Giáo trình Điện tử Công suất ngành Điện Công nghiệp trình độ Trung cấp

Giáo trình điện tử công suất nghề điện công nghiệp trình độ trung cấp cung cấp kiến thức chuyên sâu và kỹ năng thực hành cho sinh viên.

• Trường học: Trường Cao Đẳng Nghề Điện Công Nghiệp
• Chuyên ngành: Điện Tử Công Suất
• Đề tài: Giáo Trình Điện Tử Công Suất Nghề Điện Công Nghiệp Trình Độ Trung Cấp
• Loại tài liệu: Giáo Trình
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI GIỚI THIỆU
• MÔ ĐUN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
• BÀI MỞ ĐẦU: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
• 0.1. Trị trung bình của một đại lượng
• 0.2. Công suất trung bình
• 0.3. Trị hiệu dụng của một đại lượng
• 0.4. Hệ số công suất
• 1. BÀI 1: CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
• 1.1. GATE TURN OFF THYRISTO GTO
• 2. BÀI 2: BỘ CHỈNH LƯU
• 2.1. Bộ chỉnh lưu một pha
• 2.2. Bộ chỉnh lưu ba pha
• 2.3. Các chế độ làm việc của bộ chỉnh lưu
• 3. BÀI 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU
• 3.1. Bộ biến đổi điện áp xoay chiều một pha
• 3.2. Bộ biến đổi điện áp xoay chiều ba pha
• 4. BÀI 4: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU
• 4.1. Các phương pháp điều khiển bộ biến đổi điện áp một chiều
• 5. BÀI 5: BỘ NGHỊCH LƯU VÀ BIẾN TẦN
• 5.1. Bộ nghịch lưu áp một pha
• 5.2. Phân tích bộ nghịch lưu áp ba pha
• 5.3. Các phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu áp
• 5.4. Bộ nghịch lưu dòng điện
• 5.5. Các phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu dòng
• 5.6. Bộ biến tần gián tiếp
• 5.7. Bộ biến tần trực tiếp
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Khám phá toàn diện giáo trình điện tử công suất hệ trung cấp

Giáo trình điện tử công suất là một học phần nền tảng, không thể thiếu trong chương trình đào tạo nghề Điện công nghiệp trình độ trung cấp. Theo tài liệu tham khảo từ Trường Cao đẳng GTVT Trung ương I, mô đun này được xây dựng để trang bị cho học viên những kiến thức và kỹ năng cốt lõi về biến đổi và điều khiển năng lượng điện. Vai trò của môn học này ngày càng trở nên quan trọng khi các thiết bị công nghiệp hiện đại đều yêu cầu hiệu suất cao, kích thước nhỏ gọn và khả năng điều khiển linh hoạt. Nội dung của giáo trình điện tử công suất hệ trung cấp tập trung vào việc phân tích, thiết kế và vận hành các bộ biến đổi công suất, vốn là trái tim của nhiều hệ thống tự động hóa và truyền động điện. Việc nắm vững các khái niệm cơ bản như trị trung bình, trị hiệu dụng, và hệ số công suất là bước đệm đầu tiên để tiếp cận các mạch điện phức tạp hơn. Một giáo án điện tử công suất hệ trung cấp chất lượng cần phải cân bằng giữa lý thuyết và thực hành điện tử công suất, giúp người học không chỉ hiểu nguyên lý mà còn có thể áp dụng vào thực tiễn. Chương trình học thường bắt đầu với các linh kiện bán dẫn công suất, sau đó đi sâu vào các bộ biến đổi năng lượng chính. Các tài liệu điện tử công suất hiện nay không chỉ dừng lại ở sách giáo khoa mà còn bao gồm cả slide bài giảng điện tử công suất và các video mô phỏng, giúp việc học tập trở nên trực quan và hiệu quả hơn. Mục tiêu cuối cùng là đào tạo ra những kỹ thuật viên có khả năng phân tích, sửa chữa và bảo trì các thiết bị điện công nghiệp một cách chuyên nghiệp, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của thị trường lao động trong lĩnh vực kỹ thuật điện tử công suất.

