Đề cương bài giảng môn: Điện tử công suất (Dùng cho trình độ Cao đẳng, Trung cấp và liên thông)

Chia sẻ: Huyền Thanh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:155

Thêm vào BST

Báo xấu

38
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Điện tử công suất là một chuyên ngành của điện tử học nghiên cứu và ứng dụng các phần tử bán dẫn công suất trong sơ đồ các bộ biến đổi nhằm biến đổi và khống chế nguồn năng lượng điện với các tham số có thể thay đổi được, cung cấp cho các phụ tải điện.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề cương bài giảng môn: Điện tử công suất (Dùng cho trình độ Cao đẳng, Trung cấp và liên thông)

0 un: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Mã số của mô đun: BỘMĐLAO 18ĐỘNG THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ NGHỆ II Thời gian mô đun: 75 giờ;KHOA (Lý thuyết: ĐIỆN 15g ; ThựcTỬ – ĐIỆN hành:57 g; kiểm tra: 3g). I. VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MÔ ĐUN: * Vị trí của mô đun: đây là mô đun thứ 18 trong chương trình đào tạo ngành điện tử công nghiệp. * Tính chất của mô đun: Là mô đun bắt buộc. II. MỤC TIÊU CỦA MÔ ĐUN: Sau khi học xong mô đun này học viên có năng lực * Về kiến thức: - Giải thích được nguyên lý hoạt động của các linh kiện điện tử công suất - Tra cứu được các thông số kỹ thuật của linh kiện - Phân tích được nguyên lý làm việc của mạch điện tử công suất * Về kỹ năng: - Kiểm tra được chất lượng các linh kiện điện tử công suất - Lắp được các mạch điện tử công suất ứng dụng trong công nghiệp ĐỀ đạt - Kiểm tra sửa chữa CƯƠNG yêu cầu vềBÀI GIẢNG thời gian MÔN: với độ chính xác. ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT - Thay thế các linh kiện, mạch điện tử công suất hư hỏng. - Nêu được ứng dụng của từng mạch điện vào trong thực tế. (Dùng cho trình độ Cao đẳng, Trung cấp và liên thông) * Năng lực tự chủ và chịu trách nhiệm: - Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác và an toàn vệ sinh công nghiệp III. NỘI DUNG CHI TIẾT. GVBS: MAI THỊ BÍCH VÂN TPHCM, tháng 03 năm 2018
1 BÀI I: TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Mục tiêu của bài: - Nhận dạng được các linh kiện điện tử công suất dùng trong các thiết bị điện, điện tử. - Xác định được điện áp, dòng điện, công suất của tải. - Trình bài được nội dung của các thông số kỹ thuật của các linh kiện điện tử công suất. Nội dung chính Giới thiệu: Điện tử công suất là một chuyên ngành của điện tử học nghiên cứu và ứng dụng các phần tử bán dẫn công suất trong sơ đồ các bộ biến đổi nhằm biến đổi và khống chế nguồn năng lượng điện với các tham số có thể thay đổi được, cung cấp cho các phụ tải điện. I. TỔNG QUAN Nhiệm vụ của điện tử công suất là xử lý và điều khiển dòng năng lượng điện bằng cách cung cấp điện áp và dòng điện ở dạng thích hợp cho các tải. Tải sẽ quyết định các thông số về điện áp, dòng điện, tần số, và số pha tại ngõ ra của bộ biến đổi. Thông thường, một bộ điều khiển có hồi tiếp sẽ theo ngõ ra của bộ biến đổi và cực tiểu sai lệch giữa giá trị thực của ngõ ra và giá trị mong muốn (hay giá trị đặt). Các bộ biến đổi bán dẫn là đối tượng nghiên cứu cơ bản của điện tử công suất. Trong các bộ biến đổi các phần tử bán dẫn công suất được sử dụng như những khóa bán dẫn, còn gọi là van bán