Giáo trình Điện tử công suất - Chương 1: Mở đầu

Thông số đặc trưng của cầu chì là 
dòng, áp định mức và tích phân dòng ngắn mạch để cầu chì chảy ∫T 2dti . Tích phân này cần 
phải bé hơn tích phân tương tự để ngắt điện bán dẫn bị hư hỏng khi quá dòng (ngắn mạch), lấy ở 
sổ tra cứu từ nhà sản xuất. Đối với chỉnh lưu, thời gian tích phân T thường là nửa chu kỳ lưới. 
Loại cầu chì thông thường không thể bảo vệ linh kiện điện tử công suất, nó chỉ có khả năng ngắt 
mạch khi có sự cố dòng tăng cao vì tác động chậm. 
 - CB ( ngắt mạch tự động – áptomat ) thường gặp ở ngỏ vào các bộ biến đổi làm các 
nhiệm vụ: đóng ngắt, bảo vệ quá tải và ngắt mạch bị sự cố ra khỏi lưới điện. CB không có khả 
năng bảo vệ các phần tử bán dẫn công suất khi có ngắn mạch. 
 + Bảo vệ quá tải ( quá dòng có thời gian ): 
 Quá tải là trường hợp dòng điện qua mạch lớn hơn giá trị tính toán một lượng không lớn, 
nếu kéo dài sẽ gây hư hỏng do quá nhiệt ở các phần dẫn điện. Như vậy đặc tính quá tải có dạng 
hyperbol, dòng quá tải càng lớn , thời gian cho phép càng ngắn. 
 Bảo vệ quá tải được thực hiện bằng rơ le chuyên dùng (gọi là rơ le nhiệt), tác động vào 
thiết bị đóng ngắt tự động (contactor) ở đầu vào. CB luôn có tích hợp sẵn rơ le nhiệt. Ở các bộ 
biến đổi, bộ điều khiển thường tích hợp cả bộ phận hạn dòng, tác động tức thời ở 120 % đến 200 
% giá trị định mức thiết bị, làm cả nhiệm vụ bảo vệ quá tải cho ngắt điện bán dẫn. 
CHÚ Ý - CB hay cầu chì thông thường không bảo vệ được linh kiện công suất khi có 
dòng ngắn mạch đi qua. 
 2. Bảo vệ áp: 
 Với việc chọn định mức áp của linh kiện bán dẫn công suất tối thiểu bằng hai lần áp khóa 
cực đại, ngắt điện bán dẫn thường không phải bảo vệ quá áp khi làm việc. Bảo vệ áp được đặt ra 
để chống lại các xung áp cảm ứng trên dây dẫn nguồn do sét xảy ra ở vùng lân cận hay do cảm 
ứng trên hệ thống khi có đóng ngắt. 
260v
IRF450
TFR105
C
103
10k
R4
 (4) 
Hình I.5.1: các phần tử có thể bảo vệ xung áp cho BBĐ và linh kiện công suất 
 Người ta thường dùng ở đầu nguồn: RC nối tiếp mắc song song (1), Varistor là loại điện 
Chuong 1 mo dau Page 14 of 18 
trở giảm nhanh khi áp lớn hơn trị số ngưỡng (2) và các bộ lọc nguồn(3) gồm mắc lọc LC hình π. 
 Mạch RC song song với các ngắt điện (mạch snubber) có thể bảo vệ linh kiện khỏi các 
xung áp trong mạch. Trong nhiều trường hợp, người ta thêm diod tác động nhanh vào mạch để 
tăng tính chọn lọc, tăng hiệu quả của mạch (4). 
GHi NHỚ - Người ta chỉ bảo vệ NĐĐT khỏi quá áp xung vì dự trữ áp (hệ số an tòan) đã 
chọn là khá lớn để linh kiện không bị hỏng do sử dụng quá áp. 
I.6 TÓM TẮT CÁC Ý CHÍNH: 
 Sau khi học chương I, cần nắm vững các nội dung sau: 
 - Công thức tính toán trị trung bình, hiệu dụng của dòng điện (điện áp) và ý nghiã của nó. 
 - Nguyên lý tính chọn các linh kiện công suất cũng như tản nhiệt. 
 - Nguyên lý bảo vệ quá áp, quá dòng và quá tải các BBĐ cũng như linh kiện công suất. 
Bài tập: 
1. Tính trị trung bình và hiệu dụng của các dòng điện có biên độ I như sau: 
a. 
I
0
Ti
t1
t
 b.
I
T
t1
t1
t
- I
i
0
c. 
d. 
