Trang 1
Luận văn Tốt Nghiệp
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ

. . .
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Đề tài: THIẾT KẾ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Thành phố Hồ Chí Minh ngày 20 tháng 2 năm 2000

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Lê Minh Thư
Nguyễn Thò Hồng Huệ
Trang 3
Luận văn Tốt Nghiệp
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Độc lập – Tự do – Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên : Nguyễn Lê Minh Thư
Nguyễn Thò Hồng Huệ
Lớp : 95KĐĐ
Ngành : Điện Tử
1. Tên đề tài : Thiết kế – Thi công bộ thí nghiệm Điện Tử Công Suất.
2. Nội dung các phần thuyết minh:
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

3. Các bản vẽ:
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN LÊ MINH THƯ
NGUYỄN THỊ HỒNG HUỆ
Lớp : 95KĐĐ
Tên đề tài : Thiết kế -Thi công bộ thí nghiệm Điện Tử Công Suất
Nội dung luận văn Tốt Nghiệp:
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
Nhận xét của cán bộ hướng dẫn:
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………


BẢN NHẬN XÉT
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN LÊ MINH THƯ
NGUYỄN THỊ HỒNG HUỆ
Lớp : 95KĐĐ
Tên đề tài : Thiết kế - Thi công bộ thí nghiệm Điện Tử Công Suất
Nội dung luận văn Tốt Nghiệp:
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
Nhận xét của cán bộ phản biện:
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………

án tốt nghiệp.
Chúng tôi xin cảm ơn bạn bè, thân hữu đã giúp đỡ, động viên chúng tôi làm tốt
nhiệm vụ được giao một cách tốt đẹp.
Trang 10
Luận văn Tốt Nghiệp
MỤC LỤC

Trang
Chương I: Các linh kiện điện tử công suất .............................................................................
I. Diode công suất .........................................................................................................
II. Transistor công suất ...................................................................................................
III. SCR ..........................................................................................................................
IV. UJT ..........................................................................................................................
Chương II. Khảo sát các dạng mạch động lực ........................................................................
I. Chỉnh lưu dùng Thyristor ............................................................................................
1. Chỉnh lưu điều khiển một pha nửa chu kỳ .......................................................
2. Chỉnh lưu điều khiển một pha hai nửa chu kỳ ..................................................
3. Chỉnh lưu điều khiển cầu một pha ....................................................................
II. Chỉnh lưu dùng diode và thyristor ............................................................................
1. Sơ đồ 1...............................................................................................................
2. Sơ đồ 2...............................................................................................................
III. Chỉnh lưu ba pha hình tia có điều khiển ...................................................................
1. Tải là R thuần α = 0 .......................................................................................
2. Tải là R+L α ≠ 0 .............................................................................................
IV. Chỉnh lưu hình cầu ba pha bán điều khiển ..............................................................
1. Chế độ làm việc ...............................................................................................
2. Giá trò U
d
..........................................................................................................
3. Ưu điểm ............................................................................................................

A. Linh kiện sử dụng .............................................................................................
B. Thư û mạch .........................................................................................................
III. Thi công bàn thí nghiệm ..........................................................................................
Chương VI: Soạn bài thí nghiệm ..............................................................................................
A. Mục đích yêu cầu ......................................................................................................
B. Các bài thí nghiệm ....................................................................................................
Bài 1: Giới thiệu bàn thí nghiệm Điện tử công suất ........................................
1. Giới thiệu bộ thí nghiệm ..........................................................................
2. Mô hình thí nghiệm .................................................................................
3. Yêu cầu đối với sinh viên thực tập .........................................................
Bài 2: Chỉnh lưu có điều khiển một pha ...........................................................
I. Mạch chỉnh lưu nửa bán kỳ .....................................................................
1. Lý thuyết .........................................................................................
2. Thí nghiệm .....................................................................................
II. Chỉnh lưu toàn kỳ bán điều khiển ..........................................................
1. Lý thuyết ........................................................................................
2. Thí nghiệm .....................................................................................
3. Câu hỏi ............................................................................................
Trang 12
Luận văn Tốt Nghiệp
Bài 3 Chỉnh lưu công suất ba pha .......................................................................
A. Thiết bò sử dụng ......................................................................................
B. Thí nghiệm ..............................................................................................
I. Mạch chỉnh lưu hình tia ..................................................................
1. Lý thuyết ................................................................................
2. Thí nghiệm ............................................................................
3. Câu hỏi ...................................................................................
II. Chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng ...........................................
1. Lý thuyết ................................................................................
2. Thí nghiệm ............................................................................

