ÑHBK TPHCM – KHOA ÑIEÄN & ÑIEÄN TÖÛ – BOÄ MOÂN CCÑ & ÑKH
5
CHÖÔNG I. CAÙC LINH KIEÄN BAÙN DAÃN CÔ BAÛN
1.1. CAÙC TÍNH CHAÁT, KHAÙI NIEÄM, HEÄ THÖÙC CÔ BAÛN:
1. Trò trung bình (average):
Xeùt doøng ñieän i(t) coù chu kyø T. Trò trung bình cuûa doøng ñieän ñöôïc tính bôûi coâng thöùc :
∫
⋅=
T
dc
dtti
T
I
0
)(
1
(1.1)
¾ Ghi chuù: Tröôøng hôïp treân doøng ñieän i ñöôïc bieåu dieãn baèng moät haøm duy nhaát trong suoát
chu kyø T. Neáu trong chu kyø T :
()
()
tiiTtt
tiitt
i
'21
'1
,
,0
=≤≤
=≤≤
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛⋅+⋅=
∫∫
1
1
0
21
)()(
1
tT
t
dc
dttidtti
T
I
Töông töï tính trò trung bình cuûa aùp; U
dc
.
2. Trò hieäu duïng (rms – root mean square):
Coâng thöùc:
∫
⋅⋅=
T
rms
dtti
T
I
0
2
)(
1
(1.2)
¾ Ghi chuù: Ghi chuù: Tröôøng hôïp treân doøng ñieän i ñöôïc bieåu dieãn baèng moät haøm duy nhaát
trong suoát chu kyø T. Neáu trong chu kyø T :
()
()
tiiTtt
tiitt
i
'21
'1
,
,0
=≤≤
=≤≤
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛⋅+⋅= ∫∫
1
1
0
2
2
2
1
)()(
1
tT
t
dc
dttidtti
T
I
Töông töï tính trò hieäu duïng cuûa aùp; U
rms
Ví duï1.1 :
H.1.1
Daïng soùng doøng ñieän coù daïng nhö treân H.1.1. Tính trò trung bình, trò hieäu duïng vaø giaù trò töùc thôøi
lôùn nhaát (giaù trò ñænh) cuûa doøng ñieän naøy.
Ví duï1.2 :
ÑHBK TPHCM – KHOA ÑIEÄN & ÑIEÄN TÖÛ – BOÄ MOÂN CCÑ & ÑKH
6
H1.2
Daïng soùng doøng ñieän coù daïng nhö treân H.1.2. Tính trò trung bình, trò hieäu duïng vaø giaù trò töùc thôøi
lôùn nhaát (giaù trò ñænh) cuûa doøng ñieän naøy.
3. Khaùi nieäm veà quaù trình quaù ñoä vaø traïng thaùi xaùc laäp :
Khaùi nieäm thöôøng gaëp trong ÑTCS, lieân quan ñeán quaù trình ñoùng ngaét cuûa caùc khoaù coâng suaát,
coøn ñöôïc goïi laø quaù trình chuyeån traïng thaùi khoaù coâng suaát töø ñoùng sang ngaét hoaëc ngöôïc laïi.
Quaù trình quaù ñoä laø quaù trình xaûy ra ngay sau khi ñoùng (ngaét) khoaù coâng suaát, dieãn ra trong
khoaûng thôøi gian ngaén vaø lieân quan ñeán tính chaát ñoäng (thôøi gian khoùa chuyeån sang traïng thaùi
ñoùng t
ON
vaø thôøi gian khoùa chuyeån sang ngaét t
off
) cuûa caùc linh kieän baùn daãn coâng suaát.
Traïng thaùi xaùc laäp cuûa maïch ÑTCS laø traïng thaùi dieãn ra trong khoaûng thôøi gian töông ñoái daøi
(so vôùi thôøi gian ñoùng ngaét khoaù), khi khoaù coâng suaát ôû traïng thaùi ñoùng hoaøn toaøn hoaëc ngaét
hoaøn toaøn.
