Bài giảng Điện tử công suất - Đoàn Quang Vinh

 trên các tụ đảo 
chiều. 
Trong thời gian điện áp trên các tụ còn <0, V1 và V2 phục hồi khả năng khóa. 
Bộ chuyển mạch thực hiện chức năng thứ nhất. 
Xung điều khiển được đưa vào V3, V4, cùng với V11 và V12, tuy nhiên chưa mở 
do uV3 = uC1 + uZ <0, uV4 = uC2 + uZ < 0. 
Id
V 11 V 1
C 1
V 3 V 13
V 14 V 4 V 2
V 12
L
uZ
iZuC 1
C 2
uC 2
Đối với tải L: uV3 = uC1, uV4 = uC2 
 V3, V4 mở khi uC1 = uC2 = 0 
Dòng điện chảy qua V11, C1, 
Z, C2, V12 giảm dần. Dòng 
điện chảy qua V3, Z, V4 tăng 
dần. 
Bộ chuyển mạch thực hiện 
chức năng thứ hai 
Quá trình chuyển mạch kết thúc khi 
iV3 = iV4 = -iZ = Id 
Id
V 11 V 1
C 1
V 3 V 13
V 14 V 4 V 2
V 12
L
uZ
iZuC 1
C 2
uC 2
5.4.3 Nghịch lƣu dòng 3 pha 
• Thyristor chính: V1, V2, , V6 
• Tụ chuyển mạch: C13, C35, , C 26, C24 
• Diode phân cách: V11, V12, , V16. 
0120Y  V1 
V2 
V3 
V4 
V5 
V6 
iZ1 
iZ2 
Id 
-Id 
iZ3 
Id
uV 1
V 1 V 3 V 5
C13 C35
uC 13
C15
V 13 V 15
uV 13
V 11
V 14 V 16 V 12
C46
C26
C24
V 4 V 6 V 2
uZ 12
1 2 3
Z1 Z2 Z3
• Nhịp V1, V2, V11, V12 
iZ1 = Id; iZ2 = 0; iZ3 = -Id 
uC13 > 0 
uV3 = uC13 > 0: V3 đang ở trạng thái khóa 
• Nhịp V3, V11, V2, V12 
Đưa xung điều khiển mở V3. 
uC13 đóng V1. 
Dòng Id chảy qua V3, C13, song song với 
C13 là C35 và C15, V11, vào pha 1. 
uV13 = uZ12 – uC13 < 0 ... V13 vẫn đóng. 
Id sẽ đảo chiều điện áp trên C13. 
Bộ chuyển mạch thực hiện chức năng thứ 1 
Id
uV 1
V 1 V 3 V 5
C13 C35
uC 13
C15
V 13 V 15
uV 13
V 11
V 14 V 16 V 12
C46
C26
C24
V 4 V 6 V 2
uZ 12
1 2 3
Z1 Z2 Z3
• Nhịp V3, V11, V13, V2, V12 
Khi uV13 = uZ12 – uC13 = 0 ... V13 mở ... 
Dòng chảy qua V3 và V13 vào pha 2. 
Quá trình chuyển mạch: dòng chảy 
vào pha 1 giảm dần, dòng chảy vào 
pha 2 tăng dần. 
Bộ chuyển mạch thực hiện chức năng thứ 
2: tham gia vào quá trình chuyển mạch 
Quá trình chuyển mạch kết thúc khi dòng 
chảy vào pha 1 giảm về 0 và dòng chảy 
vào pha thứ 2 bằng Id. 
 Chuyển sang nhịp V3, V13, V2, V12 
Id
uV 1
V 1 V 3 V 5
C13 C35
uC 13
C15
V 13 V 15
uV 13
V 11
V 14 V 16 V 12
C46
C26
C24
V 4 V 6 V 2
uZ 12
1 2 3
Z1 Z2 Z3
5.4.4 Điều khiển nghịch lƣu dòng 
Chƣơng 6: Thiết bị biến tần 
6.1 Khái niệm chung – Phân loại 
Dùng để biến đổi năng lượng điện xoay chiều bằng cách thay đổi tần số 
• Phân loại theo số lượng pha 
 - Một pha 
 - Ba pha 
 - m-pha 
• Phân loại theo sơ đồ 
- Trực tiếp 
- Gián tiếp 
+ Nguồn áp 
+ Nguồn dòng 
6.2 Biến tần trực tiếp 
Biến đổi trực tiếp điện áp xoay chiều thành điện áp xoay chiều có tần số khác 
I
f1
iI
 I
u rI u rII
f1
iII
 II
iI iII
uZ
iZ
f 2
Z
II
u r
* *
a) b)
LOG 
If1
iI
 I
u rI u rII
f1
iII
 II
iI iII
uZ
iZ
f 2
Z
II
u r
* *
a) b)
LOG 
Sgn ur Sgn urI Sgn urII i*I i*II I II 
+ + - ≥0 0 0≤I< /2 BLOCK 
- - + >0 0 /2<I<  BLOCK 
- - + 0 0 BLOCK 
BLOCK 
FOR tb 
- - + 0 ≥0 BLOCK 0≤I< /2 
+ + - 0 >0 BLOCK /2<I<  
+ + - 0 0 
BLOCK 
FOR tb 
BLOCK 
1
2 1 2( 1)
T
T T n
p
   n: số nửa chu kỳ điện áp đầu vào 
để tạo nên nửa chu kỳ điện áp đầu ra 
2 1
1 2 2( 1)
f T p
f T p n
 
