặc điểm:

+ Liên tục.

+ Phải đủ lớn (I_B > I_B min)

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN

2. Đặc tuyến Volt – Ampe

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN

Trong vùng chưá các đặt tuyến ngỏ ra, ta phân biệt vùng nghịch, vùng bảo hoà và vùng tích cực.

+ Vùng nghịch: đặt tuyến ngỏ ra với thông số I_B = 0 nằm trong vùng này. Transistor ở chế độ ngắt. Dòng iCO có giá trị nhỏ đi qua transistor và tải. Khi U_BE < 0 độ lớn dòng iCO.

+ Vùng bảo hoà: Nếu như điểm làm việc nằm trong vùng bảo hoà transistor sẽ đóng, dòng iC dẫn và điện thế UCE đạt giá trị U_CESAT nhỏ không đáng kể (khoảng 1 ÷ 2 V). Điện thế U_CESAT gọi là điện thế bảo hoà.

+ Vùng tích cực: là vùng mà transistor hoạt động tích cực, tương ứng với các giá trị làm việc u_CE > u_CESAT và dòng iC. Mối quan hệ giữa hai đại lượng này phụ thuộc vào tải và dòng i_B.

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN

Transistor thực tế - MJW3281A (NPN) – ON Semiconductor

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN

IV. Transistor trường MOSFET

(Metal Oxid Semiconductor Field Effect Transistor)

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN

MOSFET ở trạng thái ngắt khi điện áp cổng thấp hơn giá trị UGS

Một số đặt điểm:

Áp điều khiển được điện áp 10¹ ÷ 10² V

Dòng điện: có thể điều khiển dòng điện đến vài chục ampe Tần số fsw cao nhất >20KHz

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN

V. Transistor lưỡng cực cổng cách ly - IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN

IGBT có những ưu điểm của BJT và MOSFET - Điện áp: áp thuận UCE > 0

Có thể khoá điện áp ÷ 1200 V

- Dòng điện: có thể điều khiển dòng điện > 1KA - Tần số fsw cao nhất >20KHz

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN

VI. Thyristor

1. Cấu tạo – Hoạt động:

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN

Thyristor có 3 trạng thái làm việc:

- Mở - Đóng - Khóa Ký hiệu:

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN

Điều kiện để mở Thyristor

• UAK > 0

• Xung điều khiển đưa vào cực điều khiển.

Điều kiện để đóng Thyristor Đặt điện áp ngược lên A – K 2. Đặc tính Volt - Ampe

a. Thyristor lý tưởng: Ba trạng thái: đóng – mở – khóa

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN

b. Thyristor thực tế:

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN

UBR: điện áp ngược đánh thủng UBO: điện áp tự mở của thyristor UTO: điện áp rơi trên Thyristor IH: Dòng duy trì (holding)

IL: Latching

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN

Thyristor thực tế - 22RIA SERIES – International Rectifier

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN

VII. Triac

1. Cấu tạo – Hoạt động:

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN

2. Đặc tính Volt – Ampe

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN

Triac thực tế - 2N6344 - ON Semiconductor

Chương 2

BỘ CHỈNH LƯU

ωt

ω π π

π π 0

Um U₀

i0

UA ^u₂( )^t U0

i0 u₂( )t

( )t u₂ Um

π 2_π 3π 4π 0

R

( )

(

)

u₂ = _msinθ θ =ω

Sơ đồ và dạng sóng mạch chỉnh lưu bán kỳ 1 pha tải R

I. Chỉnh lưu bán kỳ một pha :

Khi tải là thuần trở:

• Trong khoảng 0< điện áp nguồn dương, diode được phân cực thuận nên dẫn điện (nếu xem diode lý tưởng )

.