4. Söï lieân tuïc vaø giaùn ñoaïn:
Khaùi nieäm lieân quan ñeán tính daãn ñieän moät chieàu cuûa khoaù coâng suaát (BJT, IGBT, SCR,
GTO…). Khi doøng ñi qua theo chieàu thuaän cuûa khoaù vaãn coøn lôùn hôn 0 ta coù doøng lieân tuïc. Neáu
doøng giaûm xuoáng giaù trò nhoû hôn 0 ⇒ khoaù ngaét ⇒ ta coù hieän töôïng doøng giaùn ñoaïn. Tröôøng
hôïp giaùn ñoaïn cuûa doøng ñieän yeâu caàu giaûi tích maïch phöùc taïp hôn vaø baát lôïi cho quaù trình ñieàu
khieån.
5. Phaân tích Fourier : Nhaèm muïc ñích xaùc ñònh caùc thaønh phaàn moät chieàu vaø caùc thaønh phaàn soùng
haøi cuûa ñieän aùp, doøng ñieän.
Ôû traïng thaùi xaùc laäp, ñieän aùp (hoaëc doøng ñieän) ngoõ ra cuûa caùc boä bieán ñoåi coâng suaát noùi chung
laø moät haøm soá tuaàn hoaøn theo thôøi gian vôùi chu kyø T, nhö vaäy ta coù:
)()(
00
Ttvtv
+
=
(1.3)
Goïi f laø taàn soá cuûa ñieän aùp ra (Hz) vaø ω laø vaän toác goùc (rad) ta coù :
f
T
π
π
ω
2
2==
(1.4)
)2()(
00
π
ω
ω
+
=
tvtv
(1.5)
Ñònh lyù Fourier phaùt bieåu raèng moät haøm soá tuaàn hoaøn v
0
(t) coù theå ñöôïc bieåu dieãn bôûi coâng thöùc
sau:
()
∑
∞
=
++=
,...2,1
0
0
sincos
2
)(
n
nn
tnbtna
a
tv
ωω
, (1.6)
vôùi :
2
0
a
: Trò trung bình cuûa aùp ra v
0
(t): thaønh phaàn moät chieàu khoâng ñoåi.
ÑHBK TPHCM – KHOA ÑIEÄN & ÑIEÄN TÖÛ – BOÄ MOÂN CCÑ & ÑKH
7
()()
∫∫
==
π
ωω
π
2
0
0
0
00
1
)(
2tdtvdttv
T
a
T
(1.7)
Caùc thaønh phaàn sin, cos ñaëc tröng cho thaønh phaàn xoay chieàu cuûa ñieän aùp ngoõ ra vaø caùc heä soá
soøng haøi ñöôïc xaùc ñònh theo bieåu thöùc sau:
() ()
∫∫
==
π
ωωω
π
ω
2
0
0
0
0
cos
1
cos)(
2ttdntvtdtntv
T
a
T
n
(1.8)
() ()
∫∫
⋅=⋅=
π
ωωω
π
ω
2
0
0
0
0
sin
1
sin)(
2ttdntvtdtntv
T
b
T
n
(1.9)
Neáu n = 1 – ta coù haøi cô baûn
n≥ 2 – haøi baäc cao
Pheùp phaân tích Fourier ñöôïc söû duïng ñeå ñaùnh giaù thaønh phaàn moät chieàu vaø xoay chieàu cuûa ñaïi
löôïng ñieän aùp (doøng) ngoõ ra boä bieán ñoåi coâng suaát (thöôøng khoâng coù daïng chuaån moät chieàu
hoaëc xoay chieàu) vaø thoâng qua ñoù coù theå ñaùnh giaù so saùnh chaát löôïng caùc ñaïi löôïng ñieän naøy.
