TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VÀ TRUYỀN THÔNG Bài giảng: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP (Tài liệu lưu hành nội bộ) Thái Nguyên, năm 2012 Chương CÁC PHẦN TỬ BÁN DẪN CÔNG SUẤT CƠ BẢN I.1 THYRISTOR Thyristor phần tử bán dẫn cấu tạo từ bốn lớp bán dẫn p-n-p-n, tạo ba tiếp giáp pn: J1, J2, J3 Thyristor có ba cực Anode (A), Cathode (K), cực điều khiển (G – Gate) biểu diễn hình 1.1 K G K iA Iv A n n p J3 J2 Dòng dò G - n Ung, max J1 K p a) V A IG3 IG2 IG1 Idt Uthmax b) Hình 1.7 Thyristor Cấu trúc bán dẫn; Ký hiệu; Hình ảnh thực tế Hình 1.8 Đặc tính Vơn-Ampe Thyristor I.1.1 Đặc tính Vơn-Ampe Thyristor Đặc tính Vơn-Ampe Thyristor gồm hai phần (hình 1.2) Phần thứ nằm góc phần tư thứ I đặc tính thuận tương ứng với trường hợp điện áp U AK > 0; phần thứ hai nằm góc phần tư thứ III, gọi đặc tính ngược, tương ứng với trường hợp: UAK < a) Trường hợp dòng điện vào cực điều khiển khơng (IG = 0) Khi dòng vào cực điều khiển Thyristor hay hở mạch cực điều khiển Thyristor cản trở dòng điện ứng với hai trường hợp phân cực điện áp Anode-Cathode Khi điện áp UAK < 0, theo cấu tạo bán dẫn Thyristor, hai tiếp giáp J1, J3 phân cực ngược, lớp J2 phân cực thuận, Thyristor giống hai diode mắc nối tiếp bị phân cực ngược Qua Thyristor có dòng điện nhỏ chạy qua, gọi dòng rò Khi U AK tăng đạt đến giá trị điện áp lớn U ng.max xảy tượng Thyristor bị đánh thủng, dòng điện tăng lên lớn Giống đoạn đặc tính ngược diode, lúc có giảm điện áp UAK xuống mức Ung.max dòng điện khơng giảm mức dòng rò Thyristor bị hỏng Khi tăng điện áp Anode-Cathode theo chiều thuận, U AK > 0, lúc đầu có dòng điện nhỏ chạy qua, gọi dòng rò Điện trở tương đương mạch AnodeCathode có giá trị lớn Khi tiếp giáp J1, J3 phân cực thuận, J2 phân cực ngược Cho đến UAK tăng đạt đến giá trị điện áp thuận lớn nhất, U th.max, xảy tượng điện trở tương đương mạch Anode-Cathode đột ngột giảm, dòng điện chạy qua Thyristor bị giới hạn điện trở mạch ngồi Nếu dòng qua Thyristor lớn mức dòng tối thiểu, gọi dòng trì Idt, Thyristor dẫn dòng đường đặc tính thuận Đoạn đặc tính thuận đặc trưng tính chất dẫn dòng phụ thuộc vào giá trị phụ tải điện áp rơi AnodeCathode nhỏ không phụ thuộc vào giá trị dòng điện b) Trường hợp có dòng điện vào cực điều khiển (IG > 0) Nếu có dòng điều khiển đưa vào cực điều khiển (G) Cathode, trình chuyển điểm làm việc đường đặc tính thuận xảy sớm hơn, có U th < Uth.max Điều mơ tả hình 1.2 đường nét đứt, ứng với giá trị dòng điều khiển khác IG1, IG2, IG3, Nói chung, dòng điều khiển lớn điểm chuyển đặc tính làm việc xảy với UAK nhỏ Trong thực tế loại Thyristor chế tạo dòng điều khiển định mức Iđk đm I.1.2 Mở - khố Thyristor Thyristor cho phép dòng chạy qua theo chiều, từ Anode đến Cathode, không chạy theo chiều ngược lại Điều kiện để Thyristor dẫn dòng, ngồi điều kiện phải có điện áp UAK > phải thỏa mãn điều kiện