0 ^U_m sinθ

u = 0 ^{0 sin θ}

R U R

i = U = ^m

Ta có

i^o có dạng sóng cùng với như hình vẽ)u₀

• Tính trị trung bình của điện áp chỉnh lưu

⎟⎟⎠

⎜⎜ ⎞

⎝

⎛ +

=

= _π

∫

∫

∫

π π

π

d d

U d

U

U_{AV m}

2

0 2

0

0 sin 0.

2 1 2

1

π

θ

• Trị trung bình của dòng tải . R U R

I_AV U ^{AV m}

= π

=

• Trị hiệu dụng của dòng thứ cấp biến áp

• Điện áp ngược cực đại là điện áp phân cực ngược cực đại

R 2 I U

R d sin U 2 2

I 1

d 2 i

I 1

2 2

0

2 2 2

2 0

22 2

=

⇒

⎟⎟ θ

⎠

⎞

⎜⎜⎝

⎛ θ

= π

⇔

π θ

=

∫

∫

π π

II. Chỉnh lưu toàn kỳ (Dùng máy biến áp thứ cấp có điểm giữa) A. Chỉnh lưu hình tia

™ tải R:

9Trị trung bình điện áp ngõ ra: chu kỳ áp chỉnh lưu Tp = ½ T

9Dòng điện trung bình trên tải:

9Giá trị cực đại của điện áp ngược đặt lên diode:

= π

⇒

θ π θ

=

⇒

π θ

=

∫

∫

π π

d 2

2 0

d 2

0 d d

U 2 U 2

d sin U 1 2

U

d 2 u

U 1

R I_d = U^d

−

=

−

=

( )t u₂

( )t u₁

R D1 D₂

D4 D₃ A

B ( )^t

u₂

( )^t

u₂

( )^t

u₂ Um

π 2π 3π 4π 0

ωt π π 4

π 3 π 2

0

U0

i0

D1 D₂ D₁ D₂ Um

ωt π π 4

π 3 π 2

max0 Ung

Sơ đồ và dạng sóng mạch

B. CHỈNH LƯU HÌNH CẦU:

( ) t U ( t )

u

=

sin θ θ = ω

™ Tải R

0 ,

0 <

> _B

A V

điện thế tại điểm A dương V

π

θ

<

Trong khoảng 0

Dòng điện đi từ A→B diode D₁, D₃ dẫn, D₂, D₄ tắt

Trong khoảng π <θ < 2π điện thế tại B dương hơn điện thế tại A dòng điện đi từ ^→ D ,D dẫn D D tắt.

• Trị trung bình của điện áp chỉnh lưu

( )

∫

=

π π

π π θ π

π

θ

cos 2 0

cos

1 sin _{m m}

m AV

U d U

U U

• Trị trung bình của dòng điện tải

R U R

I _AV U ^{AV m} π

= 2

=

• Trị trung bình của dòng qua D1 ,D3.(D2,D4)

R U I I

I I

I_{D D D D} ^{AV m}

= π

=

=

=

= ^{2 3 4} 2

1

• Trị hiệu dụng ⁼ _π ^π

∫

0

sin 2

1 U d

U _{RMS m} ( )

2 2 cos 2 ₀ 1

m

m U

U d

=

−

= _π

∫

™ Tải RL

• Trị trung bình của điện áp chỉnh lưu

• Trị trung bình của dòng điện tải

R U R

I _AV U ^{AV m} π

= 2

=

• Trị trung bình của dòng qua D1 ,D3.(D2,D4)

R U I I

I I

I_{D D D D} ^{AV m}

= π

=

=

=

= ^{2 3 4} 2

1

• Trị hiệu dụng ^{1 π}

∫

2 2

AV m

U U

=

π

ωt

( )^t

u₁

R D1 D₂

D4 D₃ A

B

( )^t

u₂

+

− E

( )^t

u₂

( )^t

u₂ Um

π 2π 3π 4π 0

ωt 4π 3π

2π 0 π

max

Ung

ωt π π 4

π 3 π 2

0

U0

i0

Um

θ1 θ₂ E

™ Tải RE

• Trị trung bình của điện áp chỉnh lưu

∫

∫

+

= ^{1 1}

1 0

sin 2

1 ^{π θ θ}

θ

π θ θ

π

θ

U_{AV m}

( )

