Chương 7. BẢO VỆ THIẾT BỊ BIẾN ĐỔI
Các phần tử bán dẫn công suất được sử dụng ngày càng nhiều do có những ưu điểm như gọn nhẹ,
làm việc tin cậy, tác động nhanh, hiệu suất cao, dễ thực hiện tự động hoá vv
Tuy nhiên, các phần tử bán dẫn công suất cũng đòi hỏi các điều kiện khắt khe. Trước hết là phải
tôn trọng những trị số giới hạn sử dụng do nhà sản xuất đã chỉ ra đối với từng phần tử như:
- Điện áp ngược lớn nhất;
- Trị trung bình cho phép đối với dòng điện;
- Nhiệt độ lớn nhất của mặt ghép;
- Tốc độ tăng trưởng lớn nhất của điện áp
;
dt
du
- Tốc độ tăng trưởng lớn nhất của dòng điện
;
dt
di
- Thời han khoá t
off

Các phần tử bán dẫn công suất cần được bảo vệ chống những sự cố bất ngờ xảy ra, những "nhiễu
loạn" nguy hiểm như ngắn mạch tải, quá điện áp hoặc quá dòng điện.
7.1. CÔNG SUẤT TỔN THẤT VÀ LÀM MÁT
Khi tiristor hoặc diode mở cho dòng chảy qua, công suất tổn thất bên trong sẽ đốt nóng chúng.
Mặt ghép là nơi bị đốt nóng nhiều nhất, người ta dùng ký hiệu T
j
để chỉ nhiệt độ mặt ghép, T
jm
để chỉ
nhiệt độ lớn nhất cho phép.
Đối với bán dẫn G
e

: T
jm
= 80
0
÷ 100
0
C
Đối với bán dẫn Si: T
jm
= 150
0
÷ 200
0
C
Công suất tổn thất trong thiết bị bán dẫn ký hiệu là ∆P, tính bằng oát (W), thường được chia thành:
tổn thất chính (∆P
1
) và tổn thất phụ (∆P
2
). Tổn thất chính do dòng điện gây nên. Tổn thất phụ bao gồm
tổn thất chuyển trạng thái (từ trạng thái khoá chuyển sang trạng thái mở và ngược lại) và tổn thất trong
mặt ghép.
Thường tổn thất phụ không vượt quá 5% của tổn thất ∆P. Vì vậy có thể xem ∆P ≈ ∆P
1
.
Hình 7.1
Để tính ∆P cần biết đặc tính vôn - ampe của thiết bị bán dẫn. Trong tính toán, người ta dùng đặc
tính V - A gần đúng (hình 7.1a):
u
AC

= U
0
+ i.R
d
(7.1)
Trong đó R
d
là điện trở vi phân hoặc điện trở động:
R
d
= ctgα
Dòng điện i chảy qua thiết bị bán dẫn thường là dòng điện biến thiên theo chu kỳ. Như vậy:
∫ ∫
+==∆
T T
AC
idtiU
T
idtu
T
P
0 0
d0
).R(
11
hoặc:
2
00
IRIUP
d

+=∆
(7.2)
Trong đó I
0
là dòng trung bình, I là dòng hiệu dụng chảy trong thiết bị bán dẫn.
Thiết bị bán dẫn nhạy cảm với nhiệt độ. Nếu khi làm việc, nhiệt độ mặt ghép vượt quá T
jm
, dù
trong thời gian rất ngắn vẫn có thể phá hỏng thiết bị bán dẫn. Vì vậy việc tính toán nhiệt độ mặt ghép là
cần thiết.
Sơ đồ đẳng trị nhiệt được thể hiện trên hình 7.2. Trong đó:
T
j
- nhiệt độ mặt ghép;
T
v
- nhiệt độ vỏ thiết bị bán dẫn;
T
r
- nhiệt độ cánh tản nhiệt;
T
a
- nhiệt độ không khí của môi trường làm việc;
R
jv
- nhiệt trở giữa mặt ghép và vỏ thiết bị bán dẫn;
R
vr
- nhiệt trở giữa vỏ và cánh tản nhiệt;
R