dẫn, khi mở dẫn dòng thì nối tải vào nguồn, khi khóa thì không cho dòng điện chạy qua. Khác với các phần tử có tiếp điểm, các van bán dẫn thực hiện đóng cắt dòng điện mà không gây nên tia lửa điện, không bị mài mịn theo thời gian.Tuy có thể đóng ngắt các dòng điện lớn nhưng các phần tử bán dẫn công suất lại được điều khiển bởi các tín hiệu điện công suất nhỏ, tạo bởi các mạch điện tử công suất nhỏ. Quy luật nối tải vào nguồn phụ thuộc vào các sơ đồ của bộ biến đổi và phụ thuộc vào cách thức điều khiển các van trong bộ biến đổi. Như vậy quá trình biến đổi năng lượng được thực hiện với hiệu suất cao vì tổn thất trong bộ biến đổi chỉ là tổn thất trên các khóa điện tử, không đáng kể so với công suất điện cần biến đổi. Không những đạt được hiệu suất cao mà các bộ biến đổi còn có khả năng cung cấp cho phụ tải nguồn năng lượng với các đặc tính theo yêu cầu, đáp ứng các quá trình điều
2 chỉnh, điều khiển trong một thời gian ngắn nhất, với chất lượng phù hợp trong các hệ thống tự động hoặc tự động hóa. Đây là đặc tính mà các bộ biến đổi có tiếp điểm hoặc kiểu điện từ không thể có được. Các khái niệm cơ bản Các thành phần của công suất gồm có: Công suất biểu kiến: S = U.I Công suất thực: P = U.I.cosφ Công suất phản kháng: Q = U.I.sinφ Từ các biểu thức trên ta có được mối quan hệ S  U .I  P 2  Q 2 Vấn đề chúng ta cần quan tâm ở đây, các ứng dụng của bộ biến đổi thường cho ra các dáng điệu dòng điện và điện áp không sin, thì cần thiết phải đưa thêm một số định nghĩa. Thành phần dao động cơ bản đóng góp vào trong công suất thực: P = U.I1.cosφ1 Do đó, các thành phần công suất được mô tả bởi các vector và được biểu diễn như hình dưới đây: Hình 1.1: Các thành phần công suất của bộ biến đổi chuyển mạch lưới II. PHÂN LỌAI LINH KIỆN BÁN DẪN THEO KHẢ NĂNG ĐIỀU KHIỂN. Các linh kiện được phân lọai theo hai chức năng cơ bản: đóng và ngắt dòng điện đi qua nó. Trạng thái linh kiện đóng: có tác dụng như một điện trở bé. Trạng thái linh kiện ngắt: có tác dụng như một điện trở rất lớn. Dòng điện đi qua chúng hầu như không đáng kể. Độ lớn điện áp đặt lên linh kiện phụ thuộc vào trạng thái họat động của mạch điện bên ngòai.
3 Do đó, linh kiện bán dẫn họat động với hai chế độ làm việc đóng và ngắt dòng điện được xem là lý tưởng nếu ở trạng thái dẫn điện nó có độ sụt áp bằng 0 và ở trạng thái không dẫn điện, dòng điện đi qua nó bằng 0. Các linh kiện có thể tự chuyển đổi trạng thái làm việc của mình, chuyển từ trạng thái không dẫn sang trạng thái dẫn điện và ngược lại thông qua tác dụng kích thích của tín hiệu lên cổng điều khiển của linh kiện. Ta gọi đây là linh kiện có tính điều khiển. Tín hiệu điều khiển có thể tồn tại dưới nhiều dạng: dòng điện, điện áp, ánh sáng với công suất nhỏ hơn nhiều so với công suất của nguồn và tải. Nếu linh kiện không chứa cổng điều khiển thì ta gọi là linh kiện không điều khiển như diode, diac. Nếu thông qua cổng điều khiển, tín hiệu chỉ tác động đến chức năng đóng dòng điện mà không thể tác động ngắt dòng điện đi qua nó, gọi là linh kiện không có khả năng kích ngắt như: SCR, TRIAC. Ngòai ra linh kiện có khả năng thay đổi trạng thái từ dẫn điện sang ngắt điện và ngược lại thông qua tác dụng của tín hiệu điều khiển được gọi là linh kiện có khả năng kích ngắt(tự chuyển