( )

π θ θ

π π θ

U_m 2E

cos

cos ₁ − − ₁ +

=

θ

θ

⇒

được xác định theo pt hoành độ

Trị trung bình của dòng tải

( )

(

) (

)

sin . 1 ¹

1

θ π π

θ π

π θ θ θ

π

θ π

θ

−

−

−

−

− =

=

∫

I_AV ^{m m}

Trị trung bình của dòng qua diode

. 2 sin

2

1 ¹

1

AV m

D

d I R

E

I U − =

= _π ^{π −}

∫

θ

Điện áp ngược cực đại,

CHỈNH LƯU KHÔNG ĐIỀU KHIỂN 3 PHA

1. CHỈNH LƯU HÌNH TIA 3 PHA:

™ TẢI RE:

™ Trường hợp 0<E<Um/2:

⎟ ⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛ θ + π

=

⎟ ⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛ θ − π

=

θ

=

3 sin 2

U 2 u

3 sin 2

U 2 u

sin U

2 u

2 c

2

2 b

2

2 a

2

CHỈNH LƯU KHÔNG ĐIỀU KHIỂN 3 PHA

•Trường hợp 0 < E < Um/2 nên dòng qua tải id liên tục.

CHỈNH LƯU KHÔNG ĐIỀU KHIỂN 3 PHA

Điện áp chỉnh lưu có 3 xung, chu kỳ áp chỉnh lưu Tp = T/3 Với T là chu kỳ áp nguồn xoay chiều

Điện áp trung bình trên tải Ud :

= π

θ π θ

= ∫

π

π

2 U 6 U 3

d sin U

2 2 U 3

d 2

6 5

6

2 d

CHỈNH LƯU KHÔNG ĐIỀU KHIỂN 3 PHA

Dòng trung bình qua tải Id : R

E I_d = U^d −

Dòng trung bình qua mỗi diod:

3 I _D = I ^d

Điện áp ngược cực đại trên mỗi diod:

2 max

N

6 U

U = −

CHỈNH LƯU KHÔNG ĐIỀU KHIỂN 3 PHA

•Trường hợp Um/2<E<Um nên dòng qua tải id không liên tục.

CHỈNH LƯU KHÔNG ĐIỀU KHIỂN 3 PHA

Dòng trung bình qua tải:

⎟⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛ − τ θ

π

= θ

θ

=

− θ θ

= π ^θ

∫

θ

1 1 d 2

1 2

d 2

T sin cos

R U 2 I 3

sin U

2 E

R d

E sin

U 2 2

I 3 ²

1

Dòng trung bình qua mỗi diod:

I = I

CHỈNH LƯU KHÔNG ĐIỀU KHIỂN 3 PHA

2. CHỈNH LƯU HÌNH CẦU 3 PHA:

™ TẢI R:

3 ) sin( 2

U 2 u

3 ) sin( 2

U 2 u

sin U

2 u

2 c

2

2 b

2

2 a

2

+ π θ

=

− π θ

=

θ

=

CHỈNH LƯU KHÔNG ĐIỀU KHIỂN 3 PHA

Hoạt động của sơ dồ được trình bày trong bảng sau:

Khoảng Chiều dòng điện Diod mở Điện áp tải u_d

A _ B 1 _ 5 Uab

A – C 1 – 6 Uac

B – C 2 – 6 Ubc

B – A 2 – 4 Uba

C – A 3 – 4 Uca

C – B 3 – 5 Ucb

/ 6 3 / 6

π − π

3 / 6 5 / 6

π

π

5 /6 7 /6

π

π

7 / 6 9 / 6

π

π

9 / 6 11 / 6π − π 11 / 6 13 / 6π − π

CHỈNH LƯU KHÔNG ĐIỀU KHIỂN 3 PHA

CHỈNH LƯU KHƠNG ĐIỀU KHIỂN 3 PHA

Trị trung bình điện áp trên tải :