ra
- nhiệt trở giữa cánh tản nhiệt và không khí môi trường.
Hình 7.2.Sơ đồ đẳng trị nhiệt
Nhiệt được truyền từ vùng nóng sang vùng lạnh. Công suất nhiệt được truyền đi tỷ lệ thuận với
nhiệt sai và tỉ lệ nghịch với nhiệt trở R
th
.
th
R
TT
P
21
−
=∆
(7.3)
Trong đó, T
1
là nhiệt độ vùng nóng, T
2
là nhiệt độ vùng lạnh.
Nhiệt trở tính bằng
0
C/W;
R
th
= R
jv
+ R
vr
+ R

ra
Bài toán về tính toán nhiệt thường đưa ra như sau:
Cho biết: T
jm
, T
a
, R
th
, ∆P. Yêu cầu xác định biện pháp làm mát (làm mát bằng đối lưu tự nhiên hay
phải quạt mát với tốc độ bao nhiêu m/s).
Ví dụ 1
T
jm
= 115
0
; R
jv
= 0,24
0
C/W; R
rv
= 0,04
0
C/W và R
ra
. Cho trên hình 7.1b; ∆P = 160W; T
a
= 40
0
C.

Theo (7.3), ta có:
W/468,0
160
40115
0
C
P
TT
R
aj
th
=
−
=
∆
−
≤
Do đó:
R
ra
≤ R
th
- (R
jv
+ R
vr
) = 0,468 - (0,24+0,04) = 0,188
0
C/W
Nhờ đường cong trên hình 7.1b, biết được rằng phải dùng quạt để thổi không khí với tốc độ 4m/s.

Ví dụ 2
Tiristor có đặc tính V - A như trình bày trên hình 7.3. Tính công suất tổn thất trong tiristor.
a. Khi có dòng điện một chiều 23A chảy qua.
b. Khi tiristor làm việc trong sơ đồ chỉnh lưu một pha, nửa chu kỳ và dòng điện xoay chiều i =
18πsinωt chảy qua.
Bài giải
Điện trở động của tiristor:
W/0183,0
60
1,1
0
CctgR
d
===
α
a.
∫
=+=+=∆
T
d
IdtIRU
T
P
0
0
W68,3223).23.0183,01()(
1
b.
∫
+=∆

π
θ
π
0
0
)(
2
1
idiRUP
d
∫
=+=
π
θθπθπ
π
0
W62,32.sin18).sin.18.0183,01(
2
1
d
Hình 7.3
Ví dụ 3.
Công suất tổn thất trong tiristor là ∆P = 30W
Nhiệt trở giữa mặt ghép và cánh tản nhiệt là R
jr
= 0,7
0
C/W
Nhiệt độ môi trường T
a

= 40
0
C; nhiệt độ cực đại của mặt ghép T
jmax
= 125
0
C.
Nhiệt trở tổng cộng là:
W/83,2
30
40125
0
CR
th
=
−
=
Nhiệt trở giữa cánh tản nhiệt và môi trường là:
R
ra
= 2,83 - 0,7 = 2,13
0
C/W
Nhiệt độ của cánh tản nhiệt = 40 + 2,13.30 = 103,9
0
C
Nhận xét
Nhiệt độ không khí môi trường làm việc là T
a
ảnh hưởng rất lớn đến sự làm việc an toàn của thiết

bị bán dẫn. Trong bài toán đang xét, nếu T
a
= 60
0
C thì R
th
≤ 0.344
0
C/W, bấy giờ R
ra
= 0,064
0
C/W. Theo
đường cong trên hình 7.1b thì không thể làm mát thiết bị bán dẫn với tốc độ lớn như thế. Vậy phải chọn
thiết bị bán dẫn có công suất lớn hơn và có cánh tản nhiệt lớn hơn.
Đường cong R
ra
= f(∆P, T
a
) do các nhà chế tạo cánh tản nhiệt cung cấp (hình 7.1c).
Thiết bị bán dẫn không được làm mát thì khả năng chịu dòng chỉ còn khoảng 30 đến 50% dòng
định mức.
Ví dụ: tiristor TL - 200 có thể có dòng 200A chảy qua nếu được quạt mát với tốc độ 12m/s. Nếu
dùng cánh tản nhiệt thì nó chỉ làm việc được với dòng (80 ÷ 100)A, và nếu cũng không có cánh tản nhiệt
thì chỉ còn (40 ÷ 50)A.
Biện pháp làm mát thông dụng nhất là quạt không khí bao xung quanh cánh tản nhiệt. Đối với
công suất lớn hơn, người ta cho nước trực tiếp chảy qua cánh tản nhiệt, hoặc ngâm cả thiết bị bán dẫn vào
dầu biến thế.
7.2. NGẮN MẠCH Ở ĐẦU RA CỦA CẦU CHỈNH LƯU DIODE
Sơ đồ nghiên cứu ngắn mạch đầu ra của cầu chỉnh lưu diode được thể hiện trên hình 7.4.

