Giáo trình Điện tử công suất ngành Điện tử công nghiệp - Trường Cao đẳng Công nghiệp và Thương mại

Giáo trình điện tử công suất nghề điện tử công nghiệp tại trường cao đẳng Công nghiệp và Thương mại gồm kiến thức về chỉnh lưu, nghịch lưu, biến đổi điện áp.

• Người hướng dẫn: PGS.TS. unknown
• Trường học: Trường Cao đẳng Công nghiệp và Thương mại Vĩnh Phúc
• Chuyên ngành: Điện tử công suất
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Vĩnh Phúc

Tóm tắt

I. Tổng quan về Điện tử Công suất

Điện tử công suất là ngành học về các thiết bị và hệ thống điện tử công suất cao. Ngành này nghiên cứu về các linh kiện bán dẫn công suất, các mạch chỉnh lưu, mạch nghịch lưu, thiết bị biến tần và biến đổi xung áp. Điện tử công suất được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như công nghiệp, giao thông vận tải, y tế và năng lượng tái tạo.

1.1. Linh kiện Bán dẫn Công suất

Linh kiện bán dẫn công suất là các thiết bị điện tử có khả năng điều khiển và chuyển đổi điện năng. Các linh kiện này bao gồm thyristor, GTO, IGBT và MOSFET. Mỗi loại linh kiện có đặc điểm và ứng dụng riêng.

1.2. Các Mạch Chỉnh Lưu

Các mạch chỉnh lưu là các mạch điện tử dùng để chuyển đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều. Các mạch chỉnh lưu có thể được phân loại thành hai loại: chỉnh lưu không điều khiển và chỉnh lưu có điều khiển.

II. Phân tích Vấn đề về Điện tử Công suất

Điện tử công suất là một ngành học phức tạp và đòi hỏi sự hiểu biết sâu về các linh kiện bán dẫn công suất và các mạch điện tử. Tuy nhiên, việc thiết kế và chế tạo các thiết bị điện tử công suất cao cũng gặp phải nhiều thách thức như nhiệt độ, điện áp và dòng điện.

2.1. Vấn đề Nhiệt độ

Nhiệt độ là một trong những yếu tố quan trọng nhất trong thiết kế và chế tạo các thiết bị điện tử công suất cao. Nhiệt độ có thể ảnh hưởng đến hiệu suất và tuổi thọ của các linh kiện bán dẫn công suất.

2.2. Vấn đề Điện áp và Dòng điện

Điện áp và dòng điện cũng là những yếu tố quan trọng trong thiết kế và chế tạo các thiết bị điện tử công suất cao. Điện áp và dòng điện có thể ảnh hưởng đến hiệu suất và an toàn của các thiết bị điện tử công suất cao.

III. Giải pháp và Phương pháp về Điện tử Công suất

Để giải quyết các vấn đề về điện tử công suất, cần có các giải pháp và phương pháp phù hợp. Các giải pháp và phương pháp này bao gồm việc sử dụng các linh kiện bán dẫn công suất cao, thiết kế và chế tạo các mạch điện tử công suất cao và sử dụng các công nghệ mới như biến tần và biến đổi xung áp.

3.1. Sử dụng Linh kiện Bán dẫn Công suất Cao

Sử dụng các linh kiện bán dẫn công suất cao là một trong những giải pháp để giải quyết các vấn đề về điện tử công suất. Các linh kiện này có khả năng điều khiển và chuyển đổi điện năng với hiệu suất cao.

3.2. Thiết kế và Chế tạo Mạch Điện tử Công suất Cao

Thiết kế và chế tạo các mạch điện tử công suất cao cũng là một giải pháp quan trọng. Các mạch điện tử này cần được thiết kế và chế tạo để có thể hoạt động với hiệu suất cao và an toàn.

IV. Kết luận và Ứng dụng về Điện tử Công suất

Điện tử công suất là một ngành học quan trọng và có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau. Các thiết bị điện tử công suất cao được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như công nghiệp, giao thông vận tải, y tế và năng lượng tái tạo.

4.1. Ứng dụng trong Công nghiệp

Điện tử công suất được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp để điều khiển và chuyển đổi điện năng. Các thiết bị điện tử công suất cao được sử dụng trong các máy móc và hệ thống công nghiệp.

4.2. Ứng dụng trong Giao thông Vận tải

Điện tử công suất cũng được ứng dụng trong giao thông vận tải để điều khiển và chuyển đổi điện năng. Các thiết bị điện tử công suất cao được sử dụng trong các phương tiện giao thông như ô tô, tàu hỏa và máy bay.

Nội dung chính

GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT: CẤU TRÚC NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP VÀ HỆ THỐNG KIẾN THỨC CHUYÊN NGÀNH

Tổng quan về giáo trình (250-300 từ)

Giáo trình Điện tử công suất (Mã mô đun: MĐCC14020021) là tài liệu đào tạo chuyên ngành thuộc chương trình đào tạo nghề Điện tử công nghiệp trình độ Trung cấp và Cao đẳng nghề, được ban hành theo quyết định của Trường Cao đẳng Công nghiệp và Thương mại Vĩnh Phúc (Bộ Công Thương). Trong khung chương trình đào tạo, mô đun này được bố trí giảng dạy sau khi người học đã hoàn thành hai mô đun tiên quyết là Kỹ thuật mạch điện tử 1 và Kỹ thuật mạch điện tử 2.

Chương trình có tổng thời lượng 60 giờ định mức, được phân bổ gồm 30 giờ lý thuyết, 27 giờ thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập và 3 giờ kiểm tra đánh giá định kỳ. Mục tiêu học tập của giáo trình tập trung vào việc trang bị cho người học kiến thức về cấu tạo, đặc tính kỹ thuật, thông số cơ bản của các phần tử bán dẫn công suất; sơ đồ và nguyên lý hoạt động của các bộ biến đổi năng lượng điện bao gồm: mạch chỉnh lưu không điều khiển, mạch chỉnh lưu có điều khiển, mạch nghịch lưu, thiết bị biến tần và bộ biến đổi xung áp.

Giáo trình tiếp cận theo phương pháp kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết giải tích tham số mạch và quy trình thực nghiệm đo kiểm. Cấu trúc bài học dẫn dắt từ các linh kiện bán dẫn đơn lẻ, phân tích các cấu hình mạch biến đổi cơ bản một pha, ba pha cho đến các hệ thống biến đổi công suất hoàn chỉnh. Điểm đặc thù của tài liệu là tích hợp các hướng dẫn thí nghiệm chi tiết trên bảng mạch module thực hành, giúp liên kết trực tiếp giữa các công thức giải tích với các dạng sóng đo đạc thực tế trên thiết bị chuyên dụng.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi (500-600 từ)

Các chương/chủ đề chính

Giáo trình được cấu trúc thành 6 bài học chính theo tiến trình logic từ linh kiện cơ sở đến hệ thống mạch biến đổi phức tạp:

• Bài 1: Các phần tử bán dẫn công suất (6 giờ): Khảo sát cấu tạo, nguyên lý đóng/cắt, đặc tuyến V-A và các thông số giới hạn của Diode công suất (cấu trúc $PsN$), Transistor lưỡng cực BJT (3 miền khuếch tán, ghép Darlington, kỹ thuật epitaxi), MOSFET công suất (V-MOSFET, D-MOSFET), IGBT, Thyristor (SCR), Triac và Thyristor triệt tiêu bằng cực cổng (GTO).
• Bài 2: Các mạch chỉnh lưu không điều khiển (15 giờ): Phân tích sơ đồ nguyên lý, dạng sóng điện áp, dòng điện, công suất và hệ số gợn sóng của bộ chỉnh lưu một pha bán kỳ ($M1$), chỉnh lưu toàn kỳ có điểm giữa biến áp ($M2$), chỉnh lưu cầu một pha ($B2$), chỉnh lưu ba pha hình tia ($M3$) và chỉnh lưu cầu ba pha ($B6$) với các dạng tải thuần trở ($R$) và tải cảm ($RL$).
• Bài 3: Các mạch chỉnh lưu có điều khiển (15 giờ): Khảo sát nguyên lý điều khiển góc kích $\alpha$ trên linh kiện Thyristor trong các sơ đồ chỉnh lưu một pha và ba pha.
• Bài 4: Mạch nghịch lưu (khái niệm chung và nghịch lưu dòng điện): Trình bày nguyên lý biến đổi năng lượng từ nguồn một chiều ($DC$) thành nguồn xoay chiều ($AC$).
• Bài 5: Thiết bị biến tần (9 giờ): Phân loại và phân tích nguyên lý hoạt động của bộ biến tần trực tiếp, bộ biến tần gián tiếp cùng các ứng dụng thực tế trong điều khiển động cơ.
• Bài 6: Bộ biến đổi xung áp (6 giờ): Khảo sát các bộ biến đổi xung áp một chiều (nối tiếp, song song, đảo chiều) và bộ biến đổi xung áp xoay chiều (một pha, ba pha).