= π

⇒

θ π −

=

⇒

π θ

=

∫

∫

π

π π

d 2

2

6

b 2 a

2 d

2

0 d

d

U 6 U 3

d ) u u

2 ( U 6

d 2 u

U 1

Trị trung bình của dòng qua tải:

I = U

CHỈNH LƯU KHƠNG ĐIỀU KHIỂN 3 PHA

• Trị trung bình của dòng qua mỗi diod:

™ Tải RE 3 I_D = I^d

CHỈNH LƯU KHÔNG ĐIỀU KHIỂN 3 PHA

CHỈNH LƯU KHƠNG ĐIỀU KHIỂN 3 PHA

Trị trung bình của dòng qua tải:

i

Để cĩ dịng tải liên tục phải thõa mãn điều kiện:

d d

u E

i R

= −

3

6 2

6

6 os

6 3

2

d d

U c E

U E

I d

R R

π

π

θ π π θ

⎛ − ⎞ −

⎜ ⎟ −

⎝ ⎠

=

∫

Dịng trung bình qua diode:

I. Chỉnh lưu bán kỳ :

a. Tải R

θ là góc mở.

Trị trung bình điện áp trên tải:

Trị trung bình dòng qua tải:

R I

= U

2 cos U 1

45 , 0 t

d . t sin U

2 2

U

1

ω ω =

+ α

= π ∫

α

Dòng điện qua SCR : I^scr = Id

I. Chỉnh lưu bán kỳ :

b. Tải RL

u_d u₂

T

L R u₁

+

- α là góc mở.

Phương trình mạch tải:

u_d + e_L = Ri_d dt L di Ri

u_d = _d +

⇔

( )

( )

[ cos α cos λ α ]

U U 2

θ d α θ

sin U

π 2 2 U 1

2 ' d

λ

0

2 d

'

+

−

=

+

= ∫

Trị trung bình điện áp trên tải:

II. Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ a.Tải R

U0

i0

( )^t

u₁ R

i21

i22

( )^t

u₂₁

( )^t

u₂₂

Um

α ^G1

G2

ωt

( )t u₂

Um

π 2π 3π 4π 0

( )^t

u₂₁ ^u₂₂( )^t

2 SCR

1 SCR

Trị trung bình điện áp trên tải.

Trị trung bình dòng qua tải R

I_d = U^d

Điện áp ngược cực đại trên mỗi SCR

(

)

θ π π θ

π α

cos cos

1 sin = −

=

∫

AV

d U U

U

II. Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ

b. Tải RL Nếu ωL >>R nên i_d là dòng liên tục.

u_d u₂₁

T₁

L R

u₁

+

u₂₂ -

+

θ sin U

2 u

u

= −

=

u₂ U_m

0

‐U_m

π 2π

θ

u₂₁ u₂₂

i_G 0 α

π+α θ u_d

0

α 0^’ 2π θ α ^{:góc mở dòng}

∫

=

α

2

d

2 U sin θ d θ

π U 1

Trị trung bình điện áp trên tải.

Trị trung bình dòng qua tải

R I

= U

α π cos

U 2 U

= 2

Điện áp ngược cực đại trên mỗi SCR

2 max

T

2 2 U

U = −

c. Tải RLE:

U0 i0

α ^G1

G2

E

ωt

( )^t

u₂ Um

π 2π 3π 4π 0

( )^t

u₂₁ ^u₂₂( )^t ( )^t

u₁

R i21

i22

( )^t

u₂₁

( )^t

u₂₂

1 SCR

2 SCR

L

Trị trung bình điện áp trên tải

(

)

π U

U_d= 2 ² −

( ) (

)