Xét trường hợp sự cố xảy ra khi D
6
đang dẫn dòng, D
1
và D
5
trùng dẫn, ta có:
θ
sin2
2
Ue
a
=
)3/2sin(2
2
πθ
−= Ue
b
)3/4sin(2
2
πθ
−= Ue
c
i
1
+ i
5
= i
6
(7.4)

i
1
(0) = 0; i
5
(0) = i
6
(0) = I
d
(7.5)
Hình 7.4
Hai pha a và b ngắn mạch qua D
1
và D
6
. Hai pha a và c ngắn mạch qua D
1
và D
5
.
Đối với các mạch kể trên ta có các phương trình:
dt
di
LiR
dt
di
LiRee
ba
6
6
1

1
+++=−
(7.6)
dt
di
LiR
dt
di
LiRee
ae
1
1
5
5
−−+=−
(7.7)
e
a
+ e
b
+ e
c
= 0 (7.8)
Từ (7.4), (7.6), (7.7) và (7.8), rút ra:
a
eiR
dt
di
L =+
1

1

(7.9)
và








+−=
−
ϕ
θ
ϕϕθ
tg
m
eIi .sin)sin(
1
(7.10)
Trong đó:
;
2
22
2
XR
U
I

m
+
=
;
R
X
t
X = ωL;
L = L
2
+ L'
1
; R = R
2
+ R
'
1

Thay (7.9) vào (7.7), ta được:
)3/2sin(2
25
5
πθ
+==+ UeiR
dt
di
L
c
và
[ ]

ϕ
θ
ϕπϕπθ
tg
mdm
eIIIi
−
−−+−+= .)3/2sin()3/2sin(
5
(7.11)
Thay (7.9) vào (7.6), ta được:
)3/sin(2
26
6
πθ
+=−=+ UeiR
dt
di
L
b
và i
6
= I
m
sin(θ+π/3-ϕ)+[I
d
- I
m
sin(π/3-ϕ)].e
ϕ

θ
tg
−
(7.12)
Dòng điện các pha gồm một thành phần biến thiên chu kỳ và một thành phần suy giảm theo hàm
mũ. Sau thời gian khoảng 3τ (với
)
R
L
=
τ
, các thành phần suy giảm xuống gần bằng 0. Bấy giờ dòng điện
chảy trong các pha sẽ là dòng điện xác lập, biến thiên theo dạng hàm sin với biên độ cực đại bằng I
m
.
Các đường cong
m
i
I
i
i =
1
*
ứng vớic các trị
khác nhau của tgϕ được trình bày trên hình 7.5.
Qua các đường cong này ta thấy rằng: trị cực đại
của dòng điện phá hoại ở mỗi pha khi cầu chỉnh lưu
bị ngắn mạch ngoài không vượt quá 2I
m
khi tgϕ =

∞.
Để giảm nhỏ dòng điện ngắn mạch, người ta
thường đấu thêm điện kháng vào mạch điện xoay
chiều.
Hình 7.5
7.3. NGẮN MẠCH Ở ĐẦU RA CỦA CẦU CHỈNH LƯU TIRISTOR
Sơ đồ nghiên cứu ngắn mạch đầu ra của cầu chỉnh lưu tiristor được trình bày trên hình 7.6.
Xét trường hợp ngắn mạch ngoài xảy ra khi θ = O
2
, T
6
đang cho dòng I
d
chảy qua và T
1
bắt đầu
đơn dẫn. Bấy giờ pha a và pha b bị ngắn mạch.
Nếu chuyển gốc toạ độ sang O
2
ta có:
)6/sin(2
2
µαπθ
+++= Ue
a
)2/sin(2
2
µαπθ
++−= Ue
b