Ví duï 1.3. Phaân tích Fourier cho daïng soùng vuoâng coù daïng ñoái xöùng so vôùi truïc α = 0. Do giaûn
ñoà hoaøn toaøn xoay chieàu (thaønh phaàn dc baèng 0) neân chuoãi Fourier chæ chöùa caùc soùng haøi baäc leû
cuûa haøm soá cosin. Do tính ñoái xöùng neân pheùp tích phaân ñöôïc laáy ¼ chu kyø, nghóa laø töø 0÷π/2.
Keát quaû phaân tích Fourier cho ñieän aùp töùc thôøi u coù daïng nhö sau:
() ()
() () ()
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡+−⋅=⇒
=
=+
⋅⋅±===
∫
.....5cos
5
1
3cos
3
1
cos
4
.3,7,11,...n cho -
1,5,9,....n cho
14
][sin
14
cos
2/
2
2/
0
2/
0
)(
ααα
π
π
α
π
αα
π
π
π
d
dddn
Uu
U
n
Un
n
dnUa
Baøi taäp : Vieát phöông trình haøi cô baûn cuûa ñieän aùp coù giaûn ñoà sau (H1.3a):
H1.3a
ÑHBK TPHCM – KHOA ÑIEÄN & ÑIEÄN TÖÛ – BOÄ MOÂN CCÑ & ÑKH
8
()
tu
π
π
100sin
1600
1
=
, [V]
Hình 1.3b Phoå haøi
()
∑
∞
=
=
,..5,3,1
100sin
1600
n
z
tn
n
u
π
π
6. Caùc heä soá phaåm chaát :
a. Heä soá haøi (HF
n
) cuûa soùng haøi thöù n : Tyû leä trò hieäu duïng soùng haøi baäc n so vôùi soùng haøi cô
baûn.
1
V
V
HF
n
n
= (1.10)
b. Heä soá meùo daïng toaøn phaàn : tyû leä caùc soùng haøi baäc cao so vôùi soùng haøi cô baûn.
∑
∞
=
=
2
2
1
1
n
n
V
V
THD (1.11)
c. Heä soá coâng suaát λ : Tyû leä coâng suaát söû duïng (taûi) so vôùi coâng suaát bieåu kieán (nguoàn).
7. Hieän töôïng soùng nhieãu vaø bieän phaùp khaéc phuïc :
a. Caùc vaán ñeà thöôøng gaëp ví duï vôùi boä bieán taàn :
• Nguyeân nhaân : Nguyeân lyù vaän haønh caùc boä bieán ñoåi coâng suaát phaàn lôùn döïa treân
nguyeân lyù ñoùng ngaét cuûa caùc khoaù coâng suaát (BJT, IGBT, MOSFET, Thyristor …) ôû taàn
soá cao. Hôn nöõa, hoaït ñoäng cuûa boä bieán ñoåi laøm meùo daïng aùp (doøng) ngoõ vaøo, ngoõ ra so
vôùi daïng chuaån.
• Haäu quaû: Ñieàu ñoù gaây ra nhieãu cao taàn (söï xuaát hieän caùc soùng haøi baäc cao cuûa aùp vaø
doøng) trong caùp daãn vaø böùc xaï soùng ñieän töø aûnh höôûng ñeán phía nguoàn vaø phía coång ra
boä bieán ñoåi coâng suaát .
ÑHBK TPHCM – KHOA ÑIEÄN & ÑIEÄN TÖÛ – BOÄ MOÂN CCÑ & ÑKH
9
H1.4. Nhieãu truyeàn trong caùp daãn vaø nhieãu tia
b. Giaûi phaùp :
- Phía nguoàn : Söû duïng boä loïc RFI khöû nhieãu soùng daãn vaø soùng böùc xaï loaïi tia
- Boä bieán ñoåi coâng suaát : Söû duïng tuû kim loaïi (loàng Faraday)
- Phía coång ra boä bieán ñoåi ñeán taûi: Söû duïng caùp boïc.
