LỜI NÓI ĐẦU
Chúng ta đang bước vào thế kỷ 21, thế kỷ của những tiến bộ về khoa học kỹ thuật.
Sự tiến bộ của kỹ thuật sẽ giúp thay đổi toàn bộ cuộc sống của chúng ta. Trong giai đoạn
công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước, VIỆT NAM muốn phát triển một cách vững
mạnh thì phải chú trọng đến việc đầu tư cho giáo dục. Trong đó, nghành giáo dục cần phải
nâng cao chất lượng lẫn số lượng đào tạo.
Muốn nâng cao chất lượng giáo dục đòi hỏi chúng ta phải đầu tư, phát triển các mô
hình dạy học. Mô hình dạy học giúp giảm chí phí đào tạo và nâng cao chất lượng giảng
dạy. Học sinh có dòp làm quen với các mô hình giống với các hệ thống điều khiển trong
thực tế, do đó có thể rút ngắn được khoảng cách giữa lý thuyết và thực tế.
Do vậy các Trường học nói chung, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật nói riêng
đang đầu tư, phát triển các công cụ dạy học mang tính chất mô phỏng nhằm giúp cho sinh
viên lónh hội kiến thức một cách thấu đáo thông qua phương pháp trực quan. Qua đó,
người học có thể phát triển và vận dụng các kiến thức đã học một cách hiệu quả nhất theo
những yêu cầu cụ thể hiện nay trong những khu chế xuất, các nhà máy cũng như trong các
lónh vực có liên quan về điện.
Để đáp ứng phần nào nhu cầu trên, trong khuôn khổ của luận văn tốt nghiệp, nhóm
thực hiện xin tiến hành đề tài : "THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN
TỬ CÔNG SUẤT". Mục đích của đề tài là xây dựng mô hình thí nghiệm giúp sinh viên
hiểu rõ hơn về các linh kiện bán dẫn công suất cũng như các ứng dụng của nó thông qua
việc tiến hành các thí nghiệm trên bộ thí nghiệm này. Đồng thời, trên cơ sở mô hình dụng
cụ dạy học, nhóm thực hiện cố gắng xây dựng các bài thực tập để sinh viên cũng cố lại
các bài học lý thuyết. Nội dung của mô hình là sử dụng các linh kiện điện tử công suất
như thyristor, diode … làm thay đổi điện áp một chiều để điều khiển tải dùng trong công
suất lớn. Trong thực tế kỹ thuật, đặc biệt là lónh vực điều khiển, vấn đề thay đổi điện áp
một chiều là một vấn đề thường gặp. Chúng ta cần thay đổi điện áp để điều khiển tốc độ
động cơ một chiều, điều khiển độ sáng của đèn điện .v.v… Khi nắm được các ứng dụng
trên, sinh viên sẽ thấy được tầm quan trọng trong bài học để có thể vận dụng chúng vào
thực tiễn sau khi học xong.
Với sự giúp đỡ tận tình của thầy hướng dẫn Vũ Đỗ Cường, Nhóm thực hiện cố gắng
thực hiện tốt nhiệm vụ được giao. Tuy nhiên do kiến thức còn hạn chế, thời gian và kinh

bất kỳ bằng vòng kín để nâng hiệu quả trong ứng dụng thực tế.
III. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU .
Việc vận dụng môn điện tử ứng dụng để điều chỉnh bằng phương pháp trên cho
động cơ một chiều là vấn đề không còn mới mẻ nhưng tính mới mẻ của đề tài được thể
hiện ở chổ :
XÂY DỰNG ĐƯC MÔ HÌNH DẠY HỌC SỬ DỤNG CÁC LINH KIỆN BÁN
DẪN CÔNG SUẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRỰC QUAN GIÚP CHO SINH VIÊN
KHOA ĐIỆN THÍ NGHIỆM.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Bính
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Nhà Xuất Bản Khoa Học Và Kỹ Thuật Hà Nội năm 1996
2. Phạm Quốc Hải
Dương Văn Nghi
PHÂN TÍCH VÀ GIẢI MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Nhà Xuất Bản Khoa Học Và Kỹ Thuật
3. Nguyễn Việt Hùng
BÀI GIẢNG KỸ THUẬT XUNG VÀ SỐ
Khoa Điện – Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Năm 1998.
4. Bùi Đình Tiếu
Nguyễn Trọng Thuần
MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA THIẾT BỊ ĐIỆN TỪ, ĐIỆN TỬ VÀ BÁN
DẪN TRONG MÁY SẢN XUẤT
Nhà Xuất Bản Khoa Học Và Kỹ Thuật
5. Raymond M.Marston
Người Dòch : Ngô Đức Hoàng
110 MẠCH ỨNG DỤNG 0P –AMP
Nhà Xuất Bản Khoa Học Và Kỹ Thuật Năm 1990
6. R.H.Warring
SỔ TAY LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CHO NGƯỜI THIẾT KẾ MẠCH

I. Bộ băm xung một chiều dùng SCR. 20
II. Bộ tạo xung kích cho SCR. 29
Chương IV: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH. 33
I. Thiết kế mạch. 33
II. Thi công mạch. 40
Chương V: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH. 42
I. Thiết kế. 42
II. Thi công. 44
Chương VI: SOẠN BÀI THỰC TẬP. 46
I. Giới thiệu mô hình. 46
II. Các bài thí nghiệm. 46
KẾT LUẬN
MỤC LỤC
I. Thể thức nghiên cứu:
1. Thời gian nghiên cứu:
Quá trình nghiên cứu đề tài được xem là một qui trình công nghệ hẳn hoi vì đòi hỏi
phải tiến hành theo các khâu kế tiếp nhau bao gồm việc chọn đề tài, biên soạn đề cương, thu
thập dữ kiện, xử lý dữ kiện, viết công trình nghiên cứu.
Luận văn tốt nghiệp được tiến hành thực hiện trong khoảng thời gian là 6 tuần :
Tuần 1 : Chọn đề tài, chính xác hóa đề tài, soạn đề cương, thu thập kiện và tài
liệu liên hệ.
Tuần 2 : Biên soạn nội dung phần lý thuyết.
Tuần 3 : Thiết kế mạch trên giấy và tiến hành thi công, thử mạch.
Tuần 4 : Thiết kế bàn thực tập.
Tuần 5 : Soạn bài thực tập cho mô hình đã thiết kế.
Tuần 6 : Hoàn chỉnh mô hình, hoàn thiện phần lý thuyết để in ấn và nộp luận văn.
2. Phương pháp thu thập dữ kiện :
Đây là giai đoạn quan trọng, sử dụng các phương pháp và phương tiện nghiên cứu để
thu thập các dữ kiện về đề tài đã xác đònh. Dữ kiện đã thu thập được sẽ là chất liệu để hình
thành công trình thực hiện đề tài. Vấn đề là làm sao thu thập được dữ kiện đầy đủ, chính xác,

Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài người nghiên cứu cần phải cân nhắc kỹ
độ khó và độ phức tạp của đề tài sao cho phù hợp với khả năng, kiến thức và năng lực của
người nghiên cứu.
Độ phức tạp của đề tài thể hiện ở các mặt : lónh vực nghiên cứu rộng hay hẹp, ở một
ngành hay liên ngành, đối tượng nghiên cứu là đồng nhất hay không đồng nhất. Tuy nhiên
cần lưu ý rằng giá trò của đề tài không phụ thuộc vào độ phức tạp của nó. Đề tài hẹp chưa
hẳn là đề tài kém giá trò. Mỗi đề tài nghiên cứu khoa học có một phạm vi nhất đònh, phạm vi
này càng hẹp thì sự nghiên cứu càng sâu. Độ khó của đề tài nói lên tính vừa sức đối với
người nghiên cứu. Do đó độ phức tạp của đề tài thường có mối liên hệ tương hổ với độ khó
của nó.
Kiến thức của người nghiên cứu (đây là điều kiện chủ quan ở người nghiên cứu). Trước
hết đó là vốn liếng, kinh nghiệm của người nghiên cứu.
Giáo sư Hà Văn Tấn đã nhận xét : “Trình độ học sinh, sinh viên hiện nay không cho
phép họ ngay từ đầu chọn được đề tài nghiên cứu. Vì vậy phải có sự gợi ý của thầy cô
giáo….” . Mỗi đề tài nghiên cứu khoa học có những yêu cầu nhất đònh của nó. Người nghiên
cứu cần nắm vững nội dung, phương pháp nghiên cứu phù hợp với đề tài, nói khác đi đề tài
nghiên cứu phải mang tính vừa sức.
Người nghiên cứu phải thể hiện năng lực nghiên cứu khoa học bao gồm việc nắm vững
lý thuyết cơ bản của khoa học trong lónh vực nghiên cứu của mình, nắm được mức độ nhất
đònh về sự phát triển và tiến bộ thuộc lónh vực nghiên cứu. Có như thế mới chọn được đề tài
có giá trò. Trong tình hình tiến bộ của khoa học kỹ thuật hiện nay trên thế giới, khối lượng
thông tin khoa học gia tăng với qui mô lớn và nhòp độ nhanh đòi hỏi người nghiên cứu phải
tham khảo tài liệu nước ngoài. Để thực hiện được vấn đề này người nghiên cứu người nghiên
cứu khoa học cần có số vốn ngoại ngữ nhất đònh.
Thể hiện lòng ham mê khoa học và quyết tâm nghiên cứu tìm tòi chân lý.
2. Vấn đề thực tiễn :
Người nghiên cứu phải coi thực tiễn làm cơ sở, là động lực của nhận thức. Ang - ghen
viết : “Khi xã hội có những yêu cầu kỹ thuật thì xã hội thúc đẩy khoa học hơn mười trường
đại học”. Mặt khác thực tiễn cũng là tiêu chuẩn để kiểm tra nhận thức .
Thực tế là những sự việc có thật, những tình hình cụ thể, những vấn đề đã hoặc chưa

thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0,5 ÷ 1 mm ép chặt lại với nhau.
– Cực từ phụ : được đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều giúp cho
máy điện làm việc không có tia lửa xảy ra giữa chổi điện và vành đổi chiều. Lõi
thép cực từ cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt
dây quấn.
– Gông từ : dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy.
– Các bộ phận khác như Nắp máy để bảo vệ, Cơ cấu chổi than.
Phần quay gồm có những bộ phận sau :
– Lõi sắt phần ứng : dùng để dẫn từ, thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện dày
0,5 mm được phủ lớp cách điện và ghép chặt lại với nhau.
– Dây quấn phần ứng : là phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua. Dây
quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép.
– Các bộ phận khác như cánh quạt dùng để quạt gió làm nguội máy, trục máy để đặt
lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi.
2. Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều :
Động cơ điện một chiều là một thiết bò biến đổi năng lượng của dòng một chiều thành cơ
năng. Trong quá trình biến đổi đó, một phần năng lượng của dòng xoay chiều bò tiêu tán do
các tổn thất trong mạch phần ứng và trong mạch kích thích. Phần còn lại là năng lượng được
biến đổi thành cơ năng trên trục động cơ.
Khi cho dòng điện một chiều chạy vào dây quấn kích thích và dây quấn phần ứng sẽ
sinh ra từ trường ở phần tónh. Từ trường này tác dụng tương hỗ lên dòng điện trong dây quấn
phần ứng tạo ra momen tác dụng lên rotor và làm rotor quay. Nhờ có vành đổi chiều nên
dòng điện một chiều được chỉnh lưu thành dòng xoay chiều đưa vào dây quấn phần ứng. Điều
này làm lực từ tác dụng lên thanh dẫn dây quấn phần ứng không bò đổi chiều và làm động cơ
n
đm
n
đm
M
KK

3. Đặc tính cơ và đặc tính tốc độ của động cơ điện một chiều kích từ độc
lập.
Đặc tính cơ của động cơ điện là quan hệ giữa hai thông số : tốc độ quay của trục và
momen do động cơ sinh ra trong quá trình làm việc ở trạng thái đònh mức. Đặc tính cơ cho
phép ta đánh giá khả năng chòu tải cũng như nắm được khả năng làm việc của động cơ khi
dùng để truyền tải. Đặc tính tốc độ ω(I) thể hiện mối quan hệ giữa tốc độ góc với dòng điện
trong mạch chính của nó. Đặc tính tốc độ cho phép ta đánh giá khả năng chòu tải của động cơ
qua dòng điện của nó.
a. Sơ đồ cơ bản và các đặc tính của nó :
n n
n
0
n
0

0 M
đm
M
nm
M 0 I
ư.đm
I
ư.nm

b. Các phương trình cơ bản :
Phương trình đặc tính cơ :
I
Hình II.2
Đặc tính cơ và đặc tính tốc độ của động cơ điện một chiều kích từ độc
lập.

II. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT
CHIỀU.
1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ.
n
n
0
TN
n1 U
đm
n
2
U
1
U
2

0 M
C
M
Việc điều chỉnh tốc độ theo kiểu này chỉ cho phép giảm điện áp (nhỏ hơn điện áp đònh
mức) và chỉ cho tốc độ nhỏ hơn tốc độ đònh mức.
U
đm
> U
1
> U
2
n
0
> n

2
I
K
R
K
U
n
EE
φφ
−=
Hình II.3
Sơ đồ điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt trên phần
ứng. 0 M
c
M

Theo sơ đồ trên, ta có :
R
ư
< R
1
< R
2
.
n
0
> n

, φ giảm rất nhiều.
Khi giảm từ thông thấp hơn giá trò đònh mức, tốc độ động cơ tăng lớn hơn tốc độ cơ bản.
φ
đm
> φ
1
> φ
2

n
cb
< n
1
< n
2
Khi giảm từ thông, tốc độ tăng lên rất cao và tốc độ này có thể làm hỏng động cơ, nên
thông thường người ta chỉ cho phép n
cb
= 3n
đm
.
4. Điều chỉnh tốc độ bằng cách rẽ mạch phần ứng.

n

n
cb

n
1

1
Hình II.6
Sơ đồ điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp rẽ mạch phần ứng.
Phương trình đặc tính cơ của phương pháp này :
M
KeKm
kRntRu
Ke
Udm
kn
2
φφ
+
−=
Với :
RntRss
Rss
k
+
=
Với phương pháp này, ta có thể điều chỉnh được tốc độ nhỏ hơn tốc độ cơ bản, tổn
thất năng lượng thấp và điều chỉnh tốc độ nhảy cấp.
CHƯƠNG III. KHẢO SÁT MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP
BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐỘ RỘNG XUNG.
I. Bộ băm điện áp một chiều.
1. Giơi thiệu.
Bộ băm xung một chiều có thể coi như là bộ biến đổi DC/DC mà điện áp biến đổi được
đảm nhận bằng các linh kiện bán dẫn công suất. Nhiệm vụ chính của nó là thay đổi điện áp
ra theo yêu cầu điều chỉnh hoặc ổn đònh điện áp ra tải. Băm xung một chiều được sử dụng
nhiều trong các thiết bò như động cơ điện một chiều, các bộ phận nung đốt bằng diện trở, các


R
EED
I
d
t
−
=
.
Trong đó D = t
o
/T là tỷ số chu kỳ của
bộ băm.
T
t
o
Hình III.1
Theo biểu thức trên ta thấy để điều chỉnh được điện áp ra tải có thể thay đổi độc lập t
o
,
T hoặc đồøng thời cả hai tham số này, thông dụng nhất là phương pháp thay đổi t
o
trong khi giữ
chu kỳ Tcố đònh. Như vậy từ điện áp nguồn không đổi và liên tục, bằng cách “băm” nó ra
thành các xung, ta có thể điều chỉnh được điện áp ra.
Để thiết kế hay khảo sát một bộ băm xung, người ta thường quan tâm đến các chế độ
dòng điện. Theo nguyên lý hoạt động, trong khoảng thời gian van khóa, nguồn bò ngắt khỏi
tải, tuy nhiên do tải có tính điện cảm nên dòng điện tải vẫn tiếp tục chảy quẩn qua điôt D
2
nhờ năng lượng tích lũy ở điện cảm này. Căn cứ vào các tham số R, L, E

Nếu thời gian van dẫn thực tế t
o
< t
gh
, thì dòng điện gián đoạn, ngược lại t
o
> t
gh
, dòng
điện sẽ liên tục.
b. Theo trò số trung bình dòng điện tải giới hạn I
gh
:
0
.
1
.
1
1
1
1
,
);
1
1
.(
t
L
R
T

1
.
a
b
aEE
dgh
−
−
=
Nếu E
d
> E
dgh
thì dòng điện gián đoạn.
Nếu E
d
< E
dgh
thì dòng điện liên tục.
Các biểu thức tính toán ở chế độ dòng điện liên tục :
Điện áp trung bình ra tải :
U
t
= D.E
Dòng điện trung bình qua tải :
R
EED
I
d
t

R
d
e
a
ba
R
E
R
EE
ti
.
1
11
1
1
1.
)(
−
−
−
+
−
=
Giai đoạn từ t
0
đến T:
.
1
1
2

E
a
b
R
E
tiI
d
−
−
−
===
−
Giá trò cực tiểu dòng điện tải I
min
:
R
E
a
aba
R
E
tiI
d
−
−
−
===
1
111
1min

T
t
R
E
aTR
babL
R
E
I
d
D
−−
−
−−
=
−
Trò số ûtrung bình dòng điện qua van :
TR
Et
a
bab
TR
L
T
t
R
E
I
d
V

o
T t
i
t
i
n
I
max
0 t

i
T
t
o
0 t
Điện áp trung bình ra tải :
)1(
0
T
t
EE
T
t
U
n
dt
−+=
Trong đó t
n
là khoảng thời gian dòng điện tải còn tiếp tục chảy kể từ khi ngắt nguồn E

=
Quy luật biến thiên dòng điện tải i
t
:
Giai đoạn từ 0 đến t
0
:
)1()(

1
t
L
R
d
e
R
EE
tt
−
−
−
=
Giai đoạn từ t
o
đến T (hay đến t
n
) :
t
L
R

−
−
−
= b
R
EE
I
d
giá trò dòng điện cực tiểu I
min
tất nhiên bằng không.
2. Giới thiệu bộ băm xung một chiều tắt cưỡng bức bằng điện áp.
Hình III.6
a. Vai trò của các linh kiện trong mạch (hình III.6) :
S
1
là SCR chính có nhiệm vụ nối hoặc ngắt nguồn với tải.
XK1 : mạch kích cho SCR1.
S
2
là SCR phụ, tham gia vào việc ngắt (khoá) S
1
.
XK2 : mạch kích cho SCR2.
LC làm nhiệm vụ dao động, D
1
ngăn dòng điện ngược, D
2
bảo vệ cho mạch khi S1
ngắt.

1
: T
1
= αT.
Thời gian ngắt mạch của S
1
là T
2
=T –T
1
và tỷ số chu kỳ là D = T
1
/T.
Gía trò trung bình của điện áp tải :
DUUdt
T
U
DT
t
==
∫
0
1

Bằng cách làm biến đổi tỷ số chu kỳ D (trong khi giữ cho tần số không đổi T=const) ta
có thể điều chỉnh được giá trò trung bình của điện áp một chiều đặt trên tải.
• Trường hợp tải là R+L :
2
2
1

2
E I
1
0 T
1
T
2
pha quá độ t 0 T t
Ký hiệu bộ băm điện áp là: Đ
ERi
dt
di
L
c
c
=+
Khi Đ đóng ta có phương trình :

0
=+
c
c
Ri
dt
di
L
Còn khi Đ mở ta có :
3. Giới thiệu về việc băm xung một chiều tắt cưỡng bức bằng dòng điện.
Hình IIIC
a. Chức năng của các phần tử trong mạch :

Hình III.14
I
c
Hình III.15
Hình III.16
II. Bộ tạo xung kích cho SCR :
1. Nhiệm vụ của mạch tạo xung kích.
Như ta đã biết, SCR khi đã dẫn thì không thể tắt được bằng xung kích mà cần phải có
một bộ phận làm cho nó tắt. Bộ phận này phải thoả mãn một trong các yêu cầu tắt của SCR.
Như đã khảo sát ở phần trên, bộ băm xung một chiều dùng hai linh kiện SCR, một con chính
để nối tải với nguồn và một con phụ để làm tắt nó. Do vậy, mạch tạo xung kích cho SCR phải
tạo được hai xung kích và các xung kích này đủ lớn để đảm bảo kích mở được SCR. Đồng
thời, thời gian xuất hiện giữa hai xung kích này có thể điều chỉnh được và dạng sóng trên tải
phụ thuộc vào hai xung kích này.
2. Sơ đồ khối :
Bộ phận tạo sóng tam giác nhằm mục đích làm tín hiệu so sánh cho bộ tạo xung vuông có
Khối nguồn
Bộ phận xuất xung
điều khiển
Bộ phận tạo
sóng tam giác
Bộ tạo xung vuông
có điều chỉnh
Mạch đơn ổn đặt
trước độ rộng xung
Bộ dao động tần
số cao
Bộ phận trộn tín
hiệu
Bộ phận đảo

v
(ngỏ vào chân số 3)
+v
0 t
_ v
u
r
(ngỏ vào chân số 2)
+v

0 t
o
t
_ v
TRANG : 34
Dạng sóng ra ở
OPTO 4N26B
Dạng sóng ra ở
OPTO 4N26A
t
t
0
0
+V
+V