điện áp điều khiển dương Do Thyristor coi phần tử bán dẫn có điều khiển a) Mở Thyristor Khi phân cực thuận, U AK > 0, Thyristor mở hai cách Thứ nhất, tăng điện áp Anode-Cathode đạt đến giá trị điện áp thuận lớn nhất, Uth.max, điện trở tương đương mạch Anode-Cathode giảm đột ngột dòng qua Thyristor hồn tồn mạch ngồi xác định Phương pháp thực tế không áp dụng nguyên nhân mở không mong muốn Phương pháp thứ hai, phương pháp áp dụng thực tế, đưa xung dòng điện có giá trị định vào cực điều khiển Cathode Xung dòng điện điều khiển chuyển trạng thái Thyristor từ trở kháng cao sang trở kháng thấp mức điện áp Anode-Cathode nhỏ Khi dòng qua Anode-Cathode lớn giá trị định, gọi dòng trì (Idt) Thyristor tiếp tục trạng thái mở dẫn dòng mà khơng cần đến tồn xung dòng điểu khiển Điều nghĩa điều khiển mở Thyristor xung dòng có độ rộng xung định, cơng suất mạch điều khiển nhỏ, so với công suất mạch lực mà Thyristor phần tử đóng cắt, khống chế dòng điện b) Khố Thyristor Một Thyristor dẫn dòng trở trạng thái khóa (điện trở tương đương mạch Anode-Cathode tăng cao) dòng điện giảm khơng Tuy nhiên để Thyristor trạng thái khóa, với trở kháng cao, điện áp Anode-Cathode lại dương (U AK  ), cần phải có thời gian định để lớp tiếp giáp phục hồi hồn tồn tính chất cản trở dòng điện Thyristor Khi Thyristor dẫn dòng theo chiều thuận, hai lớp tiếp giáp J 1, J3 phân cực thuận, điện tích qua hai lớp dễ dàng lấp đầy tiếp giáp J2 bị phân cực ngược Vì mà dòng điện chảy qua ba lớp tiếp giáp J1, J2, J3 Để khóa Thyristor lại cần giảm dòng Anode-Cathode khơng cách đổi chiều dòng điện áp điện áp ngược lên Anode Cathode Thyristor Sau dòng khơng phải đặt điện áp ngược lên Anode-Cathode ( U AK  ) khoảng thời gian tối thiểu, gọi thời gian khóa (ký hiệu là: tr ), lúc Thyristor khóa Trong thời gian phục hồi có dòng điện ngược chạy Cathode Anode Thời gian phục hồi thông số quan trọng Thyristor Thời gian phục hồi xác định dải tần số làm việc Thyristor Thời gian phục hồi tr có giá trị cỡ ÷ 10s Thyristor tần số cao cỡ 50 ÷ 200s Thyristor tần số thấp I.1.3 Các yêu cầu tín hiệu điều khiển Thyristor Quan hệ điện áp cực điều khiển Cathode với dòng vào cực điều khiển xác định yêu cầu tín hiệu điều khiển Thyristor Với loại Thyristor nhà sản xuất cung cấp họ đặc tính điều khiển (ví dụ hình 1.3) thấy đặc tính giới hạn điện áp dòng điện nhỏ ứng với nhiệt độ mơi trường định mà tín hiệu điều khiển phải đảm bảo để chắn mở Thyristor Dòng điều khiển qua tiếp giáp p-n cực điều khiển Cathode làm phát nóng tiếp giáp Vì tín hiệu điều khiển phải bị hạn chế công suất Công suất giới hạn tín hiệu điều khiển phụ thuộc vào độ rộng xung điều khiển Tín hiệu điều khiển Giới hạn dòng nhỏ UGK xung có độ rộng ngắn cơng suất cho phép lớn Giới hạn công suất xung Sơ đồ tiêu biểu mạch khuếch đại xung điều khiển Thyristor 0,01ms cho hình 1.4 Khóa Transistor T Vùng mở 0,1ms chắn điều khiển