Hình 7.6.Ngắn mạch đầu ra của cầu chỉnh lưu tiristor
Khi xảy ra sự cố (θ = O
2
), có thể viết phương trình:
)2/sin(6.2.2
2
µαπθ
+++=−=+ UeeiR
dt
di
L
ba
Viết phương trình trên dưới dạng toán tử Laplace:
bp
i
pbp
p
L
U
pI
+
+
++
+
=
)0(
))((
)cossin.(
.
2

6
)(
22
2
ω
ψωψ
Trong đó: ψ = π/3 + α + µ;
L
R
b =
;
d
Ii =)0(
Vận dụng quan hệ hàm ảnh - hàm gốc, có thể nhận được biểu thức của dòng ngắn mạch hai pha
như sau:
ϕ
θ
ϕ
θ
ϕµαπϕµαπθ
tg
d
tg
m
eIeIi
−−
+









−++−−+++= .).3/sin()3/sin(.
2
3
(7.13)
Trong đó:
;
2
22
2
XR
U
I
m
+
=
X = ωL;
R
X
tg =
ϕ
Nếu khi xảy ra ngắn mạch mà thiết bị bảo vệ cắt xung điều khiển, thì các tiristor sẽ khoá lại khi
dòng ngắn mạch i = 0. Nếu không cắt xung điều khiển thì đến thời điểm O
3
tiristor T
2

sẽ mở, bấy giờ sẽ
xảy ra ngắn mạch ba pha. Dòng điện chảy qua T
6
giảm dần, còn dòng điện chảy qua T
1
và T
2
tăng dần
dưới tác động của điện áp nguồn u
ac
.
Nói chung, dòng ngắn mạch của chỉnh lưu tiristor nhỏ hơn dòng ngắn mạch của chỉnh lưu diode.
Nếu có thiết bị cắt xung điều khiển khi xảy ra ngắn mạch ngoài, biên độ dòng ngắn mạch giảm xuống còn
khoảng 70% biên độ dòng ngắn mạch khi không cắt xung điều khiển (hình 7.7).
Hình 7.7.a) Cắt xung điều khiển; b) Không cắt xung điều khiển
7.4. NGẮN MẠCH TRONG THIẾT BỊ CHỈNH LƯU
Sơ đồ nghiên cứu ngắn mạch trong thiết bị chỉnh lưu được trình bày trên hình 7.8.
Hình 7.8.Ngắn mạch trong thiết bị chỉnh
lưu
Khi một phần tử bán dẫn công suất bị chọc thủng thì nó chỉ như một dây dẫn điện. Tiristor hoặc
diode thường bị chọc thủng khi chuyển mạch, vì khi ấy chúng phải chịu điện áp ngược lớn nhất.
Xét trường hợp sự cố xảy ra khi chuyển mạch từ D
1
sang D
3
, tức là khi e
b
bắt đầu lớn hơn e
a
. Lúc

này, nếu D
1
bị chọc thủng thì xảy ra ngắn mạch hai pha: pha a và pha b. Dòng điện i
3
= i
1
chảy từ pha b
vào pha a.
Khi chuyển gốc toạ độ sang O
1
, ta có:
)6/5sin(2
2
πθ
+= Ue
a
)6/sin(2
2
πθ
+= Ue
b
θ
sin
2
6
2
.
21
1
U

ee
R
dt
di
L
ab
i
=
−
=+








+−==
−
ϕ
θ
ϕϕθ
tg
m
eIii .sin)sin(.
2
3
31
(7.14)

Biểu thức (7.14) chỉ đúng trong khoảng O
1
O
2
, đó là giai đoạn I. Khi θ = O
2
, e
c
bắt đầu > 0, D
5
bắt
đầu dẫn dòng, lúc này xảy ra ngắn mạch ba pha, giai đoạn II, dòng điện từ pha b và pha c đổ vào pha a.
Nếu chuyển gốc toạ độ sang O
2
, ta có:
)3/sin(2
2
πθ
+−= Ue
a
)3/2sin(2
2
πθ
+= Ue
b
θ
sin2
2
Ue
c

