Giáo trình Điện tử công suất - Chương 3: Bộ biến đổi điều khiển pha

lưu là liên 
tục – phẳng. 
a. Để động cơ có dòng điện bằng 100 A ở sức điện động E = 300 V, ta cần góc kích α bằng bao 
nhiêu. Vẽ dạng dòng, áp pha A trên cùng đồ thị, từ đó tính ra công suất tác dụng, công suất biểu 
kiến bộ chỉnh lưu. 
b. Để hãm chuyển động, momen vàø dòng điện qua động cơ phải đảo chiều. Để làm được việc 
này, người ta đổi nối phần ứng để đảo chiều sức điện động E và bộ chỉnh lưu sẽ làm việc trong 
chế độ nghịch lưu. Giả sử sức điện động E là 300V, tính góc kích α để dòng qua động cơ vẫn 
bằng 100 A. Vẽ dạng dòng, áp pha A trên cùng đồ thị, từ đó tính ra công suất tác dụng, công suất 
biểu kiến bộ chỉnh lưu. 
10. Cho chỉnh lưu 2 SCR + 2 diod điều khiển pha tải RL. 
a. Vẽ mạch động lực và dạng xung kích SCR, dạng dòng và áp ra ở hai trường hợp tải thuần trở 
(L = 0) và tải dòng liên tục với góc điều khiển pha α = 90O. Cần chú thích đầy đủ và ghi rõ trên 
hình vẽ khoảng dẫn của các chỉnh lưu (SCR và D). 
b. Giả sử L tải đủ lớn để dòng phẳng, tính góc kích α để dòng tải bằng 10 A với điện trở tải 
R = 10 ohm, cho biết áp nguồn có hiệu dụng Us = 200 V, tần số 50 Hz. Tính trị trung bình và 
hiệu dụng dòng điện qua các D và SCR. Vẽ dạng dòng nguồn và tính hệ số công suất của bộ 
chỉnh lưu. 
c. Hãy kể 2 ứng dụng của mạch được khảo sát. 
11. a. Vẽ mạch động lực bộ chỉnh lưu điều khiển pha, sơ đồ một pha điều khiển không hoàn 
toàn (hổn hợp SCR + diod). Vẽ và chú thích đầy đủ dạng xung kích các SCR và dạng áp, dòng 
qua tải với góc kích α = 30O. Cho biết tải dòng liên tục, nguồn hình sin: wtsinVe 2= . 
 b. Tính trị trung bình áp, dòng ngỏ ra. Cho biết trị số hiệu dụng áp nguồn là 220 volt, tần 
số nguồn 50 Hz, tải R =10 ohm và L đủ lớn để dòng tải liên tục - phẳng. Vẽ dạng dòng nguồn, 
tính trị hiệu dụng dòng điện nguồn và hệ số công suất của bộ chỉnh lưu. 
ĐS: Uo = 184.7V; Io = 18.47A; hiệu dụng nguồn = 16.86A; HSCS = 0.92 
chuong 3 chinh luu Page 50 of 54 
12. Thành lập biểu thức tổng quát tính 
hệ số công suất (HSCS) của bộ chỉnh 
lưu cầu 1 pha điều khiển không hoàn 
toàn tải dòng liên tục-phẳng Io theo góc 
kích α. Khảo sát hàm số này theo α để 
tìm khoảng thay đổi của góc kích α sao 
cho HSCS > 0.7. 
ĐS: 2(1 cos )
( )
HSCS α π π α= + − 
Dùng MCAD hay MatLAB để vẽ hàm 
số HSCS theo α, HSCS cực đại ở α 
khoảng 21O. 
Đường không liên tục là HSCS của sơ đồ điều khiển hoàn toàn: cực đại (HSCS = 0.9) ở α = 0; 
HSCS = 0 ở α = 90O. 
CÂU HỎI: 
 1. − Hãy trình bày các dạng dòng ra của chỉnh lưu điều khiển pha tải RL khi L thay đổi từ 0 ( tải 
thuần trở ) đến khi L bằng vô cùng ( tải dòng liên lục và phẳng ). 
 − Vẽ dạng áp ra của chỉnh lưu điều khiển pha, sơ đồ 1 pha tải RL ở góc kích α bằng 60O khi L 
thay đổi từ 0 đến khi L bằng vô cùng. 
 2. Chuyển mạch là gì? Tại sao gọi chỉnh lưu điều khiển pha là bộ biến đổi chuyển mạch lưới. 
 3. Phạm vi thay đổi của góc điều khiển pha bằng bao nhiêu. 
 Hướng dẫn: Tải RL, α ∈ [ 0, 180 O ]. Khi tải có sức phản điện, phạm vi điều khiển giảm xuống 
 4. Tác dụng của diod phóng điện đối với tải cảm kháng. 
 5. Vẽ dạng xung kích SCR, áp ra của sơ đồ chỉnh lưu điều khiều pha, sơ đồ 3 pha cầu 6 SCR ở α 
= 60O . Giải thích yêu cầu cần xung kép, có thể sử dụng dạng xung nào khác không. 