 Hãy so sánh và đưa ra nhận xét về giá trị trung bình và hiệu dụng của hai dạng sóng (a) 
và (b), (c) và (d) 
2. Chứng minh IRMS = 1.57 IAVE với dạng sóng sau: 
0
2
Giải: Ta tính toán giá trị trung bình và hiệu 
dụng của dạng dòng hình sin chỉnh lưu bán 
sóng như hình bên với thông số là biên độ I. 
 Đặt i = I sin wt là phương trình phần 
dòng điện hình sin. Tính trị trung bình: 
 ( ) [ ] πππππ IIav wtwtdwtII =−== ∫ 02021 cos.sin 
 Tính trị hiệu dụng: 
Chuong 1 mo dau Page 15 of 18 
 ( ) [ ] [ ] 204 2sin220 2 2cos120 221 22sin IwtwtIwtIRMS dwtdwtwtII ==== +−∫∫ ππππππ 
 Suy ra : IRMS / IAVE = π / 2 = 1.57 
3. Tính tỉ số giữa trị hiệu dụng và trị trung bình 
của dạng sóng hình bên. 
Hướng dẫn: 
 [ ] 66/06/01 . ITTITTav tdtII === ∫ 
T
t
I
i
 ( ) [ ] [ ]
6
6/
0
6/
0
6/
0
21 22 1 ITT
IT
T
IT
TRMS tdtdtII ==== ∫∫ 
 IRMS / IAVE = 6 
4. Tính trị trung bình dòng qua cuộn 
dây R = 10 ohm; L = 0.1 henry có áp 
qua nó có dạng hình bên. 
Đáp số: 1A; tự cảm L và tần số xung 
chỉ ảnh hưởng dạng dòng. 
1
t (ms)
2
3 54
60
v
V = 30 volt
5. Dòng ngỏ vào i và 
áp nguồn u của bộ 
biến đổi (BBĐ) có 
dạng hình bên. u có 
dạng hình sin tần số 
góc w biên độ U và i 
có dạng xung vuông 
đối xứng biên độ I có 
cùng tần số và pha. 
 a. Hãy tích phân trực tiếp để tính công suất tác dụng của BBĐ tiêu thụ. 
 b. Tính trị hiệu dụng dòng nguồn và suy ra hệ số công suất của BBĐ. 
 c. Làm lại câu a và b khi dòng i lệch pha góc α với áp nguồn u. 
6. Vẽ dạng dòng, áp ra và tính trị trung bình 
dòng qua mạch nạp accu hình bên, cho biết 
 ( ) 12 2 sin(100 )e t tπ= và giả sử diod không 
có sụt áp thuận. 
e
i
vo
o
R
1 ohm E
12 v
D
, 
Chuong 1 mo dau Page 16 of 18 
7. Tính và vẽ dạng dòng iO qua tải. Cho biết quá trình 
làm việc của mạch như sau: 
- t = 0: khóa K đóng với dòng ban đầu qua tải iO = 0. 
- Sau khi K đóng đủ lâu để dòng qua tải iO xem như đạt 
giá trị xác lập, ta mở khóa K. 
e
K
oi
R
v
vL
ov
+
_
R
L
D
 Áp nguồn một chiều e = E. 
8. Tính và vẽ dạng dòng qua tải iO, áp trên tụ vC theo 
thời gian trong các điều kiện đầu (khi K đóng): 
a. L và C không tích trữ năng lượng. 
b. vC (0) = - E; iO (0) = 0. 
e = E
K
oi
R
v
Lv
ov =
+
_
C
v
R
L
C
9. Giải lại bài 8 khi có diod D nối tiếp với 
nguồn, R đủ nhỏ để dòng áp có tính dao 
động. 
i
v =
C
v
o
o R
e = E+_
vL
K
v
R
C
L
D
10. Giải lại bài 8 khi có diod D song song ngược với 
RLC. Khảo sát thêm trường hợp c: 
c. vC (0) = - E; iO (0) = I1 khi khóa K đóng. 
 R đủ nhỏ để dòng áp có tính dao động. 
e = E
K
oi
R
v
Lv
ov =
+
_
C
v
R
L
C
D
11. Câu hỏi ngắn: 
 a. Trong mạch điều khiển, khi ta lọc thông thấp điện áp ngỏ ra để phản hồi về bộ hiệu 
chỉnh, ta được đặc trưng nào của ngỏ ra? Giá trị trung bình hay hiệu dụng? 
 b. Theo bạn, đặc tính của rơ le bảo vệ quá tải sẽ tính bằng giá trị hiệu dụng hay trung 
bình? 
 c. Hãy liệt kê những trường hợp sử dụng giá trị trung bình và hiệu dụng của dòng điện. 