=
i
1
= i
3
+ i
5
ab
eeiR
dt
di
LiR
dt
di
L −=+++
1
1
3
3

ac
eeiR
dt
di
LiR
dt
di
L −=+++
1
1

5
5

Từ hệ các phương trình trên rút ra:
θ
sin2.
25
5
UiR
dt
di
L =+








+−=
−
ϕ
θ
ϕϕθ
tg
m
eIi .sin)sin(
5
, (7.15)

)3/2sin(2.
23
3
πθ
+=+ UiR
dt
di
L
i
3
= I
m
sin(θ+2π/3-ϕ)+[I
3I
- I
m
.sin(2π/3-ϕ)].e
ϕ
θ
tg
−
(7.16)
Trong đó, I
3I
là trị của dòng điện chảy trong D
3
và D
1
ở cuối giai đoạn I.
Giai đoạn II sẽ kết thúc tại O

3
. Giai đoạn III sẽ kết thúc khi i
5
= 0.
Đồ thị biến thiên của dòng điện chảy trong các diode có dạng như trình bày trên hình 7.8. Trên
hình ta thấy, diode nào bị chọc thủng thì dòng điện chạy qua nó sẽ lớn nhất. Kết quả tính toán cho biết
biên độ cực đại của dòng điện chảy trong mạch có diode bị chọc thủng không vượt quá 2,4 lần I
m
.
7.5. BẢO VỆ NGẮN MẠCH VÀ QUÁ TẢI BẰNG DÂY CHẢY
Để bảo vệ tiristor và diode tránh dòng điện phá hoại, người ta thường dùng dây chảy tác động
nhanh (khoảng vài ms). Loại dây chảy này làm bằng bạc lá, đặt trong vỏ bằng sứ có chứa cát thạch anh
hoặc nước cất.
Hoạt động của dây chảy chia thành hai giai đoạn (hình 7.9)
Giai đoạn I, từ khi dòng điện sự cố tác động đến khi xuất hiện hồ quang t
hq
; trong giai đoạn này, dây
chảy bị đốt nóng, mềm ra.
Giai đoạn II, từ khi xuất hiện hồ quang đến khi cắt xong dòng điện sự cố t
c
; trong giai đoạn này, điện
áp hồ quang tăng dần, và do đó dòng điện sự cố giảm dần đến 0.
- Các thông số đặc trưng cho dây chảy là điện áp định mức và dòng điện định mức. Không
nên đặt
dây chảy vào mạch điện có điện áp cao hơn điện áp của dây chảy. Dòng định mức của dây
chảy phải bằng hoặc lớn hơn dòng điện bảo vệ nó, nhưng không lớn hơn 10%.
- Bảo vệ riêng biệt từng tiristor được sử dụng trong trường hợp khi một tiristor bị chọc thủng
vẫn yêu cầu thiết bị biến đổi tiếp tục làm việc. Nếu có N tiristor ghép song song mà một
tiristor bị chọc thủng thì dòng tải chia đều cho N - 1 tiristor còn lại. Vì vậy, khi chọn dòng
định mức của dây chảy cần lưu ý trường hợp này.