xung có độ rộng định, đóng cắt điện áp phía sơ cấp -10 C 00C biến áp xung Xung điều khiển đưa đến Giới hạn điện áp nhỏ cực điều khiển Thyristor phía bên G Hình 1.3 Yêu cầu xung cuộn thứ cấp Như mạch lực điểu khiển Thyristor cách ly hoàn toàn với mạch điều khiển biến áp xung Điện trở R hạn chế dòng qua Transistor xác định nội trở nguồn tín hiệu điều khiển Diode D1 ngắn mạch cuộn sơ cấp biến áp xung Transistor T khóa lại để chống áp T Diode D ngăn xung âm vào cực điều khiển Diode D3 mắc song song với cực điều khiển song song với tụ C có tác dụng giảm áp tiếp giáp G-K Thyristor bị phân cực ngược +Un I.1.4 Các thông số Thyristor Các thông số thơng số dựa vào ta lựa chọn Thyristor cho ứng dụng cụ thể 1/- Giá trị dòng phép trung on BAX ** D1 D2 G W2 W1 D3 uđkT C off RB K Tr2 bình cho chạy qua Thyristor, Iv Hình 1.4 Sơ đồ tiêu biểu mạch khuếch đại xung điều khiển tiristo Đây giá trị dòng trung bình cho phép chạy qua Thyristor với điều kiện nhiệt độ cấu trúc tinh thể bán dẫn Thyristor không vượt giá trị cho phép Trong thực tế dòng điện cho phép chạy qua Thyristor phụ thuộc vào điều kiện làm mát nhiệt độ môi trường Thyristor gắn lên tản nhiệt tiêu chuẩn làm mát tự nhiên Ngồi ra, Thyristor phải làm mát cưỡng nhờ quạt gió dùng nước để tải nhiệt lượng toả nhanh Vấn đề làm mát van bán dẫn đề cập đến phần sau, ta lựa chọn dòng điện theo phương án sau:  Làm mát tự nhiên: dòng sử +Un dụng cho phép đến phần ba dòng Iv  Làm mát cưỡng D2 G BAX quạt gió: dòng sử dụng hai * * W phần ba dòng Iv uđkT D1 W C D3 on  Làm mát cưỡng of nước: sử dụng 100% dòng K RB Iv 2/- Điện áp ngược cho phép Tr2 lớn nhất, Ung.max Hình 1.4 Sơ đồ tiêu biểu mạch khuếch Đây giá trị điện áp ngược lớn đại xung điều khiển tiristo cho phép đặt lên Thyristor Tại thời điểm điện áp Anode-Cathode UAK nhỏ Để đảm bảo độ dự trữ định điện áp, nghĩa phải chọn 1,2 đến 1,5 lần giá trị biên độ lớn điện áp sơ đồ 3/- Thời gian phục hồi tính chất khóa Thyristor, tr (s) Đây thời gian tối thiểu phải đặt điện áp âm lên Anode-Cathode Thyristor sau dòng Anode-Cathode khơng trước lại có điện áp dương mà Thyristor khóa Thời gian phục hồi t r thơng số quan trọng Thyristor, nghịch lưu độc lập, phải ln đảm bảo thời gian dành cho q trình khóa phải 1,5 đến lần tr 4/- Tốc độ tăng điện áp cho phép, dU dt (V/s) Thyristor sử dụng phần tử có điều khiển, tức Thyristro phân cực thuận (UAK > 0) có tín hiệu điều khiển cho phép dòng điện chạy qua Nhưng Thyristor phân cực thuận chưa có U đk phần lớn điện áp rơi lớp tiếp giáp J2 hình 1.5 Lớp tiếp giáp J2 bị phân cực ngược K G K nên độ dày nở ra, tạo vùng n n J p không gian nghèo điện tích, cản trở dòng J C điện chạy qua Vùng khơng gian có n thể coi tụ điện có điện dung CJ J J2 - p Khi có điện áp biến thiên với tốc độ lớn, dòng điện tụ điện có giá trị đáng kể, đóng vai trò dòng điều khiển Kết Thyristor mở chưa có tín hiệu điều khiển