Chương 1:Đặc tính và mô hình của động cơ không đồng bộ Với: ; : vị trí góc tuyệt đối của dây quấn roto. Chương 2 :Nghịch lưu nguồn dòng Chương 2: NGHỊCH LƯU NGUỒN DÒNG 2. Giới thiệu chung về đặc tính cơ bản của các phần tử bán dẫn công suất: Các phần từ bán dẫn công suất được sử dụng trong sơ đồ các bộ biến đổi như các khóa điện tử, gọi là các van bán dẫn. Khi mở dẫn dòng thì nối tải vào nguồn, khi khóa thì ngắt tải ra khỏi nguồn , không cho dòng điện chạy qua.
Khác với các phần tử có tiếp điểm , khi các van dẫn thực hiện đóng cắt dòng điện không gây nên tia lửa điện, không bị mài mòn theo thời gian. Tuy có thể đóng cắt các dòng điện lớn nhưng các van bán dẫn lại được điều khiển bởi các tín hiệu công suất nhỏ , tạo bởi mạch điện tử công suất nhỏ. Quy luật nối tải vào nguồn phụ thuộc vào sơ đồ bộ biến đổi và phụ thuộc cách thức điều khiển các van trong bộ biến đổi. Như vậy hiệu suất của các bộ biến đổi phụ thuộc trước hết vào tổn thất trên các van bán dẫn , trong quá trình làm việc tổn thất này bằng tích của dòng điện chạy qua van với điện áp rơi trên van.
Công nghệ chế tạo các phần tử bán dẫn ngày nay đã đạt được những bước tiến bộ vượt bậc , với việc cho ra đời những phần từ kích thước ngày càng nhỏ gọn và khả năng đóng cắt dòng điện và chịu điện áp ngày càng lớn với tổn hao công suất đáng kể , ngày càng đáp ứng những yêu cầu phức tạp của các quy luật biến đổi năng lượng trong các bộ biến đổi. Sự phát triển của các phần tử bán dẫn có vai trò quyết đinh tới sự phát triển của điện từ công suất , góp phần tạo ra nhiều chủng loại bộ biến đổi với những ứng dụng ngày càng rộng rãi trong công nghiệp và trong cuộc sống. Hiểu rõ nguyên lý hoạt động và các đặc tính cơ bản của các phần tử bán dẫn là điều vô cùng quan trong để có thể sử dụng đúng và phát huy hết hiệu quả của các phần tử bán dẫn trong các ứng dụng cụ thể. Sau đây là một số tính năng kỹ thuật cơ bản của một số phần tử bán dẫn: 2.ĐIỐT: a,Giới thiệu: Điốt là phần tử được cấu tao bởi một lớp tiếp giáp bán dẫn p-n.
Điốt có hai cực , anot A là cực nối với lớp bán dẫn kiểu p, catốt K là cực nối với lớp bán dẫn kiểu n. Dòng điện chỉ chạy qua điốt theo chiều từ A đến K khi điện áp dương. Khi , dòng điện qua điốt gần như bằng không. Cấu tạo như sau: Chương 2 :Nghịch lưu nguồn dòng Hình 2-1 cấu tạo của điot b,Đặc tính volt ampe của điot: Một số tính chất của điốt trong quá trình làm việc có thể được giải thích thông qua việc xem xét đặc tính volt-ampe của điot trong các góc phần tư thư I tương ứng với việc xem xét đặc tính volt-ampe của điot trên hình 2.2: Hình 2-2 : đặc tính thực tế điốt Theo đường đặc tính thuận , nếu điện áp của anot cato tăng dần từ 0 đến khi vượt qua ngưỡng điện áp , cỡ 0,6-0,7V, dòng có thể chảy qua điốt dòng điện có thể thay đổi rất lớn nhưng điện áp rơi trên điốt hầu như ít thay đổi.
Như vậy đặc tính thuận của điốt là đặc trưng bởi tính chất có điện trở tương đương nhỏ. Theo đường đặc tính ngược , nếu điện áp tăng dần đến điện áp ngược lớn nhất thì dòng qua điốt có giá trị rất nhỏ gọi là dòng rò , nghĩa là điốt cản trở dòng chạy theo chiều ngược. Cho đến khi đạt đến giá trị thì xảy ra hiện tượng dòng qua điot tăng đột ngột , tính chất cản trở dòng điện ngược của điốt bị phá với. Quá trình này không có tính đảo ngược , nghĩa là nếu ta lại giảm điện áp trên anot –catot thì dòng điện vẫn không giảm.
Ta nói điốt đã bị đánh thủng. C,Đặc tính đóng cắt của điốt: Chương 2 :Nghịch lưu nguồn dòng Khác với đặc tính volt-ampe là đặc tính tĩnh , đặc tính cho thấy dạng của điện áp và dòng điện trên điốt theo thời gian , gọi là đặc tính động , hay đặc tính đóng cắt của điốt. Đặc tính đóng cắt tiêu biểu của điốt được thể hiện ở hình 2-3: Hình 2-3.Đặc tính đóng cắt của điốt Theo đặc tính ở các trạng thái khóa Trong các khoảng thời gian (1) (6) với điện áp phân cực ngược và dòngđiện bằng 0. Ở khoảng (2) điot bắt đầu dẫn dòng.
Dòng điện ban đầu nạp tích điện cho tụ điện dương được của tiếp giáp p-n trước đó bị phân cực ngược , làm điện áp dương trên điốt tăng lên đến vài von vì điện trở vùng nghèo điện tích còn lớn. Khi lượng điện tích đã đủ lớn , độ dẫn điện của tiếp giáp tăng lên , điện trở giảm và điện áp trên điot trở về ổn định ở mức sụt áp cỡ 1-1,5V. Trong khoảng (3) điot hoàn toàn ở trạng thái dẫn. Quá trình khóa điốt bắt đầu ở khoảng (4) điốt phân cực thuận cho đến khi điện tích ở lớp tiếp giáp p-n được di chuyển ra hết bên ngoài.
Thời gian di chuyển phụ thuộc tốc độ tăng của dòng ngược và lượng điện tích tích lũy , phụ thuộc giá trị dòng điện mà điốt dẫn trước đó. Ở cuối giai đoạn (4) tiếp giáp p-n trở nên phân cực ngược và điốt có khả năng ngăn cản dòng điện. Trong giai đoạn (5) tụ điện tương đương của tiếp giáp p-n được nạp tiếp tục cho đến khi phân cực ngược. Điện tích gạch chéo trên đường dòng điện i(t) tương ứng bằng với lượng điện tích phải di chuyển ra bên ngoài.
Điện tích là điện tích phục hồi thời gian giữa đầu giai Chương 2 :Nghịch lưu nguồn dòng đoạn (4) đến cuối giai đoạn (5) gọi là thời gian phục hồi mà là một trong những thông số quan trọng để lựa chọn điốt cho một ứng dụng thực tế.TIRISTO: Tiristo là phần từ bán dẫn cấu tạo từ bốn lớp bán dẫn p-n-p-n và tạo ra ba lớp tiếp giáp p-n. Tiristo có 3 cực : Anốt A , catốt K và cực điều khiển G như được biểu diễn ở hình 2-4 sau: Hình 2-4 Ký hiệu tiristo a,Đặc tính von-ampe của tiristo: Đặc tính vôn-ampe của một tiristo gồm 2 phần. Phần thứ nhất nằm trong góc phần tư thứ nhất là đặc tính thuận tương ứng với trường hợp điện áp >0 và phần thứ hai nằm trong góc phần tư thư III gọi là đặc tính ngược tương ứng với trường hợp. *Trường hợp dòng điện vào cực điều khiển bằng không( ): Khi dòng vào cực điều khiển của tirito bằng không hay khi hở mạch cực điều khiển của tiristo sẽ cản trở dòng điện phần ứng với cả 2 trường hợp phân cực điện áp giữa anot và catot.
Khi điện áp theo cấu tạo bán đẫn của tirito hai tiếp giáp đều phân cực ngược , lớp phân cực thuận như vậy tirito giống như 2 điot mắc nối tiếp bị phân cực ngược. Qua tiristo sẽ chi có một dòng điện rất nhỏ chạy qua gọi là dòng rò. Khi tăng đến một giá trị điện áp lớn nhất thì tiristo sẽ xảy ra hiện tượng đánh thủng là quá trình không thể đảo ngược được. Nghĩa là nếu có giảm điện áp xuống dưới mức thì dòng điện cũng không giảm được đến mức dòng rò.
Tiristo đã bị hỏng. Chương 2 :Nghịch lưu nguồn dòng Hình 2-5 Đặc tính von-ampe Khi tăng điện áp anot , catot theo chiều thuận , , lúc đầu cũng chỉ có một dòng điện rất nhỏ chạy qua , gọi là dòng rò. Điện trở tương đương mạch anot catot có giá trị rất lớn. Khi đó tiếp giáp là phân cực thuận còn là phân cực ngược.
Cho đến khi tăng đến một giá trị thuận lớn nhất sẽ xảy ra hiện tượng điện trở tương đương mạch anot- catot đột ngột giảm, dòng điện chạy qua tiristo sẽ chỉ bị giới hạn bởi điện trở mạch ngoài. Nếu khi đó dòng qua tiristo sẽ dẫn dòng trên đường đặc tính thuận , giống như đường đặc tính thuận ở điốt. Đoạn đặc tính thuận được đặc trưng bởi tính chất dòng có thể có giá trị lớn nhất,. Điều này được mô tả trên hình trên.
Nói chung dòng điều khiển lớn hơn thì điểm chuyển đặc tính làm việc sẽ xảy ra nhỏ hơn. Quá trình xảy ra trên trên đường đặc tính ngược sẽ không khác gì so với trường hợp dòng điều khiển bằng không. B,Mở, khóa tiristo: *Mở : Khi điện áp phân cực thuận , tiristo có thể mở bằng 2 cách. Thứ nhất , có thể tăng điện áp anot cato cho đến khi đạt đến giá trị điện áp anot-catot cho đến khi điện áp thuận lớn nhất điện trở tương đương trong mạch anot sẽ giảm đột ngột và dòng qua tiristo sẽ hoàn toàn do mạch ngoài xác định.
Phương pháp này trong thực tế không được áp dụng do nguyên nhân mở không mong muốn và không phải lúc nào cũng có thể tăng được Chương 2 :Nghịch lưu nguồn dòng điện áp đến khi giá trị .Vả lại như vậy sẽ xảy ra trường hợp tiristo tự mở ra dưới tác dụng của các xung điện áp tại một thời điểm ngẫu nhiên, không định trước. Phương pháp thứ 2 , phương pháp được ứng dụng thực tế là đưa một xung dòng điện có giá trị nhất định vào giữa cực điều khiển và catot. Xung dòng điện điều khiển sẽ chuyển trạng thái của tiristo từ trở kháng cao sang trở kháng thấp ở mức điện áp anot-catot nhỏ. Khi đó dòng qua anot-catot lớn hơn một giá trị gọi là dòng duy trì thì tiristo sẽ tiếp tục ở trong trạng thái mở dẫn dòng mà không cần đến sự tồn tại của xung dòng điều khiển.
Điều này có nghĩa để điều khiển mở tiristo bằng các xung dòng có độ rộng xung nhất định , do đó công suất của mạch điều khiển có thể là rất là nhỏ, so với công suất của mạch lực mà tiristo là một phần tử đóng cắt , khống chế dòng điện. *Khóa: Một tiristo đang dẫn dòng sẽ trở về trạng thái khóa ( điện trở tương đương mọc anot – catot tăng cao ) nếu dòng điện giảm xuống , nhỏ hơn giá trị dòng điện duy trì .