 
  1 12 2( 1)
T T
T p n q
p p
   
 I = 1
1T1/p
u r
U r
 I = 1
uZ
iZ
(n-1)1T1/p 1T1
 1t
1tb
 II = 1
-U r

Tần số điện áp đầu ra f2 < 25Hz và không thể điều khiển vô cấp 
 Biến tần trực tiếp ít được sử dụng 
  1 12 2( 1)
T T
T p n q
p p
   Đối với biến tần 3 pha: 
 I = 1
1T1/p
u r
U r
 I = 1
uZ
iZ
(n-1)1T1/p 1T1
 1t
1tb
 II = 1
-U r

6.3 Biến tần gián tiếp 
6.3.1 Biến tần nguồn áp 
CHỈNH LƢU NGHỊCH LƢU ÁP 
UdII > 0 
Cf, Lf: mạch lọc 
Mạch lọc cùng với chỉnh lưu tạo thành 
nguồn áp một chiều đầu vào của 
nghịch lưu áp 
Cf: nhận dòng phản kháng. 
Nguyên tắc điều khiển: 
• Nguyên tắc điều khiển tần số xung: 
f2: tần số xung phát vào nghịch lưu 
U2: sử dụng chỉnh lưu có điều khiển, hoặc sử dụng chỉnh lưu không điều khiển 
 và bộ biến đổi xung áp 
• Nguyên tắc PWM – chỉnh lưu chỉ cần là không điều khiển. 
• UdI > 0 
• IdI > 0 
 PI > 0 Công suất không thể đảo chiều 
f1
I
idI
L f
C f
II
f 2
U dI
U dII
idII
6.3.2 Biến tần nguồn dòng 
CHỈNH LƢU NGHỊCH LƢU DÒNG 
Lf: Mạch lọc 
Chỉnh lưu và mạch lọc phải có 
tính chất nguồn dòng một chiều 
Nguyên tắc điều khiển: 
f2: tần số xung phát vào nghịch lưu 
I2: sử dụng chỉnh lưu có điều khiển. 
• Id > 0 
• UdI > 0 hoặc < 0 
 Công suất có thể đảo chiều 
f1 f 2
id
L f
U dI U dII
Chƣơng 7 
Bộ khóa xoay chiều 
và thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều 
7.1 Khái niệm chung – Phân loại 
Bộ khóa xoay chiều: đóng, cắt dòng xoay chiều 
Thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều: thay đổi giá trị điện áp xoay chiều 
• Phân loại theo số lượng pha 
- Một pha 
- Ba pha 
- m-pha 
• Phân loại theo sơ đồ 
- Cơ bản 
- Tiết kiệm 
• Phân loại theo phương pháp điều khiển 
- Điều khiển hoàn toàn 
- Bán điều khiển 
7.2 Bộ khóa xoay chiều 
7.2.1 Bộ khóa xoay chiều một pha ON 
OFF 


 sinm
Z
Z Uu
d
di
LRi 
Z: góc bắt đầu 
iz(z) = 0 
( )
sin( ) sin( )
Z
R
m m L
Z z
U U
i e
Z Z
 
   
 
   
2 2 2 ; arctan
L
Z R L
R

   
f1() 
f2() 
iG 2
uV 1
iG 1
V 1
iV 1
V 2
uZu
iZ
Z
L
R
ON 
OFF 
iG 2
uV 1
iG 1
V 1
iV 1
V 2
uZu
iZ
Z
L
R
0 V 1 V 2 V 1 V 2 V 1 V 2 0
f1(
f 2(
u
0 Z
U m

uZ
iZ
 t
i G
1
 =
 i
G
2
0
uV 1 = - uV 2


7.2.2 Bộ khóa xoay chiều ba pha 
Gồm 3 bộ khóa 1 pha 
u1 u2 u3
uV 1
iV 1
uZ 1 iZ 1
Z1 Z 2 Z3
V 1
V 4
S1
V 6
S2
V 3
V 2
S3
V 5
Z1 Z 2 Z3
u1 u2 u3
V 1
V 4
V 3
V 6
V 5
V 2
u1 u2 u3
Z1 Z 2 Z3
u1 u2 u3
Z1 Z 2 Z3
7.3 Thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều 
Tải thuần trở R 
7.3.1 Thiết bị biến đổi điện áp xoay 
chiều một pha 

iG 1
iV 1
V 1
V 2
u
uZ
iZ
u r
uV 1
Z
iG 2
iV 1
0 V 1 0 V 2 0 V 1

RiZ


u

U
m
=
iV 1 iV 2
0
0
0
uV1 = -u V2

U
2
iG 1
iG 2
Tải R, L: 
• Khi  <  < 
( )
sin( )
sin( )
m
Z
R
m L
U
i
Z
U
e
Z
 

 
 
 
  
 
Z = 
• Khi 0 <  < 
Không điều khiển được điện áp. 
Thiết bị làm việc như bộ khóa xoay chiều 
V 2 0 V 1 0 V 2

u
u Z
Q L =Q 'L
 k
R iZ
Z
u
0
0


iG 1
iG 2
uV 1 = -u V 2

Tải L 
• Khi /2 <  < 
(cos cos )mZ
U
i
L
 

 
• Khi 0 <  < /2
Không điều khiển được điện áp. 
Thiết bị làm việc như bộ khóa xoay chiều 
 = /2 
2
V 2 V 1 V 20 0

uZ
iZ
2
u

0
Q L=Q 'L
7.3.2 Thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều ba pha 
Gồm có ba bộ biến đổi điện áp xoay một pha mắc với nhau 
u r
uS1
V 1
S1
V 4
u1 u2 u3
V 3
S2
V 6
V 5
S3
V 2
uZ 12
1 2 3
uZ 23
uZ 31
uZ1
iZ1 uZ2 uZ3
Z1 Z2 Z3

CHƢƠNG 8 
BẢO VỆ VÀ ĐIỀU KHIỂN 
CÁC THIẾT BỊ BIẾN ĐỔI 
8.1 Bảo vệ các phần tử điện tử công suất 
8.1.1 Công suất tổn thất và làm mát 
1 2 1P p p p     
P  Công suất tổn thất 
1p  Công suất tổn thất chính 
2p  Công suất tổn thất phụ 
2
0 ( )T AV FP U I R I  
j a th
th jv vr ra
T T R P
R R R R
  