R π λ E

cos α

R cos π

U

I_d = 2 ² − − −

Trường hợp i_d là dòng liên tục, λ = ta có:π+α

2U 2

u₂ U_m

-U_m

0 π 2π

θ

i_G1,3

0 α

i_G2,4

0 π+α

u_d

θ θ III. Mạch chỉnh lưu cầu:

a. Tải R:

u₂ R u_d u₁

T₁

T₂

T₃ T₄

Dòng qua tải i_d là dòng gián đọan

Khi θ = θ₁ ; i_G1,3 > 0, T₁ dẫn & T₃ dẫn

⇒ u_d = u₂

Khi θ = π + α i_G2,4 > 0 T₂ & T₄ dẫn ⇒ u_T2,4 = 0

⇒ u_d = u₂

Trị trung bình điện áp trên tải U_d

∫

= π1 2U sin d

U_{d 2}

Trị trung bình của dòng qua tải R

I_d = U^d

Trị trung bình của dòng qua mỗi SCR 2

I_T = I^d

Điện áp ngược cực đại trên mỗi SCR

2 max

T 2U

U = −

b.Tải RL:

III. Mạch chỉnh lưu cầu một pha không đối xứng:

a. Tải R:

Giá trị trung bình điện áp ra:

MẠCH CHỈNH LƯU 3 PHA HÌNH TIA CÓ ĐIỀN KHIỂN

Um U⁰ 0

0 0

G1

G2

G3

ωt

( )t

u_a u_b( )t Um

π 2π

π 3

( )t u_c

0

π 4

U0

i0

R

( )^t

u_b

( )t u_c

SCR1

SCR2

SCR3

( )^t

u_a

•TẢI R:

MẠCH CHỈNH LƯU 3 PHA HÌNH TIA CÓ ĐIỀN KHIỂN Trị trung bình của điện áp chỉnh lưu.

π α

=

θ π θ

= π θ

=

∫ ∫

α π+

α π+ π

2 cos U 6 U 3

d sin U

2 2 d 3

2 u U 1

d 2

6 5

6

2 2

0 d d

Trị Trung bình của dòng qua tải

= U

MẠCH CHỈNH LƯU 3 PHA HÌNH TIA CÓ ĐIỀN KHIỂN

T₁

T₂ T₃ L_c

L_c L_c e_c

e_b e_a

R L

Trị trung bình điện áp trên tải : π 6 < α < π

•TẢI RL:

∫

+

=

α π

α π

θ π θ

6 5

6

2 sin

3 U d

U _{AV m}

MẠCH CHỈNH LƯU 3 PHA HÌNH TIA CÓ ĐIỀN KHIỂN

3 6

≤ π α π≤

π

<

α π <

3

Xét hiện tượng trùng dẫn:

3 ) sin( 2

U 2 e

3 ) sin( 2

U 2 e

sin U

2 e

2 c

2 b

2 a

+ π θ

=

− π θ

=

θ

=

•Giả sử T1 dẫn,cho dòng chảy qua T1 là : i

= I

•Khi θ = θ

có xung kích cho T2 dẫn. Lúc này cả 2 SCR T1

& T2 cùng dẫn cho dòng chảy qua làm cho 2 nguồn e

& e

ngắn mạch .

•Nếu ta dời góc tọa độ từ 0 đến θ

,ta có :

5 ) sin(

U 2

e = θ + π + α

MẠCH CHỈNH LƯU 3 PHA HÌNH TIA CÓ ĐIỀN KHIỂN

• Điện áp ngắn mạch u

:

• Dòng điện ngắn mạch :

• Giả sử quá trình chuyển mạch chỉ xảy ra trong đọan từ θ2 -> θ3 và gọi µ là góc trùng dẫn : µ = θ

- θ

• Khi θ = µ ⇒ i

= 0 & i

= I

.