   [Bài 1: Linh kiện bán dẫn]
   (Diode, BJT, MOSFET, IGBT, SCR, GTO)
   [Bài 2 & 3: Mạch Chỉnh lưu]
   (Không điều khiển & Có điều khiển: M1, M2, B2, M3, B6)
   [Bài 4, 5 & 6: Biến đổi Năng lượng Nâng cao]

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình xây dựng hệ thống lý thuyết nền tảng dựa trên các quy luật đóng cắt của linh kiện bán dẫn công suất và lý thuyết mạch phi tuyến:

• Mô hình tính toán sụt áp và tổn hao: Xác định điện áp thuận $U_F = U_{(TO)} + r_F \cdot I_F$ dựa trên điện áp ngưỡng $U_{(TO)}$ và điện trở động $r_F$; tính toán công suất tiêu tán trên linh kiện qua hệ số hình dáng dòng điện $F = I_{FRMS} / I_{FAV}$.
• Cơ sở chuyển mạch và san phẳng: Phân tích các thông số số xung mạch biến đổi ($p$), số nhóm chuyển mạch ($s$), số nhánh đảo mạch ($q$) và hệ số gợn sóng ($w$) của các mạch chỉnh lưu ($w = 121%$ ở sơ đồ $M1$; $w = 48{,}3%$ ở $B2$; $w = 17{,}7%$ ở $M3$; $w = 4{,}2%$ ở $B6$).
• Tính toán máy biến áp nguồn: Xây dựng khái niệm công suất ước lượng máy biến áp ($S$) có tính đến thành phần dòng một chiều và sóng hài bậc cao phía thứ cấp.

Kỹ năng phát triển

• Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Nhận diện, phân tích sơ đồ chân, đo kiểm tra chất lượng linh kiện bán dẫn công suất bằng đồng hồ vạn năng (VOM); thiết lập mạch lái (Driver), mạch cách ly quang học sử dụng Opto P521 và các vi mạch cầu H tích hợp (L293, L298).
• Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Đọc và phân tích giản đồ dạng sóng điện áp ngõ vào, ngõ ra, điện áp ngược $U_{RRM}$ trên van, dòng điện qua tải và xác định độ lệch pha dòng - áp trên máy hiện sóng (Oscilloscope).
• Năng lực thực hành chuyên môn (Practical competencies): Lắp ráp, cân chỉnh các mạch chỉnh lưu, mạch băm xung áp, mạch nghịch lưu; bảo vệ quá dòng, quá áp, quá nhiệt cho linh kiện và chẩn đoán, sửa chữa các sai hỏng trong hệ thống biến đổi điện năng.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập (300-350 từ)

Giáo trình áp dụng phương pháp sư phạm tích hợp theo định hướng thực hành nghề nghiệp, trong đó thời lượng được phân bổ cân bằng giữa lý thuyết giải tích (30 giờ) và thực hành, thí nghiệm (27 giờ). Tiến trình giảng dạy mỗi bài học được xây dựng theo chu trình chuẩn: giới thiệu nguyên lý cấu tạo $\rightarrow$ thiết lập mô hình tính toán tham số $\rightarrow$ khảo sát sơ đồ ứng dụng $\rightarrow$ thực hành thí nghiệm và đo đạc thông số.