Ñoái vôùi caùc boä bieán ñoåi coâng suaát daïng khaùc ta cuõng gaëp hieän töôïng naøy do hoaït ñoäng cuûa boä
bieán ñoåi vôùi khaû naêng chuyeån ñoåi daïng naêng löôïng vaø ñieàu khieån caùc tham soá ñieän laøm meùo
daïng ñieän aùp (doøng) so vôùi daïng chuaån (moät chieàu hoaëc sin).
1.2. PHAÀN GIÔÙI THIEÄU:
1. Ñònh nghóa : Ñieän töû coâng suaát (ÑTCS) laø coâng ngheä chuyeån ñoåi (hoaëc/ vaø ñieàu khieån) naêng
löôïng ñieän töø daïng naøy sang daïng khaùc nhôø öùng duïng caùc linh kieän baùn daãn coâng suaát lôùn.
2. Ñaëc ñieåm linh kieän ÑTCS:
+ Phaùt trieån cuøng vôùi coâng ngheä cheá taïo linh kieän baùn daãn coâng suaát lôùn
+ Laø thaønh phaàn cô baûn cuûa caùc boä bieán ñoåi coâng suaát tónh.
+ Laøm vieäc nhö khoaù coâng suaát vaø thöôøng chæ laøm vieäc ôû cheá ñoä ñoùng ngaét (döïa vaøo tính chaát
cuûa baùn daãn : laøm vieäc nhö chaát caùch ñieän töông ñöông traïng thaùi khoùa ngaét, laøm vieäc nhö chaát
daãn ñieän töông ñöông traïng thaùi khoùa ñoùng)
+ Öu ñieåm so vôùi coâng taéc cô hoïc vôùi caùc tieáp ñieåm chuyeån ñoäng: coâng taéc baùn daãn coù ñoä beàn
vöõng cao hôn, ñoä chính xaùc cao hôn vaø taàn soá ñoùng ngaét cao hôn.
+ ÖÙng duïng khoùa baùn daãn : laø caáu phaàn cuûa caùc boä bieán ñoåi coâng suaát duøng ñeå ñieàu khieån caùc
tham soá ra nhö aùp, doøng, coâng suaát, taàn soá vaø daïng soùng.
3. Phaân loaïi caùc khoaù coâng suaát:
• Theo ñaëc tính ñieàu khieån: Caùc khoùa coâng suaát ñöôïc chia laøm caùc loaïi khoùa :
+ Khoâng ñieàu khieån ñöôïc traïng thaùi ñoùng ngaét (ví duï diode coâng suaát)
+ ñieàu khieån traïng thaùi ñoùng ngaét baèng tín hieäu ñieàu khieån (ñoùng ngaét bôûi maïch ñieàu
khieån) : tuøy theo khaû naêng ñieàu khieån ñoùng hoaëc ngaét hoaëc caû hai, linh kieän coøn ñöôïc chia
thaønh khoùa ñieàu khieån hoaøn toaøn (ñieàu khieån quaù trình ñoùng ngaét baèng tín hieäu ñieàu khieån)
hoaëc khoùa ñieàu khieån baùn phaàn (chæ kích ñoùng ñöôïc nhöng khoâng kích ngaét ñöôïc baèng tín
hieäu ñieàu khieån)
• Theo chieàu doøng ñieän chaïy qua: Khoùa ñöôïc chia laøm caùc loaïi khoùa :
+ 1 chieàu: Diode, BJT, IGBT, Thyristor (SCR), GTO daãn ñieän theo moät chieàu
+ 2 chieàu: MOSFET, Thyristor daãn ngöôïc, DiAC,TriAC daãn ñieän theo hai chieàu.
• Theo khaû naêng khoaù aùp ngöôïc trò soá cao
+ Coù khaû naêng :Diode, GTO, Thyristor, TriAC
+ Khoâng coù khaû naêng khoùa aùp ngöôïc trò soá lôùn : BJT, IGBT
BBÑ
M