1.1. Mục tiêu và vai trò của mô đun điện tử công suất

Theo giáo trình của Trường Cao đẳng GTVT Trung ương I, mô-đun điện tử công suất (mã MH21) có vị trí là một mô đun chuyên môn nghề, được học sau các môn kỹ thuật cơ sở như Mạch điện và Điện tử cơ bản. Vai trò của nó là cung cấp nền tảng kiến thức vững chắc về các phương pháp biến đổi năng lượng điện hiệu quả. Mục tiêu chính của mô đun là giúp học viên mô tả được đặc trưng của các linh kiện bán dẫn công suất như Diode, SCR, IGBT; giải thích được nguyên lý làm việc của các bộ biến đổi AC-AC, DC-DC; và quan trọng nhất là vận dụng được kiến thức này vào các thiết bị điện công nghiệp thực tế. Sự thành công của mô đun này quyết định trực tiếp đến năng lực của người học trong việc xử lý các hệ thống điều khiển động cơ điện và các bộ nguồn công nghiệp.

1.2. Cấu trúc nội dung cốt lõi trong tài liệu điện tử công suất

Một tài liệu điện tử công suất chuẩn cho hệ trung cấp thường được cấu trúc một cách logic, đi từ cơ bản đến nâng cao. Giáo trình tham khảo được chia thành 5 bài học chính. Bài mở đầu giới thiệu các khái niệm cơ bản. Bài 1 đi sâu vào các linh kiện bán dẫn công suất - thành phần cấu tạo nên mọi mạch điện. Bài 2, 3, 4 và 5 lần lượt trình bày về các bộ biến đổi năng lượng quan trọng: mạch chỉnh lưu (AC-DC), bộ biến đổi điện áp xoay chiều (AC-AC), bộ biến đổi điện áp một chiều (mạch băm xung DC), và cuối cùng là mạch nghịch lưu và biến tần công nghiệp (DC-AC). Cấu trúc này đảm bảo người học có thể xây dựng kiến thức một cách hệ thống, từ việc hiểu từng linh kiện riêng lẻ đến việc phân tích toàn bộ một mạch điện phức tạp.

II. Thách thức khi học điện tử công suất và giải pháp hiệu quả

Điện tử công suất là một lĩnh vực đầy thách thức đối với người học ở trình độ trung cấp do sự phức tạp của cả lý thuyết và thực hành. Một trong những khó khăn lớn nhất là việc phải nắm vững nguyên lý hoạt động của rất nhiều loại linh kiện bán dẫn công suất khác nhau, mỗi loại lại có đặc tính và điều kiện kích hoạt riêng. Ví dụ, sự khác biệt giữa việc điều khiển Thyristor bằng xung dòng và điều khiển MOSFET bằng điện áp đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc. Thêm vào đó, việc phân tích các dạng sóng điện áp và dòng điện trong các mạch không phải lúc nào cũng trực quan, đặc biệt với các tải có tính cảm kháng. Các bài tập điện tử công suất có lời giải chi tiết trở thành công cụ quan trọng để người học tự kiểm tra và củng cố kiến thức. Một thách thức khác là khoảng cách giữa lý thuyết trên giáo trình điện tử công suất và ứng dụng thực tế. Để khắc phục, phương pháp giảng dạy cần tích hợp nhiều giờ thực hành điện tử công suất, cho phép học viên lắp ráp, đo đạc và quan sát trực tiếp hoạt động của các mạch. Việc sử dụng các mô-đun thí nghiệm và thiết bị mô phỏng giúp giảm thiểu rủi ro và tăng cường sự hiểu biết. Hơn nữa, việc xây dựng các slide bài giảng điện tử công suất sinh động, kết hợp video và mô hình 3D, cũng là một giải pháp hiệu quả để truyền tải những khái niệm trừu tượng một cách dễ hiểu, giúp người học vượt qua các rào cản kiến thức và tiếp thu bài học tốt hơn.

2.1. Phân biệt các loại linh kiện bán dẫn công suất phức tạp

Một trong những rào cản ban đầu là sự đa dạng của linh kiện bán dẫn công suất. Người học thường gặp khó khăn trong việc phân biệt cấu tạo, ký hiệu và nguyên lý hoạt động của SCR (Thyristor), TRIAC, GTO, IGBT và MOSFET. Mỗi linh kiện có đặc tính V-A và đặc tính đóng cắt riêng biệt, quyết định ứng dụng của chúng trong các mạch khác nhau. Ví dụ, SCR và GTO là các linh kiện khóa (latching device) trong khi IGBT và MOSFET là các linh kiện điều khiển hoàn toàn. Giáo trình cần trình bày rõ ràng sự khác biệt này, đi kèm với các bảng so sánh và ví dụ minh họa cụ thể để giúp người học nhận dạng và sử dụng đúng từng loại linh kiện trong các mạch điện tử công suất.