Hình 7.9
Hình 7.10
Có nhiều cách đặt dây chảy để bảo vệ thiết bị bán dẫn (hình 7.10):
- Đặt nối tiếp với từng tiristor, vị trí 1;
- Đặt ở từng pha của cuộn dây thứ cấp máy biến áp, vị trí 2;
- Đặt nối tiếp với nhóm tiristor ghép song song, vị trí 3;
- Đặt ở dầu ra của thiết bị biến đổi, vị trí 4;
- Đặt ở phía sơ cấp máy biến áp; vị trí 5;
- Bảng 7.1. Giới thiệu một số dây chảy
Mã hiệu ПHБ5 ПHБ5M ПП41 ПП57
Điện áp định mức (V):
- Xoay chiều 220, 380 380 450, 760 220, 380
660, 1250 1250 660, 2150
- Một chiều 200, 440 220 525, 825 160, 200
660 1080 440, 660
1080
Dòng điện định mức, A 40, 68 40, 63 100, 160 25, 40
100, 160 100, 160 250, 315 63, 100
250, 315 250, 315 400, 500 160, 250
400, 500 400, 500 630, 800 315, 400
630 630 1000 500, 630
800
Cấu trúc một dây chảy được trình bày trên hình 7.11. Khi dòng điện định mức chảy qua dây chảy,
nhiệt phát ra trong các khe hẹp được truyền sang phần rộng hơn và tiêu tán. Nhưng khi dòng điện quá lớn
chảy qua thì các khe hẹp sẽ chảy ra, tạo thành những hồ quang nối tiếp, điện áp một hồ quang có thể đạt
tới 50V.
Hình 7.11.Cấu trúc dây chảy
Dây chảy tác động nhanh do Liên Xô (cũ) chế tạo được giới thiệu trong bảng 7.1.
7.6. BẢO VỆ QUÁ ĐIỆN ÁP
Tiristor cũng rất nhạy cảm với điện áp quá lớn so với điện áp định mức, ta gọi là quá điện áp.

Nguyên nhân gây ra quá điện áp được chia làm hai loại:
a - Nguyên nhân nội tại:
Khi khoá tiristor bằng điện áp ngược, các điện tích ngược hành trình, tạo ra dòng điện ngược trong
khoảng thời gian rất ngắn (khảng 10 ÷ 100 µs). Sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngược gây ra
sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm (luôn luôn có) của đường dây nguồn dẫn đến các
tiristor. Quá điện áp này là tổng của điện áp làm việc và
dt
di
L
nói trên.
b - Nguyên nhân bên ngoài
Những nguyên nhân này thường xảy ra ngẫu nhiên như khi có sét đánh, khi cầu chì bảo vệ nhảy,
khi đóng cắt máy biến áp nguồn. Cắt máy biến áp nguồn tức là cắt dòng điện từ hoá máy biến áp, bấy giờ
năng lượng từ trường tích luỹ trong lõi sắt từ, chuyển thành năng lượng điện trường chứa trong các tụ
điện ký sinh, rất nhỏ, giữa dây quấn sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp (1/2 L.I
2
= 1/2C.U
2
). Điện áp này
có thể lớn gấp 5 lần điện áp làm việc.
Để bảo vệ quá điện áp người ta thường dùng mạch LRC,
bảo vệ riêng từng tiristor (hình 7.12).
Người ta thường chọn điện áp định mức của tiristor là
U ≥ 1,2U
im
. Trị số này vẫn nhỏ hơn nhiều so với trị cực đại của
các quá điện áp kể trên. Các quá điện áp có tốc độ tăng trưởng
dt
du
lớn. Đạo hàm điện áp sinh ra dòng điện chảy qua tụ điện C,

đấu giữa anốt - catốt của tiristor,
dt
du
Ci =
. Điện cảm L hạn chế
biên độ của dòng điện này.
Hình 7.12.Bảo vệ quá điện áp
bằng mạch LRC
Hình 7.13.Sơ đồ bộ biến đổi có bảo vệ quá dòng và quá áp
Khi kích mở tiristor, tụ điện C sẽ phóng điện qua tiristor; điện trở R hạn chế dòng điện này.
Các linh kiện bảo vệ có thể tính toán bằng công thức, nhưng trong thực tế người ta ưa dùng các trị
số kinh nghiệm: C = 0,01 ÷ 1 µF; R = 10 ÷ 1000Ω L = 50 ÷ 100 µH;
Hình 7.13 giới thiệu sơ đồ bộ biến đổi có đầy đủ các phần tử bảo vệ quá dòng và quá áp.
Câu hỏi ôn tập
1. Tổn thất trên các van bán dẫn trong quá trình làm việc bao gồm những thành phần nào ?
2. Tại sao phải đặt vấn đề làm mát các van bán dẫn ? Dựa trên các thông số kỹ thuật nào dể tính toán
quá trình làm mát ?
3. Bảo vệ quá tải và ngắn mạch cho các van bán dẫn ?
4. Bảo vệ quá áp cho các van bán dẫn ?
Chương 8. GHÉP TIRISTOR
Đối với các thiết bị biến đổi công suất lớn, thường phải ghép song song hoặc nối tiếp nhiều tiristor
mới đảm bảo được dòng và áp.
Cũng có khi người ta ghép tiristor để nâng cao độ tin cậy của thiết bị biến đổi, khi một vài tiristor
hỏng sẽ không làm cho thiết bị biến đổi phải dừng làm việc.
Đặc tính vôn - ampe của các tiristor cùng loại cũng thường có sự khác biệt, do đó có cái phải chịu
quá tải về dòng (trường hợp ghép song song), có cái phải chịu quá tải về áp (trường hợp ghép nối tiếp). Vì
vậy, cần có biện pháp chia dòng và áp cho từng tiristor tham gia trong tổ hợp.
8.1. GHÉP SONG SONG
Trên hình 8.1 trình bày sơ đồ ghép song song tiristor, đường cong 1 và 2 là đặc tính vôn - ampe
của tiristor T