• Do đó ta có phương trình chuyển mạch:

) sin(

U 6 e

e

u

=

−

=

θ + α

[

]

2 2 6

) sin(

6 ₂ ²

α θ α

α θ

θ

c c

c X

U d

X di U

d cI X ) 2

cos(

cosα − µ + α =

• Xác định ∆Uµ

∫

∫

∫

µ µ

µ µ

µ µ

α θ + θ

= π

∆

⎟ θ

⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛ −

= π

∆

⎟ θ

⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛ +

π −

=

∆

0

2 0

a b

0

b b a

2 d

) sin(

U 6 2

U 3

2 d e e

2 U 3

2 d e e e

2 U 3

[ cos cos( ) ]

4 U 6

U 3

α − µ + α

= π

∆

Phương trình chuyển mạch

= π

∆

2

I X

U 3

Trị trung bình của điện áp trên tải Ud’ bị giảm đi 1 lượng ∆Uµ

µ

π

2

/

3

d d

d

I U X

U U

U = − ∆ = −

MẠCH CHỈNH LƯU 3 PHA HÌNH TIA CÓ ĐIỀN KHIỂN

•Tải R+E

Um U⁰ 0

0 0

G1

G2

G3

α

i0

θ

ωt

( )t

u_a u_b( )t Um

π 2π

π 3

( )^t

u_c

0

π 4

+

−E U0

i0

R

( )t u_b

( )t u_c

SCR1

SCR2

SCR3

( )^t

u_a

MẠCH CHỈNH LƯU 3 PHA HÌNH TIA CÓ ĐIỀN KHIỂN 2

Um

E <

™Nếu dạng sóng điện áp ngõ ra không bị ảnh hưởng

m

m E U

U < <

™Nếu 2 dạng sóng điện áp ngõ ra bị ảnh hưởng oTrị trung bình của điện áp chỉnh lưu

∫ ∫

+

+

+

= ¹

6 1

6 5

2 sin 3

2

3 ^θ

α π

α π

θ

π θ θ

π

θ

U_{AV m}

( )

(

) ( 5 6

)

2 cos 3

6 2 cos

3 π α θ

θ π α

π π + − + + −

= U

E

MẠCH CHỈNH LƯU 3 PHA HÌNH CẦU CÓ ĐIỀN KHIỂN

•Tải R

U0

i0

R

( )^t

u_a

( )^t

u_b

( )^t

u_c

U0

A

B

C SCR1 SCR₂ SCR₃

SCR4

SCR5

SCR6

0 0 0 0 0 0

5 ,

G1 4 ,

G1 4 ,

G2 6 ,

G2 6 ,

G3 5 ,

G3

ωt

( )t

u_a u_b( )t Um

π 2π

π 3

( )t u_c

0

π 4

Um

3

( )

sin θ

a

t U

u =

( ) _⎟

⎠

⎜ ⎞

⎝⎛ −

= 3

sin θ 2π

m

b t U

u

MẠCH CHỈNH LƯU 3 PHA HÌNH CẦU CÓ ĐIỀN KHIỂN Trường hợp

0 ≤ α ≤ π 3

•Trị trung bình điện áp chỉnh lưu

( )

∫

+

+

=

α π

α π

θ θ

π π

6 3

6

6 3 sin

3 U d

U _{AV m}

( ) ( )

( π α π α )

π

= 3 3U_m cos 3 cos 2 3

•Trị trung bình qua tải R

I _AV = U ^AV

MẠCH CHỈNH LƯU 3 PHA HÌNH CẦU CÓ ĐIỀN KHIỂN 3

2

3 α π

π < <

Trường hợp

•Trị trung bình điện áp chỉnh lưu

( )

∫

+

=

6 5

6

6 sin

3

3

α π

θ θ

π U π d

U

( )

(

)

π ^{+ +}

−

= 3 3U _m 1 cos 3

•Trị trung bình qua tải

R I _AV = U ^AV

MẠCH CHỈNH LƯU 3 PHA HÌNH CẦU CÓ ĐIỀN KHIỂN

•Tải R+L :