vào cực điều khiển G i=CJ2(du/dt) Hình 1.5 HiệuAứng dU/dt tác dụng dòng điều khiển Tốc độ tăng điện áp thông số để phân biệt Thyristor tần số thấp với Thyristor tần số cao Ở Thyristor tần số thấp, dU/dt vào khoảng 50 đến 200 v/s; với Thyristor tần số cao dU/dt đạt 500 đến 2000 V/s dI 5/- Tốc độ tăng dòng cho phép, dt (A.s) Khi Thyristor bắt đầu mở, điểm tiết diện tinh thể bán dẫn dẫn dòng đồng Dòng điện chạy qua bắt đầu số điểm, gần với cực điều khiển nhất, sau lan toả dần sang điểm khác toàn tiết diện Nếu tốc độ tăng dòng q lớn dẫn đến mật độ dòng điện điểm dẫn ban đầu lớn, phát nhiệt cục mãnh liệt dẫn đến hỏng cục bộ, từ dẫn đến hỏng tồn tiết diện tinh thể bán dẫn Tốc độ tăng dòng phân biệt Thyristor tần số thấp, có dI/dt cỡ 50 ÷ 100 A/s, với Thyristor tần số cao với dI/dt cỡ 500 ÷ 2000 A/s Trong ứng dụng phải ln đảm bảo tốc độ tăng dòng mức cho phép Điều đạt nhờ mắc nối tiếp van bán dẫn với cuộn kháng I.2 TRIAC T2 T2 n p n G p n G n T1 T1 a) b) c) Hình 1.6 Triac: a) Cấu trúc bán dẫn; b) Ký hiệu; c) Sơ đồ tương đương với hai Thyristor song song Triac phần tử bán dẫn có cấu trúc bán dẫn gồm năm lớp, tạo nên cấu trúc p-n-p-n Thyristor theo hai chiều cực T T2 thể hình 1.16a Triac có ký hiệu sơ đồ hình 1.6b, dẫn dòng theo hai chiều T1 T2 Về ngun tắc, Triac hồn tồn coi tương đương với hai Thyristor đấu song song ngược hình 1.6c Đặc tính vơn-ampe Triac bao gồm hai đoạn đặc tính góc phần tư thứ I thứ III, đoạn giống đặc tính thuận Thyristor biểu diễn hình 1.7a Triac điều khiển mở dẫn i(A) dòng xung dòng dương (dòng T I vào cực điều khiển) xung I R dòng âm (dòng khỏi cực điều u G khiển) Tuy nhiên xung dòng điều khiển T U U âm có độ nhạy Nguyên lý thực + điều khiển xung dòng điều (a) khiển âm biểu diễn hình 1.7b b) Triac đặc biệt hữu ích Hình 1.7 Triac: a) Đặc tính vơn-ampe b) Điều khiển triac dòng điều khiển ứng dụng điều chỉnh điện áp xoay chiều v dt v,th th,max âm công-tắc-tơ tĩnh dải công suất vừa nhỏ I.3 THYRISTOR KHÓA ĐƯỢC Ở CỰC ĐIỀU KHIỂN, GTO (Gate Turn - Off Thyristor) Các GTO, tên gọi nó, nghĩa khóa lại cực điều khiển, có khả đóng cắt dòng điện lớn, chịu điện áp cao giống Thyristor, van điều khiển hồn tồn, chủ động thời điểm khóa tác động tín hiệu điều khiển Việc ứng dụng GTO A (Anode) phát huy ưu điểm phần tử bán dẫn, khả đóng cắt dòng điện lớn J lại điều khiển tín hiệu J p điện cơng suất nhỏ G n J Cấu trúc bán dẫn GTO phức tạp G (Gate) so với Thyristor b) a) K (Cathode) hình 1.8 Ký hiệu GTO tính + Hình 1.8 GTO: chất điều khiển hồn tồn Đó dòng a) Cấu trúc bán dẫn; b) Ký hiệu điện vào cực điều khiển để mở GTO, dòng khỏi cực điều khiển dùng để di chuyển điện tích khỏi cấu trúc bán dẫn nó, để khóa GTO lại Trong cấu trúc bán dẫn GTO lớp p, Anode bổ sung lớp n+ Dấu “+” bên cạnh mật độ điện tích tương ứng, lỗ điện tử, làm giàu thêm với mục đích làm giảm điện trở dẫn vùng Cực điều khiển nối vào lớp p thứ ba chia nhỏ phân bố so với lớp + n Cathode Khi chưa có dòng điểu khiển, Anode có điện áp dương so với Cathode tồn điện áp rơi tiếp giáp J2 giữa, giống cấu trúc + Thyristor Tuy nhiên Cathode có điện áp dương so với Anode tiếp giáp p n sát Anode bị đánh thủng điện áp thấp, nghĩa GTO chịu điện áp ngược GTO điều khiển mở cách cho dòng vào cực điều khiển, giống Thyristor thường Tuy nhiên cấu trúc bán dẫn khác nên dòng trì GTO cao Thyristor thường Do đó, dòng điều khiển phải có biên độ lớn trì thời gian dài để dòng qua GTO kịp vượt xa giá trị dòng trì Giống Thyristor thường, sau GTO dẫn dòng điều khiển khơng tác dụng Như vậy, mở GTO xung ngắn, với cơng suất khơng đáng kể Để khố GTO, xung dòng phải lấy từ cực điều khiển Khi van dẫn dòng, tiếp giáp J2 chứa số lượng lớn điện tích sinh tác dụng hiệu ứng bắn phá "vũ bão" tạo nên vùng dẫn điện, cho phép điện tử di chuyển + + từ Cathode, vùng n đến Anode, vùng p , tạo nên dòng Anode Bằng cách lấy số lượng lớn điện tích qua cực điêu khiển, vùng dẫn điện bị co hẹp bị ép + + phía vùng n Anode vùng n Cathode Kết dòng Anode bị giảm Dòng điều khiển trì thời gian ngắn để GTO phục hồi tính chất khóa u cầu xung điều khiển I nguyên tắc thực thể A hình 1.9 Hình 1.9a thể xung dòng khố GTO phải có biên độ V t lớn, vào khoảng 20 ÷ 25% biên độ G K I dòng Anode-Cathode Một yêu cầu quan trọng xung dòng điều Më Khãa a) b) khiển phải có độ dốc sườn xung Hình 1.9 Nguyên lý điều khiển GTO: lớn, sau khoảng 0,5 ÷1s Điều a) Yêu cầu dạng xung điều khiển; b) Nguyên lý thực giải thích ngun lý thực tạo xung dòng khoá nối mạch cực G G’max điều khiển vào nguồn dòng Về ngun tắc, nguồn dòng có nội trở khơng cung cấp dòng điện vơ lớn Sơ đồ đơn giản hình 1.10 +15V mô tả việc thực nguyên lý điều A khiển Mạch điện dùng hai khoá T1 Transistor T1, T2 Khi tín hiệu điều khiển 15V, T1 mở, dòng chạy từ V C1 R nguồn 15V qua điện trở hạn chế R1 nạp G điện cho tụ Cl tạo nên dòng chạy vào 15V 0V T2 DZ12V Hình 1.10 Mạch điều khiển GTO K cực điều khiển GTO Khi tụ C1 nạp đầy đến điện áp diode ổn áp Dz (12V), dòng điều khiển kết thúc Khi tín hiệu điều khiển đưa vào cực gốc T 1, T2 T2 mở có điện áp tụ C1, tụ C1 bị ngắn mạch qua cực điều khiển Cathode, Transistor T tạo nên dòng khỏi cực điều khiển, khố GTO lại Diode D z ngăn không cho tụ C, nạp ngược lại Ở vai trò nguồn áp tụ C l, tụ Cl Phải chọn loại có chất lượng cao Transistor T2 phải chọn loại chịu xung dòng có biên độ lớn chạy qua I.4 TRANSISTOR CÔNG SUẤT, BJT (Bipolar Junction Transistor) Transistor phần tử bán dẫn có cấu (Base) E (Emitter) trúc bán dẫn gồm lớp bán dẫn p-n-p B (bóng thuận) n-p-n (bóng ngược), n np n C tạo nên hai tiếp giáp p-n Cấu trúc B thường gọi Bipolar Junction n Transistor (BJT), dòng điện chạy n E cấu trúc bao gồm hai loại b) a) điện tích âm dương (Bipolar nghĩa C Hình 1.11 BJT: hai cực tính) Transistor có ba cực: a) Cấu trúc bán dẫn; b) Ký hiệu Base (B), Collector (C) Emitter (E) BJT cơng suất thường loại bóng ngược Cấu trúc tiêu biểu ký hiệu sơ đồ BJT cơng suất biểu diễn hình 1.11, lớp bán dẫn n xác định điện áp đánh thủng tiếp giáp B-C C-E - Trong chế độ tuyến tính, hay gọi chế độ khuếch đại, Transistor phần tử khuếch đại dòng điện với dòng Collector I c  lần dòng Base (dòng điều khiển),  hệ số khuếch đại dòng điện Ic = .IB Tuy nhiên, điện tử công suất Transistor sử dụng phần tử khố Khi mở dòng điều khiển phải thỏa mãn điều kiện: I  IC hay IC IB  kbh   Trong kbh = 1,2  1,5 gọi hệ số bão hoà Khi Transistor chế độ bão hòa với điện áp Collector Emitter nhỏ, cỡ ÷ 1,5V, gọi điện áp bão hòa, UCE.bh B Khi khố, dòng điều khiển IB khơng, lúc dòng Collector gần khơng, điện áp UCE lớn đến giá trị điện áp nguồn cung cấp cho mạch tải nối tiếp với Transistor Tổn hao công suất Transistor tích dòng điện Collector với điện áp rơi Collector-Emitter, có giá trị nhỏ chế độ khoá Trong cấu trúc bán dẫn BJT, chế độ khoá, hai tiếp giáp B-E B-C bị phân cực ngược Điện áp đặt Collector-Emitter rơi chủ yếu vùng trở   kháng cao tiếp giáp p  n Độ dày mật độ điện tích lớp n xác định khả chịu điện áp cấu trúc BJT Transistor chế độ tuyến tính tiếp giáp B-E phân cực thuận tiếp giáp B-C phân cực ngược Trong chế độ tuyến tính, số điện tích dương đưa vào từ cực Base kích thích điện tử từ tiếp giáp B-C thâm nhập vào vùng Base, chúng trung hòa hết Kết tốc độ trung hòa định dòng Collector tỷ lệ với dòng Base, Ic   IB Transistor chế độ bão hòa hai tiếp giáp B-E B-C phân cực thuận Các điện tử thâm nhập vào đầy vùng Base, vùng p, từ hai tiếp giáp B-E B-C, điện tích dương đưa vào từ cực Base có số lượng dư thừa điện tích khơng bị trung hòa hết, kết vùng Base trở nên vùng có điện trở nhỏ, dòng điện chạy qua Cũng tốc độ trung hòa điện tích khơng kịp nên Transistor khơng khả khống chế dòng điện giá trị dòng điện hồn tồn mạch ngồi định Đó chế độ mở bão hòa Cơ chế tạo dòng điện thâm nhập điện tích khác dấu vào vùng Base p, điện tử, BJT gọi cấu trúc với hạt mang điện phi bản, phân biệt với cấu trúc MOSFET, cấu trúc với hạt mang điện I.4.1 Đặc tính đóng cắt Transistor uB +Un UB1 t UB2 Rt UBE(t) 0,7V CBC t iC(t ) C UB2 iB(t) uB(t)RB iB(t) IB1(t) B UB1 t E CBE UB2 (a) uCE(t) Hình 1.12 Quá trình đóng-cắt BJT a/- Sơ đồ b/- Dạng sóng dòng, áp IB2(t) +Un t IC,bh iC(t) (b) Un-IC,bh.Rt t (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) Chế độ đóng cắt Transistor phụ thuộc chủ yếu vào tụ ký sinh tiếp giáp B-E B-C, CBE CBC Ta phân tích q trình đóng cắt Transistor qua sơ đồ khố hình 1.12a, Transistor đóng cắt tải trở Rt điện áp Un điều khiển tín hiệu điện áp từ U B đến U B ngược lại Dạng sóng dòng điện, điện áp cho hình 1.12b Giả thiết sơ đồ có van làm việc, ví dụ T1 T2, tụ chuyển mạch Ccm nạp điện hình vẽ với điện áp lớn điện áp pha phụ tải Tại thời điểm cần khoá