2.2. Khó khăn trong việc phân tích bài tập điện tử công suất

Việc giải quyết các bài tập điện tử công suất có lời giải đòi hỏi sự kết hợp giữa kiến thức lý thuyết mạch điện và hiểu biết về hoạt động của linh kiện. Các bài toán thường yêu cầu tính toán các giá trị trung bình, hiệu dụng của dòng điện, điện áp, và vẽ dạng sóng tại các điểm khác nhau trong mạch. Với các mạch phức tạp như mạch chỉnh lưu ba pha hay mạch nghịch lưu điều chế độ rộng xung (PWM), việc phân tích trở nên khó khăn hơn. Để hỗ trợ người học, các tài liệu cần cung cấp các bài tập từ cơ bản đến nâng cao, đi kèm với lời giải chi tiết từng bước và giải thích rõ ràng các hiện tượng vật lý xảy ra trong mạch.

III. Bí quyết nắm vững các linh kiện bán dẫn công suất chủ chốt

Nền tảng của kỹ thuật điện tử công suất chính là sự am hiểu sâu sắc về các linh kiện bán dẫn công suất. Để nắm vững chúng, cần tiếp cận một cách có hệ thống. Đầu tiên, phải hiểu rõ cấu trúc vật lý của từng linh kiện, ví dụ như cấu trúc 4 lớp P-N-P-N của Thyristor và ứng dụng của nó trong các mạch điều khiển công suất lớn. Tiếp theo, cần phân tích kỹ đặc tuyến V-A, đây là 'chứng minh thư' của mỗi linh kiện, thể hiện mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp, từ đó suy ra các trạng thái hoạt động (dẫn, khóa). Ví dụ, đặc tuyến của SCR cho thấy rõ trạng thái khóa thuận, trạng thái dẫn và trạng thái khóa ngược. Thứ hai, việc so sánh trực tiếp các linh kiện với nhau là một phương pháp học hiệu quả. So sánh giữa MOSFET và IGBT về tốc độ đóng cắt, sụt áp khi dẫn, và công suất điều khiển sẽ giúp người học lựa chọn linh kiện phù hợp cho từng ứng dụng cụ thể, như MOSFET cho các bộ nguồn xung tần số cao và IGBT cho các biến tần công nghiệp. Cuối cùng, không thể bỏ qua việc khảo sát hoạt động thực tế. Giáo trình nhấn mạnh tầm quan trọng của việc lắp ráp mạch, cấp nguồn và quan sát hiện tượng, đo đạc các thông số U, I trên các mô-đun thí nghiệm. Quá trình này giúp chuyển hóa kiến thức lý thuyết từ giáo trình điện tử công suất thành kỹ năng thực hành vững chắc.

3.1. Nguyên lý hoạt động của Thyristor và ứng dụng thực tế

Thyristor, hay SCR, là một linh kiện bán dẫn 4 lớp P-N-P-N với ba cực: Anode (A), Cathode (K) và Cổng (G). Nguyên lý hoạt động cơ bản của nó là chỉ cho dòng điện đi từ A đến K khi được phân cực thuận (U_AK > 0) và có một xung dòng kích đủ lớn vào cực G. Một khi đã dẫn, SCR sẽ tự duy trì trạng thái này ngay cả khi xung kích G đã mất, miễn là dòng I_A lớn hơn dòng duy trì (Holding Current). Để khóa SCR, cần làm cho dòng I_A giảm xuống dưới mức dòng duy trì hoặc đặt điện áp ngược lên nó. Nhờ đặc tính này, Thyristor và ứng dụng của nó rất phổ biến trong các mạch chỉnh lưu có điều khiển và các bộ điều áp xoay chiều, cho phép điều khiển công suất ra tải một cách hiệu quả.