1
và T
2
tương ứng. Khi ghép song song hai tiristor T
1
và T
2
thì T
1
phải chịu dòng tải lớn hơn.
Để chia đều dòng tải, người ta thường dùng thiết bị chia dòng kiểu cảm ứng điện từ. Nó là một gông từ
hình xuyến, trên đó quấn hai cuộn dây sao cho khi có dòng chảy qua, sức từ động tác động ngược nhau.
Như vậy, nếu dòng qua T
1
tăng lớn hơn dòng qua T
2
thì sẽ xuất hiện sức phản điện động nhằm làm
giảm dòng I
1
và làm tăng dòng I
2
. Trường hợp một tiristor mở trước cũng sẽ xuất hiện sức phản điện động
nói trên, tăng cường cho điện áp đặt trên tiristor chưa mở để nó được mở sớm hơn.
Trên hình 8.1b trình bày cách bố trí thiết bị chia dòng. Có bao nhiêu tiristor đấu song song sẽ có
bấy nhiêu điện kháng. Mỗi điện kháng có hai cuộn dây giống nhau. Một cuộn dây của điện kháng thứ
nhất đấu nối tiếp với tiristor trong nhánh song song thứ nhất, còn cuộn dây thứ hai, có tính cực ngược lại,
được đấu nối tiếp với tiristor trong nhánh song song thứ hai, vv
Hình 8.1.Ghép song song các tiristor
Công thức tính toán điện kháng:
E = k. W.S.f.B

m
.10
-4
(8.1)
Trong đó:
E - s.đ.đ cảm ứng trên cuộn dây do dòng điện không cân bằng gây nên.
Trường hợp mất cân bằng lớn nhất E ≈ 1V;
W - số vòng của điện kháng;
S - tiết diện của gông từ, cm
2
f - tần số của lưới điện, Hz;
B
m
- là từ cảm bão hoà của vật liệu gông từ, Tesla;
k - hệ số phụ thuộc vào góc dẫn ω
τ
của tiristor:
Góc dẫn ω
τ
180
0
điện 120
0
điện 60
0
điện
Hệ số k 2 3 6
8.2. GHÉP NỐI TIẾP
Khi ghép nối tiếp hai tiristor T
1

và T
2
(hình 8.2), tiristor nào có dòng điện rò nhỏ hơn sẽ phải chịu
điện áp lớn hơn, và tiristor nào có thời gian mở chậm hơn sẽ phải chịu toàn bộ điện áp đặt trên toàn chuỗi.
Hình 8.2.Nối tiếp các tiristor
Để chia tương đối hợp lý điện áp cho mỗi tiristor phải chịu trong chế độ tĩnh, người ta thường
dùng điện trở, ký hiệu là R
s
, được xác định như dưới đây.
Chọn U
m
là điện áp lớn nhất cho phép đặt lên tiristor có dòng điện rò nhỏ nhất (I
rmin
). Qua hình 8.2,
có thể viết các biểu thức sau:
I
1
+ I
rmin
= I
2
+ I
r.max
hoặc: I
1
- I
2
= I
r.max
- I

r.min
= ∆I (8.2)
U
m
= I
1
.R
s
(8.3)
U
m.ch
= U
m
+ (n-1)I
2
.R
s
(8.4)
Trong đó:
U
m.ch
- điện áp đặt lên toàn chuỗi;
n - số lượng tiristor tham gia trong chuỗi.
Thế (8.2) và (8.3) và (8.4), nhận được:
U
m.ch
= n.U
m
-(n-1).R
s

.∆I
Do đó có biểu thức:
IU
R
nn
U
U
m
s
m
chm
∆
−−=
/
).1(
.
(8.5)
Quan hệ giữa
IU
R
m
s
∆/
và
m
chm
U
U
.
được trình bày trên

hình 8.3.
Khi đã biết
m
chm
U
U
.
, ta dóng một đường thẳng song
Hình 8.3.Quan hệ giữa
IU
R
m
s
∆/
và
m
chm
U
U
.

song với trục tung, cắt các đường cong chỉ số lượng tiristor. Từ giao điểm vừa nhận được, kẻ một đường
thẳng song song với trục hoành, sẽ nhận được giá trị
IU
R
chm
s
∆/
.
.

Vì đã biết U
m.ch
và ∆I nên xác định được R
s
. Nếu coi:

0=
rmn
I
thì
max.
.
).1(
.
r
chmm
s
In
UUn
R
−
−
≥
Công suất tổn hao trên R
s
được tính theo công thức sau:

W,
2
.

s
dh
s
R
U
P =
Trong đó U
h.d
là trị hiệu dụng của điện áp đặt trên điện trở R
s
.
Để chia điện áp cho mỗi tiristor phải chịu trong chế độ quá độ, người ta thường dùng tụ điện đấu
song song với từng tiristor.
Việc chia điện áp bằng cách này rất có hiệu quả trong quá trình quá độ, nhưng do tụ điện được nạp
sẵn nên khi tiristor mở thì dòng anốt sẽ tăng lên, vì vậy phải sử dụng thêm một điện trở nối tiếp với tụ
điện. Để hạn chế
dt
du
người ta dùng một diode đấu song song với R, thường chọn C = 0,5µF, R = 30 ÷ 40
Ω, xem hình 8.4.
Hình 8.4
8.3. MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHUỖI TIRISTOR GHÉP NỐI TIẾP
Có hai biện pháp điều khiển chuỗi tiristor: điều khiển đồng thời và điều khiển kiểu bậc.
Hình 8.5.Điều khiển đồng thời
Hình 8.6.Điều khiển kiểu bậc
- Điều khiển đồng thời (hình 8.5).
Máy biến áp xung (BAX) cùng một lúc cấp các xung mở các tiristor. Điện trở R
g
được đưa vào
từng cực điều khiển để điều chỉnh dòng điều khiển cho phù hợp với đòi hỏi của từng tiristor.

Trường hợp công suất điều khiển bị hạn chế, có thể dùng tụ điện C
g
thay cho R
g
nhưng phải thêm
điện trở R
gk
để tạo mạch phóng điện cho C
g
.
Biện pháp điều khiển đồng thời được sử dụng rộng rãi. Cần chú ý cách điện tốt BAX.
- Điều khiển kiểu bậc (hình 8.6).
Biện pháp này chỉ sử dụng một xung để mở một tiristor đầu tiên. Các tiristor còn lại trong chuỗi sẽ
lần lượt được mở do tác động liên động.
Sơ đồ hoạt động như sau:
Cho xung mở T
1
, tụ điện C
1
phóng điện qua cực điều khiển của T
2
khiến T
2
mở, tụ điện C
2
lại
phóng điện qua cực điều khiển của T
3
khiến


T
3
mở,vv
Nhược điểm chính của sơ đồ điều chỉnh kiểu bậc là tiristor nào mở sau cùng phải chịu điện áp của
cả chuỗi. Thời gian mở chậm hơn so với biện pháp mở đồng thời.
Câu hỏi ôn tập
1. Ghép nối tiếp các tiristor ?
2. Ghép song song các tiristor ?