T1 ta truyền xung điều khiển đến T dẫn đến T7 mở Van T7 mở tụ Ccm phóng điện qua ZC - T2 - nguồn - L0 - T7 quay Ccm, uCcm>uA nên T1 bị đặt điện áp ngược khố lại Sau phóng đến điện áp khơng tụ Ccm nạp ngược lại để chuẩn bị cho việc khoá T2 ta mở T8 Quá trình khoảng tiếp sau diễn tương tự V.3.2.3 Mạch điều khiển nghịch lưu pha (tham khảo tài liệu) V.4 Một số phương pháp nâng cao chất lượng điện áp nghịch lưu áp V.4.1 Điều chỉnh điện áp nghịch lưu Các phụ tải nghịch lưu, động xoay chiều khơng đồng thường có đòi hỏi phải thay đổi giá trị điện áp theo tần số với số qui luật định đảm bảo chất lượng Do vấn đề đặt ta phải điều chỉnh điện áp nghịch lưu Các nghiên cứu đưa nhiều biện pháp khác nhau, phổ biến điều chỉnh điện áp vào nghịch lưu, điều chỉnh góc dẫn van điều chế xung nấc a/- Thay đổi điện áp cung cấp cho nghịch lưu Đây biện pháp tương đối đơn giản cho kết tốt Để điều chỉnh giá trị điện áp tải ta cho van làm việc với góc dẫn lớn =max= điều chỉnh giá trị điện áp cung cấp U d nhờ việc sử dụng sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển để tạo điện áp nguồn cho BBĐ chiều-xoay chiều Do góc dẫn van 180 nên thành phần sóng hài điện áp không thay đổi b/- Thay đổi góc dẫn van Trong trường hợp để thay đổi điện áp nghịch lưu ta không thay đổi giá =max= f tần số làm việc BBĐ Ta có f0=0/2 f=/2 (hay =2f), giá trị 0 xác định theo công thức sau: 0   *  b với ω*  Lt Ct b=Rt/(2Lt) 1/ Trong sơ đồ sử dụng diode ngược D11D44 để trả lượng phản kháng từ tải nguồn b/- Nguyên lý làm việc Đối với BBĐ tuỳ theo quan hệ f f0 mà xẩy chế độ khác dòng tải: Chế độ dòng tải gián đoạn chế độ dòng tải liên tục  Chế độ dòng tải gián đoạn: Chế độ làm việc BBĐ xẩy f 0>2f Nguyên lý làm việc sơ đồ trường hợp sau: Giả thiết t=0 ta truyền xung điều khiển đến mở T1 T2, hai van mở bắt đầu dẫn dòng bắt đầu xuất q trình dao động mạch Dòng qua tải tăng từ khơng (do chế độ dòng tải gián đoạn nên thời điểm mở cặp van có điều khiển dòng tải khơng) đến giá trị cực đại giảm không t=t1=1 (ta có 0t1= ) bắt đầu đổi chiều Do van khơng cho dòng ngược chiều nên T1 T2 tự khố lại, dòng tải khép kín qua diode ngược D11, D22 qua nguồn cung cấp Đến t=t2 =2 =2t1 (ta có 0t2=2 ) dòng tải lại khơng có xu hướng đổi chiều nên D11, D22 khố lại it u®kT 1 2 32  u®kT 56 t it 1  6 t0 3 2 2 3  t 2 t 2 3  t 4 iT1iT2 iD1 iD2  uT1 uT2 2 3 4 3 4  Ud 6 t iD1 D 1 iD2 T t uT1uT2 t t  Ud t uC uC t a t b Hình 5.31 Mặt khác tiristor T1, T2 khố từ trước nên dòng tải giữ khơng Tại thời điểm t= ta truyền xung điều khiển đến mở T T4, hai van mở trình dao động dòng mạch tải lại bắt đầu Trên hình 5.31a biểu diễn số đồ thị minh hoạ nguyên lý hoạt động sơ đồ chế độ dòng tải gián đoạn Góc dẫn diode góc dẫn tiristor (ký hiệu ) Góc khoá van trường hợp là: = hay thời gian khoá tiristor tk=/ =/0  Chế độ dòng điện tải liên tục: Khi BBĐ làm việc với tần số cộng hưởng f0 thoả mãn :f