3.2. So sánh đặc tính của IGBT MOSFET và GTO trong mạch

Việc lựa chọn linh kiện đóng cắt phụ thuộc vào yêu cầu của ứng dụng. MOSFET công suất nổi bật với tốc độ đóng cắt rất nhanh, được điều khiển bằng điện áp và có điện trở khi dẫn (R_DS(on)) thấp, lý tưởng cho các bộ nguồn xung (SMPS) và bộ biến đổi điện áp tần số cao. IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) là sự kết hợp ưu điểm của MOSFET (điều khiển bằng áp) và BJT (sụt áp bão hòa thấp khi dẫn), phù hợp cho các ứng dụng công suất trung bình đến lớn, tần số trung bình như biến tần công nghiệp và hệ thống truyền động điện. Trong khi đó, GTO (Gate Turn-Off Thyristor) là một loại thyristor có khả năng tắt bằng xung điều khiển âm ở cực G, cho phép xử lý dòng điện và điện áp rất lớn nhưng có tốc độ đóng cắt chậm hơn và đòi hỏi mạch điều khiển phức tạp hơn.

IV. Phương pháp phân tích mạch trong giáo trình điện tử công suất

Phân tích mạch là kỹ năng cốt lõi được đề cập trong giáo trình điện tử công suất. Phương pháp tiếp cận chung là chia mạch thành các khoảng thời gian hoạt động khác nhau dựa trên trạng thái (dẫn hoặc khóa) của các linh kiện bán dẫn. Đối với mỗi khoảng thời gian, mạch điện được đơn giản hóa thành một mạch tuyến tính tương đương để dễ dàng tính toán. Ví dụ, trong một mạch chỉnh lưu cầu một pha, ở nửa chu kỳ dương, hai diode dẫn và hai diode khóa, mạch tương đương lúc này chỉ là nguồn nối tiếp với tải. Ở nửa chu kỳ âm, hai diode còn lại sẽ dẫn. Việc vẽ chính xác dạng sóng điện áp và dòng điện tại các điểm khác nhau là mục tiêu quan trọng. Điều này giúp xác định các thông số kỹ thuật như giá trị trung bình, giá trị hiệu dụng và độ nhấp nhô của điện áp ra. Giáo trình cũng giới thiệu các phương pháp phân tích cho các loại mạch phức tạp hơn như mạch nghịch lưu một pha và ba pha, nơi các phương pháp điều khiển như điều chế độ rộng xung (PWM) được áp dụng để tạo ra điện áp xoay chiều có tần số và biên độ mong muốn. Hiểu rõ các phương pháp này là chìa khóa để thiết kế và sửa chữa các bộ biến đổi điện áp, đáp ứng các yêu cầu cụ thể của từng ứng dụng công nghiệp.

4.1. Phân tích nguyên lý làm việc của mạch chỉnh lưu một pha

Các mạch chỉnh lưu có nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều (AC) thành một chiều (DC). Mạch chỉnh lưu một pha nửa chu kỳ là dạng đơn giản nhất, chỉ sử dụng một diode và chỉ cho phép nửa chu kỳ dương của nguồn đi qua. Mạch chỉnh lưu cầu một pha sử dụng bốn diode, cho phép cả hai nửa chu kỳ của nguồn đi qua tải, tạo ra điện áp DC có độ nhấp nhô thấp hơn và hiệu suất cao hơn. Khi phân tích, cần xét riêng từng nửa chu kỳ của điện áp vào để xác định cặp diode nào đang dẫn. Từ đó, vẽ được dạng sóng điện áp và dòng điện trên tải. Các thông số quan trọng cần tính toán bao gồm điện áp ra trung bình Uđ = (2√2*U₂)/π ≈ 0,9U₂ và điện áp ngược lớn nhất mà mỗi diode phải chịu.

4.2. Tìm hiểu về bộ biến đổi điện áp DC DC mạch băm xung

Một bộ biến đổi điện áp một chiều, hay còn gọi là mạch băm xung DC (DC Chopper), có chức năng biến đổi một điện áp DC không đổi thành một điện áp DC khác có thể điều chỉnh được. Nguyên lý cơ bản là sử dụng một công tắc bán dẫn (như MOSFET hoặc IGBT) đóng/cắt ở tần số cao. Bằng cách thay đổi tỉ lệ thời gian đóng so với tổng chu kỳ (gọi là chu kỳ làm việc - Duty Cycle), giá trị điện áp trung bình ở đầu ra có thể được điều khiển. Các mạch băm xung cơ bản bao gồm mạch giảm áp (Buck), tăng áp (Boost) và tăng/giảm áp (Buck-Boost), là nền tảng cho hầu hết các bộ nguồn DC hiện đại và các hệ thống điều khiển động cơ điện một chiều.