mạch): BJT, MOSFET, IGBT, GTO,IGCT, MCT, MTO. Với những nhận xét ở trên , các linh kiện bán dẫn công suất , theo chức năng đóng ngắt đóng ngắt dòng điện và khả năng điều khiển các chức năng này, có thể chia làm 3 nhóm chính : _Nhóm một: gồm các linh kiện không điều khiển như diode, diac _Nhóm hai : gôm các linh kiện điều khiển kích đóng được như thyristor, triac . _Nhóm ba: gồm các linh kiện điều khiển kích ngắt được như transitor (BJT,MOSFET,IGBT)GTO Ngòai ra,dạng mạch phức tạp gồm SCR và bộ chuyển mạch có khả năng đóng ngắt dòng điện qua nó nhờ tác dụng của các tín hiệu điều khiển .Về khía cạnh điều khiển ,mạch phức hợp này cùng với các linh kiện nhóm ba tạo thành nhóm công tắc tự chuyển mạch 1. DIODE
4 Hình 1.2 hình dáng diode Power diodes: Hình 1.3 đặc tuyến của diode
5 Hình 1.4 Hình dáng của học diode Mô Tả Và Chức Năng Diode được cấu tạo thành bởi mối nối p_n .Lớp p thiếu điện tử và chứa các phần tử mang điện dạng lỗ trống .Tương tự , lớp n thừa điện tử .Các lớp p_n trong cấu trúc diode đạt được bằng cách thêm tạp chất vào trong các phiến silic .Để tạo quá trình dẫn điện đi qua mối nối p_n ,các hạt mang điện được tạo thành và tham gia quá trình dẫn điện , một điện áp được áp dụng sao cho lớp p mắc vào cực dương và lớp n vào cực âm .Lực điện trường làm cho lỗ hổng từ lớp p di chuyển vựơt qua mối nối p_n để vào lớp n vào lớp p. Trường hợp phân cực ngược lại, các lỗ hổng và điện tử bị kéo ra xa khỏi mối nối và tạo thành sức điện động bên trong mối nối. Sức điện động này tác dụng không cho dòng điện tích qua dide diode bị ngắt. Chiều thuận và chiều nghịch :nếu như diode ở trạng thái dẫn điện thì nó chịu tác dụng của điện áp thuận và dòng điện thuận nếu đi qua. Khả năng chịu tải địên áp định mức :được xác định bởi điện thế nghịch cực đại Urrm khi thiết kế mạch bảo vệ chống lại quá áp nghịch ngẫu nhiên , ta dịnh mức theo điện thế nghịch không thể lặp lại URSM. Khi diode làm việc , ta không cho phép xuất hiện áp lớn hơn ursm. Dòng điện định mức: diode khi hoạt động phát sinh tổn hao .Tổn hao chủ yếu do dòng điện thuận gây ra .Tổn hao do dòng nghịch gây ra không đáng kể và công suất tổn hao do quá trình ngắt sẽ có độ lớn đáng kể khi tần số đóng ngắt lớn hơn khoảng 400hz . Công suất tổn hao tổng không được phép làm nóng mạch diode lên quá nhiệt độ cực đại,nếu không lớn PN sẽ bị phá hỏng . Khả năng chịu quá dòng một thông số khác ảnh hưởng lên khả năng quá dòng là năng lượng tiêu hao, xác định bằng tích phân theo thời gian, lượng năng lượng này tỉ lệ với năng lượng tiêu mà bản bán dẫn có khả năng hấp thụ dưới dạng nhiệt trong thời gian qui định (khoảng 10ms) mà không bị hỏng. Các Diode Đặc Biệt Schottky diode:độ sụt áp theo chiều thuận thấp (khoảng 0,3v). Do đó ,nó được sử dụng cho các mạch điện áp thấp .Điện áp ngược chịu được khoảng 50- 100v. VD: MBR6030L (Uđm max=30v, Iđm tb=60A) Diode phục hồi nhanh: áp dụng trong các mạch hoạt động tần số cao. Khả năng chịu áp khoảng vài volt và dòng vài trăm ampere, thời gian phục hồi khoảng vài nguy giây. VD: 1N3913 (Uđm max=400v, Iđm tb=30A) Diode tần số công nghiệp: các diode tần số công nghiệp được chế tạo để đạt độ sụt áp thấp khi dẫn điện .Hệ quả ,thời gian phục hồi tăng lên khả năng chịu áp của chúng khoảng vài KV và dòng điện vài kiloampere.
6 2. TRANSISTOR Mạch mắc chung cực E Mạch mắc chung cực C Hình 1.5 phân cực và hình dáng của trans Có 2 lớp p_n, dựa theo cấu tạo lớp này ta phân biệt hai loại transistor: transistor p_n_p và transistor n_p_n . Các lớp p_n giữa từng điện cực được gọi là lớp emitter và các lớp collector .Mỗi lớp có thể được phân cực theo chiều thuận, chiều nghịch dưới tác dụng của điện thế ngoài. Sự dịch chuyển của dòng collector Ic khi qua lớp bị phân cực nghịch chịu ảnh hưởng rất lớn của dònG I b dẫn qua lớp phân cực thuận .Hiện tượng này tạo thành tính chất cơ bản được sử
7 dụng nhiều của transistor và được gọi là hiện tượng điều chế độ dẫn điện của lớp bị phân cực nghịch. Trong lãnh vực điện tử công suất, transittor BJT được sử dụng như công tắc (khoá) đóng ngắt các mạch điện và phần lớn được mắc theo dạng mạch có chung emitter. Trên điện cực BE là điện áp điều khiển UBE. Các điện cực CE được sử dụng làm công tắc đóng mở mạch công suất . Điện thế điều khiển phải tác dụng tạo ra dòng Ib đủ lớn để điện áp giữa cổng CE đạt giá trị bằng đặc tính ngõ ra của transistor mắc chung cực emetter. Các tính chất động Khảo sát cac hiện tượng quá độ khi đóng và ngắt transistor có ý nghĩa quan trọng .Quá trình dòng collecotor Ic khi kích đóng có dạng xung vuông.Thời gian đóng Ton kéo dài khoảng vài nguy giây,thời gian ngắt t off vượt quá 10 nguy giây. Một hệ quả bất lợi trong các hiện tượng quá độ là việc tạo nên công suất tổn hao do đóng và ngắt transistor. Công suất tổn hao làm giới hạn dảy tần số hoạt động của transistor . Gía trị tức thời của công tổn hao trong quá trình đóng ngắt tương đối lớn, vì dòng điện đi qua transistor lớn và điện áp trên transistor ở trạng thái cao . Để theo dõi một cách đơn giản , ta có thể hình dung quá trình đóng ngắt như sự chuyển đổi điểm làm việc từ vị trí ngắt đến vị trí đóng. Khả năng chịu tải Công suất hao tổn :công suất tổn hao tạo nên trong hoạt động của transistor không được phép làm nóng bán dẫn vượt quá giá trị nhiệt độ cho phép 150 oc .Vì thế ,cần làm mát transistor và toàn bộ công suất hao tổn phải nhỏ.Công suất tổn hao chủ yếu do công suất tổn hao trên collector ,Pc =Uce.I 3. MOSFET Cấu tạo :
8 * Ký hiệu * Đặc tính V-A Hình 1.6 cấu tạo, ký hiệu và đặc tuyến của diode Loại transistor có khả năng đóng ngắt nhanh và tổn hao do đóng ngắt thấp được gọi là metal-oxede-semiconductor field emffect transistor với công điều khiển bằng điện trường (điện áp). MOSFET được sử dụng nhiều trong các ứng dụng công suất nhỏ (vài kw) và không thích hợp để sử dụng cho các công suất lớn. Tuy nhiên, linh kiện MOTFET khi kết hợp với công nghệ linh kiện GTO lại phát huy hiệu quả cao và chúng kết hợp với nhau tạo nên linh kiện MTO có ứng dụng cho các tải công suất lớn Linh kiện MOSFETcó thể cấu trúc pnp và npn. Giữa các kim loại mạch cổng và các mối nối n và p có lớp điện môi silicon oxid SiO. Điểm thuận lợi cơ bản của MOSFET là khả năng điều khiển kích đóng ngắt linh kiện bằng xung điện áp ở mạch cổng. Khi điện áp dương áp đặt lên giữa cổng G và Source (emitter ) tác dụng của điện trường(FET) sẽ kéo các electron từ lớp n+và lớp p tạo điều kiện hình thành môt kênh nối gần cổng nhất ,cho phép dòng điện dẫn từ cực drain (collector) tới cực Source (emiter). MOSFETđòi hỏi công suất tiêu thụ ở mạch công kích thấp ,tốc độ kích đóng nhanh và tổn hao do đóng ngắt thấp .Tuy nhiên , MOSFETcó điện trở khi dẫn điện lớn .Do đó công suất tổn hao khi dẫn điện lớn làm nó không thể phát triển thành linh kiện công suất lớn.
9 Với tốc độ đóng ngắt nhanh, tổn hao thấp vì vậy với mức điện áp từ 300v 400v, f = vài chục hz thì Mosfet có nhiều ưu điểm hơn BJT. Thông số kỹ thuật của mosfet: Điện áp cực đại: 1000v. Dòng điện cực đại vài chục ampere. Điện áp điều khiển tối đa 20v. Loại Điện áp định mức Dòng điện trung cực đại bình định mức IRFZ48 60 50 IRF510 100 5.6 IRF540 100 28 IRF740 400 10 APT 5025BN 500 23 4. IGBT Ký hiệu Hình 1.7 cấu tạo của IGBT IGBT là transistor công suất hiện đại, nó có khả chịu đựng được điện áp và dòng điện cao và độ sụt áp vừa phải khi dẫn điện. Việc kích dẫn IGBT được thực hiện bằng xung điện áp đưa vào cực kích G. Ưu điểm của loại linh kiện này là khả năng đóng ngắt nhanh, nó được sử dụng trong các bộ biến đổi điều chế độ rộng xung có tần số cao. IGBT được ứng dụng nhiều trong công nghiệp với công suất lên đến 10MW. So với SCR thì thời gian đóng ngắt của IGBT rất nhanh, khoảng vài nguy giây và khả năng chịu tải lên đến 4,5kv, 2000A. IGBT có khả năng hoạt động tốt không cần mạch bảo vệ. Mạch kích cho IGBT tương tự như mạch kích cho MOSFET. Các thông số kỹ thuật: Loại Điện áp định Dòng điện trung Thời gian mở (
10 mức cực đại bình định mức nguy giây) HGT 32 N60 600 32 0.62 E2 CM400HA- 600 400 0.3 12E 5. SCR Thyristors (SCRs - Silicon Controlled Rectifiers) Hình 1.8 ký hiệu và đặc tuyến của SCR Về mặt cấu tạo linh kiện SCR đã được học ở môn linh kiện điện tử. Trong phần này chỉ nói trọng tâm vào một số tính chất quan trọng của SCR. Các tính chất và trạng thái cơ bản: Hiện tượng đóng SCR có thể được thực hiện nếu thỏa cả hai điều kiện sau: SCR ở trạng thái khóa. Có xung dòng kích vào cực g dương. Hiện tượng ngắt SCR bao gồm hai giai đoạn: Giai đoạn làm dòng điện thuận bị triệt tiêu thực hiện bằng cách thay đổi điện trở hoặc điện áp giữa a not và katot. Giai đoạn khôi phục khả năng khóa của SCR. Sau khi dòng thuận bị triệt tiêu thì cần phải có một thời gian để chuyển SCR vào trạng thái khóa. Để đóng SCR khỏang đầu xung dòng kích phải có giá trị đủ lớn. Các xung điều khiển được cung cấp từ biến áp xung có nhiệm vụ là tách mạch công suất khỏi nguồn tạo xung kích. Ngòai các linh kiện trên còn có các linh kiện công suất khác như: TRIAC, GTO, IGCT( dạng cải tiến của GTO)…
11 Các Tính Chất Động Tác dụng điện áp khoá u v (hoặc u D ): về bản chất đó là tác dụng điện áp nghịch lên lớp bán dẫn. Lúc đó, nó hoạt động như một tụ điện, điện dung của nó phụ thuộc vào độ lớn của điện áp đăt vào. Việc đóng thyristor không xảy ra ngay khi xung dòng iG vào cổng. Thoạt tiên dòng dẫn i v đi qua một phần nhỏ của tiết diện của thyristor ở chỗ nối của cổng G. Sau đó, điện tích dẫn tăng dần lên của tiết diện phiến bán dẫn ,điện áp khoá giảm dần. Đối với thyristor, thông thường thời gian đóng điện t gt ở trong khoảng 3 10 s . Khi dòng i v tăng nhanh quá, chỉ có một phần nhỏ tiết diện chung quanh mạch cổng G dẫn điện và dẫn đến quá tải, có thể làm tăng nhiệt độ lên đến giá trị làm hổng linh kiện Mạch kích thyristor Trong các bộ biến đổi công suất dùng thyristor, thyristor và mạch tạo xung kích vào cổng điều khiển của nó cần cách điện .tương tự như các mạch kích cho transistor, ta có thể sử dụng biến áp xung, hoặc optron
12 Hình 1.9 các mạch kích SCR Mạch kích dùng biến áp xung, được vẽ trên. Sau khi tác dụng áp lên mạch b của transistor Q1 . Transistor Q1 dẫn bảo hoà làm điện áp Vcc xuất hiện trên cuộn sơ cấp của biến áp xung và từ đó xung điện áp cảm ứng xuất hiện ở phía thứ cấp biến áp. Xung tác dụng lên cổng G của thyristor. Khi khoá xung kích, transistor Q1 bị ngắt, dòng qua cuộn sơ cấp biến áp xung duy trì qua mạch cuộn sơ cấp và diode Dm . Việc đưa xung kích dài vào cổng G làm tăng thêm tổn hao mạch cổng, do đó có thể thay thế nó bằng chuổi xung. Muốn vậy, xung điêu khiển kết hợp với tính hiệu ra của bộ điều khiển xung vuông qua mạch cổng logic AND trước khi đưa vào cổng B của transistor Q1 (xem hình b). Mạch kích chứa phần tử photocouplercó thể là phototransistor hoặc photothyristor. Xung kích ngắn phát ra từ diode quang ILED (Infrared Light Emiting Diode ) kích dẫn photothyristor và từ đó kích dẫn thyristor công suất . Mach kích đòi hỏi có nguồn DC cung cấp riêng vì thế tăng thêm giá thành và kích cở của mạch điều khiển . Trong nhiều trường hợp ứng dụng, mạch kích đơn giản sử dụng cấu trúc có chứa diac , độ lớn góc kích phụ thuộc vào thời gian nạp điện tích cho tụ (xác định bởi hằng số thời gian ) và điện áp tác dụng của dia. Mạch sử dụng trực tiếp sử dụng nguồn điện công suất làm nguồn điện kíc. Phạm vi điều khiển góc kích bị hạn chế. Mạch bảo vệ thyristor: thông thường, mạch RC mắc song song với thyristor (H b)có thể sử dụng để bảo vệ chống quá điện á. Mạch có thể kết hợp với cuộn kháng bảo vệ mắc nối tiếp với thyristor chống sự tăng nhanh dòng điện qua linh kiện (div/dt). Các giá trị Rc có thể xác định từ điều kiện giới hạn điện
13 áp trên linh kiện hoặc để cho đơn giản có thể sử dụng bảng tra cứu cung cấp bới nhà sản xuất . III. SO SÁNH KHẢ NĂNG HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC LINH KIỆN: Khả năng hoạt động của các linh kiện bán dẫn công suất được so sánh theo hai khía cạnh công suất mang tải và tốc độ đóng ngắt. GTO công suất lớn được sản suất với khả năng chịu đựng được dòng/ áp lớn từ 1-6kA/ 2.5-6KV và còn được chế tạo chứa diode ngược với tổn hao thấp. Các diode cho nhu cầu thông thường được chế tạo với khả năng chịu được điện áp từ 500v đến 4kv/ 60A – 3,5Ka. Đối với nhu cầu đóng ngắt nhanh khả năng dòng đạt đến 800-1700A/2800-6000V. Các SCR cho nhu cầu thông thường được chế tạo với khả năng chịu được điện áp từ 400v đến 12kv/ 1000A – 5Ka. Đối với nhu cầu đóng ngắt nhanh khả năng dòng đạt đến 800-1500A/1200-2500V. Các IGBT dạng mudule được chế tạo với khả năng chịu được điện áp từ 1,7v đến 3.3kv/ 400A – 1200A. Khả năng chịu đựng điện áp cao lên đến 6Kv. IV. BÀI TẬP Câu 1:Trình bầy cấu tạo đi ốt, đặc tuyến V-A và phương pháp phân loại đi ốt. Câu 2:Trình bày cấu tạo và nguyên lý hoạt động, đặc tuyến và các cách kích của Triac? Câu 3:So sánh sự giống nhau và khác nhau giữa SCR và Triac?
14 BÀI 02: MẠCH CHỈNH LƯU KHÔNG ĐIỀU KHIỂN Mục tiêu của bài: - Giải thích được nguyên lý hoạt động của mạch chỉnh lưu không điều khiển. - Lắp ráp, kiểm tra, sửa chữa được những hư hỏng trong quá trình thực hiện theo đúng yêu cầu kỹ thuật. - Tính toán được các thông số kỹ thuật của mạch chỉnh lưu. Nêu được ứng dụng của mạch vào thực tế. - Thực hiện an toàn, tác phong công nghiệp trong qui trình thực hiện. Nội dung chính TỔNG QUAN Bộ chỉnh lưu có nhiệm vụ chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều, chúng được áp dụng làm nguồn điện áp một chiều, nguồn điện áp một chiều có điều khiển để cung cấp cho các thiết bị mạ, hàn một chiều. Bộ chỉnh lưu dùng làm nguồn điện cho các truyền động động cơ một chiều, truyền tải (HVDC), dùng trong truyền động động cơ xoay chiều. Công suất của bộ chỉnh lưu có thể lên đến hàng chục MW. Bộ chỉnh lưu được chia làm hai loại: chỉnh lưu có điều khiển và chỉnh lưu không điều khiển một hoặc ba pha. I. CHỈNH LƯU MỘT PHA NỬA CHU KỲ TẢI RL. 1. Lý Thuyết Xét sơ đồ chỉnh lưu một pha nửa chu kỳ hình 2.1 trong trường hợp trở kháng nhỏ sau: Hình 2.1 sơ đồ chỉnh lưu một pha nửa chu kỳ Với Vac= Vm sin t. Vm: biên độ điện áp cực đại. = 2pif. Dạng sóng vào, ra được mô tả như hình 2.2 sau:
15 Hình 2.2 Dạng sóng vào, ra Khi tải là R Uac = U2 Ta có: U 2  U 2 m sin t  2U 2 sin  Trong khoảng từ 0     U 2 dương Diode mở cho dòng đi qua U d  iR  2U 2 sin   i 2U 2 sin  đồng pha với U 2 R Trong khoảng từ   2 , U 2 âm Diode phân cực nghịch không dẫn  i = 0, U d = 0 * Điện áp ngược trên Diode U max  2U 2 * Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu 1 2U 2 Ud  2  2U 2 sin  .d    0, 45U 2 Ud 2U 2 * Giá trị trung bình của dòng tải: I d   R R * Giá trị trung bình của dòng thứ cấp biến áp : 2 1   2U 2 sin   U2 U I  I2  2 0  R  d   0, 7 2 R   2R Khi tải là R+L di Cuộn cảm sinh ra suất điện động tự cảm : eL   L dt Theo định luật Ohm có thể viết phương trình của mạch điện U 2  eL  Ri di Hoặc : L  Ri  U d  2U 2 sin t dt Đặt : X   L  Z sin   R  Z .cos  ; Z  R2  X 2 Trong thực tế với mạch tải R+L người ta thường dùng một diode hoàn năng lượng đấu song song ngược với tải R+L để bảo vệ Diode và duy trì dòng tải trong nữa chu kỳ âm của điện áp nguồn. Khi không có D điện áp chỉnh lưu U d mất đoạn mang giá trị âm. Trong mộy chu lỳ cuộn L tích luỹ được bao nhiêu năng lượng thí nó hoàn bấy nhiêu năng lượng. Nếu trở kháng lớn chúng ta phải sử dụng diode không hay diode chuyển mạch nhằm không cho dòng điện qua tải theo chiều ngược lại khi điện áp trên tải có xu hướng đổi chiều:
16 Hình 2.3 Khi trở kháng lớn:10H. 2. Áp dụng. Hãy dùng nguồn AC 1 pha ( Ui = 94v ) kết nối với mạch chỉnh lưu bán kỳ 1 pha không điều khiển để tạo ra nguồn DC cung cấp cho tải R=270 Ω, và thực hiện các yêu cầu sau: a. Tính P, Ud, Id theo công thức. b. Dùng VOM để đo Ud, Ui. c. Dùng gói phần mềm PHACON để hiển thị P, Ud, Ui, Id Danh mục thiết bị thực hành Các bộ phận lắp ráp của hệ thống được cung cấp thành từng khối panel riêng biệt, dễ hiểu và đồng thời cho phép các panel được kết nối với dây nối ngắn nhất. Bảng dưới đây liệt kê toàn bộ các panel được sử dụng trong bài thực hành, đồng thời với thiết bị kiểm tra, dây nối, v.v.. Các bài thực hành có thể tiến hành với điện áp chuyển mạch mở rộng hoặc đồng hồ vôn kế được kết nối tới khối điều khiển số ( the digital control unit ). Tuy nhiên, để có thể tiến hành các bài thí nghiệm này một cách tốt nhất thì cần thiết phải nối hệ thống với máy tính PC. Và để kết nối với PC thì cần phải sử dụng các phần sau:
17 Bảng1 : thiết bị đo và thành phần của hệ thống Tên số lượng số Khối điều khiển đa năng 1 SO3636-1A hiệu Khối van/bộ biến đổi dòng 1 SO3636-1F Tải RLC 1 SO3636-2A Bộ khuyếch đại sai lệch 1 SO3636-1V Cấp nguồn DC 1 SO3538-8D Biến áp ba pha cách ly 1 SO3636-2G Đồng hồ RMS 1 SO5127-1L Đồng hồ Watt 1 SO5157-1R Khối bàn phím (keypad) 1 LM8921 Oscilloscope số 1 LM6205 Ổ cắm điện an toàn 19/4 mm, màu trắng 30 SO5126-9X Ổ cắm điện an toàn 19/4 mm, có khoá 5 SO126-9Z Dây nối an toàn, 4mm, 25cm, trắng 4 SO5126-8F Dây nối an toàn, 4mm, 50cm, trắng 4 SO5126-8Q Dây nối an toàn, 4mm, 100cm, xanh 4 SO5126-9A Dây nối an toàn, 4mm, 100cm, đỏ 4 SO5126-8U Dây kiểm tra, BNC/BNC 2 LM9034 Phần mềm: Power Electronic 1 SO6006-1A - Đối với khối điều khiển SO3636-1A Cáp nối nối tiếp 9/9 chân 1 LM9040 Cáp nối LM6119 1 - Bài thực hành phân tích: Phần mềm :Fourier analysis SO6006-1H 1 Quy trình thực hiện: Bước 1: Đọc và phân tích sao cho chọn đúng các thiết bị để kết nối thành sơ đồ mạch. Bước 2: Kết nối sơ đồ mạch. . Bước 3: Kiểm tra các kết nối. Bước 4: Mở nguồn 3 pha, dùng VOM đo P,Ud, Ui. So sánh với kết quả tính toán. Bước 5: Sử dụng phần mềm PHACON để hiển thị các dạng sóng Ud, Ui, Id trên máy tính. Các thành phần mạch biểu diễn trong hình 2.4 và nối toàn bộ các thiết bị với tải 270Ω. Mở biến áp cách ly, đặt khối điều khiển đa năng ( the universal control unit ) về chế độ RS232 và chuyển bộ biến đổi theo đường PC ( sử dụng PHACON, chế độ “Single-phase/multipulse”). Trước khi bắt đầu các phép đo, quá trình phải được định độ lệch chuẩn với PC (offset).
18 Chú ý: Bài thực hành cũng có thể được hoàn tất mà không có PC. Chế độ hoạt động phải được đặt ở “Mode 1 PHASE CONTROL”. Ở trong chế độ hoạt động này, thì không thể hiển thị được công suất, các giá trị trung bình và các thành phần của hài cơ bản. Chọn vị trí các công tắc chuyển ở trên khối khuếch đại sai lệch (the differential amplifier ) như sau: Vị trí Tham số được đo Dải A Điện áp đầu ra 150V B Điện áp đầu vào 150V C Dòng điện đầu vào 2.5V D Dòng điện đầu ra 2.5V
19 Sơ đồ mạch kết nối hình 2.4 Hinh 2.4 : sơ đồ mạch chỉnh lưu bán kỳ Ghi lại các dạng sóng của điện áp AC đầu vào, điện áp DC đầu ra và dòng điện với tải điện trở.