PHỤ LỤC 0 
A. QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ MẠCH RL LÀM VIỆC VỚI NGUỒN 1 CHIỀU: (hình PL0.1.a) 
Chuong 1 mo dau Page 17 of 18 
 (a) 
τ
t
X
Xxl
bđ
x(t)
(b) 
 Hình PL0.1: Sơ đồ mạch điện (a) và đồ thị dạng dòng io(t) theo thời gian (b) 
 Trong phụ lục này, ta khảo sát quá trình quá độ dòng điện mạch RL khi đóng vào nguồn một chiều, có sơ 
đồ hình PL0.1.a (Vẽ cho trường hợp tổng quát RLE , tải RL tương đương E = 0). 
 Tại t = 0, khóa K đóng. Phương trình mạch điện là: 
 oo
diR i L U
dt
⋅ + = trong đó 
dt
diL o là sụt áp qua tự cảm. Đây là phương trình vi phân tuyến 
tính bậc 1 có các hệ số dương và vế hai khác không, có điều kiện ban đầu là dòng điện qua mạch ở t = 0: 
0)0(io = . Phương trình dòng điện theo thời gian ( )tio chính là nghiệm của phương trình vi phân trên, có dạng 
tổng quát là hàm mũ: 
 ( ) τ−⋅+= /to eBAti với R/L=τ . A và B là hai hằng số. 
 A xác định theo vế hai, B là giá trị xác định theo điều kiện ban đầu. 
 ta có τ−τ ⋅−= /tBo edt
di
 Khi ∞→t 0e, /t →τ− 0
dt
di,Ai oo →→ . Thế vào : 
 R.A = U hay A = U / R . Vậy A là dòng điện xác lập ( )∞oi . 
 Khi t = 0, ( ) ( ) τ−=+=
B0
dt
di,BA0i oo . Thế vào , suy ra ( )0o UB i A R= − = − 
 Tóm lại : ( )tio có dạng hàm mũ ( ) ( )1 tUo Ri t e τ−= − / . Dạng dòng điện được vẽ trên hình 
PL0.1.b. 
 Tổng quát kết quả trên, phương trình vi phân 
tuyến tính bậc 1 có các hệ số dương và vế hai hằng số: 
 xlXdt
dxx =⋅τ+ 
 với điều kiện ban đầu khác không: 
 bđX)0(x = , phương trình có lời giải: 
( ) ( ) τ−⋅−−= /tbđxlxl eXXXtx . 
Dạng x(t) được vẽ trên hình PL0.2 
 Để ý Xxl là giá trị xác lập của biến x , khi 
∞→t . 
τ
t
X
Xxl
bđ
x(t)
Hình PL0.2 
CHÚ Ý: − Trong mạch ĐTCS, ta có thể gặp trường hợp vế hai của phương trình vi phân trên là hàm sin, lời giải có 
dạng tương tự nhưng phức tạp hơn. 
 − Nếu mạch có sức phản điện (E ≠ 0) trong hình PL0.1, phương trình trở thành 
Chuong 1 mo dau Page 18 of 18 
 oo
diR i L U E
dt
⋅ + = − 
 các kết quả đã khảo sát vẫn áp dụng được khi thay U bằng U – E, ví dụ như khi dòng điện ban đầu qua 
mạch bằng không 0)0(io = : 
 ( ) ( )1 tU Eo Ri t e τ−−= − / 
- Nhận xét là dòng qua tải không thay đổi đột ngột, có thể giải thích theo hai cách: 
1. uL = L.diL/dt, sụt áp qua L tỉ lệ với đạo hàm dòng qua nó => sự thay đổi dòng qua L bị hạn chế bổ áp 
nguồn cấp điện. 
2. Năng lượng tích trữ trong cuộn dây tỉ lệ với dòng qua nó; 2
1 .
2
E L i= suy ra dòng không thể thay dổi tức 
thời vì năng lượng hệ thống phải có thời gian tích trữ hay tiêu hao. 
Lý luận này rất thường được dùng trong lý giải mạch điện tử công suất. 
GHi NHỚ - Dòng qua cuộn dây và điện áp tụ điện trên không thể thay đổi tức thời 
=> L : phần tử làm phẳng (lọc thông thấp) dòng điệnø 
 C: phần tử làm phẳng (lọc thông thấp) điện áp 
 I.6 CÁC TẠP CHÍ VÀ WEBSITE CỦA CÁC TỔ CHỨC KHKT QUỐC TẾ: