BÀI BÁO CÁO: Biến Đổi AC-AC một pha tải R và R+L
I.Mục tiêu, yêu cầu môn học.
-Là môn cơ sở của chuyên ngành, giúp sinh viên có các kiến thức cơ bản của các bộ biến
đổi công suất dùng bán dẫn được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, hệ thống năng
lượng và các thiết bị sinh hoạt dân dụng và là nền tảng để tiếp thu các kiến thức các môn
chuyên ngành Điện công nghiệp, Kỹ thuật điện, Điều khiển tự động, Hệ thống điện.
-Các yêu cầu phải đạt trong môn học này: Nhận dạng được các sơ đồ cơ bản của các bộ
biến đổi công suất : phần động lực gồm các khoá bán dẫn và phần điện tử điều khiển;
hiểu được nguyên lý vận hành và các đặc tính của các bộ biến đổi công suất; nắm được
phương pháp phân tích và thiết kế các bộ biến đổi công suất; hiểu được phương pháp
điều khiển; nắm được các hệ quả tổng quát từ sự phân tích hoạt động của bộ biến đổi, có
thể sử dụng phần mềm mô phỏng hoạt động các bộ biến đổi.
II.Khái quát chung về môn Điện tử công suất.
1.Khái niệm.
-Điện tử công suất là gì ?
Điện tử công suất là thiết bị điện tử áp dụng cho chuyển đổi và kiểm soát năng
lượng điện.
Phạm vi của quy mô công suất:
Milliwatt (mW) Megawatt (MW) Gigawatt (GW)
Theo nghĩa rộng, nhiệm vụ của điện tử công suất là xử lý và điều khiển dòng năng
lượng điện bằng cách cung cấp điện áp và dòng điện ở dạng thích hợp cho các tải.
Tải sẽ quyết định các thông số về điện áp, dòng điện, tần số, và số pha tại ngõ ra
của bộ biến đổi. Thông thường, một bộ điều khiển có hồi tiếp sẽ theo dõi ngõ ra
của bộ biến đổi và cực tiểu hóa sai lệch giữa giá trị thực của ngõ ra và giá trị
mong muốn (hay giá trị đặt).
Các bộ biến đổi bán dẫn là đối tượng nghiên cứu cơ bản của điện tử công suất.
- Xu hướng phát triển và phạm vi ứng dụng:
a.Nguyên nhân phát triển -Các dữ liệu thực tế
Sự phát triển của ĐTCS liên
quan đến:
– Công nghệ chế tạo các

phần tử bán dẫn công suất đạt được
những bước tiến lớn.
– Các tiến bộ vượt bậc
trong công nghệ các phần tử điều
khiển và lý thuyết điều khiển.
MOSFET, IGBT: tần số đóng cắt
cao, chịu được điện áp cao, dòng điện
lớn.
Các chip vi xử lý, vi điều khiển,
DSP 16 bit, 32 bit, nhanh, mạnh về điều
khiển:
– Tích hợp ADC, đầu vào
counter, PWM built-in;
– Truyền thông: I2C, CAN,
UART, …
b.Xu hướng: -Ví dụ:
Xu hướng phát triển: dải công
suất trải rộng, từ nhỏ, đến
lớn và rất lớn.
Ứng dụng: rộng khắp, từ các
thiết bị cầm tay, dân dụng đến các hệ
thống thiết bị công nghiệp.
Đặc biệt: tham gia vào điều
khiển trong hệ thống năng lượng.
Vài W đến vài trăm W, thành phần
chính trong các hệ thống Power
management của các thiết bị nhỏ.
Vài trăm kW đến vài chục MW.
FACTS: hệ truyền tải,
DG – Distributed Generation,