4.3. Cấu trúc và hoạt động của mạch nghịch lưu và biến tần

Đối lập với mạch chỉnh lưu, mạch nghịch lưu (Inverter) thực hiện chức năng biến đổi nguồn điện một chiều (DC) thành nguồn xoay chiều (AC). Cấu trúc cơ bản của một mạch nghịch lưu một pha gồm một cầu H với bốn công tắc bán dẫn. Bằng cách điều khiển các công tắc này đóng/cắt theo một quy luật nhất định, một điện áp xoay chiều có dạng xung vuông hoặc gần sin có thể được tạo ra trên tải. Một biến tần công nghiệp là một thiết bị phức tạp hơn, thường bao gồm khối chỉnh lưu (AC-DC), khối lọc DC, và khối nghịch lưu (DC-AC). Nó cho phép điều khiển tần số và biên độ điện áp đầu ra một cách linh hoạt, từ đó điều khiển chính xác tốc độ và mô-men của động cơ xoay chiều, một ứng dụng cực kỳ quan trọng trong công nghiệp.

V. Hướng dẫn thực hành điện tử công suất trong ngành công nghiệp

Việc chuyển đổi kiến thức từ giáo trình điện tử công suất sang kỹ năng thực tiễn là mục tiêu cuối cùng của chương trình đào tạo. Hoạt động thực hành điện tử công suất đóng vai trò quyết định trong quá trình này. Trong môi trường công nghiệp, kỹ năng quan trọng nhất là khả năng nhận dạng, kiểm tra và thay thế các linh kiện bán dẫn công suất trong các bo mạch thực tế. Kỹ thuật viên cần biết cách sử dụng đồng hồ vạn năng và máy hiện sóng (oscilloscope) để đo đạc, kiểm tra các thông số như điện áp kích, dạng sóng đầu ra, và tần số đóng cắt. Một ứng dụng tiêu biểu là bảo trì và sửa chữa biến tần công nghiệp. Khi một biến tần gặp sự cố, kỹ thuật viên phải có khả năng phân tích sơ đồ khối, khoanh vùng hư hỏng (khối chỉnh lưu, khối nghịch lưu hay khối điều khiển), và tiến hành sửa chữa. Việc điều khiển động cơ điện là một lĩnh vực ứng dụng rộng lớn khác. Kỹ thuật viên cần hiểu cách các bộ biến đổi công suất như bộ chỉnh lưu điều khiển (cho động cơ DC) và biến tần (cho động cơ AC) làm thay đổi tốc độ và mô-men của động cơ. Việc xây dựng các slide bài giảng điện tử công suất dựa trên các trường hợp thực tế, các lỗi thường gặp và quy trình xử lý sự cố sẽ giúp người học chuẩn bị tốt hơn cho công việc sau này, rút ngắn khoảng cách giữa nhà trường và doanh nghiệp.

5.1. Ứng dụng biến tần trong điều khiển động cơ điện công nghiệp

Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của điện tử công suất là điều khiển động cơ điện. Biến tần công nghiệp cho phép điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha một cách trơn tru và hiệu quả bằng cách thay đổi tần số của nguồn cấp. Điều này mang lại nhiều lợi ích như tiết kiệm năng lượng, khởi động mềm, giảm sốc cơ khí và cho phép điều khiển chính xác các quy trình sản xuất. Kỹ thuật viên cần nắm vững cách cài đặt các thông số cơ bản cho biến tần, như tần số max/min, thời gian tăng/giảm tốc, và các chế độ bảo vệ quá dòng, quá áp, để đảm bảo hệ thống vận hành ổn định và an toàn.