  
Nhiệt độ mặt ghép 
Tj  Nhiệt độ mặt ghép 
Ta  Nhiệt độ không khí môi trường 
Rjv  Điện trở nhiệt giữa mặt ghép và vỏ linh kiện bán dẫn 
Rvr  Điện trở nhiệt giữa vỏ và cánh tản nhiệt 
Rra  Điện trở nhiệt giữa cánh tản nhiệt và không khí môi trường 
Làm mát: 
• Cánh tản nhiệt 
• Cánh tản nhiệt + quạt gió 
• Cánh tản nhiệt + nước 
• Ngâm trong dầu biến thế 
8.1.2 Bảo vệ dòng điện 
Cầu chì: 
• CC phải chịu được dòng làm việc định mức của thiết bị 
• Nhiệt dung chịu đựng của CC phải nhỏ hơn nhiệt dung của thiết bị cần 
 bảo vệ  nhiệt lượng (I2t)CC < (I
2t)TB 
• Điện áp hồ quang của CC phải tương đối lớn  Giảm nhanh dòng điện 
 và tiêu tán năng lượng trong mạch. 
• Khi CC đứt, điện áp phục hồi phải đủ lớn  Không làm cho hồ quang cháy 
 lại giữa hai cực của cầu chì 
Lắp đặt: có nhiều cách 
• Từng pha của cuộn dây sơ cấp hoặc thứ cấp MBA 
• Nối tiếp với từng van 
• Nối tiếp với từng nhóm van mắc song song 
• Đầu ra của thiết bị biến đổi 
8.1.3 Bảo vệ quá áp 
Quá áp trong 
Sự tích tụ điện tích trong các lớp bán dẫn 
(quá trình động của diode và thyristor) 
 Bảo vệ bằng mạch R – C đấu song song với diode hoặc thyristor 
Quá áp ngoài 
Cắt không tải MBA trên đường dây, CC bảo vệ nhảy, sấm sét,  
 Bảo vệ bằng mạch R – C mắc giữa các pha thứ cấp của MBA động lực 
• R .. 10 – 1000 W
• C  0.01 – 1 F 
8. 2 Điều khiển các thiết bị biến đổi 
8.2.1 Khuyếch đại thuật toán 
-
+
R1
R2
uv
ur 2
1
r v
R
u u
R
 
Khuyếch đại đảo 
Mạch so sánh 
-
+
u-
ur
u+
...
...
cc
r
cc
U u u
u
U u u
 
 
 
 
 
Mạch tích phân 
-
+
R
C
uv
ur 1
r vu u dt
RC
  
-
+
R
C
ur v
r
du
u RC
dt
 
Mạch vi phân 
Mạch tạo xung chuẩn sử dụng IC 555 
1 1 2 2 2
1 2 1 2
0.693 ( ); 0.693
0.693 ( 2 )
t C R R t CR
T t t t C R R
  
    
Mạch lật đơn sử dụng IC 555 
1.1T RC
1
3
ccV
Mạch D flip – flop 
D Qn  Qn+1 
0 0  0 
1 0  1 
0 1  0 
1 1  1 
Q 
Q 
D-FF 
CLK 
D 
Q2 
Q2 
D-FF2 
CLK 
D2 
Q1 
Q1 
D-FF1 
CLK 
D1 
Q3 
Q3 
D-FF3 
CLK 
D3 
CLK
Qn D Qn+1 
1 2 3 1 2 3 1 2 3 
1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 
2 1 0 0 1 1 0 1 1 0 
3 1 1 0 1 1 1 1 1 1 
4 1 1 1 0 1 1 0 1 1 
5 0 1 1 0 0 1 0 0 1 
6 0 0 1 0 0 0 0 0 0 
Qn D Qn+1 
1 2 3 1 2 3 1 2 3 
1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 
2 1 0 0 1 1 0 1 1 0 
3 1 1 0 1 1 1 1 1 1 
4 1 1 1 0 1 1 0 1 1 
5 0 1 1 0 0 1 0 0 1 
6 0 0 1 0 0 0 0 0 0 
CLK
Q1
Q2
Q3
Q1
Q2
Q3
TCA 785 - Siemens 
Chức năng: 
• Tạo điện áp răng cưa đồng bộ 
• So sánh 
• Tạo xung ra 
Điều khiển cầu chỉnh lưu một pha bán điều khiển – công suất nhỏ 
Điều khiển triac với dòng mở lên đến 50mA 
BAX
D2
D3
R2
R1
D1
D4
VCC 
iG
uGR3
V
Chức năng của MBA xung: 
• Khuyếch đại xung 
• Cách ly giữa mạch động lực và mạch đk 
• Tạo sườn dốc cho xung 
• Phối hợp trở kháng đầu vào của thyristor