DTCSIIAReview
Điều chế vecto không gian SVM
Không gian vecto có 6 sections:
1
st
Section : V1-V2 (α < π/3)
2
nd
Section : V2-V3 (π/3 ≤ α ≤ 2π/3)
……………………………………
6
th
Section : V6-V1 (5π/3 ≤ α ≤ 2π)
Steps:
Cho
* *
.
j
V V e



từ α xem V
*
thuộc section nào

chiếu V
*
lên 2 vecto của section đó
theo công thức:
*

1
. .
a b
n n
C C
t t
V V V
T T

 

 
với n = 1÷6 ứng với thứ tự của section.
Với
*
0
*
3
sin .
3
3
1
sin .
3
C
a
dc
C a b
C
b

dc
T V
n
t
V
t T t t
T V
n
t
V
 
 

 

 
 

 

   



 

 
 

 






qui luật dk các switch sao cho chuyen mach it nhat.
Example:
Cho
* * *
2
. / 2 2 sec 2
j
nd
V V e V tion n

 
      

*
2 3
. .
a b
C C
t t
V V V
T T
  

 





Produced with a Trial Version of PDF Annotator - www.PDFAnnotator.com
Với:
*
*
0
*
*
3
3
2
sin .
3 2 2
3
3
2 1
sin .
2 3 2
C
C
a
dc dc
C a b
C
C
b
dc dc
T V

T V
t
V V
t T t t
T V
T V
t
V V





 

  
 

 

   



 

  
 

 





Qui luat dong ngat cac switch voi chuyen mach it nhat:

Điều chế theo mẩu
Dieu che doi xung :
C
O
f
N
f

Với:
C
f : la tan so song mang tam giac cung chinh la tan so lay mau
O
f : la tan so song chuan hinh sin

Tính toan cac gia tri T1,T2:
1( )
( )
2 2
s C a
n
C
T U u n
T
U

 


 
 

2( ) 1
( )
n S
T T T n 
.2
( ) .sin
a M
n
u n U
N

 

 
 

Với:
1
S
C
T
f

C

U : la bien do mang tam giac
M
U : la bien do song chuan hinh sin
( )
a
u n : ap chuan tai chu ky lay mau thu n
Note: de thi cho N = 1000 va n = 120
BBD DC 1/4 mp
Xem vi du 6.1 chương 6
Giai thich mot mach nghich luu


May giai thich mach moi di!



Mach tat nhanh mo cham
Vi du


Xet su mo cham:

(R2 chi dong vai tro xa dien tich cho mosFET)

Thoi gian len:
 
5 3 sinhky
R R C

 

Khi R
5
kha lớn thì
 
5 3 sinh 5 sinhky ky
R R C R C

   cung lớn nên làm chậm thoi gian mo MosFET
Xet su tat nhanh:
Tuong tu co
3 sinh
.
ky
R C


Khi
3
R co gia tri kha be thi
3 sinh
.
ky
R C

 cung be nen lam nhanh thoi gian tat MosFET
Bai tap
Coming soon…


Trang 1/ chuong 1.doc Dàn bài Điện tử công suất II A

Môn học ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT II A
THIẾT KẾ - ĐIỀU KHIỂN - ỨNG DỤNG)

TÀI LIỆU THAM KHAŒO
- Power Electronics : Converters , Applications , and Design , NED MOHAN ,
New York, John Wiley, 3 rd edition 2003 .
- Electric drives, Ion Boldea, CRC, 2
nd
edition 2005
- Modern Power Electronics and AC Drives, B.K.Bose, Prentice Hall,
Englewood Cliffs, N. J., 2003
- Điều chỉnh Tự động Truyền động điện, Bùi Quốc Khánh và một số tác giả khác,
NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà nội, in lần 2, 2001
- Điều khiển số động cơ điện, Vũ văn Doanh, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà nội,
1999

CHƯƠNG TRÌNH
Chương một : Các ngắt điện bán dẫn
Tính chọn và bảo vệ – Mạch lái ngắt điện.
Chương hai : Bộ nguồn một chiều bán dẫn
Các bộ nguồn một chiều điều khiển pha : Sơ đồ khối - phạm vi ứng dụng – Các
bước thiết kế – Tính toán mạch lọc
Mạch phát xung điều khiển pha
Hệ thống điều khiển nhiều vòng.
Cấp điện đóng ngắt: Sơ đồ khối – Khảo sát cấp điện dùng bộ biến đổi loại Flyback. –
Mạch điều khiển.
Chương ba: Hệ thống điều khiển động cơ một chiều dùng bộ biến đổi
Các vấn đề của truyền động điện tự động dùng bộ biến đổi
Sơ đồ hệ thống chỉnh lưu động cơ và các chế độ làm việc – Giới thiệu bộ biến đổi đảo
chiều và truyền động điện đảo chiều quay.

Hệ thống dùng bộ biến đổi áp một chiều (Chopper) – Hệ thống điều khiển động cơ chấp
hành một chiều.
HT điều khiển động cơ bước.
Chương bốn : Hệ thống điều khiển động cơ xoay chiều dùng bộ biến đổi
Đặc tính động cơ xoay chiều : Phương trình đặc tính cơ - sự làm việc ở nguồn không
hình sin.
Điều chỉnh áp động cơ xoay chiều : sơ đồ khởi động động cơ KĐB.
Điều chỉnh tần số động cơ xoay chiều : các nguyên tắc thay đổi điện áp , hạn chế sóng
hài - sơ đồ điều khiển nghòch lưu nguồn áp - sơ đồ điều khiển biến tần V/F . Điều khiển vecto.
Điều khiển động cơ đồng bộ.
Trang 2/ chuong 1.doc Dàn bài Điện tử công suất II A
Chương năm: Bộ nguồn xoay chiều bán dẫn
Nguồn tần số công nghiệp : Nguyên lý Ổn áp AC và UPS.
Nguồn tần số cao và gia nhiệt cảm ứng : nguyên tắc gia nhiệt cảm ứng - nghòch lưu nối
tiêp - nghòch lưu song song . Các bộ nguồn tần số cao dùng thyristor
***********************************************************************************
CHƯƠNG MỘT :
NGẮT ĐIỆN BÁN DẪN
I. TÍNH CHỌN NĐBD :
1. Loại linh kiện công suất:
a. Diod: - Chỉnh lưu (+ tần số thấp),
phục hồi nhanh (fast recovery) làm việc ở tần số cao.
- công nghệ thường – sụt áp mối nối pn ≈ 0.7 V, Schotty – sụt áp mối
nối pn ≈ 0.3 V, chỉnh lưu tần số cao nhưng áp khóa thấp.
b. SCR: - Chỉnh lưu, Nghòch lưu.
- Đặc tính cực cổng: amplified: dòng kích bé, LASCR: kích bằng
quang
c. GTO và Thyristor-có-cấu-trúc-phức-tạp: Sử dụng cho bộ biến đổi dùng NĐBD một
chiều (tắt cưỡng bức) ở công suất lớn, áp rất cao.
- BJT: - SW: đóng ngắt, AF: âm tần, IF hay HF: cao tần, low noise: ít nhiễu.

- Chọn theo hệ số khuếch đại, Darlington
- MosFET: AF (ít gặp), SW (thông dụng), dòng < 60A (dòng đònh mức giảm
nhanh khi áp khóa tăng).
- IGBT: có thể xem là nối tầng MosFET + BJT, chỉ có công dụng đóng ngắt,
chế tạo ở dòng lớn (> vài chục A).
2.Đònh mức áp: V
DRM
> k
atV
* V
lvmax

V
lvmax
: Áp làm việc max. V
DRM
: Áp khóa.
k
atV
: hệ số an toàn áp ≥ 2.
3. Đònh mức dòng:
Cơ sở cho việc tính chọn đònh mức dòng làsự phát nóng của linh kiện khi làm việc.
Điều kiện:
Nhiệt độ mối nối θ
J
< Nhiệt độ cho phép θ
cp

- Sự truyền nhiệt từ tinh thể bán dẫn ra môi trưòng xung quanh:
mối nối

θ
J

Ỉ
vỏ SCR
θ
C

Ỉ
tản nhiệt
θ
H

Ỉ
môi trường
θ
A
.
Trang 3/ chuong 1.doc Dàn bài Điện tử công suất II A
tương ứng phương trình:
)RRR(P
HACHJCAJ
+
+
⋅
Δ=θ−θ
+ R
JC
: điện trở nhiệt mối nối (Junction) – vỏ (Case)
+ R

CH
: điện trở nhiệt vỏ – tản nhiệt (Heatsink)
+ R
HA
: điện trở nhiệt tản nhiệt – môi trường (Ambience)
Giải mạch ĐTCS => tổn hao công suất ΔP
Tính toán nhiệt => θ
J
.
Nếu θ
J
< θ
cp
thì nâng đònh mức linh kiện (giảm
R
JC
) hay cải thiện điều kiện tản nhiệt (giảm R
HA
, R
CH
).
- Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tải:
Lực ép và bề mặt tiếp xúc linh kiện – tản nhiệt.
Nhiệt độ môi trường.
Chế độ tản nhiệt: trong buồng kín, đối lưu tự
nhiên, cưỡng bức.

Cách lắp linh kiện công suất vỏ
TO220AB vào tản nhiệt
- Phương pháp tính gần đúng: Chọn theo dòng trung bình hay hiệu dụng + kiểm tra

nhiệt độ vỏ linh kiện.
Dòng làm việc trung bình I
O
< Giá trò trung bình đònh mức I
AVE
hay
Dòng làm việc hiệu dụng I
R
< Giá trò hiệu dụng đònh mức I
RMS
Quan hệ giữa hai giá trò này của chỉnh lưu (D hay SCR):
I
RMS
= 1.57 I
AVE

Đối với transistor (BJT, MosFET): xem các đồ thò của nhà sản xuất, I
RMS
, I
AVE
là
hàm số của dạng dòng điện.
Hệ số an toàn dòng 1.3 – 2.
- Sử dụng dòng điện max cho các linh kiện gắn mạch in hay đònh mức bé (< 20A).
4. Cách lắp đặt (vỏ – case), chế độ tản nhiệt (SCR), chế độ cách điện với vỏ.

TO220AB TO48 TO118 TO200AB ADD A-PAK
(TO208AA) (TO209AE)
5. Phân loại theo chất lượng:
Hàng không, quân sự – công nghiệp – thương mại.



Trang 5/ chuong 1.doc Dàn bài Điện tử công suất II A
Dùng OPTRON (Optocoupler) transistor
(thông dụng) và OPTRON Triac họ MOC để
điều khiển ở áp AC bé hơn hay bằng 220 V.
OPTRON = LED + linh kiện quang điện;
dùng để truyền xung qua môi trường quang.
OPTRON thông thường có thời gian trễ lớn
hơn vài micro giây => tần số tối đa đến vài
chục KHz.
6V
OPTO1
1
2
4
3
Q1
Q2
1K
2.2 ohm
2.2 ohm
R1
4K7
4k7
R2
100
4K7 SCR

Sơ đồ kích SCR dùng OPTRON thông thường.

OPTRON họ MOC của Motorola có linh
kiện quang điện là phototriac có áp khoá đến
400 volt, dòng vài chục mA cho phép kích
TRIAC < 10 A trực tiếp ở điện 220 VAC



Hướng dẫn sử dụng OPTRON họ MOC
(của Motorola) để lái TRIAC.




c. Ghép biến áp:
Nguyên tắc biến áp xung (BAX): Khi đặt hàm nấc vào sơ cấp BAX, dòng từ hóa sơ
cấp và từ thông lõi thép tăng theo hàm mũ và ở thứ cấp sẽ có áp cảm ứng tỉ lệ với đạo hàm
từ thông lõi thép này. Khi áp sơ cấp bằng 0 (hết xung), dòng từ hoá của BAX cần có đường
phóng điện (thường qua D phóng điện song song ngược sơ cấp).
Trang 6/ chuong 1.doc Dàn bài Điện tử công suất II A
Mạch lái xung hẹp:

Dạng xung dòng, áp
VCC
D2
D1
3k3
3k3
3k3
Q1
BAX

3.3 ohm
D2
47n
100
SCR

Mạch lái xung hẹp dùng BAX
Yêu cầu của dạng xung để BAX làm việc:
+ Thời gian có xung đủ nhỏ để mạch từ không bảo hòa.
+ Thời gian nghó đủ lớn để dòng từ hoá biến áp (khép mạch qua diod phóng
điện D2) về 0.
= > BAX truyền được xung hẹp: thời gian nghó >> thời gian có xung.
Mạch lái SCR xung rộng dùng BA:

