Đồ án môn học Điện tử công suất
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA PHA
I – Nguyên lý cấu tạo và làm việc Thyristor
1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc
Thyristor là một thiết bị gồm 4 lớp bán dẫn P
1
, N
1
, P
2
,N
2
tạo thành, xen kẽ giữa các
lớp này là các tiếp giáp J
1
, J
2
, J
3
. Cấu trúc và ký hiệu của thyristor:
Nguyên lý làm việc :
Đặt lên thyristor, U
AK
> 0, anốt nối vào cực dương, catốt nối vào cực âm của nguồn điện
áp, J
1
và J
3
phân cực thuận, J
2
phân cực ngược.

2
) I
e
trung hòa tại P
2
còn
2
I
e
vượt qua J
2
tạo nên miền không gian điện tích âm
tại N
1
Do J
2
phân cực ngược ngăn sự chuyển dịch của các điện tử cơ bản.
Gọi dòng đi qua J
2
là: I
J2
=
1
I
p
+
2
I
e
+I

I
c1
= I
b2
tăng T
2
dẫn mạnh (
2
tăng )
I
c2
= I
b1
tăng T
1
dẫn mạnh (
1
tăng )
Theo mạch vòng phản hồi dương, ta có T
1
, T
2
dẫn bão hòa.(
1
+
2
1)
SVTH: PHẠM QUỐC ÁNH-08D1 Trang 2
Đồ án môn học Điện tử công suất
Nên thyristor dẫn.

phân cực thuậnJ
2
phân cực ngược

1
+
2
<< 1 I = I
0
Thyristor khóa
SVTH: PHẠM QUỐC ÁNH-08D1 Trang 3
Đồ án môn học Điện tử công suất
Tại A: Khi U
AK
= U
chuyển
Do sự chuyển động mạnh của các “ + ” cũng như “ - ”
gây hiện tượng phát xạ thứ cấp. E
i
> E
ng
J
2
thuận
Đoạn II: Tương ứng rồi sự chuyển dịch J
2
từ phân cực ngược phân cực thuận

phân cực thuận
+ Tuy nhiên do chế tạo, phiến bán dẫn P
2
– N
2
có kích thước nhỏ, mặt khác
mật độ điện tích tự do ở P
2
– N
2
lớn.
Khả năng khóa J
3
kém toàn bộ điện áp ngược được đặt lên J
1
. Do đó đoạn
này giống nhánh ngược của diode.
+ Khi đặt I
ĐK
thì U
chuyển
nhỏ dần
II- Thiết bị chỉnh lưu
1. Định nghĩa sơ đồ khối của thiết bị chỉnh lưu:
SVTH: PHẠM QUỐC ÁNH-08D1 Trang 4
Đồ án môn học Điện tử công suất
a) Định nghĩa: Lợi dụng tính chất dẫn điện 1 chiều của diode và thyristor để biến
dòng điện vàn điện áp xoay chiều thành 1 chiều
b) Sơ đồ khối
c) Nguyên lý làm việc từng khối:

đạt chỉ tiêu chất lượng động vàn tĩnh yêu cầu
Giá trị cần điều khiển: Điện áp trên tải, dòng điện, tốc đọ của động cơ, momen trên
trục động cơ
Cảm biến đo lường làm việc theo nhiều nguyên tắc khác nhau: có chức năng biến một
đại lượng vật lý đầu vào như nhiệt độ áp suất, dòng điện, tốc độ, độ sáng tối tạo ra 1
đại lượng điện xoay chiều
SVTH: PHẠM QUỐC ÁNH-08D1 Trang 6
Đồ án môn học Điện tử công suất
Đại lượng 1 chiều chuẩn hoá: khi điều khiển xa phải dùng dòng điện do điện áp đi xa
sụt áp vì vậy ta phải biế dòng thành dòng đi xa
Chỉ tiêu chất lượng của 1 hệ điều khiển tự động: Có 2 loại là chỉ tiêu chất lượng động
và tĩnh
Khối 7: Các yếu tố điều khiển
Bộ điều khiển: - analog
- digital
Chức năng của bộ điều khiển: tổng hợp các tín hiệu điều khiển và khuếch đại sai lệch
Tạo hàm điều khiển để hệ thống đạt chỉ tiêu chất lượng yêu cầu
2.Yêu cầu kĩ thuật của bộ chỉnh lưu
Đảm bảo công suất tải P
d
Tính công suất tải S = (S
1
+S
2
)/2
S
1
= m
1
*U

b) Pha và nguồn xoay chiều cho chỉnh
Chỉnh lưu 1 pha, 3 pha
SVTH: PHẠM QUỐC ÁNH-08D1 Trang 7
Đồ án môn học Điện tử công suất
c) Pha của chỉnh lưu(m):
Số đoạn hình sin trong 1 chu kì điện áp nguồn của điện áp hay nguồn chỉnh lưu
III- Bộ chỉnh lưu hình tia ba pha không điều khiển
1. Sơ đồ :
Nguồn xoay chiều 3 pha: u
A
= U
A
sin

u
B
= U
m
sin ( – )
u
C
= U
m
sin ( + )
Linh kiện bán dẫn: 3 diode công suất D
1
, D
2
, D
3

- Nguồn áp lý tưởng: nguồn xoay chiều ba pha cân bằng, đối xứng điện trở
trong của nguồn bằng không.
- Các linh kiện bán dẫn lý tưởng: Điện áp trên linh kiện khi dẫn bằng 0.
- Tải L đủ lớn để dòng tải phẳng và liên tục.
- Mạch ở trạng thái xác lập.
4. Phân tích: Tại mỗi thời điểm chỉ có một linh kiện diode dẫn điện
a) Xác định khoảng đóng ngắt khoá diode
Để phân tích trình tự đóng ngắt các khoá diode ta dùng phép chứng minh phản
chứng.
• Xét trong khoảng [ ]
Giả sử D
2
dẫn và D
1
, D
3
khóa ta có: u
D2
= 0; u
D1
< 0; u
D3
< 0
Xét mạch điện u
A
,

u
D1
,

SVTH: PHẠM QUỐC ÁNH-08D1 Trang 9
Đồ án môn học Điện tử công suất
Trên giản đồ trong khoảng [ ] ta thấy u
D1
= u
A
– u
B
> 0 tức là D
1
dẫn trong
khoảng này, điều này mâu thuẫn với giả thiết.Vậy D
2
không thể dẫn trong khoảng này.
Giả sử D
3
dẫn và D
1
, D
2
khóa ta có : u
D3
= 0; u
D1
< 0; u
D2
< 0
Xét mạch điện u
A
,

= u
A
– u
C
Trên giản đồ trong khoảng [ ] ta thấy u
D1
= u
A
– u
C
> 0 tức là D
1
dẫn trong
khoảng này, điều này mâu thuẫn với giả thiết.Vậy D
3
không thể dẫn trong khoảng này.
Như vậy trong khoảng [ ] chỉ có D
1
dẫn:
Giả sử D
1
dẫn và D
2
, D
3
khóa ta có: u
D1
= 0; u
D2
< 0; u

[ + + + ] – diode D
3
dẫn
SVTH: PHẠM QUỐC ÁNH-08D1 Trang 11
Đồ án môn học Điện tử công suất
b) Phương trình trạng thái
- Khi D
1
dẫn
u
D1
= 0 u
D2
= u
B
– u
A
< 0 u
D3
= u
C
– u
A
< 0
i
D1
= i
d
i
D2

- Khi D
3
dẫn
u
D3
= 0 u
D1
= u
A
– u
C
< 0 u
D2
= u
B
– u
C
< 0
i
D3
= i
d
i
D1
= 0 i
D2
= 0

I
D1
=
+ Khi thiết kế ta phải chọn linh kiện sao cho:
U
RRM
K
u
.U
RWM
và I
d
K
i
.I
D1
SVTH: PHẠM QUỐC ÁNH-08D1 Trang 13
Đồ án môn học Điện tử công suất
Trong đó: K
u
= 2,5 – 3,5: Hệ số an toàn áp

K
i
1: Hệ số an toàn về dòng
- Trị hiệu dụng của dòng điện nguồn:
I
1
=
- Công suất tiêu thụ trên tải:

, T
3
Tải một chiều dạng tổng quát RLE
SVTH: PHẠM QUỐC ÁNH-08D1 Trang 14
Đồ án môn học Điện tử công suất
- Dòng tức thời qua linh kiện thyristor i
T1
, i
T2
, i
T3
- Điện áp trên linh kiện thyristor u
T1
, u
T2
, u
T3
- Điện áp và dòng điện tải u
d,
i
d
- Trị trung bình điện áp, dòng điện tải U
d,
I
d
- Trị hiệu dụng áp pha nguồn U
- Trị hiệu dụng dòng điện nguồn I
1
- Biên độ điện áp pha nguồn U
m

T3
= u
C
– u
A
< 0
i
T1
= i
d
i
T2
= 0 i
T3
= 0

;
d
i
d A d d
t
d
u u u Ri L E
d
= = + +
• Thyristor T
2
dẫn [ + + ]
u
T2

d
= = + +
• Thyristor T
2
dẫn [ + + ]
u
T3
= 0 u
T1
= u
A
– u
C
< 0 u
T2
= u
B
– u
C
< 0
i
T3
= i
d
i
T1
= 0 i
T2
= 0


1 3 3 3 6
sin( ) ( ) cos cos cos
2 / 3 2 2
d m m d
U U t d t U U U
α π
α π
ω ω α α α
π π π
+
+
= = = =
∫ ∫
Khi 0 U U
d
≤
• Như vậy bộ chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển có thể làm việc ở chế độ nghịch lưu
và chuyển năng lượng về nguồn. Nó có thể làm việc ở hai góc phần tư I và IV
• Trị trung bình dòng điện chỉnh lưu:
I
d
=
• Áp ngược lớn nhất mà thyristor phải chịu:
U
rwm
= U = U
m
• Dòng trung bình thyristor:
I
T1

= U
d
.I
d
• Hệ số công suất nguồn bộ chỉnh lưu:

1
3 2
cos
3 2
d d d
P U I
S UI
λ α
π
= = =
• Đặc tuyến điều khiển. Trị trung bình điện áp chỉnh lưu
3 6
cos
2
d
U U
α
α
π
=
không
phụ thuộc vào tham số tải khi dòng liên tục.
SVTH: PHẠM QUỐC ÁNH-08D1 Trang 19
Đồ án môn học Điện tử công suất

γ
)

.
q
t
γ ω
=
Trong đó: t
q
là thời gian ngắn nhất
- Khi tăng thời gian để khôi phục khả năng khóa giảm
- Khi tăng đến một giá trị đủ lớn để thyristor không còn đủ thời gian khôi phục
khả năng khóa của mình, thyristor đóng không theo ý muốn, dòng điện tăng lớn,
hỏng thiết bị, cần được ngắt bởi thiết bị bảo vệ.

7. Hiện tượng trùng dẫn
Trong các phần trước đây, bộ chỉnh lưu được phân tích với giả thiết bỏ qua cảm kháng
trong của nguồn áp. Hệ quả là quá trình chuyển mạch giữa các nhánh chứa thyristor
diễn ra tức thời. Trong thực tế, nguồn có cảm kháng trong làm dòng điện qua nó không
thể thay đổi đột ngột. Vì thế, hiện tượng chuyển mạch giữa các nhánh chứa các thyristor
không diễn ra tức thời mà kéo dài một khoảng thời gian, hình thành trạng thái các
nhánh chứa thyrisror cùng dẫn điện. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng trùng dẫn
(overlapping) hoặc hiện tượng chuyển mạch (commutation)
SVTH: PHẠM QUỐC ÁNH-08D1 Trang 21
Đồ án môn học Điện tử công suất
a) Hiện tượng trùng dẫn trong chỉnh lưu điều khiển cầu 1 pha:
Hình vẽ hiện tượng trùng dẫn của chỉnh lưu cầu 1 pha:
SVTH: PHẠM QUỐC ÁNH-08D1 Trang 22
Đồ án môn học Điện tử công suất


cũng bị ngắn mạch sinh ra dòng ngắn mạch i
c

Ta có phương trình:
2
U
2
sinɵ = X
c
(di
c
/dɵ)
Chuyển gốc toạ độ từ 0 sang θ
2
ta có
2
U
2
sin(ɵ+α) = X
c
(di
c
/dɵ)
i
c
= U
2
[cosα-cos(α+θ)]
đặt: i

-

U
2
[cosα-cos(α+θ)]
khi kết thúc giai đoạn trùng dẫn trên, tức là khi θ=μ, vậy nên phương trình chuyển mạch
có dạng:
cosα-cos(α+θ) =
xác định ΔU
μ
ΔU
μ
= = [cosα-cos(α+θ)]
Vì vậy ta sẽ được:
ΔU
μ
=
Khi L
c
khác 0 thì trị trung bình của điện áp trên tải là:
U’
d
=U
d
-
Với:
U
d
= cosα
b) Hiện tượng trùng dẫn trong sơ đồ chỉnh lưu một pha hai nửa chu kì.