U0

i0

R

( )t u_a

( )^t

u_b

( )^t

u_c

A

B

C SCR1 SCR₂ SCR₃

SCR4

SCR5

SCR6

0 0 0 0 0 0

5 ,

G1 4 ,

G1 4 ,

G2 6 ,

G2 6 ,

G3 5 ,

G3

L ^ωt

( )t

u_a u_b( )t Um

π 2π

π 3

( )t u_c

0

π 4

MẠCH CHỈNH LƯU 3 PHA HÌNH CẦU CÓ ĐIỀN KHIỂN

Trường hợp 0 <

α

π

•Trị trung bình điện áp chỉnh lưu

( )

∫

+

=

6 5

6

6 sin

3 ^π 3

α π

θ θ

π ^U π ^d

U_{AV m}

( )

(

)

π ^{+ +}

−

= 3 3U _m 1 cos 3

•Trị trung bình qua tải R

I _AV = U ^AV

MẠCH CHỈNH LƯU 3 PHA HÌNH CẦU CÓ ĐIỀN KHIỂN

•Tải R+L+E :

MẠCH CHỈNH LƯU 3 PHA HÌNH CẦU CÓ ĐIỀN KHIỂN U_d =U_dA – U_dK

U_d = R.i_d L + L. d_id/dt + E

Phương trình mô tả trạng thái mạch, giả sử khi V₁, V₂ đóng:

u_V1 = 0; u_V2 = 0;

u_V3 = u₂ – u₁; u_V4 = u₁ – u₃

I_v1 = i_d; i_v2 = i_d ; i_v3 = 0; i_v4 = 0;

u_v5 = u₃ – u₁; u_v6 = u₂ – u₃

I_v5 = 0; i_v6 = 0; u_d = u_dA - u_dK = u₁ – u₃

MẠCH CHỈNH LƯU 3 PHA HÌNH CẦU CÓ ĐIỀN KHIỂN Các hệ quả khi dòng tải liên tục:

- Chu kỳ điện áp chỉnh lưu bằng 1/6 chu kỳ áp nguồn T_p =1/6T - Trị trung bình áp chỉnh lưu:

π α

= 3 6 U cos

U

- Phạm vi góc điều khiển: α (0, π)

R E I_d U^d − - Dòng trung bình dòng qua tải RLE: =

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU I. Chức năng:

Bộ biến đổi điện áp một chiều dùng để điều khiển trị trung bình điện áp một chiều ngõ ra từ một nguồn điện áp một chiều không đổi.

Điện áp trên tải có dạng xung do quá trình đóng ngắt liên tục nguồn điện áp một chiều không thay đổi vào tải

II. Ứng dụng:

- Truyền động điện điều chỉnh điện áp DC.

- Dùng trong giao thông công cộng, nguồn cung cấp cho các ô tô điện, xe điện.

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU III. Phân loại:

1. Phân loại theo chức năng biến đổi

• Giảm áp – mắc nối tiếp

• Tăng áp – mắc song song

• Điều khiển xung giá trị điện trở

2. Phân loại theo phương pháp điều khiển

• Tần số xung

• Độ rộng xung

• Hai giá trị

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU IV. Nguyên lý làm việc của các bộ biến đổi xung

4.1 Bộ biến đổi giảm áp – mắc nối tiếp a. Sơ đồ

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU

- Bộ giảm áp gồm nguồn điện áp một chiều không đổi mắc nối tiếp với tải qua công tắc S. Tải một chiều tổng quát gồm RL và sức điện động E (động cơ điện 1 chiều). Diode không V₀ mắc song song với tải.

- Khóa S:

+ Đối với tải công suất nhỏ sử dụng MOSFET, BJT.

+ Đối với công suất lớn sử dụng IGBT - Giả thuyết:

+ Mạch xác lập.

+ Dòng tải liên tục

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU b. Phân tích:

- Đóng khóa S [0 ÷T₁] U_z = U

Dòng qua tải i_z theo phương trình:

E U dt

di z . z L

i.

R + + =

i_Z(0) = i_zmin: dòng ở thời điểm ban đầu khi đóng khóa S Nghiệm của phương trình dòng:

) 0 ( i t

e 1 )

0 ( E i

) U t (

i ⎟⎟⎞ +

⎜⎜

⎛

τ

−

⎟ −

⎜ ⎞

⎛ − −

=

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU - Ngắt khoá S [T₁ < t < T]: khoảng thời gian ngắt là T₂

Do tồn tại cuộn L nên dòng vẫn được duy trì chiều cũ và khép kín qua diode không V₀

U_z = 0

0 dt E

di z . z L

i.

R + + =

Điều kiện đầu: i_z(T₁) = i_zmax : giá trị dòng ở thời điểm ngắt khoá S Nghiệm phương trình:

1) T z( i T1

t e 1 1)

T z( E i

) t z(

i ⎟⎟⎞ +

⎜⎜

⎛

τ

− −

⎟ −

⎜ ⎞

⎛− −

=

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU c. Các hệ quả:

- Trị trung bình áp trên tải:

T T1

U . T U

T1 T

0 T Udt z 1

U

= γ

γ

=

∫ =

=

Tỷ số đóng khóa S 0 ≤ γ ≤ 1 => 0 ≤ U_z ≤ U

- Trị trung bình dòng qua tải:

min I z

max I z

z E

U − +

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU - Độ nhấp nhô dòng tải: ∆i_z = I_zmax - I_zmin

d. Ví dụ:

Cho bộ giảm áp DC có điện áp U = 400V, R =10Ω, L = 0,2H, E

= 100V.

Tần số đóng ngắt của khóa S: f_sw = 10kHz.

Dòng trung bình qua tải I_z = 10A a. Xác định tỷ số đóng khoá S: γ b. Tính T₁, T₂

c. Vẽ giản đồ U , i

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU 4.2 Bộ biến đổi tăng áp – mắc song song

a. Sơ đồ

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU - Khi thực hiện hãm tái sinh động cơ 1 chiều, năng lượng từ nguồn sức điện động E được trả lại nguồn điện áp một chiều U, điều này chỉ thực hiện nhờ hoạt động của bộ tăng áp.

- Điều kiện để mạch hoạt động là E < U và nguồn U có khả năng tiếp nhận năng lượng do tải trả về.

- Diode V₀ cho phép dòng điện dẫn theo chiều từ tải về nguồn và ngăn dòng theo chiều ngược lại.

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU b. Phân tích:

- Đóng khóa S [0 ÷T₁] U_z = 0

Dòng qua tải i_z theo phương trình:

E dt

di z . z L

i.

R + =

i_Z(0) = i_zmin: dòng ở thời điểm ban đầu khi đóng khóa S Nghiệm của phương trình dòng:

) 0 z( i t

e 1 )

0 z( R i

) E t z(

i +

⎟⎟

⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎜

⎝

⎛

τ

−

⎟ −

⎠

⎜ ⎞

⎝⎛ −

=

Với τ = L/R :hằng số thời gian mạch tải (thời hằng).

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU - Ngắt khoá S [T₁ < t < T]: khoảng thời gian ngắt là T₂

Do tồn tại cuộn L nên dòng vẫn được duy trì chiều cũ và khép kín qua diode không V₀

U_z = U

U dt E

di z . z L

i.

R + = −

Điều kiện đầu: i_z(T₁) = i_zmax : giá trị dòng ở thời điểm ngắt khoá S Ngiệm phương trình:

T1

t ⎞

⎛ − −

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU c. Các hệ quả:

- Trị trung bình áp trên tải:

T T1

U ).

1 ( T U

T1 T T

0 T Udt z 1

U

= γ

γ

−

− =

∫ =

=

Tỷ số đóng khóa S 0 ≤ γ ≤ 1 => 0 ≤ U_z ≤ U

- Trị trung bình dòng qua tải: