Thiết kế thi công bộ thí nghiệm điện tử công suất

BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT KHOA ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ BOÄ MOÂN ÑIEÄN TÖÛ . . . LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP Ñeà taøi: THIEÁT KEÁ THI COÂNG BOÄ THÍ NGHIEÄM ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT Sinh vieân thöïc hieän : NGUYEÃN LEÂ MINH THÖ NGUYEÃN THÒ HOÀNG HUEÄ Giaùo vieân höôùng daãn : VUÕ ÑOÃ CÖÔØNG TP. HOÀ CHÍ MINH – THAÙNG 3/2000 LÔØI NOÙI ÑAÀU Trong maïng löôùi ñieän hieän nay, ñieän xoay chieàu chieám öu theá vaø ñöôïc söû duïng roäng raõi trong moïi lónh vöïc. Tuy nhieân nguoàn ñieän moät chieàu khoâng maát ñi theá ñöùng cuûa noù. Vôùi söï ra ñôøi vaø phaùt trieån cuûa duïng cuï baùn daãn coâng suaát lôùn, cuøng vôùi vieäc caùc maïch ñieàu khieån caùc linh kieän ñieän töû coâng suaát ngaøy caøng ñöôïc caûi tieán vaø hoaøn thieän ñaõ taïo neân söï thay ñoåi lôùn cuûa kyõ thuaät bieán ñoåi ñieän naêng. Ñeå cung caáp ñieän moät chieàu cho caùc thieát bò duøng nguoàn ñieän moät chieàu maø nguoàn ñieän naøy khoâng coù saün, ngöôøi ta hoaøn chænh caùc boä chænh löu ñeå ñaùp öùng aùp vaø doøng ñieän cho caùc thieát bò moät caùch thuaän lôïi, toái öu nhaát. Chænh löu duøng duïng cuï baùn daãn coâng suaát coù ñieàu khieån ñaõ ra ñôøi nhaèm thoûa maõn nhu caàu ngaøy caøng cao cuûa caùc thieát bò duøng nguoàn ñieän moät chieàu, vôùi söï ñieàu chænh ñieän aùp moät caùch coù lôïi nhaát. Taäp luaän aùn naøy ñaõ thieát keá vaø thi coâng boä thí nghieäm ñieän töû coâng suaát cuï theå laø chænh löu baùn ñieàu khieån moät vaø ba pha, vôùi muïc ñích giuùp cho sinh vieân hieåu roõ hôn veà caùc vaán ñeà ñaõ ñöôïc hoïc trong lyù thuyeát cuûa moân hoïc Ñieän Töû Coâng Suaát. Maëc duø thaày Vuõ Ñoã Cöôøng ñaõ höôùng daãn taän tình, chu ñaùo nhöng do trình ñoä ngöôøi thöïc hieän luaän aùn khoâng cao, kieán thöùc kinh nghieäm thöïc teá chöa nhieàu neân trong taäp luaän aùn naøy chaéc khoâng traùnh khoûi thieáu soùt. Mong nhaän söï ñoùng goùp yù kieán quí baùu cuûa Thaày Coâ vaø caùc baïn ñeå taäp luaän aùn ñöôïc hoaøn thieän hôn, coù theå aùp duïng vaøo thöïc teá. Thaønh phoá Hoà Chí Minh ngaøy 20 thaùng 2 naêm 2000 Sinh vieân thöïc hieän Nguyeãn Leâ Minh Thö Nguyeãn Thò Hoàng Hueä BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO COÄNG HOØA XAÕ HOÄI CHUÛ NGHÓA VIEÄT NAM TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT Ñoäc laäp – Töï do – Haïnh phuùc NHIEÄM VUÏ LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP Hoï vaø teân sinh vieân : Nguyeãn Leâ Minh Thö Nguyeãn Thò Hoàng Hueä Lôùp : 95KÑÑ Ngaønh : Ñieän Töû 1. Teân ñeà taøi : Thieát keá – Thi coâng boä thí nghieäm Ñieän Töû Coâng Suaát. 2. Noäi dung caùc phaàn thuyeát minh: …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3. Caùc baûn veõ: …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 4. Giaùo vieân höôùng daãn: Vuõ Ñoã Cöôøng ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 5. Ngaøy giao nhieäm vuï: ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 6. Ngaøy hoaøn thaønh nhieän vuï: ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Giaùo vieân höôùng daãn kyù teân: Thoâng qua Boä Moân Ngaøy…………. thaùng ………… naêm Chuû nhieäm Boä Moân BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO COÄNG HOØA XAÕ HOÄI CHUÛ NGHÓA VIEÄT NAM TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT Ñoäc laäp – Töï do – Haïnh phuùc BAÛN NHAÄN XEÙT LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP CUÛA GIAÙO VIEÂN HÖÔÙNG DAÃN Hoï vaø teân sinh vieân: NGUYEÃN LEÂ MINH THÖ NGUYEÃN THÒ HOÀNG HUEÄ Lôùp : 95KÑÑ Teân ñeà taøi : Thieát keá -Thi coâng boä thí nghieäm Ñieän Töû Coâng Suaát Noäi dung luaän vaên Toát Nghieäp: ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Nhaän xeùt cuûa caùn boä höôùng daãn: ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…………………………………………………………………………………… Caùn boä höôùng daãn (Kyù teân vaø ghi roõ hoï teân) BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO COÄNG HOØA XAÕ HOÄI CHUÛ NGHÓA VIEÄT NAM TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT Ñoäc laäp – Töï do – Haïnh phuùc BAÛN NHAÄN XEÙT LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP CUÛA CAÙN BOÄ PHAÛN BIEÄN Hoï vaø teân sinh vieân: NGUYEÃN LEÂ MINH THÖ NGUYEÃN THÒ HOÀNG HUEÄ Lôùp : 95KÑÑ Teân ñeà taøi : Thieát keá - Thi coâng boä thí nghieäm Ñieän Töû Coâng Suaát Noäi dung luaän vaên Toát Nghieäp: ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Nhaän xeùt cuûa caùn boä phaûn bieän: ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…………………………………………………………………………………………………………………………………………… Caùn boä phaûn bieän (Kyù teân vaø ghi roõ hoï teân) LÔØI CAÛM ÔN Chuùng em xin chaân thaønh caûm ôn söï höôùng daãn taän tình cuûa Thaày Vuõ Ñoã Cöôøng, Thaày Coâ trong Khoa Ñieän ñaõ taïo moïi ñieàu kieän thuaän lôïi cho chuùng em hoaøn thaønh taäp ñoà aùn toát nghieäp. Chuùng toâi xin caûm ôn baïn beø, thaân höõu ñaõ giuùp ñôõ, ñoäng vieân chuùng toâi laøm toát nhieäm vuï ñöôïc giao moät caùch toát ñeïp. MUÏC LUÏC Trang Chöông I: Caùc linh kieän ñieän töû coâng suaát I. Diode coâng suaát II. Transistor coâng suaát III. SCR IV. UJT Chöông II. Khaûo saùt caùc daïng maïch ñoäng löïc I. Chænh löu duøng Thyristor 1. Chænh löu ñieàu khieån moät pha nöûa chu kyø 2. Chænh löu ñieàu khieån moät pha hai nöûa chu kyø 3. Chænh löu ñieàu khieån caàu moät pha II. Chænh löu duøng diode vaø thyristor 1. Sô ñoà 1 2. Sô ñoà 2 III. Chænh löu ba pha hình tia coù ñieàu khieån 1. Taûi laø R thuaàn a = 0 2. Taûi laø R+L a ¹ 0 IV. Chænh löu hình caàu ba pha baùn ñieàu khieån 1. Cheá ñoä laøm vieäc 2. Giaù trò Ud 3. Öu ñieåm V. Chænh löu ñieàu khieån hình caàu ba pha 1. Taûi laø thuaàn trôû R vaø R+L vôùi a = 0 2. Taûi laø R vaø a ¹ 0 3. Taûi laø L+R vôùi L = ¥ vaø goùc a ¹ 0 Chöông III. Nguyeân lyù hoaït ñoäng I. Nguyeân lyù maïch 1 pha 1. Sô ñoà khoái 2. Caùc khoái cuûa maïch ñieàu khieån SCR 3. Choïn maïch thi coâng II. Nguyeân lyù maïch ba pha 1. Sô ñoà khoái 2. Maïch nguyeân lyù Chöông IV: Thieát tính I. Maïch moät pha 1. Khoái ñoàng boä 2. Taïo xung kích II. Thieát tính maïch ba pha 1. Maïch dòch pha 2. Maïch tích phaân 3. Tính maïch retriggerable 4. Maïch dao ñoäng baát oån 5. Khoái nguoàn III. Thieát keá baøn thí nghieäm Chöông V: Thi coâng I. Maïch moät pha A. Linh kieän söû duïng B. Thöû maïch II. Maïch ba pha A. Linh kieän söû duïng B. Thö û maïch III. Thi coâng baøn thí nghieäm Chöông VI: Soaïn baøi thí nghieäm A. Muïc ñích yeâu caàu B. Caùc baøi thí nghieäm Baøi 1: Giôùi thieäu baøn thí nghieäm Ñieän töû coâng suaát 1. Giôùi thieäu boä thí nghieäm 2. Moâ hình thí nghieäm 3. Yeâu caàu ñoái vôùi sinh vieân thöïc taäp Baøi 2: Chænh löu coù ñieàu khieån moät pha I. Maïch chænh löu nöûa baùn kyø 1. Lyù thuyeát 2. Thí nghieäm II. Chænh löu toaøn kyø baùn ñieàu khieån 1. Lyù thuyeát 2. Thí nghieäm 3. Caâu hoûi Baøi 3 Chænh löu coâng suaát ba pha A. Thieát bò söû duïng B. Thí nghieäm I. Maïch chænh löu hình tia 1. Lyù thuyeát 2. Thí nghieäm 3. Caâu hoûi II. Chænh löu caàu ba pha khoâng ñoái xöùng 1. Lyù thuyeát 2. Thí nghieäm 3. Caâu hoûi Chöông VII. Lôøi giaûi Baøi 2: Chænh löu coù ñieàu khieån moät pha I. Chænh löu baùn kyø moät pha 1. Coâng thöùc 2. Daïng soùng 3. Nhaän xeùt II. Chænh löu caàu moät pha baùn ñieàu khieån 1. Coâng thöùc 2. Daïng soùng Baøi 3: Maïch chænh löu ba pha I. Maïch chænh löu hình tia 1. Coâng thöùc 2. Daïng soùng II. Maïch chænh löu ba pha baùn ñieàu khieån 1. Coâng thöùc 2. Daïng soùng CHÖÔNG I: CAÙC LINH KIEÄN BAÙN DAÃN COÂNG SUAÁT Trong moät thôøi gian daøi öùng duïng cuûa Kyõ thuaät ñieän töû chuû yeáu laø trong lónh vöïc taàn soá cao, töø nhöõng naêm 50 ngaønh Ñieän töû Coâng Nghieäp ra nhöng öùng duïng cuûa chuùng bò haïn cheá vì thieáu nhöõng linh kieän ñieän töû coâng suaát taàn soá cao, kích thöôùc nhoû, vaø ñaëc bieät laø coù ñoä tin caäy cao. Caùc ñeøn ñieän töû chaân khoâng vaø coù khí, caùc ñeøn thuûy ngaân khoâng ñaùp öùng ñöôïc caùc yeâu caàu khaéc khe cuûa ñieàu khieån coâng nghieäp.Töø nhöõng naêm 60 do söï hoaøn thieän cuûa cuûa kyõ thuaät baùn daãn, moät loaït nhöõng linh kieän baùn baãn coâng suaát nhö Diode, Thyristo, Transistor... ra ñôøi. Töø nhöõng naêm 70 Kyõ thuaät vi maïch vaø Tin hoïc ngaøy caøng phaùt trieån taïo neân nhöõng thieát bò ñieän töû coâng suaát coù ñieàu khieån vôùi tính naêng ngaøy caøng phong phuù vaø laøm thay ñoåi taän goác ngaønh Kyõ thuaät ñieän. Töø ñaây kyõ thuaät ñieän vaø ñieän töû hoøa nhaäp vaø thuùc ñaåy nhau cuøng phaùt trieån. Trong chöông naøy seõ giôùi thieäu nhöõng linh kieän baùn daãn coâng suaát chuû yeáu laø Diode, Transistor, Thyristo, cuøng caùc linh kieän ñieàu khieån chuùng. I. DIODE COÂNG SUAÁT: Diode do hai lôùp vaät lieäu baùn daãn p-n gheùp laïi thaønh. Caùc ñieän töû töï do trong baùn daãn n seõ lieân keát vôùi caùc loã töï do cuûa baùn daãn p, do ñoù phía n seõ mang ñieän tích döông vaø phía p seõ mang ñieän tích aâm. a b Hình 1-1. Diode a. Caáu taïo; b. Kyù hieäu i,A Ñieän aùp rôi Ñieän aùp choïc thuûng u,V Doøng ñieän roø Hình 1-2. Ñaëc tính Voân- ampe cuûa Diode Hình 1-2 trình baøy ñaëc tính Voân- ampe cuûa Diode. Neáu ñaët vaøo p (anode) moät ñieän aùp döông so vôùi n (cathode) seõ coù doøng chaïy qua vaø taïo neân moät ñieän aùp rôi khoaûng 0,7V khi doøng ñieän ñònh möùc. Neáu ñieän aùp ngöôïc laïi, caùc ñieän töû töï do vaø loã troáng bò ñaåy xa lôùp chuyeån tieáp, keát quaû chæ coù doøng roø vaøo khoaûng vaøi mA coù theå chaïy qua. Khi taêng tieáp tuïc ñieän aùp ngöôïc, caùc ñieän tích ñöôïc gia toác, gaây neân va chaïm daây chuyeàn laøm haøng raøo ñieän theá bò choïc thuûng. Keát quaû Diode maát tính chaát daãn ñieän theo moät chieàu khi ñieän aùp vöôït qua ñieän aùp ngöôïc cöïc ñaïi. Caùc thoâng soá kyõ thuaät cô baûn ñeå choïn Diode laø: Doøng ñieän ñònh möùc Iñm (A) Ñieän aùp ngöôïc cöïc ñaïi Ungmax(V) Ñieän aùp rôi DU (V) II. TRANSISTOR COÂNG SUAÁT: Transistor laø linh kieän baùn daãn goàm ba lôùp npn hay pnp vaø ñöôïc bieåu dieãn treân hình 1-3 vaø 1-4 a. b. Hình 1-3. Transistor npn. a. Caáu taïo b. Kyù hieäu Hình 1-4. Transistor pnp. a.Caáu taïo b. Kyù hieäu ÔÛ cheá ñoä laøm vieäc tuyeán tính doøng ñieän cöïc goùp IC laø haøm soá cuûa doøng ñieän cöïc goác IB , vôùi moät ñieän aùp cöïc goùp – phaùt UCB ñaõ ñònh moät bieán thieân raát nhoû cuûa doøng ñieän goác daãn ñeán söï bieán thieân lôùn cuûa doøng ñieän goùp, tæ soá giöõa hai doøng ñieän ñoù vaøo khoaûng töø 15 ñeán 100. Hình 1-5 veõ ñaëc tính cuûa Transistor loaïi npn.  IC IB3 IB2 IB3>IB2> IB1 IB1 IB = 0 Hình 1-5. Ñaëc tính V-A cuûa Transistor loaïi npn. Trong thöïc teá söû duïng, Transistor coâng suaát thöôøng ñöôïc cho laøm vieäc ôû cheá ñoä khoùa. ÔÛ cheá ñoä naøy, khi doøng ñieän goác baèng khoâng, doøng cöïc goùp baèng khoâng, transistor ñöôïc xem nhö hôû maïch. Nhöng vôùi doøng ñieän goác ôû traïng thaùi coù giaù trò baõo hoøa, thì transistor trôû veà traïng thaùi ñoùng hoaøn toaøn. Transistor laø moät linh kieän phuï thuoäc neân caàn phaûi phoái hôïp doøng ñieän goác vôùi doøng ñieän goùp. ÔÛ traïng thaùi baõo hoøa, ñeå duy trì khaû naêng ñieàu khieån vaø ñeå traùnh ñieän tích ôû cöïc goác quaù lôùn, doøng ñieän goác ban ñaàu phaûi cao ñeå chuyeån sang traïng thaùi daãn nhanh choùng. ÔÛ cheá ñoä khoùa doøng ñieän goác phaûi giaûm cuøng qui luaät nhö doøng ñieän goùp ñeå traùnh hieän töôïng choïc thuûng thöù caáp. UCE Hình 1-6. Traïng thaùi daãn vaø bò khoùa Ñeå giaûm doøng ñieän goùp ôû traïng thaùi khoùa ngöôøi ta duy trì moät ñieän aùp ngöôïc vôùi giaù trò nhoû ôû cöïc goác nhö moät khoùa chuyeån maïch, toån hao coâng suaát trong transistor laø nhoû. Toån hao ñoù sinh ra do doøng roø nhoû ôû traïng thaùi môû, do ñieän aùp baûo hoøa (trong hình 1-6) vaø doøng goùp ôû traïng thaùi ñoùng. Ñieän aùp baûo hoøa thoâng thöôøng cuûa transistor coâng suaát silic khoaûng 1,1V. Caùc toån hao chuyeån maïch cuûa transistor coù theå lôùn. Trong luùc chuyeån maïch, ñieän aùp treân caùc cöïc vaø doøng ñieän cuûa transistor cuõng lôùn. Tích cuûa ñieän aùp vôùi doøng ñieän vaø thôøi gian chuyeån maïch taïo neân toån hao naêng löôïng trong moät laàn chuyeån maïch. Coâng suaát toån hao chính xaùc do chuyeån maïch laø haøm soá cuûa caùc thoâng soá cuûa maïch phuï taûi vaø daïng bieán thieân cuûa doøng ñieän goác. Ngöôøi ta caûi thieän heä soá khueách ñaïi doøng ñieän cuûa transistor baèng caùch laáy doøng goác töø moät transistor khaùc theo maïch Darlington trình baøy nhö hình 1-7: Hình 1-7. Transistor coâng suaát theo sô ñoà Darlington III.SCR ( Silicon Controlled Rectifiers ) SCR hoaït ñoäng nhö moät coâng taéc baùn daãn cho doøng chaïy qua töø anode ñeán cathode ñeán taûi neáu coù tín hieäu caáp cho cöïc coång. SCRs khaùc vôùi moät coâng taéc thuaàn tuùy laø SCR ñoåi töø ñieän aùp AC thaønh DC (mach loïc) neáu aùp AC ñöôïc duøng nhö nguoàn cung caáp. Ngoaøi ra thôøi gian daãn cuûa SCR cuõng coù theå thay ñoåi neân doøng cung caáp cho taûi cuõng thay ñoåi töø zeâro ñeán giaù trò lôùn nhaát cuûa nguoàn cung caáp. Hình 1-8 Hình 1-8 moâ taû SCR keát noái vôùi trôû taûi. SCR coù theå laøm vieäc vôùi nhieàu loaïi nguoàn cung caáp khaùc nhau. Neáu nguoàn cung caáp hình 1-8 laø ñieän aùp DC, SCR seõ daãn khi coù tín hieäu ñöôïc kích ôû cöïc coång. Ñeå SCR ngöng daãn thì ta caét nguoàn cung caáp cho SCR, neân noù khoâng ñöôïc tieän lôïi cho laém. Neáu nguoàn cung caáp cho SCR laø nguoàn xung hay AC thì SCR seõ töï ngaét ôû ñieåm cuoái moãi chu kyø khi ñieän aùp baèng khoâng. Neáu nguoàn cung caáp laø ñieän aùp AC thì SCR seõ chæ daãn ôû nöûa chu kyø döông cuûa daïng soùng. SCR coù theå thay ñoåi doøng cho pheùp qua taûi baèng caùch thay ñoåi ñieåm kích ôû cöïc coång. Neáu SCR ñöôïc daãn, ngay laäp töùc noù seõ daãn doøng vaø aùp ñaày ôû 1/2 chu kyø (1800). Neáu ñieåm kích treã 900 thì SCR chæ daãn xaáp xæ möùc doøng vaø aùp ñeán taûi. Neáu ñieåm kích treã 1750, SCR seõ daãn ít hôn 10% möùc doøng vaø aùp cuûa nguoàn ñeán taûi, vì nöûa chu kyø seõ töï ñoäng taét SCR taïi ñieåm 1800. Ñieàu naøy coù nghóa raèng cöïc coång cuûa SCR coù theå ñieàu khieån möùc aùp vaø doøng cuûa taûi töø zeâro ñeán max. Anode vaø cathode cuûa SCR ñöôïc xaùc ñònh gioáng nhö moái noái cuûa Diode. Cöïc coång duøng kích giuùp SCR daãn cho pheùp doøng vaø aùp qua SCR töø anode ñeán cathode. SCR ñöôïc caáu taïo töø boán lôùp pnpn goàm hai transistor nhö ñöôïc moâ taû ôû hình 1-9 a, b, c, d a. b. c. d. Hình 1-9 a,b,c,d Khi ñaët SCR döôùi ñieän aùp moät chieàu, anode noái vaøo cöïc döông, cathode noái vaøo cöïc aâm cuûa nguoàn ñieän aùp, J1 vaø J3 ñöôïc phaân cöïc thuaän, J2 ñöôïc phaân cöïc nghòch. Gaàn nhö toaøn boä ñieän aùp nguoàn ñaët leân maët gheùp J2. Ñieän tröôøng noäi taïi E cuûa J2 coù chieàu töø N1 höôùng veà P2. Ñieän tröôøng ngoaøi taùc ñoäng cuøng chieàu vôùi E, vuøng chuyeån tieáp cuõng laø vuøng caùch ñieän caøng môû roäng ra, khoâng coù doøng ñieän chaûy qua SCR maëc duø noù bò ñaët döôùi ñieän aùp. Môû SCR: neáu cho moät xung ñieän aùp döông Ug taùc ñoäng vaøo cöïc G (döông so vôùi cathode), caùc ñieän töû töø N2 chaïy sang P2. Ñeán ñaây, moät soá ít chuùng chaûy vaøo nguoàn Ug vaø hình thaønh doøng ñieàu khieån Ig chaûy theo maïch G-J3-K-G, coøn phaàn lôùn ñieän töû chòu söùc huùt cuûa ñieän tröôøng toång hôïp cuûa maïch gheùp J2, lao vaøo vuøng chuyeån tieáp naøy chuùng ñöôïc taêng toác ñoä, ñoäng naêng lôùn leân, beû gaõy caùc lieân keát nguyeân töû Si, taïo neân nhöõng ñieän töû töï do môùi. Soá ñieän töû môùi ñöôïc giaûi phoùng naøy laïi tham gia baén phaù caùc nguyeân töû Si trong vuøng chuyeån tieáp. Keát quaû cuûa phaûn öùng daây chuyeàn laøm xuaát hieän ngaøy caøng nhieàu ñieän töû chaûy vaøo N1 qua P1 vaø ñeán cöïc döông cuûa nguoàn ñieän ngoaøi, gaây neân hieän töôïng daãn ñieän aøo aït. J2 trôû thaønh maët gheùp daãn ñieän, baét ñaàu töø moät ñieåm naøo ñoù ôû xung quanh cöïc G roài phaùt trieån toaøn boä ra toaøn boä maët gheùp. Khoùa SCR: moät SCR ñaõ môû thì söï hieän dieän cuûa tín hieäu ñieàu khieån (Ig) laø khoâng coøn caàn thieát. Ñeå khoùa SCR coù hai caùch: - Laøm giaûm doøng ñieän laøm vieäc I xuoáng döôùi giaù trò doøng duy trì IH (holding current) -Ñaët moät ñieän aùp ngöôïc leân SCR (thöôøng duøng). Khi ñaët ñieän aùp ngöôïc leân SCR UAK <0 hai maët gheùp J1 vaø J3 phaân cöïc ngöôïc J2 phaân cöïc thuaän. Nhöõng ñieän töû tröôùc thôøi ñieåm ñaûo cöïc tính UAK ñang coù maët P1, N1,P2, baây giôø ñaûo chieàu haønh trình, taïo neân doøng ñieän ngöôïc chaûy töø cathode veà anode, veà cöïc aâm cuûa nguoàn ñieän aùp ngoaøi. Ñaëc tính V – A cuûa SCR: Hình 1-10 Ñaëc tính V-A cuûa SCR goàm 4 ñoaïn : Ñoaïn 1: öùng vôùi traïng thaùi khoùa cuûa SCR, chæ coù doøng ñieän roø chaûy qua SCR. Khi taêng U ñeán Uch (ñieän aùp chuyeån traïng thaùi), doøng taêng nhanh vaø chuyeån sang traïng thaùi môû. Ñoaïn 2: öùng vôùi giai ñoaïn phaân cöïc thuaän cuûa J2. Trong ñoaïn naøy öùng vôùi moãi moät löôïng taêng nhoû cuûa doøng ñieän öùng vôùi moät löôïng giaûm lôùn cuûa ñieän aùp ñaët leân SCR. Ñoaïn 2 coøn ñöôïc goïi laø ñoaïn ñieän trôû aâm. Ñoaïn 3: öùng vôùi traïng thaùi môû cuûa SCR. Luùc naøy caû ba maët gheùp trôû thaønh daãn ñieän. Doøng ñieän chaûy qua SCR chæ coøn bò haïn cheá bôûi ñieän trôû maïch ngoaøi. Ñieän aùp rôi treân SCR raát nhoû khoaûng 1V. SCR ñöôïc giöõ ôû traïng thaùi môû chöøng naøo I coøn lôùn hôn IH . Ñoaïn 4: öùng vôùi traïng thaùi SCR bò ñaët döôùi ñieän aùp ngöôïc. Doøng ñieän ngöôïc raát nhoû, khoaûng vaøi chuïc mA. Neáu taêng U ñeán UZ thì doøng ñieän ngöôïc taêng leân raát nhieàu, maët gheùp bò choïc thuûng. Baèng caùch cho nhöõng Ig > 0 seõ nhaän ñöôïc moät hoï ñaëc tính V-A vôùi caùc Uch nhoû daàn ñi. VAK 1350 q Vtaûi 0 q Hình 1-11 moâ taû daïng soùng SCR ñöôïc kích taïi ñieåm 1350, khi ñoù SCR ñöôïc daãn cho ñeán khi gaëp ñieåm 1800 ñieän aùp baèng khoâng SCR bò phaân cöïc nghòch. Neáu goùc kích nhoû thì thôøi gian môû SCR sôùm. Vì SCR luoân bò ngaét taïi goùc 1800 neân ñeå ñieàu khieån doøng qua SCR ta ñieàu khieån thôøi ñieåm kích.  IV. UJT (Unijunction Transistor) UJT laø moät linh kieän baùn daãn ñaëc bieät, ñöôïc thieát keá ñeå taïo ra caùc xung nhoïn. Caáu taïo goàm 3 cöïc goïi laø base 2 (B2), base 1 (B1) vaø emitter (E). Chöùc naêng cuûa cöïc B vaø E thì khaùc so vôùi cöïc B vaø E cuûa transistor vì UJT chæ coù moät moái noái pn coøn transistor thì 2 ñöôïc moâ taû ôû hình döôùi ñaây: a. b. c. Hình 1-12 Töø hình 1-12a ta nhaän thaáy, trong caáu taïo cuûa UJT chaát baùn daãn n ñöôïc chieám phaàn lôùn maø hai cöïc B1 vaø B2 ñöôïc laáy ra töø chaát baùn daãn naøy. Cöïc E ñöôïc laáy ra töø chaát baùn daãn p, chaát baùn daãn naøy chæ chieám moät phaàn nhoû trong UJT vaø ñöôïc gheùp vôùi chaát baùn daãn n hình thaønh moái noái pn. Hình 1-12b. laø sô ñoà töông ñöông cuûa UJT, hình 1-12c. kyù hieäu. Nhö ñaõ noùi ôû treân, UJT laø moät linh kieän ñöôïc thieát keá taïo xung nhoïn kích môû SCR hoaëc Triac. Quaù trình taïo xung ñöôïc toùm taét nhö sau: khi ñieän ñaët vaøo giöõa cöïc E vôùi B1 taêng ñeán giaù trò ñieän aùp ñænh thì moái noái pn ñöôïc phaân cöïc thuaän, ñieän trôû noäi rB1 giaûm daàn ñeán gaàn baèng khoâng vaø coù doøng ñi töø E xuoáng B1. Ñieän trôû rB2 ñöôïc giöõ coá ñònh nghóa laø doøng qua rB2 taïo neân moät ñieän aùp VB2 töông öùng vôùi doøng IB2 . Söï thay ñoåi ñieän trôû rB1 laøm ñieän aùp taêng raát nhanh ñeán giaù trò ñieän aùp ñænh vaø sau ñoù giaûm daàn veà gaàn baèng khoâng (xem hình 1-13 ). Neáu ñieän aùp ñaët vaøo E vaøB1 ñöôïc cung caáp bôûi ñieän aùp tuï thì ñieän aùp giaûm töø ñænh veà gaàn khoâng seõ nhanh hôn töông öùng vôùi thôøi gian xaû cuûa tuï. VEB1 0 IB IE Hình 1-13. Daïng soùng ngoõ ra cuûa UJT CHÖÔNG II. KHAÛO SAÙT CAÙC DAÏNG MAÏCH ÑOÄNG LÖÏC Boä chænh löu lieân heä nguoàn xoay chieàu vôùi taûi moät chieàu, nghóa laø ñoåi ñieän aùp xoay chieàu thaønh ñieän aùp moät chieàu treân taûi. Ñieän aùp moät chieàu treân taûi khoâng ñöôïc lyù töôûng nhö ñieän aùp cuûa aùcquy maø coù chöùa caùc thaønh phaàn xoay chieàu cuøng vôùi moät chieàu. Ñaàu ra cuûa caùc sô ñoà chænh löu ñöôïc xem laø moät chieàu, nhöng thaät ra thì ñieän aùp ñaäp maïch. Trò soá ñieän aùp moät chieàu, hieäu suaát vaø aûnh höôûng cuûa chuùng do nguoàn xoay chieàu raát khaùc nhau. Caùc boä chænh löu ñöôïc chia laøm hai nhoùm chính: chænh löu nöûa chu kyø coøn goïi laø chænh löu nöûa soùng vaø chænh löu hai nöûa chu kyø coøn goïi laø chænh löu toaøn soùng. Trong tröôøng hôïp chænh löu nöûa chu kyø, ñeå cung caáp cho taûi moät chieàu, caàn maéc noái tieáp chænh löu vôùi moãi ñaàu ra cuûa nguoàn xoay chieàu vaø noái caùc cathode cuûa moãi chænh löu vôùi ñieåm noái chung. Theo nghóa cuûa töø nöûa chu kyø doøng ñieän töø nguoàn xoay chieàu qua moãi phaàn töû chæ qua moät chieàu, neân ngöôøi ta goïi laø chænh löu nöûa chu kyø laø chænh löu moät ñöôøng. Chænh löu hai nöõa chu kyø goàm hai chænh löu nöõa chu kyø maéc noái tieáp, moät chænh löu cung caáp cho taûi (cathode noái chung) coøn chænh löu kia ñöa doøng ñieän taûi veà nguoàn (anode noái chung), do ñoù boû ñöôïc trung tính cuûa nguoàn cuûa nguoàn xoay chieàu. Chænh löu hai nöûa chu kyø thöôøng duøng laø chænh löu caàu, chænh löu coù trung tính ôû ñieåm giöõa, coøn goïi laø chænh löu hai ñöôøng hoaëc chænh löu toaøn soùng. Ngöôøi ta chia caùc phaàn töû chænh löu ra laøm ba loaïi: chænh löu khoâng ñieàu khieån duøng toaøn diode, chænh löu coù ñieàu khieån duøng toaøn SCR vaø chænh löu baùn ñieàu khieån duøng caû SCR vaø diode. Chænh löu khoâng ñieàu khieån chæ goàm coù toaøn diode. Ñieän aùp ra laø ñieän aùp moät chieàu coá ñònh. Chænh löu coù ñieàu khieån goàm caùc SCR (ñoâi khi cuøng duøng Transistor coâng suaát). Ngöôøi ta ñieàu chænh ñieän aùp moät chieàu cuûa taûi theo goùc môû cuûa SCR. Chænh löu coù ñieàu khieån thöôøng goïi laø boä bieán ñoåi hai chieàu vì coâng suaát coù theå chaïy theo hai chieàu giöõa nguoàn vaø taûi. Chænh löu baùn ñieàu khieån goàm caùc SCR vaø Diode, cho pheùp ñieàu chænh ñieän aùp xoay chieàu nhöng khoâng ñoåi ñöôïc cöïc tính cuûa ñieän aùp taûi. Chænh löu baùn ñieàu khieån vaø khoâng ñieàu khieån coøn goïi laø boä bieán ñoåi moät chieàu vì noù chæ cho coâng suaát töø nguoàn ñeán taûi theo moät chieàu. CHÆNH LÖU COÙ ÑIEÀU KHIEÅN: I. Chænh löu duøng Thyristor: 1. Chænh löu ñieàu khieån moät pha nöõa chu kyø: Thyristor khaùc diode ôû choã khi bò ñaët döôùi ñieän aùp UAK > 0, thyristor vaãn ôû traïng thaùi khoùa. Thyristor chæ cho doøng chaûy qua khi thoûa hai ñieàu kieän sau: UAK > 0 IG > 0 1.1. Khi taûi laø R+ L: Goïi a laø goùc môû, l laø goùc taét doøng vôùi Uv laø ñieän aùp hieäu duïng. Do doøng ñieän i chaäm pha hôn ñieän aùp u neân ñöôøng cong cuûa doøng ñieän id keùo daøi ra ngoaøi p khi maø ud chuyeån sang nöûa chu kyø aâm. KTX: khoái taïo xung Hình II.1: sô ñoà maïch vaø daïng soùng chænh löu nöûa baùn kyø. Khi thyristor môû, ta coù phöông trình: Phöông trình naøy chæ ñuùng trong khoaûng: a £ q £ l vôùi q = wt Goùc caét doøng l tính töø goùc toïa ñoä. 1.1.1. Xaùc ñònh caùc giaù trò trung bình Ud, Id: Ta coù: Khi q = a vaø q = l, ta laáy tích phaân. Xaùc ñònh 2 veá töø a ñeán l, Id = 0. chia hai veá cho 2p vì q ôû hai baùn kyø Theo ñònh nghóa veà giaù trò trung bình ta coù: Ud = RId 1.1.2Daïng ñieän aùp treân thyristor uT khi coù diode chuyeån maïch (D). Ud = UT + Ud Khi duøng diode chuyeån maïch D thì ud khoâng trôû thaønh aâm ñöôïc, do ñoù ñieän aùp uv trong nöûa chu kyø aâm ñöôïc ñaët leân thyristor. ud,id 0 q uT 0 q Hình II.2 Sô ñoà maïch vaø daïng soùng khi coù D 1.2. Khi taûi laø R+L+E: ta chæ coù theå môû thyristor neáu thoûa: q1 < a < q2 Khi thyristor môû ta coù phöông trình: ud 0 q id 0 q Hình II.3 Sô ñoà maïch vaø daïng soùng khi taûi laø R + L + E 1._.