Custom Grid, Renewable Energy System,
…
-Các bộ ổn áp thường dùng:
III.Giới thiệu về bộ biến đổi AC-AC.
I.1. Tổng quan tại sao phải báo cáo?
Điện tử công suất là 1 môn học bao gồm lý thuyết và thực hành. Phần lý thuyết
đưa ra những nội dung lý thuyết, công thức và những dạng bài tập cần thiết đủ để
giúp sinh viên có thể hiểu và vận dụng tính toán những dạng toán theo yêu cầu.
Cũng như những môn học khác, sự lựa chọn theo phương pháp giáo viên giảng bài
và sinh viên ghi chép, điều đó có những ưu điểm nhất định, song nó làm cho sinh
viên “lười” tìm hiểu hơn, thụ động hơn… Do đó báo cáo nội dung bài học có thể
xem là 1 phương pháp giảng dạy mới mang lại hiệu quả cao. Giảng viên là những
người hướng dẫn sinh viên báo cáo nội dung của mình, giúp cho sinh viên năng
động hơn, chịu khó tìm hiểu hơn. Ngoài ra báo cáo giúp rèn luyện cho sinh viên
khả năng trình bày, thuyết trình, soạn thảo, mô phỏng tốt hơn, đồng thời kết hợp
giữa phần đặt câu hỏi cho những bài thuyết trình của các nhóm khác sẽ không làm
cho sinh viên chỉ thụ động cho nội dung báo cáo của mình, sự trao đổi kiến thức
giữa những sinh viên với sinh viên, giữa các nhóm với nhau, giữa thầy và trò diễn
ra tốt hơn… Do đó có thể xem báo cáo là 1 phương pháp tốt để giảng dạy hiện
nay, là sự kết hợp hoàn hảo giữa giảng viên và sinh viên.
I.2. Nội dung:
-Biến đổi trực tiếp: AC – AC:
+ Cycloconverter: dựa trên nguyên lý của các bộ chỉnh lưu có đảo chiều, dùng thyristor,
có tần số ra thấp (0 – 25 Hz). Ứng dụng cho các tải lớn và rất lớn, tốc độ thấp.
+ Matrix Converter: dùng các van bán dẫn hai chiều, điều khiển hoàn toàn. Hiện đang
trong quá trình nghiên cứu, chưa có các thiết bị công nghiệp. Tuy nhiên đã có một số ứng
dụng trong biến tần trung thế, công suất lớn.
1.Chức năng:

• Biến đổi điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng không đổi thành điện áp xoay chiều có
giá trị hiệu dụng thay đổi được ( tần số không thay đổi ).
2. Ứng dụng
-Cung cấp điện áp cho các thiết bị nhiệt điện: lò điện, điều khiển nhiệt độ lò, máy nước
nóng…
- Điều khiển động cơ không đồng bộ công suất nhỏ và trung bình : máy bơm…
- Điều khiển độ sáng của bóng đèn ( đèn quảng cáo ), đóng ngắt điện….
-Bù nhuyễn công suất phản kháng ( động cơ KĐB )
3. Phân loại
1.Theo số pha:
- BBĐ điện áp xoay chiều 1 pha
- BBĐ điện áp xoay chiều 3 pha
2. Theo dạng mạch
-Đối xứng
-Không đối xứng
3. Nguyên tắc điều khiển
- Điều khiển toàn phần
- Điều khiển bán phần
4. Phương pháp điều khiển
a. Điều khiển pha
- Trong phương pháp này tín hiệu điều khiển được đưa vào cực điều khiển của linh kiện
tại vị trí trễ so với vị trí bắt đầu xuất hiện điện áp phân cực thuận cho linh kiện 1 góc
theo từng cho kỳ của tín hiệu nguồn.
- Điện áp xoay chiều đóng vai trò là điện áp chuyển mạch của linh kiện.
-Tín hiệu xoay chiều ngõ ra có chứa các thành phần hài cơ bản với độ lớn phụ thuộc vào
góc điều khiển .
b. Điều khiển theo tỉ lệ thời gian:
- Trong phương pháp này tín hiệu điều khiển được đưa vào cực điều khiển của linh kiện
liên tục trong 1 khoảng thời gian bằng 1 số nguyên lần chu kỳ của tín hiệu nguồn, sau đó
ngắt tín hiệu điều khiển trong 1 khoảng thời gian cũng bằng 1 số nguyên lần chu kỳ của

tín hiệu nguồn.
-Phương pháp này không dùng cho tải có quán tính nhỏ như: bóng đèn sợi tóc, các động
cơ có mômen quán tính nhỏ mà thường được dùng cho loại tải có quán tính lớn như: lò
nhiệt, bếp điện, máy nước nóng, động cơ có mômen quán tính lớn… tín hiệu xoay chiều
ngõ ra hầu như không chứa thành phần hài bậc cao
IV. Bộ điều khiển điện áp xoay chiều 1 pha ( Điều khiển pha).
Bộ điều khiển điện áp xoay chiều một pha gồm 2 SCR mắc song song ngược
nhau.Khi tải có công suất nhỏ có thể thay 2 SCR bằng một TRIAC.
2.1 Tải R
Mạch Điện
Điều kiện dẫn của SCR : VA>V và VG>0
a.Giải thích: + Chưa có xung kích SCR1,SCR2 chưa dẫn
nên Ur=0.
+ Khi kích SCR1 trong bán kỳ dương với góc trễ thì
Ur= Umsin=Umsin.
+ Khi kích SCR2 trong bán kì âm với góc trễ
Ur= Umsin=Umsin.
-Tóm lại: Do 2SCR mắc ngược chiều nhau nên USCR1= - USCR2 khi có 1 trong 2 con dẫn.
Khi đó:
+ Ur= Um sin khi SCR1 hoặc SCR2 dẫn.
+ Ur= 0 khi SCR1 và SCR2 không dẫn.
+ USCR1= - USCR2=0 khi SCR1 hoặc SCR2 dẫn (khi dẫn gần giống như Diode có sụt áp trên
nó V (coi không đáng kể).
+ USCR1= - USCR2 = Umsin khi SCR1 và SCR2 không dẫn (Khi chưa dẫn SCR pải chịu áp
do nguồn xoay chiều đặt vào cho đến khi kích góc dẫn).
+ USCR1= - USCR2= Um khi SCR1 hoặc SCR2 không dẫn (điện áp ngược đặt lên SCR).
b.Dạng sóng.
c.Xác định công thức :
2.1.Tải R,L
Mạch Điện

*Trường hợp 1: Góc kích
a.Giải thích
-Giải thích công thức ixl,itd:
+ Khi kích SCR1 với góc kích Ixl > 0 do đó i(td)<0,i=i(SCR1) tăng dần đến giá trị cực đại
rồi giảm ở điểm 0 < xl0 , 0: điểm có i=0;xl0:điểm có ixl=0.Do đó khi SCR1 ngưng dẫn,SCR2
mới được kích dẫn,vậy SCR2 có thể dẫn dòng i=iSCR2 theo chiều ngược lại so với chiều
dòng qua SCR1 .Dòng i qua phụ tải là dòng đổi chiều và không liên tục trong khoảng từ
điểm 0 đến điểm kích SCR2 với góc kích .
-Giải thích theo sự kích dẫn SCR,sự nạp xả của L và góc tắt dòng
+ ( 0 ) : Chưa có xung kích SCR1 chưa dẫn nên Ur =0.
+ : Khi kích SCR1 trong bán kỳ dương với góc trễ : SCR1 dẫn đồng thời L nạp thì Ur=
Umsin=Umsin.
+ : Ở bán kì âm:SCR2 chưa có xung kích nên chưa dẫn ,nhưng do L xả năng lượng đã
nạp ở bán kì dương với góc trễ nên Ur= Umsin=Umsin.
+ SCR2 chưa có xung kích nên vẫn chưa dẫn đồng thời hết năng lượng xả từ L nên Ur=0.
+ Lúc này SCR2 có xung kích nên dẫn khi đó Ur= Umsin=Umsin, L tiếp tục nạp.
b.Dạng sóng.
Tóm lại khi góc kích SCR khi phụ tải có thành phần cảm kháng,bộ điều chỉnh làm việc
bình thường dòng qua bộ điều chỉnh không liên tục 2 khoảng trong mỗi chu kỳ. Do đó
không phù hợp với phụ tải yêu cầu dòng sine như biến áp,động cơ không đồng bộ.Với
phụ tải là điện trở phát nhiệt thì dòng không liên tục này vẫn đạt yêu cầu.c.Xác định
công thức.
-Giá trị trung bình của điện áp:
-Giá trị trung bình của dòng điện:
Ta có: Ur=R.Ir nên :
*Trường hợp 2 : Góc kích
a.Giải thích : + ( 0 ) : Chưa có xung kích SCR1 chưa dẫn nên Ur =0.
+ : Khi kích SCR1 trong bán kỳ dương với góc trễ : SCR1 dẫn đồng thời L nạp thì Ur=
Umsin=Umsin
+ Ở bán kì âm: L xả năng lượng đã nạp ở bán kì dương với góc trễ đồng thời khi đó