 6. Trình bày hai nguyên lý cơ bản để thực hiện sơ đồ kích SCR cho BBĐ điều khiển pha. Giải 
thích tại sao tần số nguồn điện có ảnh hưởng đặc tính của các mạch kích này. 
 7. Hãy cho biết ngắn gọn các ứng dụng của chỉnh lưu và chỉnh lưu điều khiển pha và đặc điểm 
của chúng. 
 8. Tìm biểu thức của hiệu dụng áp ra chỉnh lưu điều khiển pha, sơ đồ tia 3 pha tải R. Khi nào ta 
cần tính giá trị hiệu dụng này? 
α<π/6: ( )
5 5
6 2 6
66
3 3 1 3 2 32 sin . sin 2 cos 2
2 2 2 2 3 2oR
V V wt dwt V wt wt V
π πα α
ππ αα
π απ π π
+ +
++
⎡ ⎤⎡ ⎤= = − = +⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ ⎣ ⎦∫
α>π/6: ( )2
66 6
3 3 3 1 3 5 12 sin . (1 cos 2 ) sin 2 sin 2( )
2 2 2 2 2 6 2 6oR
V V wt dwt V wt dwt V wt wt V
ππ π
ππ π αα α
π πα απ π π π++ +
⎡ ⎤ ⎡ ⎤= = − = − = − + +⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦ ⎣ ⎦∫ ∫
chuong 3 chinh luu Page 51 of 54 
 PHỤ LỤC CHƯƠNG 3 
 Vi mạch điều khiển pha TCA785 
TCA785 là vi mạch tương đối đầy đủ của họ TCA78x dùng để điều khiển pha sơ đồ một pha. Vi 
mạch sử dụng nguồn đơn, dùng rất ít linh kiện phụ. TCA785 có hai ngỏ ra Q1 và Q2 riêng biệt 
tải max 250 mA dùng cho điều khiển hai bán kỳ dương và âm, có thể kích xung hẹp (chỉnh lưu) 
và rộng (điều khiển áp AC). Vi mạch có nguồn chuẩn 3.1 volt và ngỏ vào cấm để phối hợp với 
các mạch điều khiển khác. Ngỏ ra bộ so sánh Z ø cũng được nối ra ngoài để tiện dụng. 
 1. Mô tả các chân: (lưu ý RAMP signal: tín hiệu hàm dốc, này quen gọi là răng cưa) 
Đất (điểm chung) 
Ngỏ ra 2 (đảo) 
Ngỏ ra U 
Ngỏ ra 1 (đảo) 
Ngỏ vào đồng bộ lưới 
Cấm (khóa) 
Ngỏ ra Z 
Áp chuẩn 
Điện trở chỉnh răng cưa 
Điện dungï chỉnh răng cưa 
Áp điều khiển 
Điện dungï chỉnh độ rộng 
Chọn xung rộng (ngỏ 
vào) 
Ngỏ ra Q1 
Ngỏ ra Q2 
Nguồn cấp điện 
2. Sơ đồ khối: 
Sơ đồ khối bao gồm: 
- Mạch khám phá zero lấy tín hiệu 
đồng bộ VSYNC (V5) từ lưới, tác động 
vào thanh ghi đồng bộ khi áp nguồn 
qua zero. Áp nguồn cấp điện VS qua 
ổn áp tạo áp chuẩn VREF và nguồn 
dòng I (được điều khiển bởi R9) để 
nạp tụ C10. Tụ điện C10 sẽ được xả ở 
mỗi đầu bán kỳ bằng T68 thành lập 
áp đồng bộ răng cưa (Ramp voltage) 
V10. Áp này được so sánh với áp điều 
khiển V11 xác định pha kích các 
SCR. Khối logic bao gồm các mạch 
tạo bề rộng xung (từ 
C12), tín hiệu điều khiển cấm (Inhibit) và chọn xung rộng/hẹp Long Pulse Commutation để tạo 
chuong 3 chinh luu Page 52 of 54 
ra các xung ngỏ ra theo các dạng ở hình dưới. 
 3. Các dạng sóng: 
V5: Áp đồng bộ lưới 
V10: Giá trị đỉnh áp răng cưa. 
V10: Áp đồng bộ răng cưa. 
V11: Áp điều khiển 
V10:Trị tối thiểu áp răng cưa. 
V15: Q2, ngỏ ra kích SCR 
V14: Q1: ngỏ ra kích SCR 
V15: ngõ ra Q2 khi xung rộng 
(chân 12 nối đẩt) 
V14: ngõ ra Q1 khi xung rộng 
V2: Q2 đảo (chân 13 nối đất) 
 V4: Q1 đảo 
V3: QU, áp ra bộ khám phá zero 
V7: QZ, xung kích hai bán kỳ 
 4. Tính tóan các linh kiện R, C: 
 - Trị số điện dung tụ điện tạo răng cưa C10: tối thiểu 400 pF, tối đa 1μF. 
 - Áp răng cưa: V10MAX = VS – 2 V , VS : áp cấp điện. 
 10
.( )
9. 10
REFV KV t t
R C
= với K = 1.1 ± 20%; VREF = 3.1 V . 
 Khi tính toán, ở tần số lưới 50 Hz, có thể lấy t = 10 ms để có V10 = V10MAX . 
 - Bề rộng xung kích SCR có thể tính gần đúng tx = 620*C12 (μsec), C12 tính bằng nF. Khi 
kích SCR chỉnh lưu, tx thường được chọn khoảng 1 msec cho chỉnh lưu công suất lớn. 
 5. Mạch ứng dụng: 
 Mạch dưới đây sử dụng TCA785 để làm mạch điều chỉnh độ sáng đèn có tim (light 
dimmer). TCA785 được sử dụng để kích trực tiếp TRIAC Tc từ nguồn điện lưới 220 VAC. 
 Cuộn dây L và tụ 0.22uF/250VAC tạo thành mạch lọc hạn chế ảnh hưởng lên lưới điện 
của việc đóng ngắt TRIAC tải thuần trở khi áp không qua zero. 
 Vi mạch được cấp điện trực tiếp từ lưới qua điện trở 4k7/9W, ổn áp bằng diod ổn áp 15 V 
(vào chân 16). 
chuong 3 chinh luu Page 53 of 54 
 Tín hiệu đồng bộ lưới lấy trực tiếp qua RSYNC 220k ohm, ngỏ vào 5 được bảo vệ bằng hai 
diod. Ngỏ vào cấm 6 nối lên 15 V để cho phép mạch họat động. Thông số mạch tạo răng cưa: 
C10 = 47 nF (sơ đồ gốc in sai!), R9 là biến trở 100k ohm và điện trở 22k ohm. Tụ C12 = 150 pF 
ứng với bề rộng xung kích 620*0.15 = 93 μs. 
 Hai ngỏ ra Q1, Q2 nối vào cực cổng TRIAC qua hai diod, tạo thành cổng OR (wired OR) 
để kích ở hai bán kỳ. Điện trở 150 ohm hạn chế biên độ dòng cực cổng bé hơn 15 / 150 = 0.1 A. 
 Để ý tụ 2.2 μF nối chân 11 của áp điều khiển và nguồn nhằm chống nhiễu và tạo khả 
năng khởi động mềm (soft start): Udk (góc điều khiển pha α) sẽ giảm dần từ giá trị max đến giá 
trị làm việc khi đóng điện. 
 Dựa vào sơ đồ này, ta có thể vẽ mạch kích SCR cho các bộ điều khiển phức tạp hơn, để ý 
việc nối chung các chân VREF sẽ giúp các vi mạch họat động giống nhau (khi dùng nhiều hơn 
một vi mạch TCA785 trong một bộ điều khiển), cách lấy tín hiệu đồng bộ và khối ghép với mạch 
động lưc. 
chuong 3 chinh luu Page 54 of 54 
Sơ đồ điều khiển pha 3 pha dùng vi mạch TCA785 
R7
68k
C2
47n
R11 10K
D11
R22
C6
150p
R21
nối BAX kích
SCR 1
D1
R9 24V
15V
ĐK
U2
TCA785
1
2
3
4
5
6
7
8 9
10
11
12
13
14
15
16
GND
- Q2
QU
- Q1
SYN
INH
QZ
REF R9
C10
IN
C12
L
Q1
Q2
VCC
C3
150p
R4
Q5
R2
C1 100
D8
nối BAX kích
SCR 2
SYNCB
C9
150p
U1
TCA785
1
2
3
4
5
6
7
8 9
10
11
12
13
14
15
16GND
- Q2
QU
- Q1
SYN
INH
QZ
REF R9
C10
IN
C12
L
Q1
Q2
VCC
R13
D7
C10
0u1
R18
R1
R310K
D10
D6
Q2
D5
nối BAX kích
SCR 6
R19 10K
R12
D3
R24
R17
R16
D9
SYNCC
D13
D2
15V
INH
D4
R20
Q4
R23
68k
R6
nối BAX kích
SCR 3
nối BAX kích
SCR 4
R10
R5
U3
TCA785
1
2
3
4
5
6
7
8 9
10
11
12
13
14
15
16GND
- Q2
QU
- Q1
SYN
INH
QZ
REF R9
C10
IN
C12
L
Q1
Q2
VCC
C7 0u1
D12
C4 0u1
R14
kích
SCR 5
15V
C8
47n
C5
47n
Q6
R8
Q1
T1
R15
68k
SYNCA
Q3