ngành Kỹ thuật điện. Từ đây kỹ thuật điện và điện tử hòa nhập và thúc đẩy nhau
cùng phát triển.
Trong chương này sẽ giới thiệu những linh kiện bán dẫn công suất chủ yếu là Diode,
Transistor, Thyristo, cùng các linh kiện điều khiển chúng.
I. DIODE CÔNG SUẤT:
Diode do hai lớp vật liệu bán dẫn p-n ghép lại thành. Các điện tử tự do trong bán
dẫn n sẽ liên kết với các lỗ tự do của bán dẫn p, do đó phía n sẽ mang điện tích
dương và phía p sẽ mang điện tích âm.

a b
Hình 1-1. Diode a. Cấu tạo; b. Ký hiệu
i,A
Điện áp rơi Điện áp chọc thủng
u,V
Dòng điện rò

Hình 1-2. Đặc tính Vôn- ampe của Diode
Hình 1-2 trình bày đặc tính Vôn- ampe của Diode. Nếu đặt vào p (anode) một điện
áp dương so với n (cathode) sẽ có dòng chạy qua và tạo nên một điện áp rơi khoảng
N
p
Anode
Cathode
Trang 14

Ở chế độ làm việc tuyến tính dòng điện cực góp I
C
là hàm số của dòng điện cực gốc
I
B
, với một điện áp cực góp – phát U
CB
đã đònh một biến thiên rất nhỏ của dòng
điện gốc dẫn đến sự biến thiên lớn của dòng điện góp, tỉ số giữa hai dòng điện đó
vào khoảng từ 15 đến 100. Hình 1-5 vẽ đặc tính của Transistor loại npn.
I
B
Ic
E
V
CE
B
C
C
B
E
Gốc
Phát
Gốc
Gốp
Gốp
Phát
Trang 15
Luận văn Tốt Nghiệp
I

khóa. Ở chế độ này, khi dòng điện gốc bằng không, dòng cực góp bằng không,
transistor được xem như hở mạch. Nhưng với dòng điện gốc ở trạng thái có giá trò
bão hòa, thì transistor trở về trạng thái đóng hoàn toàn. Transistor là một linh kiện
phụ thuộc nên cần phải phối hợp dòng điện gốc với dòng điện góp. Ở trạng thái bão
hòa, để duy trì khả năng điều khiển và để tránh điện tích ở cực gốc quá lớn, dòng
điện gốc ban đầu phải cao để chuyển sang trạng thái dẫn nhanh chóng. Ở chế độ
khóa dòng điện gốc phải giảm cùng qui luật như dòng điện góp để tránh hiện tượng
chọc thủng thứ cấp.
U
CE
Hình 1-6. Trạng thái dẫn và bò khóa
Để giảm dòng điện góp ở trạng thái khóa người ta duy trì một điện áp ngược với giá
trò nhỏ ở cực gốc như một khóa chuyển mạch, tổn hao công suất trong transistor là
nhỏ. Tổn hao đó sinh ra do dòng rò nhỏ ở trạng thái mở, do điện áp bảo hòa (trong
hình 1-6) và dòng góp ở trạng thái đóng. Điện áp bảo hòa thông thường của
transistor công suất silic khoảng 1,1V.
Các tổn hao chuyển mạch của transistor có thể lớn. Trong lúc chuyển mạch, điện áp
trên các cực và dòng điện của transistor cũng lớn. Tích của điện áp với dòng điện và
thời gian chuyển mạch tạo nên tổn hao năng lượng trong một lần chuyển mạch.
Trạng thái đóng mạch hay
ngắn mạch, IB lớn.

túy là SCR đổi từ điện áp AC thành DC (mach lọc) nếu áp AC được dùng như
nguồn cung cấp. Ngoài ra thời gian dẫn của SCR cũng có thể thay đổi nên dòng cung
cấp cho tải cũng thay đổi từ zêro đến giá trò lớn nhất của nguồn cung cấp. Hình 1-8

Hình 1-8 mô tả SCR kết nối với trở tải. SCR có thể làm việc với nhiều loại nguồn
cung cấp khác nhau. Nếu nguồn cung cấp hình 1-8 là điện áp DC, SCR sẽ dẫn khi có
tín hiệu được kích ở cực cổng. Để SCR ngưng dẫn thì ta cắt nguồn cung cấp cho
SCR, nên nó không được tiện lợi cho lắm. Nếu nguồn cung cấp cho SCR là nguồn
xung hay AC thì SCR sẽ tự ngắt ở điểm cuối mỗi chu kỳ khi điện áp bằng không.
Nếu nguồn cung cấp là điện áp AC thì SCR sẽ chỉ dẫn ở nửa chu kỳ dương của dạng
sóng. SCR có thể thay đổi dòng cho phép qua tải bằng cách thay đổi điểm kích ở cực
cổng. Nếu SCR được dẫn, ngay lập tức nó sẽ dẫn dòng và áp đầy ở 1/2 chu kỳ
(180
0
). Nếu điểm kích trễ 90
0
thì SCR chỉ dẫn xấp xỉ mức dòng và áp đến tải. Nếu
điểm kích trễ 175
0
, SCR sẽ dẫn ít hơn 10% mức dòng và áp của nguồn đến tải, vì
nửa chu kỳ sẽ tự động tắt SCR tại điểm 180
0
. Điều này có nghóa rằng cực cổng của
SCR có thể điều khiển mức áp và dòng của tải từ zêro đến max.
Anode và cathode của SCR được xác đònh giống như mối nối của Diode. Cực cổng
dùng kích giúp SCR dẫn cho phép dòng và áp qua SCR từ anode đến cathode.
SCR được cấu tạo từ bốn lớp pnpn gồm hai transistor như được mô tả ở hình 1-9 a, b,


c. d.

Hình 1-9 a,b,c,d
Khi đặt SCR dưới điện áp một chiều, anode nối vào cực dương, cathode nối vào
cực âm của nguồn điện áp, J
1
và J
3
được phân cực thuận, J
2
được phân cực nghòch.
Gần như toàn bộ điện áp nguồn đặt lên mặt ghép J
2
. Điện trường nội tại E của J
2
có
chiều từ N
1
hướng về P
2
. Điện trường ngoài tác động cùng chiều với E, vùng chuyển
tiếp cũng là vùng cách điện càng mở rộng ra, không có dòng điện chảy qua SCR
mặc dù nó bò đặt dưới điện áp.
Mở SCR
: nếu cho một xung điện áp dương U
g
tác động vào cực G (dương so
với cathode), các điện tử từ N
2

không còn cần thiết. Để khóa SCR có hai cách:
- Làm giảm dòng điện làm việc I xuống dưới giá trò dòng duy trì I
H
(holding
current)
-Đặt một điện áp ngược lên SCR (thường dùng). Khi đặt điện áp ngược lên SCR
U
AK
<0 hai mặt ghép J
1
và J
3
phân cực ngược J
2
phân cực thuận. Những điện tử
trước thời điểm đảo cực tính U
AK
đang có mặt P
1
, N
1
,P
2
, bây giờ đảo chiều hành
trình, tạo nên dòng điện ngược chảy từ cathode về anode, về cực âm của nguồn điện
áp ngoài. Đặc tính V – A của SCR:
GATE
ANODE
CATHODE
ANODE

Hình 1-10
Đặc tính V-A của SCR gồm 4 đoạn :
Đoạn 1:
ứng với trạng thái khóa của SCR, chỉ có dòng điện rò chảy qua SCR. Khi
tăng U đến U
ch
(điện áp chuyển trạng thái), dòng tăng nhanh và chuyển sang trạng
thái mở.
Đoạn 2:
ứng với giai đoạn phân cực thuận của J
2.
Trong đoạn này ứng với mỗi một
lượng tăng nhỏ của dòng điện ứng với một lượng giảm lớn của điện áp đặt lên SCR.
Đoạn 2 còn được gọi là đoạn điện trở âm.
Đoạn 3:
ứng với trạng thái mở của SCR. Lúc này cả ba mặt ghép trở thành dẫn
điện. Dòng điện chảy qua SCR chỉ còn bò hạn chế bởi điện trở mạch ngoài. Điện áp
rơi trên SCR rất nhỏ khoảng 1V. SCR được giữ ở trạng thái mở chừng nào I còn lớn
hơn I
H
.
Đoạn 4:
ứng với trạng thái SCR bò đặt dưới điện áp ngược. Dòng điện ngược rất
nhỏ, khoảng vài chục mA. Nếu tăng U đến U
Z
thì dòng điện ngược tăng lên rất
nhiều, mặt ghép bò chọc thủng. Bằng cách cho những I

nhỏ thì thời gian mở SCR sớm. Vì SCR luôn bò ngắt tại góc 180
0
nên để điều khiển
dòng qua SCR ta điều khiển thời điểm kích.
i
U
3
2
1
4
0
Uz
Trang 19
Luận văn Tốt Nghiệp


IV. UJT (Unijunction Transistor)
UJT là một linh kiện bán dẫn đặc biệt, được thiết kế để tạo ra các xung nhọn. Cấu
tạo gồm 3 cực gọi là base 2 (B2), base 1 (B1) và emitter (E). Chức năng của cực B
và E thì khác so với cực B và E của transistor vì UJT chỉ có một mối nối pn còn
transistor thì 2 được mô tả ở hình dưới đây:

a. b. c.
Hình 1-12

B1
làm điện áp tăng rất nhanh đến giá trò điện áp đỉnh và sau đó giảm dần
về gần bằng không (xem hình 1-13 ). Nếu điện áp đặt vào E vàB
1
được cung cấp
bởi điện áp tụ thì điện áp giảm từ đỉnh về gần không sẽ nhanh hơn tương ứng với
thời gian xả của tụ.
V
EB1

0 I
B
I
E
Hình 1-13. Dạng sóng ngõ ra của UJT
RB2
RB1
B2
B1
E
B2
E
B1
Trang 20
Luận văn Tốt Nghiệp



Chỉnh lưu bán điều khiển gồm các SCR và Diode, cho phép điều chỉnh điện
áp xoay chiều nhưng không đổi được cực tính của điện áp tải.
Chỉnh lưu bán điều khiển và không điều khiển còn gọi là bộ biến đổi một
chiều vì nó chỉ cho công suất từ nguồn đến tải theo một chiều.
Trang 21
Luận văn Tốt Nghiệp
CHỈNH LƯU CÓ ĐIỀU KHIỂN
:
I.
Chỉnh lưu dùng Thyristor:

1.
Chỉnh lưu điều khiển một pha nữa chu ky
ø:
Thyristor khác diode ở chỗ khi bò đặt dưới điện áp U
AK
> 0, thyristor vẫn ở trạng thái
khóa. Thyristor chỉ cho dòng chảy qua khi thỏa hai điều kiện sau:
U
AK
> 0
I
G
> 0
1.1.
Khi tải là R+ L
:

α

≤

θ

≤

λ
với
θ

=

ω
t
Góc cắt dòng
λ
tính từ góc tọa độ.
tUu
Vv
ω
sin2=
KTX
i
v
U~
i
g
U

θ

=

α
và
θ

=

λ
, ta lấy tích phân.
Xác đònh 2 vế từ
α
đến
λ
, I
d
= 0.
chia hai vế cho 2
π
vì
θ
ở hai bán kỳ
Theo đònh nghóa về giá trò trung bình ta có: U
d
= RI
d

1.1.2

θHình II.2 Sơ đồ mạch và dạng sóng khi có D

did
d
idv
diXdRU
dt
di
LRtU
+=
+=
θθ
ω
sin2
sin2
2
∫∫∫
+=
λ
α
λ
α
λ
α
θθθ
ddv
diXdiRdU sin2

i
r
u
T
u
d
T
R
L
D
Trang 23
Luận văn Tốt Nghiệp


1.2.
Khi tải là R+L+E
: ta chỉ có thể mở thyristor nếu thỏa: θ
1
< α < θ
2

Khi thyristor mở ta có phương trình:
u
d

di
LRiuu =++==
KTX
i
U
∼
i
g
i
d
U
d
T
R
L
+
E
E
dt
di
XiRU
UE
dt
di
LiR
d
dv
v
d
d

Trang 24
Luận văn Tốt Nghiệp


Ta có:
Trong đó
1.2.2.
Dạng điện áp trên thyristor u
T

u
T
- Khi chưa có diode chuyển mạch:
U
v
= U
R
+ U
T
E
θ
1
<
⎯α
: I
d
= 0, U
d
= E, U
T


- Trường hợp dùng diode hoàn năng lượng D u
T
0 <
θ
1
<
α
: U
r
= E U
T
= U
v
E
α
<
θ
1
<
π
: thyristor mở, U
T
= 0 0
π
<
θ
3
<
θ

α
λ
α
θ
π
θ
π
θθ
π
d
E
di
R
dU
dv
22
sin2
2
1
()
αλ
π
−+=
2
E
RIU
dd
()
[]
αλθλα

U
Trang 25
Luận văn Tốt Nghiệp


2.
Chỉnh lưu điều khiển một pha hai nửa chu ky
ø:
2.1.
Khi tải là R+L
:
Trong thực tế
ω
L > R nên i
d
luôn là dòng liên tục. Khi ta biết được góc mở thì sẽ
biết được góc tắt dòng với
λ
=
π
+
α
.
Khi
θ
=
α
và
θ
=

Xác đònh các giá trò trung bình U
d
, I
d
:
T
1
mở ta có phương trình:

Chia 2 vế cho
π
, lấy tích phân xác đònh từ
α
đến
π
+
α

Giải phương trình trên và theo đònh luật Ohm: U
d
= Ri
d
.
Ta được : θ
θ
d
di

U
U =
KTX
KTX
i
d
u
T
i
2
i
1
u
V1
u
V2
u
V
u
r
T1
T2
L
R