5.2. Kỹ năng thiết yếu khi thực hành với mô đun điện tử công suất

Khi làm việc với các mô-đun điện tử công suất, an toàn là yếu tố hàng đầu vì các mạch này thường vận hành ở điện áp và dòng điện cao. Người thực hành cần tuân thủ các quy tắc an toàn điện, sử dụng đúng dụng cụ bảo hộ. Về kỹ năng kỹ thuật, cần thành thạo việc đọc sơ đồ mạch, lắp ráp mạch trên các bộ thí nghiệm một cách chính xác. Kỹ năng sử dụng máy hiện sóng để quan sát dạng sóng tại các điểm khác nhau trong mạch là cực kỳ quan trọng, giúp xác minh xem mạch có hoạt động đúng như lý thuyết hay không. Ngoài ra, kỹ năng phân tích và phán đoán lỗi dựa trên các triệu chứng quan sát được cũng là một phần không thể thiếu của quá trình thực hành điện tử công suất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

mở đầu: Các khái niệm cơ bản Bai I: Các linh kiện bán dẫn Bài 2: Bộ chỉnh lưu Bài lên đổi điện áp xoay chiều Bài 4: Bộ biển đổi điện áp một chiều Bài 5: Bộ nghịch lưu và bộ biển tần c dù đã hết sức cố gắng, song sai sót là khó tránh. Tác giả rất mong nhận được các ý kiến phê bình, nhận xét của bạn đọc để giáo trình được hoàn thiện hơn. Hà Nội ngày tháng năm 2017 MÔN HỌC: ĐIỆN TU CONG SUAT Mã mé dun: MH21 Vị trí, tính chất, Ý nghĩa và vai trò của mô đun ~ Vị trí: Mô đun Điện từ công suất học sau các môn học, mô đun kỹ thuật cơ sở, đặc biệt là các môn học, mô đun: Mạch điện; Điện tử cơ bản; Truyền động điện. ~ Tính chất: Là mô đun chuyên môn nghề.

~ Ý nghĩa và vai trò của mô đun: Điện tử công suất đóng một vai trò rất quan trọng trong ngành Điện, Điện tử, đáp ứng những yêu cầu phức tạp của qui luật biến đổi năng lượng, kích thước nhỏ gọn, khả năng đóng cắt cao, tổn hao công suất giảm Mô đun này trang bị cho học viên những kiến thức và kỹ năng cơ bản của Điện từ công suất Mục tiêu của mô đun: ~ Mô tả được đặc trưng và những ứng dụng chủ yếu của các linh kiện Diode, Mosfet, DIAC, TRIAC, IGBT, SCR, GTO. ~ Giải thích được dạng sóng vào, ra ở bộ biển đổi AC-AC. ~ Giải thích được nguyên lý làm việc và tính toán những bộ biến đổi DC-DC. ~ Vận dụng được các kiến thức về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của mạch tạo xung và biến đổi dạng xung.

- Van dụng được các loại mạch điện tử công suất trong thiết bị điện công nghiệp. ~ Chủ động, nghiêm túc trong học tập và công việc. Nội dung của mô đun: % Thời gian (giờ) „| Tên các bài trong mô đun Tổng [Ly Thực 'Kiếm số - |thuyết jhành jtra* 1 |Bàimởđầu: 3 3 Các khái niệm cơ bản 2 __ | Bài 1.Các linh kiện bán dẫn 20 |8 not 3 | Bài 2.Bộ chính lưu 20 |8 not 4 | Bài 3.Bộ biến đổi điện áp xoay | l6 7 9 Ỉ 4 chiều Bài 4.Bộ biến đổi điện áp một | l6 8 8 1 chiều Bài5.Bộ nghịch lưu và bộ biển tần |30 _ [11 18 1 Cộng: 60 |45 j56 BAI MO DAU: CAC KHAI NIEM CO BAN Giới thiệt Hiểu và nắm được các khái niệm của một lượng là rất cẩn thiết, từ đó có thể tư duy tính toán các đại lượng để áp dụng cho từng mạch cụ thể Vi vay bài này cung cắp cho học viên các khái niệm cơ bản của các đại lượng Mục tiêu: - Trinh bay được các khái niệm cơ bản trong điện tử công suất ~ Tính toán được các đại lượng trong điện tử công suất. ~ Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mi, tư duy sáng tạo và khoa học.

Trị trung bình của một đại lượng 1. Trị trung bình của điện áp "Trị trung bình của điện áp là tổng giá trị điện áp đo được chia cho tổng thời Gian làm việc. Trị trung bình của dòng điện Trị trung bình của dòng điện là tổng giá trị dòng điện đo được chia cho tổng thời gian làm việc. 2, Công suất trung bình _.

Công suất trung bình là tổng công suất đo được chia cho tổng thời gian làm việc. Tri số hiệu dụng của dòng điện là dòng một chiều 1 sao cho khi chạy qua cùng một điện trở thì sẽ tạo ra cùng công suất. hiệu dụng dòng điện được tính: 1= Imax/V2 3.Trị hiệu dụng của điện áp Tương tự trị số hiệu dụng của điện áp cũng được tính: U = Umax/V2 4. Hệ số công suất.

Trong biêu thức công suất tác dụng P = Uleosọ, cosọ được gọi là hệ số công suất Hệ số công suất phụ thuộc vào thông số của mạch điện và là chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng, có ý nghĩa rất lớn về kinh tế như sau: 6 Nâng cao hệ công suất nguồn cung cấp cho tải. Khi cần truyền tải L công suất P nhất định trên đường dây thì dòng điện chạy trên đường dây là: P/U cose Nếu cosg cao thi dong dign I sé gidm, dẫn đến giảm tổn hao điện năng, giảm điện áp rơi trên đường dây và có thể chọn dây dẫn tiết diện nhỏ hơn. Để nâng cao coso ta thường dùng tụ điện nổi song song với tái như (hình 1) Hình 1. Nâng cao coso dùng tụ điện nỗi song song với tải BÀI 1: CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CONG SUAT Mã bài: 32-01 Giới Sự ra đời các phần tử kích thước ngày càng nhỏ gọn, khả năng đóng cắt dòng điện và chịu điện áp cao ngày càng lớn với tổn hao công suất giảm đáng kể, ngày càng đáp ứng những yêu cầu phức tạp của các quy luật biến đổi năng lượng trong các bộ biến đôi.

Bài này sẽ trang bị những kiến thức và kỹ năng sử dụng một số linh kiện điện tử công suất. Mục tiêu: - Nhận dạng được các linh kiện điện tử công suất dùng trong các thiết bị điện điện từ ~ Trình bày được cấu tạo các loại linh kiện điện tử công suất ~ Giải thích được nguyên lý làm việc các loại linh kiện. ~ Rèn luyện đức tính cẩn thận, tỉ mi, tư duy sáng tạo và khoa học, đám bảo an toàn, tiết kiệm. Căn cứ vào hoạt động các phần tử bán dẫn ta phân loại được linh kiện bán dẫn 2, Điết.

: : Trinh bay được cấu tạo,nguyên lý hoạt động, đặc tính và các ứng dụng điển hình của điết công suất.Cấu tạo và nguyên lý hoạt động. Cấu tạo Cấu tạo và ký hiệu của điót trên (hình 1-1) Anốt Catôt b Hinh 1-1. Didt Cấu tạo ; b. Ký hiệu Điết là phẩn tử được cấu tạo bởi một lớp tiếp giáp PN.

Điết có 2 cực, andt A là cực nối với lớp bán dẫn P, catôt K là cực nối với lớp bán dẫn kiểu N. Nguyên lý hoạt động Các điết công suất được chế tạo để chịu được một giá trị điện áp ngược nhất định. Điều này đạt được nhờ một lớp bán dẫn n tiếp giáp với lớp p có cấu tạo giống như lớp n nhưng có ít các điện từ tự do hơn. Khi tiếp gidp pn’ được đặt dưới tác dụng của điện áp bên ngoài, nếu điện trường ngoài củng chiều với điện trường E thì vùng nghèo điện tích sẽ mở rộng sang vùng nỉ điện trở tương đương, của điết càng lớn và dòng điện sẽ không thể chạy qua.

Toàn bộ điện áp ngoài sẽ rơi trên vùng nghèo điện tích. Trường hợp này được gọi là điết bị phân cực ngược. ( hình 1-2a) Vùng ít các điện ——— oP 5 0 Hình 1-2a.Bi ốt phân cực ngược Khi điện áp bên ngoài tạo ra điện trường có hướng ngược với điện trường trong E, vùng nghẻo điện tích sẽ bị thu hẹp lại. Nếu áp bên ngoài đủ lớn hơn U khoảng 0,65V, vùng nghèo điện tích sẽ thu hẹp đến bằng không và các điện tích có thé di chuyển tự do qua cấu trúc tỉnh thể của điết.

Dòng điện chạy qua điết lúc này sẽ bị hạn chế do điện trở tải ở mạch ngoài và một phần điện trở trong điết bao gồm điện trở của tỉnh thể bán dẫn do tiếp xúc iữa phần kim loại và bán dẫn, Trường hợp này được gọi là điốt bị phân cực thuận. ( hình 1-2b) Các điện tích tự do được làm ——*—— QP @ i Q" O lạ \ + ttt @ @® t @ 3 @ | + Hướng di chuyển của các điện Hình 1- 2b. Điết bị phân 2. Khảo sát hoạt động didt a.

Thiết bị và dụng cụ chuẩn bị ~ Mudun linh kiện chứa Điốt công suất. - Tải đèn ~ Dây có chốt cắm hai đầu. ~ Nguồn I2VDC l0 - Máy hiện sóng. Qui trình thực hi Hình I-3a Hinh 1-3b ~ Cấp nguồn 12VDC, nối tải bóng đèn và điết như (hình J-3a).

Quan sát hiện tượng ở đèn. Đo Ua+, và Ua¿. Nhận xét kết quả thu được ~ Cấp nguồn 12VDC, nỗi tải bóng đèn và điết như (hình J-3b). Quan sát hiện tượng ở đèn.

Đo Uạ¿, và Uạ¿,. Nhận xét kết quả thu được. ~ Kết luận hoạt động của điót 2. Đặc tính V - A cua did Dic tính gồm2 phần, đó là đặc tính thuận và đặc tính ngược : tính thuận nằm trong góc phần tư thứ nhất tương ứng với Uax > 0.

Đặc tính ngược nằm trong góc phần tư thứ ba tương ứng Uạx < 0. Trên đường đặc tính thuận, nề điện áp anôt — catôt tăng ân từ 0 đến khi vượt qua ngưỡng điện áp Uoo khoảng 0,6V đến 0,7V, gọi là điện áp rơi trên didt theo chiều thuận. Dòng qua điết có thể có giá trị lớn nhưng điện áp rơi trên điết thì hầu như không thay đổi. Như vậy, đặc tính thuận của điốt đặc trưng bởi tính chất có điện trở tương đương nhỏ.

Trên đường đặc tính ngược, nếu điện áp Uy tăng dần từ 0 đến giá trị Unemay £01 li dign ap nguge lớn nhất, khi đó dòng qua điết chỉ có thể có giá trị rất nhỏ gọi là dòng rò, tức điốt cản trở dòng chạy theo chiều ngược. Cho đến khi Unx dat dén giá trị Unemas thi xdy ra hiện tượng dòng qua điốt tăng đột ngột dẫn đến tính chất cản trở dòng điện ngược của điết bị phá vỡ. Quá trình nảy không có tính đảo ngược nghĩa là nếu ta giảm điện áp thì dòng điện cũng không giảm đi. Hiện tượng này gọi là hiện tượng đánh thủng của điốt.(hình 1-4) (a) a (b) Hinh 1-4, Dac tinh V- A của điết 1.

Đặc tính thực tế 1. Đặc tính tuyến tỉnh hoá 2.Đặc tính đóng cắt của điết Dic tính đóng cắt tiêu biểu của một điốt được thể hiện trên (hình 7-5). Đặc tinh déng cit cia didt “Theo hình vẽ ta thấy: -Điết ở trạng thái khóa trong các khoảng thời gian (1) và (6) với điện áp. phân cực ngược và đòng điện bằng không.

~Ở khoảng (2) điót bắt đầu vào dẫn dòng. ~Trong khoảng (3) điết hoàn toàn ở trạng thái dẫn. -Quá trình điết bắt đầu ở khoảng (4). Ở cuối giai đoạn (4), tiếp giáp PN 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 PN được nạp tiếp. tục tới điện áp phân cực ngược. Điện tích Q, là điện tích phục hồi. Thời gian t, giữa đầu giai đoạn (4) đến cuối giai đoạn (5) gọi là thời gian phục hồi.Các thông số cơ bản của điết Khi sử dụng điốt ta cần quan tâm tới các thông sổ sau.