Áp pha
220/9 VAC
47n
SCR
100
SCR P
22
BAX
BAX


Mạch sử dụng SCR phụ

ĐK
Dao động
T1

TRANSCT
D23
D25
R36
3.3
C22
2u2
R37
100
SCR
Q1
3k3
3k3
D19
24VX


Mạch sử dụng chuỗi xung
2. Mạch lái Transistor:
a. Dạng xung điều khiển tối ưu:
- Thí nghiệm đóng ngắt tải R và RL:

VCC
VCC
C
i
C
i
C
E

v
CE
v
Q
R1
R2
VBB
Rt
L
Q
Rt
R1
R2
VBB

(a) Dòng áp tải R

(b) Dạng dòng áp không và có Snubber (1)
tải RL
Trang 7/ chuong 1.doc Dàn bài Điện tử công suất II A
Nhận xét dòng áp trên transistor không thay đồi tức thời khi đóng ngắt chứng tỏ là
công suất tức thời tiêu tán trên linh kiện rất lớn lúc này. Sự phát nhiệt này không đáng kể
khi tần số đóng ngắt bé nhưng trở lên là tiêu hao chính của transistor khi làm việc trong các
bộ biến đổi hiện đại có tần số đóng ngắt lớn .


I
I
I
cb

dt
n
g
t

Dạng dòng cực B tối ưu cho đóng ngắt

B
i
Q
R2
VBB
C
D
R
R1
mạch Snubber
Đểø giảm tối thiểu tổn hao công suất nhằm nâng tần số làm việc lên cao:
+ Dùng mạch hỗ trợ chuyển mạch (ví dụ như mạch Snubber cho quá trình ngắt)
+ Dùng mạch lái tạo dòng cực B tối ưu để transistor có thể chuyển mạch nhanh.
Tụ mối nối BE có ảnh hưởng lớn đến quá trình đóng ngắt của BJT. Dòng I
B
tối ưu
phải có khảnăng nạp và xảnhanh tụ điện này.
I
cb
là trò số dòng điện cưỡng bức nạp tụ để BJT đóng nhanh, I
dt
là dòng điện vừa đủ
duy trì sự bảo hòa của transistor (không bảo hòa sâu) và I

ng
là dòng xả tụ, giúp tắt nhanh.
b. Sơ đồ ghép trực tiếp:
- Tác dụng RB, tụ gia tốc.(a)
- Transistor Darlington và nguyên lý mạch kẹp Baker (b)
- Mạch lái tích cực (d)
- VCC
VCC
(a) (b) (c) (d)
Q
R2
VBB
C
R3
Q1
Q2
R1
R2
D
Q
Q2
Q1
1uF
2.2k
Q
T
R1

c. Ghép biến áp và mạch lái tỉ lệ (c)
d. Ghép bằng quang (OPTRON): Dùng nguồn độc lập cho mạch lái.

OPTRON (Cách ly tín hiệu ĐK) + sửa dạng + khuếch đại công suất (Ghép trực tiếp).
Mạch điện tương tự như lái SCR.




Trang 8/ chuong 1.doc Dàn bài Điện tử công suất II A
3. Mạch lái MosFET và IGBT:
- Điều khiển bằng áp.
- Các thông số:
Ngưỡng điện áp điều khiển 3 – 5 V
Tiêu biểu 0 – 10 V (hay 15 V)
+/- 10 V (hay 15 V)
Giới hạn hư hỏng cực cổng (thông
thường) +/- 20 V
- Mạch lái:
Tần số thấp: lái trực tiếp từ vi mạch 12V
G
S
D
0 15volt
C4
330p
Dz7v2
R11
510/3W22K
D4
47

Mạch lái MOSFET 5 – 7 A làm việc ở BBĐ

Flyback 50 kHz.
Tần số cao: Mạch lái tương tự BJT nhưng cấp điện 15 – 20V.
4. Mạch lái MOSFET công suất có bảo vệ dòng:
Hình 4.19 được trích từ một tạp chí điện tử công nghiệp để tham khảo một mạch lái
MosFET công suất có bảo vệ dòng. Động cơ một chiều M là tải của BBĐ xung điện áp với
ngắt điện là MosFET 12A / 60V, mã hiệu IRF131. Tác động bảo vệ dòng được thực hiện
qua R - S Flip Flop. Nguyên lý này còn gặp trong các vi mạch điều khiển bộ nguồn xung.
+V
OPTRON
VI PHÂN
RS FF
CỔNG
SO
SÁNH
R -Q
S Q
M
D
SHUNT
Q
Imax
ĐK

Hình 4.19 (a)
+V
15v
15v
1
2
3

4
5
6
7
ferrite
i
o
C
OPTRON
1 2
4 3
330
10K
1k
1nF
0.33 ohm
100
IRF131
2N2222
220
1K
M
D
(b)
R - S flip flop, được set ở mỗi đầu chu kỳ đóng ngắt và reset khi dòng vượt quá giá
trò cho phép. Như vậy khi có quá dòng,
MosFET sẽ bò khóa ngay, nhưng lại được
cho phép ở chu kỳ đóng ngắt kế tiếp.
Kết quả là khi có quá dòng, độ rộng
xung tương đối sẽ giảm để hạn chế dòng cực

đại. Các dạng sóng cho ở hình 4.19.c:
4: ngỏ ra cổng NAND 4, là tín hiệu
điều rộng xung từ mạch điều khiển, qua
optron.
t
t
t
t
4
3
C
i
7
o

Hình 4.19.c
3: ngỏ ra cổng NAND 3, tín hiệu set của RS flip flop.
C: cực C của BJT 2N2222, xuống thấp khi dòng vượt quá giá trò đặt xác đònh bằng
biến trở 100 ohm, nối song song với shunt 0.33 ohm để lấy tín hiệu dòng i
O
.
7: tín hiệu cực cổng MosFET.
Các cổng NAND 6, 1, 2, 7 sử dụng CD4011 là CMOS cấp điện 15V, lái trực tiếp
MosFET bằng dây dẫn đi qua ống ferrite để chống dao động và nhiễu tần số cao, ở vò trí của
7 có thể dùng cổng NAND song song để tăng khả năng tải dòng. Các cổng 4, 3, 5 là các
Trang 9/ chuong 1.doc Dàn bài Điện tử công suất II A
cổng NAND Smit-tri-gơ CD4093 cho phép sửa dạng xung.
5. Mạch lái GTO:
• Nguyên lýđiều khiển:
kích dẫn I

A
/I
G
= vài chục
kích ngắt I
A
/-I
G
< 10 nhờ –Vbias.
• Snubber có C lớn khắc phục
nhược điểm du/dt thấp
• Xung – I
G
có biên độ lớn do C
phóng điện, - I
A
/I
G
< 10 .
- Mạch ví dụ.

+V
- Vbias
R1
R2
D1 D2
SW2
C1
D3
E

SW1
T
GTO

6. Cách tạo nguồn âm cho BJT, IGBT và GTO:

tải < 1A
5v
Q3
1N4007
1N4007 10u
ĐK
1k
R2
3k3
R4

tải 10A
24v
MosFET
DZ1
12v
1k
R4
OPTO
1 2
4 3
3k3
R4



SO SÁNH 2 MẠCH LÁI SAU:


10 mA
15v
Q3
330
R3
C
103
220
R5
3k3
R4
OPTO
1 2
4 3
IGBT ha
y
MosFET
1k
R2

10 mA
15v
MosFET
Q1
1k
R4

OPTO
1 2
4 3
330
R5
100
R3
DZ1
12v



Trang 1/ chuong 2 Điện tử công suất II A
CHƯƠNG HAI BỘ NGUỒN MỘT CHIỀU BÁN DẪN
II.1 PHÂN LOẠI:
Với nghiã rộng, bộ nguồn một chiều dùng để chỉ các thiết bò cung cấp điện một chiều
cho các loại tải khác nhau, kể cảù động cơ điện. Dù có khác biệt về nguồn, tải, mạch động
lực hay điều khiển, chúng vẫn có các điểm để có thể khảo sát chung.
- Phân loại theo bộ biến đổi:
BBĐ điều khiển pha:
Lưới > (Biến áp) > Chỉnh lưu SCR > (lọc) > tải
Lưới > BBĐ áp AC > Biến áp tần số lưới > Chỉnh lưu D > (lọc) > tải
Sơ đồ khối 1
Trong đó ( ) là thiết bò có thể không cần.
Chỉnh lưu SCR và BBĐ áp AC dều dùng nguyên lý điều khiển pha để điều khiển
điện áp ngỏ ra .
BBĐ áp DC:
[Lưới > Biến áp > Chỉnh lưu D > (lọc)] > BBĐ > (lọc) > tải
[Lưới -> Chỉnh lưu D -> (lọc)] -> BBĐ -> Biến áp tần số cao -> Chỉnh lưu D -> (lọc) -> tải
Sơ đồ khối 2

Khi dùng nguồn DC, các khối [ ] không có.
Trong sơ đồ khối 2, BBĐ là bộ nghòch lưu, được xem là trường hợp riêng của BBĐ áp
DC khi làm việc 4 phần tư mặt phẳng tải và trò trung bình áp ra bằng 0, nhóm này còn được
gọi là bộ nguồn đóng ngắt (switching power supply).
So sánh hai loại:
Nhóm Ưu Nhược
Điều khiển pha công suất lớn vì dùng SCR tần số đóng ngắt bé (tần số lưới)
=> mạch lọc ngỏ ra có trò số lớn
BBĐ áp DC Tần số làm việc cao nên ảnh
hưởng hài bậc cao nhỏ
công suất bé nếu dùng transistor,
dùng thyristor yêu cầu mạch tắt
- Phân loại theo dạng tải: tải là động cơ DC, tải điện hóa, điện công nghệ, các mạch
điện tử khác, có thể chia làm hai nhóm:
• tải áp: Tải cần áp ra phẳng, gồm có thiết bò điện tử, phải dùng mạch lọc LC ngỏ
ra BBĐ.
• tải dòng: gồm các tải còn lại - không cần áp ra phẳng, khi cần dòng phẳng có thể
dùng cuộn kháng nối tiếp. Trong một số rất ít trường hợp, để dòng ra thật phẳng
mới dùng lọc LC.
Một đặc tính khác làyêu cầu cách ly lưới – tải khi dùng nguồn từ lưới điện. Nhằm
đảm bảo an toàn cho ngøi vận hành máy, và hạn chế dòng rò qua tải xuống đất, người ta
Trang 2/ chuong 2 Điện tử công suất II A
phải dùng biến áp dể cách ly lưới – tải cho các bộ nguồn. Trong các tải trên, chỉ có động cơ
DC là không yêu cầu đặc tính này.
=> các bộ nguồn điều khiển pha không thích hợp cho tải cần áp phẳng bằng bộ nguồn
đóng ngắt.
II.2 THIẾT KẾ CHỈNH LƯU ĐIỀU KHIỂN PHA (ĐKP):
1. Chọn sơ đồ chỉnh lưu: Có các yếu tố:
• Có biến áp (BA) hay không: BA dùng để thay đổi
tầm áp ra và cách ly điện nguồn – tải.

• Một pha hay nhiều pha: Sơ đồ nhiều pha phức tạp
nhưng chất lượng ngỏ ra cao và công suất tải lớn
hơn.
• Sơ đồ tia hay cầu: Sơ đồ tia cần sử dụng trung tính
và có dòng một chiều qua nguồn, chỉ thích hợp
công suất trung bình và nhỏ.
• Cầu điều khiển hoàn toàn (SCR) hay không hoàn
toàn (SCR + D): Sơ đồ sử dụng diod có áp ra > 0
nên không trả năng lượng về lưới được, hoạt động
không đối xứng (có hài bậc chẵn) làm hạn chế
công suất nhưng có ưu điểm là đơn giản, giá hạ.
• Các sơ đồ đặc biệt:
- nối tiếp, song song các bộ chỉnh lưu: giảm
sóng hài bậc cao và tăng công suất ngỏ ra.
- Sơ đồ 6 pha có kháng cân bằng – hình II.2.1
(song song hai sơ đồ 3 pha hình tia): có dòng qua các
chỉnh lưu bé nhất, thích hợp với ứng dụng có dòng tải
A
B
C
o
vo
i
ab
- ab
- bc
bc
ca
- ca
o

I /2
o
I /2
o2
v
o1
v
v
cb
KCB
D3
D1
D2
D4
R
D5
D6

Hình II.2.1 Sơ đồ 6 pha có kháng cân
bằng
lớn.
- Sử dụng BBĐ áp AC ở phiá sơ cấp biến áp và dùng chỉnh lưu ở thứ cấp:
Dạng áp ra sau chỉnh lưu cũng giống như sơ đồ chỉnh lưu ĐKP có diod phóng điện, sử
dụng BBĐ áp AC ở phiá sơ cấp biến áp có hiệu quả kinh tế trong hai trường hợp sau:
• Áp ra bé (chục V) và đòng tải lớn ( nghìn A): giá SCR >> D cùng dòng tải, sụt áp
thuận SCR gấp đôi của D.
• Áp ra lớn (chục nghìn V), dòng ra bé (chục A): Tránh việc nối tiếp SCR phức tạp
và tốn kém.
2. Tính toán điện áp và góc kích:
a. Cơ sở lý thuyết:

Áp ra chỉnh lưu ĐKP phụ thuộc sơ đồ + chế độ tải. Khi thiết kế sơ bộ, người ta thường giả
sử hai trường hợp tải: thuần trở và tải dòng liên tục.
• Công thức tính trung bình áp ra chỉnh lưu điều khiển hoàn toàn tải dòng liên tục:

Trang 4/ chuong 2 Điện tử công suất II A
* Phẳng – liên tục.
* Xung hình sin.
* Xung tam giác.
- Từ nguyên lý làm việc của từng sơ đồ (xem bảng ở các tài liệu tham khảo), ta tính
được dòng qua các phần tử.
4. Tính chọn mạch lọc ngỏ ra:
Như ta đã biết chỉnh lưu m xung cho ra điện áp một chiều nhấp nhô m lần trong một
chu kỳ lưới điện. Khi khai triển Fourier, tín hiệu có chu kỳ này gồm có:
- Thành phần một chiều hay trung bình, là phần hữu dụng hay mong muốn.
- Các thành phần hình sin có tần số k.m.w, còn gọi là sóng hài bậc n, n = k.m; với k
là số nguyên, w là tần số lưới điện tính bằng rad. Thành phần này không những không hữu
ích với tải một chiều, mà còn gây ra các tác dụng không mong muốn như: làm tăng giá trò
hiệu dụng của dòng điện, dẫn đến tăng phát nóng; đối với động cơ một chiều còn tạo ra mô
men phụ gây rung.
Khi dòng tải liên tục, trò hiệu dụng V
Rn
của sóng hài bậc n của điện áp ra bằng:

α−+⋅=
−
22
1
2
11
2

sin)n(VV
n
doRn
<II.2.4>
Trong đó, V
do
là trò trung bình áp ra chỉnh lưu diod cùng sơ đồ.
Cũng như tính toán với thành phần một chiều của điện áp, ta có
thể tìm ra các thành phần sóng hài dòng điện bậc n khi giải mạch điện
tương đương bộ chỉnh lưu tải RLE cho các sóng hài điện áp (hình II.2.2):

22
)nwL(R/VI
RnRn
+= <II.2.5>
Theo tính chất của các thành phần Fourier, trò hiệu dụng của dòng
điện là:
I
n
R
Vn jnwL

Hình II.2.2:

∑
+=
n
oR
Rn
III

22
)( <II.2.6> với I
O
là trò trung bình của dòng điện.

∑
n
2
Rn
I được gọi là hiệu dụng tổng các sóng hài - Total Harmonic Distortion (THD),
biểu thò độ nhấp nhô (không phẳng) của dòng điện. THD còn biểu diễn ở dạng tương đối:

2
%100%
Rn
n
o
I
THD
I
=
∑
<II.2.7>
Chỉ số n được tính từ m đến
∞ . Trong thực tế, vì nwL và V
Rn
giảm nhanh theo n ,
người ta chỉ tính toán với vài sóng hài đầu tiên (k = 1 3).
Ví dụ
: Cho bộ chỉnh lưu ba pha cầu tải R có lọc LC ngỏ ra hình 2.20*.(a), nguồn có áp

pha có trò số hiệu dụng V bằng 100 volt, tần số 50 Hz. Góc ĐK pha
α
= 60
O
, tải R 100 ohm.
Mạch lọc LC bằng bao nhiêu để biên độ nhấp nhô áp ra ( đỉnh – đỉnh) bằng 10 volt.
Các giả thiết để đơn giản tính toán:
- Sau khi qua mắc lọc LC, các sóng hài bậc lớn hơn cơ bản (k = 1, ứng với tần số nhấp
nhô ngỏ ra 6 xung, bằng 300 Hz) là không đáng kể. Như vậy chỉ cần khảo sát sóng hài cơ bản.
- Dòng qua bộ chỉnh lưu là liên tục để có thể áp dụng <II.2.4>.
Hình II.2.3*: (a) là mạch động lực trong đó v
O
là áp ra bộ chỉnh lưu, v
C
là áp ngỏ ra
bộ lọc LC; (b) là mạch tương đ/v hài cơ bản, v
1
là sóng hài cơ bản - bậc k = 1 của áp ra bộ
Trang 5/ chuong 2 Điện tử công suất II A
chỉnh lưu, v
C1
là sóng hài bậc k = 1 của áp qua tụ C – theo giả thiết trên cũng chính là áp ngỏ
ra mạch lọc; (c) là các dạng sóng trong mạch trong đó V
O
là trung bình áp ra chỉnh lưu.
v
o
v
v
CC1

v
v1
v
v
o
C1
o
V
L
R
C
R
1/jnwC
jnwL

Hình II.2.3: (a) (b) (c)
Ta có
()
(
)
262
6
sin .sin .100 2.34 100 234
48.9
1
v
tính II.2.4 n 6; 60 V v
m
m
Vdo V

ππ
ππ
α
== =⋅=
<>=⋅=⇒=

Hình II.2.3.b cho ta:
()
()
()
()
2
2
22
1
1
1
1
1
1
R
nwL
C
LCwn
jnwLRjnwC
RjnwC
V
V
+−
=

+
=
///
///

Yêu cầu của đầu bài là biên độ nhấp nhô áp ra ( đỉnh – đỉnh) bằng 10 volt, suy ra
trò số hiệu dụng sóng hài cơ bản qua điện dung C là v 5332210
1
.)/( =⋅=
C
V .
Phương trình trên cho phép tính toán giá trò Lvà C. Vì chỉ có một phương trình cho hai
ẩn số, cần phát biểu thêm điều kiện trước khi giải.
Để ý:
()
()
LCwnLCwn
R
nwL
22
2
2
22
1 ≈+−
vì tần số trong mạch sẽ khá lớn so với
tần số cộng hưởng của LC (mạch lọc chỉ cho tần số thấp qua),
()
6903
1006533
9481

948
533
2
2
22
1
1
−=
π⋅⋅
=⇒≈= ELC
LCwn
V
V
C
.
.
.