năng lượng do L xả vừa tới góc kích ,SCR2 được kích dẫn nên Ur= Umsin=Umsin (trong
đó = ,với .Tương tự như vậy trong những thời gian tiếp theo.
Giải thích theo công thức ixl,itd : Khi góc kích giảm dần xuống còn bằng
, điểm 0 tiến đến xl0 ,khoảng cách i gián đoạn giảm dần giá trị bằng 0, thành phần itd
=0.Phụ tải coi như nối tiếp với điện áp Ur=Umsin.
b.Dạng sóng
Như vậy khi góc kích cho SCR , L và R là thành phần cảm kháng và điện trở của phụ
tải,dòng điện qua tải là dòng hình sin không trải qua giai đoạn quá độ mà đạt ngay giá
trị xác lập i = sin( ).Đây là điểm được lưu ý và ứng dụng khi cần dòng điện trải qua
thời kỳ quá độ như trường hợp máy hàn điểm(hàn điện trở) công suất lớn để có điện
năng xác định cho mỗi điểm hàn.
Trị hiệu dụng của dòng điện qua tải : I=U/Z
c.Xác định công thức
-Giá trị trung bình của điện áp Ur :
-Giá trị trung bình của dòng điện qua tải :
*Trường hợp 3: Góc kích
Trong trường hợp này dạng của dòng điện qua tải i phụ thuộc vào bản chất của xung điều
khiển SCR ngắn hay dài.
1.Khi xung điều khiển là các xung ngắn .
a.Giải thích: + ( 0 ) : Chưa có xung kích SCR1 chưa dẫn nên Ur =0.
+ : Khi kích SCR1 trong bán kỳ dương với góc trễ : SCR1 dẫn
đồng thời L nạp thì Ur= Umsin=Umsin.
+ : Ở bán kì âm: L xả năng lượng đã nạp ở bán kì dương với góc trễ và năng lượng L
xả tới khi đó SCR1 ngưng dẫn (i=iSCR1=0 và Ur<0). Cho nên tại thời điểm nếu cho
xung điều khiển kích SCR2 thì lúc SCR1 vẫn đang dẫn (iiSCR1) nên SCR2 chịu một điện áp
âm USCR2=- USCR1<0.Kết quả là SCR2 không thể dẫn được mà vẫn bị khóa.
+ Khi SCR1 đã ngưng dẫn thì USCR2 > 0,nhưng xung điều khiển kích cho SCR2 không còn
tồn tại nữa nên SCR2 vẫn không thể dẫn được.
+ Đến thời điểm lại có xung điểu khiển kích cho SCR1, SCR1 lại dẫn và dòng lại qua tải
như nửa chu kỳ đầu tiên của điện áp nguồn. Khoảng thời gian dẫn của SCR1 là từ đến .

b.Dạng sóng
Như vậy nếu góc kích cho SCR và các xung điều khiển là xung ngắn thì SCR nào
được kích trước nó sẽ dẫn ,SCR tiếp theo không dẫn được.Bộ điều chỉnh chỉ dẫn
điện qua 1 chiều,đó là chiều qua SCR được kích trước kể từ lúc bộ điều chỉnh hoạt
động. Sơ đồ hoạt động như bộ chỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ.Điều này rất nguy hiểm
cho thiết bị điện xoay chiều.
c.Xác định công thức
-Giá trị trung bình của điện áp Ur :
-Giá trị trung bình của dòng điện qua tải :
Ta có: Ur=R.Ir nên :
2.Trường hợp các xung điều khiển cho SCR là xung có độ dài đủ lớn.
a.Giải thích:
+ ( 0 ) : Chưa có xung kích SCR1 chưa dẫn nên Ur =0.
+ : Khi kích SCR1 trong bán kỳ dương với góc trễ SCR1 dẫn đồng thời L nạp thì Ur=
Umsin=Umsin.
+ : Ở bán kì âm: L xả năng lượng đã nạp ở bán kì dương với góc trễ và năng lượng
L xả tới khi đó SCR1 ngưng dẫn (i=iSCR1=0 và Ur <0).
+ : Điện áp trên SCR2 lớn hơn 0 (USCR2 > 0) ,còn xung điều khiển cho SCR2 đã được
cung cấp từ thời điểm trước đó ( ) vẫn còn tồn tại vì là xung dài nên SCR2 dẫn cung
cấp dòng cho tải (i=iSCR2) .
+ Tương tự tai thời điểm , i=iSCR2=0 nên SCR2 ngưng dẫn,còn SCR1
có USCR1 > 0 và đang có xung điều khiển nên sẽ cung cấp dòng cho tải. Cho nên dòng
điện qua tải là dòng hình sin có trị số hiệu dụng I=U/Z.
b.Dạng sóng:
Điều đó có nghĩa là khi và độ rộng xung đủ dài thì bộ biến điều chỉnh điện áp xoay chiều
được xem như một công tắc luôn đóng. Việc điều chỉnh góc kích để thay đổi điện áp trên
tải không có tác dụng, mạch hở nên mất điều khiển.Dòng điện qua tải không đổi là
I=U/Z. Tuy nhiên để tại xung phù hợp không dễ. Do đó người ta sử dụng phương pháp
lồng xung để tạo ra xung phù hợp. Người ta sử dụng sự kết hợp giữa mạch tạo xung 555
với mạch đa hài để tạo ra mạch lồng xung có độ dài đủ lớn, phù hợp để kích xung trong

trường hợp này.
c.Xác định công thức
-Giá trị trung bình của điện áp Ur :
-Giá trị trung bình của dòng điện qua tải :
3.Để tóm lược trường hợp phụ tải có cảm kháng ta lưu ý các điểm sau đây:
-Khi kích SCR bằng xung điện áp thì góc kích phải ở trong khoảng cách từ đến để có
điện áp thay đổi từ tri cực đại bằng Um/Z đến 0 khi =.
- Để tránh trường hợp nguy hiểm ta kích SCR bằng xung rộng ứng với góc lớn hơn .
- Tránh dùng xung hẹp kích SCR trong bộ đóng ngắt bán dẫn, nên dùng loạt liên tục xung
ngắn (kích bằng xung chùm).
-Dòng qua phụ tải là dòng liên tục, không phù hợp với phụ tải cần dạng dòng sine như
động cơ không đồng bộ công suất lớn, máy biến áp.
Trường hợp công suất lớn bộ điều chỉnh chỉ sử dụng được tải thuần điện trở như bếp
điện, lò nung dùng điện trở,v.v…
IV. Kết luận:
Sau bài báo cáo:
Phần làm được: có thể thiết kế được 1 bài báo cáo hoàn chỉnh, hiểu rỏ hơn về phần mềm
mô phỏng PSIM, giúp chúng ta có thể kiểm chứng được giữa lý thuyết và thực tế, ngoài
ra phần mềm còn giúp chúng ta có thể dự đoán được kết quả thực trước khi thi công lắp
đặt. Giúp chúng tôi có thể tự tin hơn khi báo cáo. Về phần nội dung chúng tôi đã hiểu rỏ
hơn về bộ biến đổi và đóng ngắt điện áp xoay chiều. Hiểu được nguyên lý hoạt động của
mạch, công dụng của các linh kiện trọng mạch, và từ dạng sóng có thể tính toán, xây
dựng được công thức tổng quát cho phần này. Đối với trường hợp có thêm cuộn cảm L,
trong quá trình báo cáo chúng tôi cũng hiểu được và có thể giải thích được vì sao phải xét
3 trường hợp của góc kích pha và có thể hiểu và giải thích được nội dung và mô phỏng
dạng sóng cụ thể cho từng trường hợp.
Phần chưa làm được trong khi báo cáo: Chỉ giải thích được hoạt động của mạch với
những góc kích xung khác nhau, song trong quá trình bào cáo chưa nêu ra được cách tạo
xung thế nào, làm thế nào có thể lồng xung để tạo ra xung có độ dài phù hợp. Tuy nhiên
sau bài báo cáo, với sự hướng dẫn của giảng viên chúng tôi đã hiểu rỏ hơn về các phương

pháp tạo xung kích, và làm thế nào để có thể lồng xung tạo ra được 1 xung kích có độ dài
phù hợp.
Trên đây là nội dung của chúng tôi.