Hệ thống bài tập và thực hành trong giáo trình được biên soạn dưới dạng các quy trình từng bước (step-by-step) trên bộ kit thí nghiệm chuyên dụng:

• Khảo sát linh kiện: Các bài tập hướng dẫn lắp jumper trên khối mạch DRIVER, khối LOAD ($Z$), điều chỉnh nguồn điện áp điều khiển $0 - 10\text{V}$, xác định điện áp thềm $V_{GS(th)}$, dòng bão hòa $I_{DSAT}$ của MOSFET, dòng kích $I_G$ của IGBT và điều kiện kích ngắt bằng xung âm đối với Thyristor GTO.
• Khảo sát mạch biến đổi: Các bài thực hành chỉnh lưu một nửa chu kỳ, chỉnh lưu cầu và chỉnh lưu ba pha yêu cầu học viên kết nối máy hiện sóng ở chế độ kích hoạt (Trigger LINE, tỷ lệ $36^\circ/\text{độ chia}$), tiến hành vẽ lại dạng sóng điện áp $U_s$, $U_d$, dòng điện $I_d$ trên tải $R$ và tải $RL$.

Phương pháp đánh giá kết quả học tập bao gồm đánh giá quá trình thông qua các phiếu thực hành đo đạc, kiểm tra kỹ năng phân tích dạng sóng và bài kiểm tra định kỳ (3 giờ) kết hợp giữa giải bài toán mạch và thao tác trực tiếp trên thiết bị thí nghiệm. Đối với việc tự học, giáo trình cung cấp hệ thống câu hỏi so sánh bản chất dạng sóng, hướng dẫn học viên phương pháp tra cứu các bảng thông số kỹ thuật (datasheet) về dòng điện đỉnh, điện áp đánh thủng $U_{DRM}, U_{RRM}$ và dòng duy trì $I_H$ của linh kiện.

---

Điểm nổi bật và cập nhật (250-300 từ)

Giáo trình thể hiện tính thực tiễn và tính hệ thống kỹ thuật thông qua việc đưa vào các nội dung chuyên sâu về phần tử bán dẫn và mạch điều khiển ứng dụng:

• Phân loại đa dạng các linh kiện công suất: Không dừng lại ở các linh kiện truyền thống như Diode hay Thyristor thông thường, tài liệu cập nhật chi tiết cấu trúc bán dẫn và phương pháp điều khiển các linh kiện chịu tải lớn và tần số cao như V-MOSFET, D-MOSFET, IGBT, Triac (mã linh kiện thực tế 2N6344 của hãng ON Semiconductor) và Thyristor GTO có dải làm việc lên tới $850\text{A} - 4500\text{V}$ và $6000 - 7000\text{A}$.
• Tích hợp các giải pháp điều khiển và bảo vệ mạch: Giáo trình đưa vào các mạch điều khiển động cơ DC dùng cầu H với mạch kích cách ly quang Opto P521, các IC chuyên dụng tích hợp bảo vệ dòng như L293 ($36\text{V} / 1{,}2\text{A}$) và L298 ($46\text{V} / 4\text{A}$); phân tích cấu hình bộ cắt dòng $400\text{A}$ dùng 6 Transistor $70\text{A}$ ghép song song cùng tầng lái 3 Transistor $20\text{A}$ ứng dụng trong kỹ thuật hàng không.
• Phương pháp tính toán sát với thực tế công nghiệp: Giới thiệu phương pháp thiết kế bộ nguồn xung chuyển mạch (SMPS) dải tần $15 - 30\text{kHz}$ theo nguyên lý biến đổi đồng dẫn đơn, giải bài toán dòng gợn sóng, quá áp chuyển mạch và tính toán công suất biểu kiến máy biến áp tương ứng với các kiểu đấu dây $Dy, Dz, Yz$.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình (200-250 từ)

Giáo trình được biên soạn phục vụ các nhóm đối tượng cụ thể trong hệ thống đào tạo kỹ thuật và thực hành nghề:

• Sinh viên và học viên: Dành cho học sinh, sinh viên trình độ Trung cấp, Cao đẳng nghề và Đại học định hướng ứng dụng thuộc các ngành: Điện tử công nghiệp, Kỹ thuật điện tử, Tự động hóa và Điện công nghiệp.
• Yêu cầu tiên quyết: Người học cần hoàn thành các học phần Toán giải tích kỹ thuật, Vật lý bán dẫn, Kỹ thuật mạch điện tử 1 và Kỹ thuật mạch điện tử 2, nắm vững lý thuyết mạch xoay chiều một pha, ba pha và các định luật phân tích mạch cơ bản.
• Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy chuẩn để xây dựng đề cương chi tiết, giáo án lý thuyết, bài tập phân tích mạch và hướng dẫn thực hành tại phòng thí nghiệm Điện tử công suất.
• Kỹ thuật viên và kỹ sư thực hành: Sử dụng làm tài liệu tham khảo tại doanh nghiệp để tra cứu đặc tính van bán dẫn, phương pháp ghép song song van công suất lớn, quy trình chẩn đoán sự cố trên các bộ biến tần và chỉnh lưu công nghiệp.

---

Câu hỏi thường gặp (250-300 từ)

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình phù hợp với học sinh, sinh viên hệ trung cấp, cao đẳng và đại học kỹ thuật theo học chuyên ngành Điện tử công nghiệp, Tự động hóa, cùng các kỹ thuật viên vận hành hệ thống điện tử công suất.

2. Cần kiến thức nền nào để học?

Người học bắt buộc phải hoàn thành các mô đun Kỹ thuật mạch điện tử 1 và Kỹ thuật mạch điện tử 2, có kiến thức nền tảng về linh kiện bán dẫn cơ bản, lý thuyết mạch điện một chiều, xoay chiều một pha và ba pha.

3. Điểm khác biệt với giáo trình khác?

Tài liệu kết hợp trực tiếp giữa bài toán giải tích tham số mạch với các phiếu hướng dẫn thí nghiệm từng bước, có sơ đồ jumper chi tiết, tập trung vào các linh kiện đóng cắt hiện đại (GTO, IGBT, MOSFET) và IC điều khiển thực tế (L293, L298).

4. Làm sao để tự học hiệu quả?

Học viên cần phối hợp việc giải các bài tập tính toán dòng áp trung bình, hệ số gợn sóng với việc tra cứu bảng thông số datasheet của linh kiện, đồng thời luyện tập đọc dạng sóng điện áp - dòng điện trên máy hiện sóng mô phỏng hoặc thiết bị thực.

5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo?

Chương trình học đi kèm các tài liệu hướng dẫn thực hành trên bảng mạch module chuyên dụng, sơ đồ nguyên lý các khối mạch DRIVER, LOAD, cùng các biểu đồ dạng sóng chuẩn để đối chiếu kết quả đo.

---

Kết luận (150 từ)

Giáo trình Điện tử công suất cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện về các linh kiện bán dẫn công suất từ cơ bản đến nâng cao và các cấu hình mạch biến đổi năng lượng điện chính: AC-DC (chỉnh lưu), DC-AC (nghịch lưu), AC-AC và DC-DC (biến tần, xung áp).

Lộ trình học tập được thiết kế khoa học: bắt đầu từ việc nắm vững cấu tạo, đặc tuyến linh kiện bán dẫn $\rightarrow$ phân tích mạch chỉnh lưu không điều khiển và có điều khiển $\rightarrow$ nghiên cứu thiết bị nghịch lưu, biến tần và bộ biến đổi xung áp $\rightarrow$ thực hành lắp ráp, đo kiểm và sửa chữa sai hỏng trên thiết bị. Để hoàn thiện kiến thức, người học nên kết hợp nghiên cứu sổ tay tra cứu linh kiện bán dẫn công suất, tài liệu kỹ thuật của các IC chuyên dụng và phần mềm mô phỏng mạch điện tử chuyên ngành.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP VÀ THƯƠNG MẠI GIÁO TRÌNH Tên mô đun: Điện tử công suất NGHỀ: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP/CAO ĐẲNG NGHỀ Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-CĐCNPY, ngày tháng năm 2018 của Hiệu trưởng trường Cao đẳng Công nghiệp và Thương mại Vĩnh Phúc, năm 2018 0 Mục Lục Bài 1. Các phần tử bán dẫn công suất .7 Gate Turn off Thysistor GTO. Các mạch chỉnh lưu không điều khiển.1 Bộ chỉnh lưu một pha .2 Bộ chỉnh lưu ba pha. Các mạch chỉnh lưu có điều khiển.1 Bộ chỉnh lưu một pha .2 Mạch chỉnh lưu công suất 3 pha có điều khiển .1 Khái niệm chung về mạch nghịch lưu.3 Nghịch lưu dòng điện.

Thiết bị biến tần .1 Khái niệm chung .2 Biến tần gián tiếp.3 Bộ biến tần trực tiếp .1 Nguyên lý biến tần trực tiếp.4 Các ứng dụng của bộ biến tần trong thực tế. Bộ biến đổi xung áp .1 Khái niệm chung .2 Xung áp một chiều nối tiếp .3 Xung áp một chiều song song .4 Xung áp một chiều đảo chiều .5 Xung áp xoay chiều một pha .6 Xung áp xoay chiều ba pha.7 Khảo sát bộ biến đổi xung áp một chiều và xoay chiều. 110 1 CHƯƠNG TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: Điện tử công suất Mã mô đun: MĐCC14020021 Thời gian thực hiện mô đun: 60h (Lý thuyết: 30 h; Thực hành: 27 h; Kiểm tra 3h) I. VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MÔ ĐUN: - Vị trí: Mô đun được bố trí dạy sau các mô đun: Kỹ thuật mạch điện tử 1, kỹ thuật mạch điện tử 2.

- Tính chất: là mô đun chuyên ngành II. MỤC TIÊU MÔ ĐUN: - Về kiến thức: + Nêu được cấu tạo, đặc điểm nhận dạng và các thông số cơ bản của linh kiện bán dẫn công suất. + Nêu được sơ đồ cấu tạo của các mạch chỉnh lưu có điều khiển, chỉnh lưu không điều khiển, mạch nghịch lưu, mạch xung áp, thiết bị biến tần. + Trình bày được nguyên lý hoạt động của các mạch chỉnh lưu có điều khiển, chỉnh lưu không điều khiển, mạch nghịch lưu, mạch xung áp, thiết bị biến tần.

- Kỹ năng : + Đo và kiểm tra được chất lượng của các linh kiện bán dẫn công suất. + Lắp ráp và cân chỉnh được các mạch điện tử cơ bản: mạch chỉnh lưu có điều khiển, mạch chỉnh lưu không điều khiển, mạch nghịch lưu, thiết bị biến tần, biến đổi xung áp. + Sửa chữa được những hư hỏng thường gỉp của : mạch chỉnh lưu có điều khiển, mạch chỉnh lưu không điều khiển, mạch nghịch lưu, thiết bị biến tần, biến đổi xung áp. - Năng lực tự chủ và trách nhiệm + Nghiêm túc, cẩn thận, sáng tạo, đảm bảo an toàn cho người và thiết bị trong quá trình học tập.

+ Năng lực làm việc độc lập và làm việc theo nhóm để giải quyết các vấn đề liên quan đến nội dung học tập. NỘI DUNG MÔ ĐUN: 1. Nội dung tổng quát và phân phối thời gian: Thời gian Thực Số Tên các bài trong mô đun Tổng Lý hành, Kiểm TT số thuyết thí tra nghiệm, 2 thảo luận, bài tập 1. Các phần tử bán dẫn công suất 6 3 3 1.

Gate Turn off Thyristor GTO 2. Các mạch chỉnh lưu không điều 15 7 7 1 khiển 1. Bộ chỉnh lưu một pha 1. Bộ chỉnh lưu ba pha 3.

Các mạch chỉnh lưu có điều 15 7 8 khiển 3. Bộ chỉnh lưu một pha 3. Bộ chỉnh lưu ba pha 4. Khái niệm chung về mạch nghịch lưu.

Nghịch lưu dòng điện 5. Thiết bị biến tần 9 6 3 5. Khái niệm chung 5. Bộ biến tần gián tiếp 5.

Bộ biến tần trực tiếp 5. Các ứng dụng của bộ biến tần trong thực tế 6. Bộ biến đổi xung áp 6 3 2 1 1. Khái niệm chung 1.

Xung áp một chiều nối tiếp 1. Xung áp một chiều song song 1. Xung áp một chiều đảo chiều 1. Xung áp xoay chiều một pha 3 1.

Xung áp xoay chiều 3 pha 1. Khảo sát bộ biến đổi xung áp một chiều và xoay chiều. Các phần tử bán dẫn công suất Giới thiệu Bài học này giới thiệu về nguyên lý đóng/cắt mạch điện xoay chiều và một chiều bằng linh kiện bán dẫn công suất : Diode, BJT, VMOSFET, thyristor, ELR.phương pháp này đã dần thay thế các thiết bị đóng/căt cơ học do có nhiều ưu điểm, đặc biệt đối với các ứng dụng yêu cầu tốc độ và tần suất đóng/cắt cao. Mục tiêu Kiến thức: Æ Phát biểu được đặc tính, nguyên lý hoạt động của các linh kiện điện tử công suất theo nội dung đã học.

Æ Hiểu được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của linh kiện điện tử công suất Kỹ năng: Æ Kiểm tra chất lượng của linh kiện điện tử công suất đúng yêu cầu kỹ thuật. Æ Thực hiện bảo vệ quá dòng, quá áp, và quá nhiệt cho linh kiện công suất hoạt động trong thời gian lâu dài. Thái độ: Æ Rèn luyện tính tư duy, sáng tạo, an toàn trong học tập 1. Linh kiện điện tử công suất Mục tiêu Æ Phát biểu được đặc tính, nguyên lý hoạt động của các linh kiện điện tử công suất theo nội dung đã học.

Æ Kiểm tra chất lượng của linh kiện điện tử công suất đúng yêu cầu kỹ thuật.1 Diode Khác với diode thường, về mặt cấu tạo diode công suất bao gồm 3 vùng bán dẫn silic với mật độ tạp chất khác nhau gọi là cấu trúc PsN, giữa hai vùng bán dẫn PN là một vùng có mật độ tạp chất rất thấp (vùng S) (hình 2.1 Cấu tạo và ký hiệu điện diode công suất PsN 5 1.1 Đặc tuyến V – A Đường đặc tính diode công suất rất gần với đặc tính lý tưởng (hình 2.2), trong đó đoạn đặc tính thuận có độ dốc rất thẳng đứng (hình 2.2b) vì vây, nhiệt độ trên diode xem như không đổi, điện áp thuận trên diode là tổng giữa điện áp ngưỡng U (TO ) không phụ thuộc dòng điện với thành phần điện áp tỉ lệ với dòng điện thuận chảy qua diode. Giả sử nhiệt độ là hằng số, điện áp thuận trên diode được tính theo công thức gần đúng sau : ∆U F Với rF : Điện trở động theo chiều thuận rF = ∆I F Các ký hiệu thường dùng trong thiết kế : F = Forward để chỉ trạng thái dẫn theo chiều thuận, R = Reverse để chỉ trạng thái khóa trong vùng nghịch Hình 2.2 a) Đặc tính diode lý tưởng ; b) đặc tính diode thực tế 1.2 Ví dụ Một diode công suất có đặc tính như sau: Điện áp ngưỡng U(TO) = 0,85v Điện trở động rF = 8mΩ Với dòng chảy qua cố định I F = 50A, suy ra điện áp thuận trên diode là: U F = U (TO ) + rF .3 Hệ số hình dáng Độ tin cậy của diode được đánh giá qua khả năng chịu tải ở chế độ làm việc dài hạn với tần số lưới điện 50-60Hz và nhiệt độ tại mối nối phụ thuộc rất lớn vào công suất tiêu tán, nhiệt trở và điều kiện tỏa nhiệt của diode Trong ví dụ 1.2, dòng qua diode có giá trị cố định là trường hợp hiếm khi xảy ra. Trên thực tế, dòng qua diode có dạng xung và gồm hai giá trị: Giá 6 trị hiệu dụng và giá trị trung bình, như trong trường hợp chỉnh lưu 3 pha bán kỳ (M3) thời gian dẫn của mỗi diode là T/3.3 trình bày các giá trị của i đo bằng dụng cụ đo chỉ thị kim Hình 2.3 Đồ thị thời gian dòng thuận của dioe, giá trị trung bình và hiệu dụng Trong số tay tra cứu thường cho giá trị trung bình I FAV của diode.3 cho thấy các giá trị này được tính từ chuỗi xung dòng qua diode. Mặt khác giá trị hiệu dụng I FRMS được đo bằng đồng hồ Sự khác nhau giữa dòng điện đo bằng đồng hồ với dòng tính toán được thể hiện F, đó là tỉ số giữa giá trị hiệu dụng với giá trị trung bình.3 Vì hệ số giá trị F thuộc vào dạng dòng điện nên trong thực tế đối với các dạng tín hiệu thông dụng khi biết F và một trong hai giá trị, có thể tìm được giá trị còn lại một cách dễ dàng (hình 2.4 Hệ số hình dáng các dạng dòng điện quan trọng 1.4 Công suất trên diode khi dẫn điện Công suất rơi trên diode được tính theo công thức 1.5 Ví dụ Một diode công suất có: IFAV = 25A, IFRMS = 48A, U(TO) = 0,75v và rF = 8mΩ được xử dụng trong một mạch chỉnh lưu cầu với tải điện trở có Id = 40A.

Kiểm tra khả năng chịu đựng của diode Cả hai giá trị dòng điện đều nhỏ hơn trị số cho phép, công suất rơi trên diode được tính như sau: 1.6 Điều kiện chuyển mạch và điện áp nghịch Một diode được điều khiển dẫn hay tắt là do cực tính điện áp đặt trên nó, nhưng diode chỉ chuyển sang trạng thái tắt khi dòng qua diode bằng 0 (hình 2.5 Diode như 1 công tắc điều khiển bằng điện áp Trong hình trình bày một công tắc diode lý tưởng đáp ứng được các điều kiện sau: - Công tắc hở khi U < 0v - Công tắc đóng khi U > 0v - Công tắc hở khi IF < 0A Trong quá trình làm việc thường xuất hiện các xung nhiễu làm cho điện áp nghịch tức thời đặt lên diode tăng nhưng không được vượt quá trị số cho phép URRM, trong mạch chỉnh lưu trị số này được chọn với hệ số an toàn từ 1,5. U Nếu ngõ ra mạch chỉnh lưu có dùng tụ lọc thì điện áp nghịch đặt trên diode bằng 2 lần giá trị đỉnh của điện áp xoay chiều ở ngõ vào ∧ URRM » (1,5.7 Phân loại diode công suất Dựa trên lĩnh vực ứng dụng, các diode công suất được chia thành các loại như sau: Æ Diode tiêu chuẩn (tốc độ chậm) dùng cho các yêu cầu thông thường với tần số làm việc từ 50.60Hz Æ Diode công suất lớn với dòng cho phép đến 1,5KA Æ Diode điện áp cao với điện áp nghịch cho phép đến 5KV Æ Diode tốc độ nhanh với thời gian trì hoãn ngắn, có đặc tính động và hiệu suất cao. 9 Æ Các diode cho phép làm việc với xung điện áp nghịch trong một khoảng thời gian ngắn 1.2 Transistor BJT Do đặc tính của vật liệu chế tạo, cho đến nay vẫn còn tồn tại mâu thuẩn giữa hai yêu cầu: Chịu đựng được điện áp cao và dòng tải lớn trong 1 transistor công suất. Transistor công suất được chia làm 3 loại như sau: 1.1 Transistor 3 miền khuếch tán Cấu tạo loại này là 1 transistor NPN được chế tạo dựa trên nền bán dẫn loại N có mật độ tạp chất thấp.