.
.

Có nhiều phương án để chọn LC, ở đây chọn C = 100 uF suy ra L = 0.039 H. Giá trò
LC như vậy có thể thực hiện dể dàng trong thực tế.
Kiểm tra lại:
♦
phần tính toán : nwL/R = 6*100
π
*0.039/100 = 0.74 << (1 – n
2
w

2
LC) = - 12.86
♦
Khảo sát sóng hài bậc lớn hơn cơ bản, với k = 2 :
v V60 ;1 ; với 3.32 tính
2
8232234 .
=
⇒
=
α
=
⋅
=
=>< m
k
n
V
do
và
()
()
()
volt 630
537
823
1093100121
2
100
10012

2
6
2
2
2
2
.
.
.
.
==
+⋅⋅π⋅−
=
π⋅
−
V
V
C
. Vậy sóng hài
bậc k = 2 là không đáng kể so với thành phần cơ bản bậc k = 1, đúng như giả thiết.
♦
Kiểm tra dòng liên tục: Công thức <II.2.3> chỉ đúng trong trường hợp dòng liên tục,
để đảm bảo kết quả cần phải kiểm tra sự liên tục của dòng điện. Tuy nhiên, giải tích mạch
điện chỉnh lưu điều khiển pha tải RLC trong điều kiện dòng gián đoạn rất phức tạp và thường
không cần thực hiện khi thiết kế vì khi dòng bằng không, áp ra sẽ bằng áp trên tụ – lớn hơn áp
lưới trong khoảng này (chính là áp ra ngỏ ra khi dòng liên tục). Như vậy nhấp nhô áp trên tải
khi dòng gián đoạn sẽ bé hơn tính toán dựa vào giả thuyết dòng liên tục.
II.3 MẠCH PHÁT XUNG ĐIỀU KHIỂN PHA:
Trang 6/ chuong 2 Điện tử công suất II A
1. Nguyên lý điều khiển pha:

Hiểu một cách đơn giản nhất, mạch kích
các SCR trong sơ đồ điều khiển pha sẽ cung cấp
cho cực cổng một dạng sóng cùng tần số ( đồng
bộ) với lưới điện nhưng pha thay đổi được theo
tín hiệu điều khiển. Để tăng độ chính xác, dạng
sóng này cần có độ dốc lớn tại thời điểm kích
SCR, như dạng xung trên hình II.3.1. Bề rộng
xung có thể lấy từ 100 usec đến 1 msec vì các
SCR luôn được kích khi phân cực thuận.Cũng
trên hình này, ta có nhận xét, trong trường hợp
0
2
wt
θ
α
v
Hình II.3.1
tổng quát, gốc để tính góc điều khiển pha α (ứng với trường hợp α = 0) sẽ lệch với áp lưới v
một góc θ phụ thuộc sơ đồ và cách lấy tín hiệu lưới để đồng bộ mạch kích.
Có hai nguyên lý điều khiển pha thường dùng: làm trễ và so sánh.
a. Nguyên lý làm trễ: (hình II.3.2)
Dựa vào mạch đơn ổn. Áp lưới sau
khi qua mạch đồng bộ sẽ kích mạch đơn
ổn (làm trễ) tại điểm α = 0. Xung ra mạch
đơn ổn sẽ trễ so với xung đồng bộ thời
gian Td tương ứng góc điều khiển pha:
α = w. Td <II.3.1>
Như vậy việc điều khiển pha thông
qua chậm trễ thời gian Td.
b. Nguyên lý so sánh: (hình II.3.3)

Phát xung điều khiển pha theo
nguyên lý so sánh có hạt nhân là mạch so
sánh với ngỏ vào là hai tín hiệu: k là tín
hiệu điều khiển là tín hiệu một chiều, b
là tín hiệu ngỏ ra mạch đồng bộ, là tín
hiệu cùng tần số lưới, có độ dốc không đổi
dấu trong khoảng α = 0 đến α = π là
khoảng thay đổi của góc điều khiển pha
α.
Khi k = b, ngỏ ra bộ so sánh
thay đổi trạng thái, đánh dấu thời điểm
kích SCR. Thay đổi áp k sẽ điều khiển
góc điều khiển pha
α tương ứng. Hình
II.3.3.(b) vẽ các dạng sóng với áp đồng bộ
răng cưa.
Đơn ổn
TdMạch
đồng bộ
áp lưới kích SCR

Hình II.3.2

Mạch
đồng bộ
áp lưới
k +
_
b
kích SCR

(a)
\
(b)
Hình II.3.3 a và b
Nguyên lý so sánh thường dùng trong các bộ điều khiển tương tự (analog) vì thông
qua tín hiệu điều khiển là áp một chiều k, trong khi nguyên lý làm trễ thích hợp với mạch
số (digital) hay các sơ đồ điều khiển đơn giản – khi mà việc làm trễ thực hiện bằng mạch
dao động nạp xả ở chế độ có đồng bộ (trigger).
Trang 7/ chuong 2 Điện tử công suất II A
Một nguyên lý điều khiển, tuy rất lý
thú nhưng rất ít gặp, là tích phân. Xung kích
SCR được phát ra khi tích phân áp ra
v
o

(đã
được tỉ lệ hệ số k) bằng với giá trò đặt V
đ
.Một bộ chia xung sẽ hướng xung này đến
SCR cần được kích. Trên hình II.3.4 xung kích
SCR sẽ được phát ra khi phần diện tích cao
hơn của v
o
/k

so với V
đ
bằng phần diện tích
thấp hơn (phần tô đậm).
Nguyên lý này có hai ưu điểm:

- Hệ số khuếch đại (quan hệ vào ra)
của BBĐ là hằng số: trò trung bình áp ra
V
o
= k .V
đ



v /k
V
đ
o
đồng
bộ
kích
SCR
Bộ
phân phối
xung
10
9
8
R
C
10
9
8

Hình II.3.4: sơ đồ và giản đồ điện áp ngỏ ra

chỉnh lưu, xung kích các SCR của nguyên lý tích
phân

- Việc điều khiển bộ chỉnh lưu không bò ảnh hưởng bởi tần số nguồn hình sin như hai
nguyên lý đầu.
Dù nguyên lý phát biểu rất đơn giản, khi thực hiện sơ đồ điều khiển sẽ phải giải quyết một
số vấn đề phát sinh tương đối phức tạp chỉ có thể giải quyết khi sử dụng các hệ thống điều khiển
dùng kỹ thuật số.Điều này đã hạn chế việc sử dụng nó trong thực tế.
2. Hai ví dụ của nguyên lý làm trễ:
a. Mạch kích dùng UJT:
UJT là viết tắt của chữ Uni - Junction - Transistor nghiã là transistor một tiếp giáp, có
cấu tạo nguyên lý trên hình II.3.5.(a) bao gồm thanh vật liệu n (hay p) có hai cực (terminal)
B1 và B2 (viết tắt chữ base), có điện trở R
BB
khoảng 6k đến 10k ohm, trên đó tạo ra mối nối
pn với cực E
(emitter).
B2
B1
E
n
p
E
B2
B1 B1
B2
E
(
a
)

(
b
)
(
c
)
D
RB1
RB2
R
D
(d) Hình II.3.5
UJT có mạch tương đương như hình (b) khi mối nối pn phân cực nghòch: xảy ra khi
V
EB2
< η V
BB
, với
()
212 BBB
R
R
R
+
=
η , η có trò số từ 0.6 đến 0.75. V
BB
là áp giữa hai
cực B1 và B2.
Nhưng khi V

EB2
> η V
BB
, diod D (mối nối pn) phân cực thuận và EB2 tương đương
mối nối diod có điện trở lớn (sụt áp Vv khoảng 2 volt) - hình ( c).
Đặc tuyến V - I của EB2 trình bày trên hình (d):
Lấy B2 làm điểm chung, điện áp V
E
tăng dần từ không. Dòng qua cực E rất bé vì mối
P
V
⋅
η
=


Trang 8/ chuong 2 Điện tử công suất II A
nối pn phân cực nghòch do V
EB2
< η V
BB
. Khi V
E
tăng đến giá trò ngưỡng (dấu < trở nên dấu
=), mối nối phân cực thuận, EB2 dẫn điện. Vậy ta có vùng điện trở âm từ V
P
đến Vv ( áp
giảm trong khi dòng tăng) là yếu tố căn bản cho mạch dao động nạp xả trên hình II.3.6.(a).
VBB
B2

B1
E
E
UJT
C
47
220
R
VoV

VBB
B2
E
B1
UJT
47
220
C
Vo
Q
R
I

Hình II.3.6 (a) (b) ( c)
Tụ C nạp đến V
P
thì phóng điện, tạo ra xung ở ngỏ ra V
O
. Khi áp giảm đến V
V

thì
mối nối phục hồi trạng thái khoá và ta có mạch dao động nạp xả – hình II.3.6.(b). Thời gian
C phóng thường rất bé, khoảng vài chục micro giây nên chu kỳ dao động T chủ yếu do thời
gian nạp, từ phương trình áp trên C có dạng hàm mũ thời hằng RC:

/
(1 ) khi
tRC
EBB p
vV e V tT
−
=− = ≈
, suy ra

η−
⋅=
1
1
n
lRCT <II.3.2>
Để kích SCR, ta bắt đầu nạp C tại wt = θ và khi v
E
bằng V
P
,

mạch sẽ phát ra xung
kích khởi SCR . Khi thay đổi T, ta thay đổi góc điều khiển pha α = w T.
Hình ( c) cho ta một phương pháp đồng bộ. Ngắt điện Q khi dẫn điện sẽ xả tụ C về 0
và C chỉ bắt đầu nạp khi Q tắt.

Hình II.3.7 trình bày sơ đồ kích chỉnh lưu một pha, sơ đồ cầu hổn hợp SCR - Diod.
B2
E
B1
C
UJT
100
220
0.1u
I
D1
10k/10w
DZ
D2
T2
33
33
D3
D4
T1
DC+
DC_
AC1
AC2

Hình II.3.7 (a) (b)
Mạch động lực bao gồm T1, T2, D1, D2. Khi các SCR không dẫn điện, mạch điều
khiển được cung cấp điện qua D1, D2, D3, D4, và tải. Mạch điều khiển hạn chế dòng bằng
điện trở 10k ohm và xén ở giá trò Vz (thường lấy bằng 20 volt) bằng diod zener DZ. Tụ điện
C bắt đầu nạp ở

wt = 0 , khi đạt giá trò Vp thì có xung kích cho hai SCR. SCR nào phân cực
thuận sẽ làm việc và ngắn mạch mạch điều khiển. Tụ điện C giữ giá trò 0 đến bán kỳ sau
mới nạp điện trở lại. Điện trở R dùng cho nạp tụ được thay thế bằng nguồn dòng I cho phép
xử lý tín hiệu điều khiển bằng mạch điện dễ dàng hơn điện trở R. Hơn nữa, áp trên tụ sẽ
tăng tuyến tính.
Ở bán kỳ thứ hai của dạng sóng hình II.3.7.(b) ứng với trường hợp dòng nạp bé, áp
Trang 9/ chuong 2 Điện tử công suất II A
trên tụ tăng rất chậm. Đến cuối bán kỳ, áp trên tụ vẫn không đạt Vz. Nhưng do áp phân cực
UJT giảm, Vp sẽ giảm tỉ lệ nên UJT vẫn xả được áp trên C để có thể nạp lại ở đầu bán kỳ
sau. Sử dụng xung áp âm ở cực B1 là phương pháp đồng bộ UJT thứ hai sau cách dùng ngắt
điện để xả tụ đã trình bày trên hình II.3.6.(c).
Hình II.3.8 cho ta một phần tử dao động nạp xả kích được SCR khác, PUT – transistor
đơn nối lập trình được. PUT thuộc họ thyristor, có mạch tương đương như SCR nhưng có cực
P thay cho G. Khi A có điện áp lớn hơn P một mối nối diod, AK dẫn điện như mối nối EB2
của UJT. Điện áp cực P thay đổi nhờ cầu phân áp bên ngoài, như vậy ngưỡng phóng điện
của tụ C là
lập trình được. Mạch tương đương của PUT có
thể thay thế nó khá tốt khi chọn giá trò R1, R2
thích hợp.
Ngày nay PUT hầu như được dùng để
thay thế UJT trong các ứng dụng. UJT hay các
phương pháp làm trễ dùng phần tử tương tự
(analog) khác có nhược điểm lớn là điều khiển
thời gian trễ bằng tín hiệu áp rất khó khăn. Ví
dụ như cho mạch hình II.3.7, nguồn dòng I có
điểm chung khác với cực Katod của SCR hay
các phần tử mạch khác.
VCC
A
K

P
A
K
P
R1
Q2
Q1
1k
R2
PUT
R R1
R2
33
100
C
Vo
VCC
Hình II.3.8
b. Điều khiển pha dùng bộ đếm:
UJT hay PUT là các phương pháp kích SCR điều khiển pha khá cổ điển, khi mạch
điện tử chủ yếu dựa vào linh kiện rời. Ngày nay, khi vi điện tử đã phổ biến, nguyên lý làm
trễ thường được sử dụng khi ta tạo ra độ lệch pha thông qua thời gian trễ xác đònh bởi bộ
đếm xung – hình 3.30. Ở thời điểm α = 0, bộ đếm xuống có preset được nạp số N. Xung
đồng hồ CLK luôn được đưa vào làm bộ đếm giảm trò số và phát xung kích SCR khi nội dung
bộ đếm bằng 0. Giá trò N
MAX
tương ứng góc α
MAX
và thời gian trễ N
MAX

.T
CLK
.
preset
DATATín hiệu đặt N
Đồng bộ
(α = 0)
CLK kích SCR
Bộ đếm xuống
có preset
DATA = 0
t
kích SCR
(α = 0)
đặt
DATA = N
DATA = 0
đếm xuống,
tần số CLK
T

Hình II.3.9 (a) (b)
Ta có
α
MAX
= w.N
MAX
.T
CLK
<II.3.3>

Nếu dùng bộ đếm lên, ta không cần có preset nhưng phải so sánh số đếm với giá trò
đặt N và khi đồng bộ thì reset bộ đếm về 0. Thiết bò sử dụng nguyên lý này trở nên đơn giản
khi sử dụng vi xử lý, làm trễ có thể dùng phần mềm hay các bộ đếm – đònh thì chuyên dùng.
c. Điều khiển pha dùng vi xử lý
:
Trang 10/ chuong 2 Điện tử công suất II A
0
π/3
a1
a
ξ
Trường hợp
162
435
16
2
1
a
π/3 π/3 π/3
π/3 π/3
α < π/3
đồng bộ pha A
0
wt
2

Hình II.3.9 (c ): giản đồ thời gian phát xung kích sơ đồ cầu 3 pha dùng vi xử lý. a, a1: góc
điều khiển pha khi tính từ điểm áp pha qua zero
Một pha lưới(pha A) được dò điểm không (có thể dùng ngắt ngoài) để làm cơ sở cho
các quá trình delay tạo xung kích các SCR theo trình tự (Hình II.3.9c). Các bài toán cần giải

quyết:
- Tối thiểu việc sử dụng các tài nguyên phần cứng của vi xử lý: I/O, interrupt, timer,
thanh ghi
- Giảm thiểu sai số tuyệt đối và loại trừ sai sốø tích lũy khi sử dụng delay thời gian
thay thế lệch pha góc.
- Kết hợp các bảo vệ, tính toán vòng kín để đảm bảo hệ thống có chất lượng điều
khiển cao và làm việc tin cậy, an toàn.
3. Mạch kích chỉnh lưu điều khiển pha theo nguyên lý so sánh:
Là nguyên lý sử dụng rộng rãi nhâùt hiện nay khi thiết kế bằng vi mạch tương tự
(analog). Đã có nhiều vi mạch chuyên dùng kích SCR điều khiển pha, có thể kể TCA280, họ
TCA78x được nhiều hãng sản xuất hay uAA 145 sử dụng răng cưa với độ dốc âm.
a. Sơ đồ khối:
Hình II.3.10 cho ta sơ đồ khối đầy đủ mạch kích chỉnh lưu điều khiển pha. Khối lệch
pha
θ hiệu chỉnh độ lệch pha của áp lưới sao cho mạch khám phá zero cho ra các xung ở
góc pha α = 0. Tín hiệu zero này sẽ đồng bộ các mạch phát xung theo nguyên lý làm trễ hay
kích khởi mạch tạo áp đồng bộ. Như ta đã biết, mạch so sánh xác đònh thời điểm kích SCR
khi b bằng k . Mạch đơn ổn ở ngõ ra bộ so sánh xác đònh bề rộng xung kích SCR.
Các mạch vừa được kể thuộc vào khối phát xung kích SCR, khác nhau ở mỗi pha.
Trong sơ đồ chỉnh lưu nhiều pha, mỗi pha sẽ có ít nhất một khối phát xung kích SCR, các
ngõ ra của chúng được đưa và khối logic để phối hợp, đảm bảo sơ đồ nhiều pha làm việc
đúng. Khối khuếch đại và ghép nâng mức công suất xung và nối vào cực cổng SCR, có thể
phải đảm bảo các điều kiện cách ly điện giữa các SCR với nhau, SCR và mạch điều khiển.
Lệch pha
Khám phá
ZERO
Tạo áp
đồng bộ
Đơn ổn
so sánh

LOGIC
K. đại
&
ghép
các SCR
của
chỉnh lưu
Pha
lưới
Xung từ các
pha
khác
θ
α = 0
b
k
α

Khối phát xung kích