ĐƠN VỊ QUẢN LÝ TRỰC TIẾP
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
CƠ SỞ DẠY NGHỀ
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CƠ ĐIỆN VÀ XÂY DỰNG BẮC NINH

BÀI GIẢNG

ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP
ĐỐI TƯỢNG GIẢNG DẠY: CAO ĐẲNG NGHỀ

GIÁO VIÊN: NGUYỄN THỊ DƯƠNG

1


MÔ ĐUN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Thời gian: 90h
Lý thuyết: 30 h, Thực hành: 60
Nội dung chính:
Số
TT

Tên chương, mục

Thời gian
Tổng số

1

Các khái niệm cơ bản


Bộ biến đổi điện áp xoay chiều

6

2

3

1

5

Bộ biến đổi điện áp một chiều

6

2

4

6

Bộ nghịch lưu và bộ biến tần

24

6

16


Trình bày được cấu tạo, ký hiệu, nguyên lý hoạt động của các linh kiện điện tử
công suất: điôt, transistor, mosffet, IGBT, thyristor, triac.

-

Nhận biết và kiểm tra sự hoạt động của các linh kiện điện tử công suất

-

Rèn luyện tính cẩn thận, đảm bảo an toàn điện.

II.

DỤNG CỤ, TRANG THIÊT BỊ DẠY HỌC
-

Các linh kiện điện tử công suất: Điôt, transistor, mosffet, IGBT, thyristor, triac.

-

Đồng hồ vạn năng

-

Khối nguồn

III.

NỘI DUNG BÀI HỌC

công suất trung bình được xác định bằng cách áp dụng cách trung bình vào đại
lượng công suất tức thời p(t), tức là:

Trường hợp dòng qua tải và điện áp qua tải không đổi theo thời gian i= const =
IAV, u=const = UAV, công suất trung bình qua tải bằng tích của điện áp và dòng
điện:
PAV =UAV.IAV
Các trường hợp đặc biệt:
Tải R:

Trong đó: IR là giá trị hiệu dụng của dòng điện
Tụ điện và cuộn kháng là các phần tử có khả năng dự trữ va không tiêu hao công suất.
Dễ dàng giải hệ thức cho các tải L và C như sau:
Tải L: PAV= 0
Tải C: PAV= 0
Ví dụ 2: Giả sử, ta có nguồn áp cho như trong trường hợp ví dụ 1, tải RLE nối tiếp. giả
sử tải có R= 1 Ω, L vô cùng lớn và E = 50V. Tính trị số trung bình dòng qua tải và
công suất qua tải ?
1.4 Hệ số công suất
Hệ số công suất λ đối với một tải được định nghĩa bằng tỉ số giữa công suất tiêu thụ P
và công suất biểu kiến S mà nguồn cấp cho tải đó.
Trong trường hợp đặc biệt của nguồn áp dạng sin và tải tuyến tính chứa các phần tử
như R, L, C không đổi và sức điện động dạng sin, dòng điện qua tải sẽ có dạng sin
cùng tần số của nguồn áp với góc lêch pha có độ lớn bằng φ. Ta có hệ thức tính hệ số
công suất như sau:
P= m. U. I. cosφ
S= m. U. I
Nên λ= P/S = cosφ
Trong đó : U, I là các trị hiệu dụng của điện áp và dòng điện qua tải
m là tổng số pha

◦

Phải cho dòng điện lớn chạy qua (cỡ vài
nghìn ampe), phải chịu được điện áp ngược
lớn (cỡ vài nghìn vôn);

Hình 2.1. Điôt:
a) Cấu tạo; b) Ký hiệu

Vì vậy cấu tạo đặc biệt hơn là trong lớp bán
dẫn n có thêm lớp nghèo điện tích n-

2.1.2 Nguyên lý hoạt động
- Khi điện áp UAK >0 (Điện thế tại Anôt lớn hơn điện thế tại Catôt) Điôt được phân
cực thuận, khi đó có dòng điện chạy qua điôt theo một chiều từ A đến K.
- Khi UAK
2.2. Tranzitor công suất (BJT)
2.2.1. Cấu tạo, của BJT
- Tranzito có cấu trúc bán dẫn
gồm 3 lớp bán dẫn p-n-p (bóng
thuận) hoặc n-p-n (bóng ngược),
tạo nên hai tiếp giáp p-n.
- Tranzito có ba cực: Bazơ (B),
colectơ (C) và emitơ (E). BJT
công suất thường là loại bóng
ngược. Cấu trúc tiêu biểu và ký
hiệu trên hình vẽ
Hình 2.2. BJT: a) Cấu trúc bán dẫn; b) Ký hiệu
2.2.2. Nguyên lý làm việc
Trong chế độ tuyến tĩnh, hay còn gọi là chế độ khuếch đại, tranzito là phần tử
khuếch đại dòng điện với dòng colectơ IC bằng β lần dòng bazơ (dòng điều khiển),
trong đó β được gọi là hệ số khuếch đại dòng điện. IC = β.IB
Trong điện tử công suất, tranzito chỉ được sử dụng như một phần tử khoá. Khi mở
dòng điều khiển phải thoả mãn điều kiện:
IB >

IC
β

hay

I B = k bh

IC
β


3

Đỏ

1

-

2

R1K

đen

3

đen

- +

Đỏ

- Giả sử ta tìm được chân 1 là B và là loại Tr ngược.
- Giả sử 1: chân 2 là chân C và chân 3 là chân E
+ Nối điện trở khoảng 1k vào B và C như hình vẽ
+ Cực C nối que đen ( + nguồn pin), cực E nối que đỏ ( - nguồn pin) ta
thấy kim đồng hồ chỉ giá trị R1
8



các lỗ (p), do đó dòng điện giữa cực gốc và cực máng sẽ không thể xuất hiện.

-

Khi điện áp điều khiển là dương, UGS > 0, và đủ lớn, bề mặt tiếp giáp cực điều khiển
sẽ tích tụ các điện tử, và một kênh dẫn thực sự đã hình thành (hình 1.14b). Như vậy
trong cấu trúc bán dẫn của MOSFET, các phần tử mang điện là các điện tử, giống
như của lớp n tạo nên cực máng, nên MOSFET được gọi là phần tử với các hạt
9


mang điện cơ bản., khác với cấu trúc của BJT,
2.3.3.Thực hành đo và xác định cực tính của Mosfet.

Que đen
D
G
KÝch tay

S

-

+

Que đỏ

- Kí hiệu: BU, K....
- Cách đo , kiểm tra Mosfet kênh N: Dùng ĐHVN ở thang đo x10Ω.
+ Xác định chân G: giữ một que đo ở 1 chân cố định rồi đo điện trở với 2 chân còn

-

+


- IGBT là phần tử kết hợp khả năng đóng cắt nhanh của MOSFET và khả năng chịu tải
lớn của tranzito thường. Về mặt điều khiển, IGBT gần như giống hoàn toàn MOSFET,
nghĩa là được điều khiển bằng điện áp, do đó công suất điều khiển yêu cầu cực nhỏ.
Hình 1.15 giới thiệu cấu trúc bán dẫn của một IGBT.
Về cấu trúc bán dẫn, IGBT rất giống với MOSFET, điểm khác nhau là có thêm
lớp p nối với colectơ tạo nên cấu trúc bán dẫn p-n-p giữa emitơ (tương tự cực gốc) với
colectơ (tương tự cực máng), không phải là n-n như ở MOSFET (hình 1.29b). Có thể
coi IGBT tương đương với một tranzito p-n-p với dòng bazơ được điều khiển bởi một
MOSFET (hình 1.15b và c).
Dưới tác dụng của điện áp điều khiển UGE > 0, kênh dẫn với các hạt mang điện
là các điện tử được hình thành, như cấu trúc MOSFET. Các điện tử di chuyển về phía
colectơ vượt qua lớp tiếp giáp n—p như ở cấu trúc giữa bazơ và colectơ ở tranzito
thường, tạo nên dòng colectơ.

Hình 2.4. IGBT: a) Sơ đồ thương đương; b) Ký hiệu
2.5. Thyristor SCR.
a) Cấu tạo và ký hiệu của thyristor
 Cấu tạo và ký hiệu
- Thyristor công suất có cấu tạo và ký hiệu giống thyristor thường: gồm 4 lớp bán
dẫn P-N-P-N tạo nên 3 lớp tiếp giáp P-N là J1, J2, J3. như trên hình vẽ.
- Thyristor có ba cực: anôt A, catôt K, cực điều khiển G.

11



+

R

®á

1

2

3

®en

- +
R

Giả sử chân 1 là chân K, chân 2 là chân A, chân 3 là chân G. Nối 1 điện trở khoảng 1k
giữa chân K và G. Đặt que đen ( + nguồn pin) vào chân A, que đỏ (- nguồn pin) vào
chân K. Nếu thấy kim đồng hồ chỉ giá trị điện trở mà nếu bỏ R ra kim vẫn giữ giá trị
đó thì SCR còn tốt.
2.6. Triac
- Triac là phần tử bán dẫn có cấu trúc bán dẫn gồm năm lớp, tạo nên cấu trúc p-n-p-n
- . Triac có ký hiệu trên sơ đồ như hình vẽ, có thể dẫn dòng theo cả hai chiều T1 và T2.
Về nguyên tắc, triac hoàn toàn có thể coi tương đương với hai tiristo đấu song song
ngược như trên hình 1.8c.

Hình 2.6. Triac: a) Cấu trúc bán dẫn; b) Ký hiệu; c) Sơ đồ tương đương với hia tiristo
song song ngược
Việc kích Triac có thể chia ra làm các trường hợp:


T2 (+)

TRIAC

G(-)

G(-)

T1(+)

T1(-)

Ph©n cùc thuËn (Rt )

14


Bài giảng số 2:


-

Rèn luyện tính cẩn thận, đảm bảo an toàn cho người và thiết bị.

II.

DỤNG CỤ, TRANG THIÊT BỊ DẠY HỌC

-

Mô đun chỉnh lưu không điều khiển

-

Mặt nạ mạch chỉnh lưu không điều khiển tia một pha

-

Các mô đun tải R, L, C, động cơ một chiều.

-

Khối nguồn

-

Máy hiện sóng, đồng hồ vạn năng

-


12…

Trường hợp tải yêu cầu mức điện áp phù hợp với lưới điện và mạch van đòi hỏi số pha
như lưới điện thì có thể bỏ máy biến áp

Mạch van ở đây là các van bán dẫn được mắc với nhau theo cách nào đó để
có thể tiến hành quá trình chỉnh lưu.
 Mạch lọc nhằm đảm bảo điện áp (hoặc dòng điện) một chiều cấp cho tải là bằng
phẳng theo yêu cầu.
3.1.2 Phân loại
 Phân loại theo số pha nguồn cấp cho mạch van: một pha, hai pha, ba pha, 6 pha

Phân loại theo loại van bán dẫn trong mạch van:
-

Mạch van dùng toàn điôt, gọi là chỉnh lưu không điều khiển.

-

Mạch van dùng toàn tiristo, gọi là chỉnh lưu điều khiển.

-

Mạch chỉnh lưu dùng cả hai loại điôt và tiristo, gọi là chỉnh lưu bán điều khiển.

 Phân loại theo sơ đồ mắc các van với nhau:
- Sơ đồ hình tia.
- Sơ đồ cầu.
3.1.3 Luật dẫn van


3.2.1.1.

Sơ đồ nguyên lý

Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu một pha một nửa chu kỳ tải R
Giới thiệu sơ đồ:
- Máy biến áp một pha BA có nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều nguồn lưới
sang điện áp xoay chiều cấp cho mạch chỉnh lưu.
- Điôt D có nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều
- Tải điện trở R
- ud, id: là điện áp và dòng điện chỉnh lưu trên tải
17


3.2.1.2. Nguyên lý làm việc, giản đồ điện áp
- Giả sử mạch đang làm việc ở chế độ xác lập, điện áp phía thứ cấp là
u2= 2 U2sin ω t(v), và khi Diode dẫn điện thì điện áp trên nó bằng không.
- Trong 1 2 chu kỳ đầu ω t = 0 đến π thì u2 ≥ 0, van D được phân cực thuận=> D dẫn
điện. Ta có: uD = 0, ud = u2 ≥ 0, iD = id =

ud
.
R

-Trong 1 2 chu kỳ sau ω t = π đến 2π thì u2 ≤ 0, van D bị phân cực ngược nên D bị
khóa. Ta có: uD = u2 ≤ 0, ud = 0. iD = id=0
- Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự .
- Giản đồ dòng điện, điện áp

Hình 3.4: Giản đồ điện


2 U2.

3.2.1.4. Thực hành
1. Xây dựng sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu không điều khiển tia một pha với
các loại tải.

a)Tải điện trở R

b) Tải trở cảm R nối tiếp L

d)Tải động cơ một chiều

c) Tải trở dung R song song C

Hình 3.4: Mạch chỉnh lưu không điều khiển tia một pha với các loại tải .

2. Trình tự thực hiện
Bước 1: Chuẩn bị thiết bị
- Các thiết bị: + Mô đun chỉnh lưu không điều khiển
+ Mặt nạ mạch chỉnh lưu tia một pha
+ Các mô đun tải
+ Mô đun nguồn xoay chiều
+ Các loại dây cắm
+ Đồng hồ vạn năng
19


-


Bước 4: Khảo sát điện áp:
-

Dùng đồng hồ vạn năng (VOM) đo giá trị điện áp nguồn xoay chiều

-

Dùng đồng hồ VOM đo giá trị điện áp chỉnh lưu trên các loại tải. Chú ý để
thang đo một chiều, cắm que đo đúng cực tính điện áp.

-

Dùng máy hiện sóng đo dạng sóng điện áp xoay chiều hình sin và dạng sóng
điện áp chỉnh lưu trên các loại tải.

21


Hình 3.8: Máy hiện sóng Ossilocope
Chú ý:Khi đo điện áp một chiều cắm que đo đúng cực tính.
Thực hiện tương tự đối với các loại tải:

22


Hình 3.9: Tải R nối tiếp L

Hình 3.8: Tải R song song
với C


Dạng sóng điện áp nguồn xoay chiều

Dạng sóng điện áp chỉnh lưu trên tải R

25