-
Thông tin
-
Hỏi đáp
Giáo trình Thí nghiệm điện tử công suất | Giáo trình môn Hệ thống máy tính & truyền thông | Trường Đại học Cần Thơ
Giáo trình Thí nghiệm điện tử công suất | Giáo trình môn Hệ thống máy tính & truyền thông | Trường Đại học Cần Thơ. Tài liệu gồm 1513 trang giúp bạn tham khảo, củng cố kiến thức và ôn tập đạt kết quả cao trong kỳ thi sắp tới. Mời bạn đọc đón xem!
Hệ thống máy tính & truyền thông 1 tài liệu
Đại học Cần Thơ 236 tài liệu
Giáo trình Thí nghiệm điện tử công suất | Giáo trình môn Hệ thống máy tính & truyền thông | Trường Đại học Cần Thơ
Giáo trình Thí nghiệm điện tử công suất | Giáo trình môn Hệ thống máy tính & truyền thông | Trường Đại học Cần Thơ. Tài liệu gồm 1513 trang giúp bạn tham khảo, củng cố kiến thức và ôn tập đạt kết quả cao trong kỳ thi sắp tới. Mời bạn đọc đón xem!
Môn: Hệ thống máy tính & truyền thông 1 tài liệu
Trường: Đại học Cần Thơ 236 tài liệu
Thông tin:
Tác giả:
Preview text:
Khi đọc qua tài liệu này, nếu phát hiện sai sót hoặc nội dung kém chất lượng
xin hãy thông báo để chúng tôi sửa chữa hoặc thay thế bằng một tài liệu cùng
chủ đề của tác giả khác. Tài li u này bao g m nhi u tài li u nh có cùng ch
đ bên trong nó. Ph n n i dung b n c n có th n m gi a ho c cu i tài li u
này, hãy s d ng ch c năng Search đ tìm chúng.
Bạn có thể tham khảo nguồn tài liệu được dịch từ tiếng Anh tại đây:
http://mientayvn.com/Tai_lieu_da_dich.html Thông tin liên hệ:
Yahoo mail: thanhlam1910_2006@yahoo.com Gmail: frbwrthes@gmail.com
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG
BỘ MÔN HỆ THỐNG MÁY TÍNH & TRUYỀN THÔNG GIÁO TRÌNH
THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
BIÊN SOẠN: ĐOÀN HÒA MINH 1
THÔNG TIN VỀ TÁC GIẢ
PHẠM VI VÀ ĐỐI TƢỢNG SỬ DỤNG CỦA GIÁO TRÌNH
1. THÔNG TIN VỀ TÁC GIẢ
Họ và tên: ĐOÀN HÒA MINH Sinh năm: 1956 Cơ quan công tác:
Bộ môn: Hệ thống máy tính và truyền thông (HTMT&TT)
(Đã giảng dạy trên 15 năm ở bộ môn Viễn thông & Tự động hóa,
chuyển sang bộ môn HTMT&TT từ 2008)
Khoa: Công nghệ thông tin và truyền thông.
Trƣờng: Đại học Cần Thơ
Địa chỉ email để liên hệ: dhminh@cit.ctu.edu.vn
2. PHẠM VI VÀ ĐỐI TƢỢNG SỬ DỤNG CỦA GIÁO TRÌNH
Giáo trình có dùng để tham khảo ở những ngành: Kỹ thuật Điện, Điện tử, Tự
động hóa của các trƣờng đại học kỹ thuật.
Từ khóa: Linh kiện công suất, chỉnh lƣu, ổn áp một chiều, điều khiển công
suất, biến tần gián tiếp, biến tần trực tiếp, lập trình mô phỏng, MATLAB,
PSIM, mạch tạo xung kích.
Yêu cầu kiến thức trƣớc khi học về môn này: đã học lý thuyết về Điện tử công suất. Chƣa xuất bản 2
CHÚ Ý AN TOÀN ĐIỆN
Tất cả các mạch thí nghiệm đều sử dụng trực tiếp nguồn điện xoay chiều 220V. Do đó
khi thực tập sinh viên phải luôn cảnh giác giữ an toàn về ngƣời lẫn thiết bị thí nghiệm.
Để bảo đảm an toàn sinh viên phải tuyệt đối chấp hành các qui định sau đây:
1. Không đƣợc chạm vào mạch điện khi đã mở nguồn cấp điện.
2. Khi mắc điện xong, phải báo cáo cho cán bộ hƣớng dẫn kiểm tra, có sự đồng ý của
cán bộ hƣớng dẫn mới đƣợc mở nguồn cấp điện.
3. Khi đo điện áp, dòng điện hoặc xem dạng sóng cần phải: Sử dụng đúng giai đo.
Đặt que đo đúng chỗ, đúng cực.
Khi xem dạng sóng ở những điểm có điện thế cao phải dùng bộ điện cực (probe) có giảm áp.
4. Sắp xếp thiết bị và dây dẫn điện ngăn nắp, gọn gàng, thao tác chính xác, tập trung
làm bài, không đùa giỡn.
5. Không đƣợc di dời các thiết bị thí nghiệm từ bài này sang bài khác.
6. Khi thực tập xong phải tắt điện, sắp xếp gọn gàng các thiết bị trƣớc khi ra về.
Sinh viên sẽ chịu trách nhiệm về các sự cố và bồi thƣờng thiết bị hƣ hỏng nếu không
chấp hành đúng các qui định trên. 3 MỤC LỤC
THÔNG TIN VỀ TÁC GIẢ ............................................................................................................ 2
1. THÔNG TIN VỀ TÁC GIẢ .................................................................................................... 2
2. PHẠM VI VÀ ĐỐI TƢỢNG SỬ DỤNG CỦA GIÁO TRÌNH ............................................. 2
CHÚ Ý AN TOÀN ĐIỆN ............................................................................................................... 3
MỤC LỤC ....................................................................................................................................... 4
LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................................ 7
BÀI 1: KHẢO SÁT LINH KIỆN CÔNG SUẤT CƠ BẢN ............................................................ 8
1.1. MỤC ĐÍCH .......................................................................................................................... 8
1.2. KIẾN THỨC NỀN ............................................................................................................... 8
1.2.1. BJT công suất: ............................................................................................................... 8
a) Tải đặt ở chân E .............................................................................................................. 8
b) Đặt tải ở chân C .............................................................................................................. 9
c) Điều khiển gián tiếp ........................................................................................................ 9
1.2.2. MOSFET công suất:.................................................................................................... 10
1.2.3. SCR ............................................................................................................................. 10
a. Ký hiệu .......................................................................................................................... 10
b. Khi phân cực thuận: ...................................................................................................... 11
c. Khi phân cực nghịch:..................................................................................................... 11
d. Tóm lại: ......................................................................................................................... 11
1.2.4. TRIAC ......................................................................................................................... 11
1.3. THỰC HÀNH: ................................................................................................................... 12
1.3.1. BJT: ............................................................................................................................ 12
1.3.2. MOSFET .................................................................................................................... 12
1.3.3. SCR ............................................................................................................................. 13
A. Mắc mạch nhƣ hình sau: (Hình 1.20):.......................................................................... 13
B. Mắc mạch nhƣ hình sau (Hình 1.21): ........................................................................... 13
1.3.4. TRIAC ......................................................................................................................... 14
A. Mắc mạch nhƣ hình sau (Hình 1.22): ........................................................................... 14
B. Mắc mạch nhƣ hình sau (Hình 1.23): ........................................................................... 14
1.4. THIẾT BỊ: .......................................................................................................................... 15
1.5. TÀI LIỆU THAM KHẢO:................................................................................................. 15
BÀI 2: MÔ PHỎNG LINH KIỆN CÔNG SUẤT CƠ BẢN ......................................................... 16
2.1. MỤC ĐÍCH ........................................................................................................................ 16
2.2. NỘI DUNG ........................................................................................................................ 16
2.2.1. DIODE: ....................................................................................................................... 16 4
2.2.1.1. Mô hình toán học [6]: ........................................................................................... 16
2.2.1.2. Thực hành:............................................................................................................ 17
2.2.2. TRANSISTOR ........................................................................................................... 17
2.2.2.1. Mô hình toán học [6]: ........................................................................................... 18
Trong mô hình Ebers-Moll cơ bản (hình 3.c), các dòng điện I đƣợ C, IB, IE c xác định bởi
các biểu thức sau: .............................................................................................................. 18
2.2.2.2. Thực hành: [1], [3], [7], [8], [9], [10], [11] .......................................................... 19
2.2.3. MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) ............................... 20
2.2.3.1. E-MOSFET transistor [2], [12] ............................................................................ 20
2.2.4. THYRISTOR (SCR) [2], [10] ..................................................................................... 21
2.2.4.1.Các thông số kỹ thuật cơ bản của SCR là: ............................................................ 22
2.2.4.2. Thực hành [1], [3], [6], [7], [8], [9], [10], [11] .................................................... 22
2.2.5. TRIAC [2], [12]........................................................................................................... 22
2.2.5.1. Các thông số kỹ thuật cơ bản của TRIAC là:....................................................... 23
2.2.5.2. Thực hành:............................................................................................................ 23
2.3. TÀI LIỆU THAM KHẢO:................................................................................................. 23
BÀI 3: CHỈNH LƢU MỘT PHA CÓ ĐIỀU KHIỂN ................................................................... 24
3.1. MỤC ĐÍCH ........................................................................................................................ 24
3.2. CÁC KIẾN THỨC LIÊN QUAN ...................................................................................... 24
3.2.1. Sinh viên ôn lại:........................................................................................................... 24
3.2.2. Sinh viên tìm hiểu và giải thích nguyên tắc hoạt động của mạch tạo xung kích: ............ 24
3.3. THỰC HÀNH: ................................................................................................................... 24
3.3.1. Khảo sát Board mạch tạo xung kích: .......................................................................... 24
3.3.2. Khảo sát nguyên tắc điều khiển góc mở: .................................................................... 26
3.3.3. Khảo sát chỉnh lƣu cầu dùng 4 diode công suất: ......................................................... 27
3.3.4. Khảo sát chỉnh lƣu cầu, bán điều khiển....................................................................... 27
3.3.5. Chỉnh lƣu cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn .................................................................. 28
a. Mắc tải R ( bóng đèn): ................................................................................................... 28
b. Mắc tải R-L (gồm đèn và cuộn cảm nối tiếp): .............................................................. 28
3.4. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM................................................................................................... 28
3.5. TÀI LIỆU THAM KHẢO:................................................................................................. 29
BÀI 4: LẬP TRÌNH MÔ PHỎNG MẠCH CHỈNH LƢU BẰNG MATLAB.............................. 30
4.1. MỤC ĐÍCH ........................................................................................................................ 30
4.2. KIẾN THỨC NỀN ............................................................................................................. 30
4.3. THỰC HÀNH .................................................................................................................... 30
4.3.1. Chỉnh lƣu 3 pha mạch tia không điều khiển................................................................ 30
a. Chƣơng trình mẫu 1:...................................................................................................... 31 5
b. Câu hỏi: ......................................................................................................................... 33
4.3.2. CHỈNH LƢU 3 PHA MẠCH TIA CÓ ĐIỀU KHIỂN................................................ 34
a. Chƣơng trình mẫu 2:...................................................................................................... 34
b. Câu hỏi: ......................................................................................................................... 36
4.4. TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................. 38
BÀI 5: MÔ PHỎNG MẠCH CHỈNH LƢU MỘT PHA CÓ ĐIỀU KHIỂN BẰNG PSIM ......... 39
5.1. MỤC ĐÍCH: ...................................................................................................................... 39
5.2. KIẾN THỨC NỀN: ........................................................................................................... 39
5.3. THỰC HÀNH: .................................................................................................................. 41
5.3.1. Mạch chỉnh lƣu điều khiển một pha nửa chu kỳ: ........................................................ 41
5.3.2. Mạch chỉnh lƣu điều khiển một pha hai nửa chu kỳ: .................................................. 42
5.4. TÀI LIỆU THAM KHẢO:................................................................................................. 43
BÀI 6: ỔN ÁP MỘT CHIỀU ........................................................................................................ 44
6.1. MỤC ĐÍCH ........................................................................................................................ 44
6.2. SƠ LƢỢC VỀ LÝ THUYẾT ............................................................................................. 44
6.2.1. Ổn áp tuyến tính .......................................................................................................... 44
6.2.2. Ổn áp ngắt mở ............................................................................................................. 45
6.3. PHẦN THỰC HÀNH ........................................................................................................ 47
6.3.1. Ổn áp tuyến tính .......................................................................................................... 47
6.3.2. Ổn áp ngắt mở: ............................................................................................................ 49
6.3.2.1. Vi mạch KA3842 có sơ đồ chân: ......................................................................... 50
6.3.2.2. Sinh viên khảo sát mạch và thực hiện các công việc sau: .................................... 50
6.4. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM:.................................................................................................. 51
6.5. TÀI LIỆU THAM KHẢO:................................................................................................. 51
BÀI 7: ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT AC...................................................................................... 52
7.1. MỤC ĐÍCH: ....................................................................................................................... 52
7.2. SƠ LƢỢC LÝ THUYẾT: .................................................................................................. 52
7.3. CÂU HỎI VÀ THỰC HÀNH ............................................................................................ 53
A. Câu hỏi lý thuyết : ............................................................................................................ 53
B. Câu hỏi thực hành :........................................................................................................... 54
7.4. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM:................................................................................................. 56
7.5. TÀI LIỆU THAM KHẢO:................................................................................................. 56
BÀI 8: BIẾN TẦN GIÁN TIẾP .................................................................................................... 57
8.1. MỤC ĐÍCH ....................................................................................................................... 57
8.2. SƠ LƢỢC VỀ LÝ THUYẾT BIẾN TẦN ........................................................................ 57
8.2.1. Phân loại ...................................................................................................................... 57
8.2.2. Cấu tạo: ....................................................................................................................... 57 6
a. Bộ chỉnh lƣu và mạch trung gian một chiều:................................................................. 58
b. Bộ nghịch lƣu áp ........................................................................................................... 58
8.2.3. Phƣơng pháp điều khiển bộ nghịch lƣu áp : ................................................................ 60
a. Phƣơng pháp điều chế độ rộng sin (sin PWM) ............................................................. 60
b. Phƣơng pháp điều chế độ rộng xung vuông (Square PWM) ........................................ 60
c. Phƣơng pháp điều chế độ rộng xung tối ƣu (Optimum PWM) ..................................... 61
8.2.4. Giới thiệu về biên tần SIEMENS G110 ...................................................................... 61
a. Giới thiệu chung ............................................................................................................ 61
b. Sơ lƣợc cấu tạo. ............................................................................................................. 62
c. Sử dụng......................................................................................................................... 63
8.3. CÂU HỎI VÀ THỰC HÀNH ............................................................................................ 65
A. Câu hỏi lý thuyết .............................................................................................................. 65
B. Phần thực hành trên bộ biến tần dùng BJT công suất và mạch tạo xung kích dùng vi điều
khiển 89C51. ......................................................................................................................... 65
C. Phần thực hành trên bộ biến tần Siemens G110. .............................................................. 66
1. Điều khiển G110 từ các DIN......................................................................................... 66
2. Điều khiển G110 từ BOP .............................................................................................. 66
8.4. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM................................................................................................... 67
8.5. TÀI LIỆU THAM KHẢO:................................................................................................. 68
BÀI 9: BIẾN TẦN TRỰC TIẾP ................................................................................................... 69
9.1. MỤC ĐÍCH ........................................................................................................................ 69
9.2. SƠ LƢỢC LÝ THUYẾT ................................................................................................... 69
9.2.1. Mạch công suất: .......................................................................................................... 69
9.2.2. Mạch điều khiển (mạch tạo xung kích): ...................................................................... 69
9.3. CÂU HỎI VÀ THỰC HÀNH ............................................................................................ 71
A. Câu hỏi lý thuyết: ............................................................................................................. 72
B. Câu hỏi thực hành ............................................................................................................. 73
1. Khảo sát mạch tạo xung kích: ....................................................................................... 73
2. Khảo sát mạch công suất:.............................................................................................. 73
9.4. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM:................................................................................................. 74
9.5. TÀI LIỆU THAM KHẢO:................................................................................................. 74 7 LỜI NÓI ĐẦU
Năm 2001, Bộ môn Viễn thông và điều khiển tự động, Khoa Công nghệ
thông tin & truyền thông, Trƣờng Đại học Cần Thơ, đã thực hiện thiết kế lại
các bài thí nghiệm Điện tử công suất. Các bài thí nghiệm này đã đƣợc thiết kế
bao gồm thiết bị thí nghiệm và giáo trình, phục vụ cho các chuyên ngành Điện
tử, Viễn thông, Tự động hóa, Kỹ thuật điện,…
Giáo trình thí nghiệm Điện tử công suất đƣợc thực hiện lần này là sự bổ sung
và cải tiến giáo trình thí nghiệm Điện tử công suất năm 2001. Giáo trình đƣợc
biên soạn gồm 9 bài thực tập cho học phần 2 tín chỉ, thời lƣợng là 60 tiết thực
tập, mỗi bài đƣợc thực hành với thời gian 6 tiết, 6 tiết còn lại dành cho kiểm tra
học phần. Tuy nhiên, ta cũng có thể chọn ra 5 bài cho học phần 1 tín chỉ.
Tôi xin chân thành cám ơn quí thầy cô trong Bộ môn Viễn thông & Kỹ
thuật điều khiển, Khoa Công nghệ thông tin & Truyền thông, hiện nay là Bộ
môn Viễn thông và Bộ môn Tự động hóa, khoa Công nghệ, đã tham gia thực
hiện các bài thí nghiệm năm 2001.
Cảm ơn ThS. Phạm văn Tấn, ThS. Nguyễn Hoàng Dũng, TS. Trần Thanh
Hùng và quí thầy, cô khác đã có nhiều đóng góp để hoàn thành giáo trình này.
Cần Thơ, ngày 18 tháng 2 năm 2009 ĐOÀN HÒA MINH 8
Bài 1: Khảo sát linh kiện công suất cơ bản
BÀI 1: KHẢO SÁT LINH KIỆN CÔNG SUẤT CƠ BẢN
Tham gia thực hiện: KS. Trƣơng Văn Tám 1.1. MỤC ĐÍCH
Khảo sát các linh kiện công suất: BJT, MOSFET, SCR và Triac. Trong lĩnh vực điện
tử công suất, các linh kiện này đƣợc dùng nhƣ các chuyển mạch (switch). Vì vậy, ta chỉ
khảo sát chúng trong hai chế độ đóng (dẫn) và ngắt (ngưng dẫn), riêng với SCR và Triac
ta sẽ khảo sát thêm các đặc tính cơ bản như điện thế phân cực, dòng kích, góc mỡ (điều khiển pha)…
Qua bài thực hành này, sinh viên sẽ hiểu rõ hơn nguyên lý hoạt động của các linh kiện
công suất, từ đó, có thể ứng dụng chúng trong thực tế.
1.2. KIẾN THỨC NỀN
Để làm tốt bài thí nghiệm này, sinh viên phải tự ôn tập kiến thức nền trong các giáo
trình lý thuyết đã học. Đây là các linh kiện quen thuộc, nên trong các phần sau đây chỉ
nhắc lại một số vấn đề cơ bản.
1.2.1. BJT công suất:
Về cấu tạo, nguyên lý họat động cơ bản vẫn giống nhƣ BJT công suất nhỏ. Sau đây
là các đặc tính riêng của BJT công suất mà ta cần lƣu ý: I
Hệ số khuếch đại dòng điện C của BJT công suất thƣờng khá nhỏ (khoảng I B vài chục).
Khi dùng BJT nhƣ một chuyển mạch, các điểm cần quan tâm là: thời gian chuyển
mạch (thời gian chuyển từ trạng thái dẫn bão hòa sang trạng thái ngƣng dẫn và
ngƣợc lại) càng ngắn càng tốt; ở trạng thái đóng, mạch kích phải tạo dòng I đủ B
lớn (trong thực tế IB lớn từ 2 đến 5 lần IBSAT) để bảo đảm BJT dẫn điện tốt. Tất
nhiên, ta phải thiết kế sao cho BJT hoạt động không vƣợt quá các định mức.
BJT là lọai linh kiện công suất có thể kích ngắt. Ví dụ:
a) Tải đặt ở chân E (Hình 1.1) V
- Khi SW ở vị trí 1 (nối mass), BJT ngƣng dẫn (ngắt): R CE CE I C
BJT nhƣ một SW ở vị trí hở (OFF, ) và Vo= 0, IL = 0. V
- Khi SW ở vị trí 2, BJT chuyển sang trạng thái dẫn : R CE CE I C
Khi BJT dẫn bảo hòa (VCE 0, thực tế từ 0.1V 0.2V) thì RCE 0 (BJT nhƣ một SW đóng mạch - ON), V0 Vi
Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất Trang 8
Bài 1: Khảo sát linh kiện công suất cơ bản IC # IL IL V V i o RL RB SW 2 1 B+ Hình 1.1
- Việc điều khiển nhƣ trên có bất lợi là B+ phải lớn hơn VCC nếu không thì BJT
không bão hòa tuyệt đối (phải phân cực thuận cả nối BC và BE).
Để cải thiện ta có thể:
b) Đặt tải ở chân C (Hình 1.2) -
c) Điều khiển gián tiếp (Hình 1.3):
Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất Trang 9
Bài 1: Khảo sát linh kiện công suất cơ bản
* R3 nối B+ Q3, Q2, Q1 dẫn bảo hòa, SW ở trạng thái ON
* R3 nối mass Q3, Q2, Q1 ngƣng, SW ở trạng thái OFF
Trong hai trƣờng hợp trên B+ chỉ cần khoảng vài volt
1.2.2. MOSFET công suất:
Bài thí nghiệm này khảo sát MOSFET loại tăng (E-MOSFET) chế tạo dƣới dạng
V-MOSFET (Vertical MOSFET) hay D-MOSFET (Double-diffused MOSFET)
MOSFET kênh N dẫn khi VGS > VGS(th) > 0 và VDS > 0.
MOSFET kênh P dẫn khi VGS < VGS(th)< 0 và VDS < 0.
Ở MOSFET kênh N do VGS > 0 nên tải thƣờng phải mắc ở cực D khi sử dụng
MOSFET nhƣ một chuyển mạch (Hình 1.4).
MOSFET có ƣu diểm là khi bão hòa là VDS xuống rất thấp nên công suất tiêu tán
bên trong (dƣới dạng nhiệt) nhỏ hơn nhiều so với BJT
Chú ý: BJT đƣợc điều khiển bằng dòng điện IB, còn FET thì đƣợc điều khiển
bằng điện áp VGS và điện áp này tùy thuộc FET nên phải thật cẩn thận tránh để
ID vƣợt quá IDMAX mà FET có thể chịu đƣợc. 1.2.3. SCR
a. Ký hiệu (Hình 1.5)
Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất Trang 10
Bài 1: Khảo sát linh kiện công suất cơ bản
b. Khi phân cực thuận: VA >VK (Hình 1.6)
- SCR không dẫn điện khi VAK còn nhỏ, khi tăng VAK (bằng cách tăng VAA) đến
trị số VBO (điện thế quay về) thì SCR chuyển sang trạng thái dẫn, lúc này VAK giảm
xuống còn khoảng 0.7V và hoạt động nhƣ Diode chỉnh lƣu. Điện áp VBO thƣờng khá lớn
(từ vài chục volt đến vài trăm volt tùy SCR).
- Thực tế ngƣời ta thƣờng tạo dòng kích I để G
SCR có thể dẫn điện ngay mà
không chờ điện thế cao. Dòng kích IG tối thiểu và tối đa tùy thuộc vào mỗi SCR nhƣng
nói chung các dòng này càng lớn (từ vài mA đến vài chục mA) khi SCR có công suất càng lớn.
- Khi SCR đã dẫn, nếu ta bỏ dòng kích thì SCR vẫn tiếp tục dẫn điện (không thể
tắt SCR bằng cực cổng).
c. Khi phân cực nghịch: VA
SCR không dẫn điện cho dù có dòng kích IG
d. Tóm lại: SCR chỉ dẫn điện một chiều từ Anode sang Cathode khi có dòng kích IG thích hợp. 1.2.4. TRIAC Ký hiệu (Hình 1.7) T2 (đầu cuối) IG VT1T2 G (Gate) T1 (đầu cuối) Hình 1.7
Triac còn đƣợc gọi là SCR lƣỡng hƣớng.
Khi VT2 >VT1, Triac dẫn điện từ T2 sang T1 khi kích bằng dòng cổng IG dƣơng (VGT1>0)
Khi VT1 >VT2, Triac dẫn điện từ T1 sang T2 khi kích bằng dòng cổng âm. Khi Triac VT2T1 # 0,7V
Nhƣ vậy Triac dùng trong điện xoay chiều thuận lợi hơn SCR. Cũng nhƣ SCR, dòng
cổng tối thiểu và tối đa cũng tuỳ thuộc vào mỗi Triac.
Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất Trang 11
Bài 1: Khảo sát linh kiện công suất cơ bản 1.3. THỰC HÀNH: 1.3.1. BJT:
Ta khảo sát một công tắc điện tử dùng BJT. Mạch thực hành nhƣ hình sau (Hình 1.8):
a) Bật SW về vị trí mass. Đo điện thế của các chân Q1, Q2, Q3. Giải thích kết quả.
b) Bật SW về vị trí +5V. Lập lại câu 1. V
c) Bật SW về vị trí +5V. Đo V0 suy ra I C ( I C# 0 ) của Q1 R L
d) Bật SW về vị trí +5V. Đo VCE suy ra RCE của Q1 1.3.2. MOSFET:
Mạch thực tập có dạng (Hình 1.19): Tải v V i i 470 /5W 47K VD RG VR 10K 47 47K 0.33 Hình 1.19
a) Đo VD chỉnh VR xác định điện thế thềm VGS(th) b) Đo V đế D chỉnh VR
n khi MOSFET bảo hòa. Xác định thị số tối thiểu của VGS
làm FET bảo hòa. Suy ra IDSAT .
So sánh VDS(SAT) với VCESAT của BJT. Nhận xét.
Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất Trang 12
Bài 1: Khảo sát linh kiện công suất cơ bản 1.3.3. SCR
A. Mắc mạch như hình sau: (Hình 1.20):
a) Lần lƣợt bật SW về vị trí 1, 2, 3 quan sát led (đƣợc mắc song song với tải, khi
SCR dẫn led cháy sáng). Giải thích kết quả.
b) Đặt SW về vị trí 2 quan sát tải, xong bật về vị trí 1. Nhận xét giải thích.
c) Đổi cực của nguồn Vi, lập lại câu a, giải thích kết quả.
B. Mắc mạch như hình sau (Hình 1.21):
a) Chỉnh VR quan sát tải. Giải thích.
b) Chỉnh VR , dùng dao dộng nghiệm quan sát điện áp hai đầu tải, vẽ lại dạng
sóng ở một vị trí nào đó của VR khi SCR dẫn. Giải thích.
c) Tại sao bán kỳ âm SCR không dẫn.
d) Chức năng của diode D1.
e) Làm cách nào để tăng công suất của SCR trong mạch điện xoay chiều? Hình 1.21
Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất Trang 13
Bài 1: Khảo sát linh kiện công suất cơ bản 1.3.4. TRIAC
A. Mắc mạch như hình sau (Hình 1.22): a. Lầ
n lƣợt bật SW về vị trí 1, 2, 3 quan sát led và giải thích kết quả.
b. Đặt SW về vị trí 2 quan sát tải, xong bật về vị trí 1. Nhận xét giải thích.
c. Đổi cực của nguồn VI, lập lại câu a và b, giải thích kết quả.
B. Mắc mạch như hình sau (Hình 1.23): 2,2K Tải 50K VR 47 Hình 1.23
a. Giải thích nguyên tắc hoạt động của mạch (nêu rõ chức năng các linh kiện
trong mạch điều khiển pha).
b. Chỉnh VR, quan sát tải, vẽ lại dạng sóng hai đầu tải.
c. Thử nêu vài ứng dụng của mạch này.
Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất Trang 14
Bài 1: Khảo sát linh kiện công suất cơ bản 1.4. THIẾT BỊ:
1. 01 Mạch thí nghiệm (board lớn). 2. 01 oscilloscope 3. 01 VOM
1.5. TÀI LIỆU THAM KHẢO:
[1]. Các bài giảng và giáo trình ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – Bộ Môn Viễn Thông & Kỹ
thuật Điều khiển - Khoa công Nghệ Thông Tin & Truyền thông – ĐHCT.
[2]. TRƢƠNG VĂN TÁM - LINH KIỆN ĐIỆN TỬ – Giáo trình – Bộ Môn Viễn
Thông & Tự Động Hóa - Khoa công Nghệ Thông Tin & Truyền thông – ĐHCT – 2001.
[3]. TRƢƠNG VĂN TÁM - MẠCH ĐIỆN TỬ – Giáo trình – Bộ Môn Viễn Thông &
Tự Động Hóa - Khoa công Nghệ Thông Tin & Truyền thông – ĐHCT – 2001.
Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất Trang 15
Bài 2: Mô phỏng linh kiện công suất cơ bản
BÀI 2: MÔ PHỎNG LINH KIỆN CÔNG SUẤT CƠ BẢN 2.1. MỤC ĐÍCH
Đặc tính hoạt động của linh kiện đƣợc mô tả một cách rõ ràng nhất thông qua đặc
tuyến của nó. Đặc tuyến của các linh kiện điện tử chỉ phụ thuộc vào loại linh kiện mà
không phụ thuộc vào công suất của nó và chúng ta cũng đã biết trong các môn lý thuyết
linh kiện điện tử và điện tử công suất. Đặc tuyến của một linh kiện có thể xây dựng từ
thực nghiệm hoặc vẽ ra từ mô hình toán học của nó. Tuy rằng linh kiện công suất hoạt
động chủ yếu ở hai chế độ ngắt (ngƣng dẫn) và đóng (dẫn bão hòa), nhƣng việc vẽ đặc
tuyến của linh kiện giúp cho sinh viên nắm đƣợc đặc tính hoạt động của linh kiện, từ đó
sử dụng chúng tốt hơn trong các mạch công suất. Vì vậy, nội dung chủ yếu của bài này là
vẽ đặc tuyến của các linh kiện điện tử cơ bản từ các mô hình toán học của nó, với sự trợ
giúp của máy tính. Bài thực tập này còn giúp cho sinh viên nắm đƣợc các nguyên tắc cơ
bản của việc mô phỏng linh kiện hay mạch điện tử bằng máy vi tính. 2.2. NỘI DUNG 2.2.1. DIODE:
Đặc tuyến biểu diễn sự phụ thuộc của dòng điện I [A] qua diode vào điện áp V[V]
giữa anode A và cathode K của diode.
Qui ƣớc: chiều dƣơng của I là chiều từ anode đến cathode, tƣơng ứng với chiều
dƣơng của điện áp hƣớng về anode. Hình 2.1 mô tả cấu tạo (a) và ký hiệu của diode (b) . A A I + P V Phaân cöïc thuaän: U > 0, I > 0 N
Phaân cöïc nghòch: U < 0, I < 0 K K (a) (b) Hình 2.1
2.2.1.1. Mô hình toán học [6]: V kT I I exp với V S
đƣợc gọi là nhiệt điện thế. V t 1 e t
Trong đó: IS là dòng điện rỉ; T là nhiệt độ tuyệt đối; e = 1,59.10-19Coulomb;
và k = 1.38.10-23 (hằng số Boltzmann).
IS = 1,2mA đối với diode Germanium.
IS = 0,2nA đối với diode Silicon.
Ở nhiệt độ bình thƣờng T = 3000K, Vt = 0,026 Volt
Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất Trang 16
Bài 2: Mô phỏng linh kiện công suất cơ bản
Khi phân cực thuận, dòng điện qua diode tăng nhanh, vì thế phải hạn chế dòng điện qua
diode để nó không bị đánh thủng. Khi diode dẫn diện, điện áp phân cực thuận V=0,3 Volts
đối với diode Ge và V=0,7 Volts đối với diode Si. Do đó, V/Vt > 10 và exp(V/Vt) >>1. V Suy ra: I I exp S Vt
Công thức trên chỉ đúng khi dòng điện qua mối nối khá lớn. Với dòng điện nhỏ (vài
mA trở xuống) dòng điện qua diode là: I Is[exp(V/ Vt)-1]
Trong đó: =1 đối với diode Ge, =2 đối với diode Si
Trong thí nghiệm, mạch phân cực để vẽ đặc tuyến của diode nhƣ sau:
2.2.1.2. Thực hành:
1) Dự vào mô hình toán học, hãy viết chƣơng trình vẽ đặc tuyến I-V của diode bằng
ngôn ngữ MATLAB (hoặc ngôn ngữ tuỳ ý) với V biến thiên từ -10V đến 0.7V
cho diode Si ở nhiệt độ bình thƣờng. Chạy thử chƣơng trình và so sánh kết quả mô
phỏng đƣợc với đặc tuyến lý thuyết đã học. Dựa vào đặc tuyến vẽ đƣợc, hãy ghi
lại các đại lƣợng: IS khi phân cực ngƣợc và V khi phân cực thuận. [1], [6]
2) Dùng phần mềm Multisim V6.20 hoặc 5.12 (Electronics WorkBench) để vẽ đặc
tuyến của diode và so sánh với kết quả ở câu 1. [3], [7], [8], [9] Cho nhận xét. 2.2.2. TRANSISTOR
Cấu tạo, ký hiệu và mạch tƣơng đƣơng Ebers-Moll của transistor NPN lần lƣợt đƣợc
trình bày trong hình 2.2 (a), (b), (c). C IC C N I C CC (ICS) B IB P B B N (IES) E V I BE EC IF E (a) (b) (c) E Hình 2.2
Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất Trang 17
Bài 2: Mô phỏng linh kiện công suất cơ bản
2.2.2.1. Mô hình toán học [6]:
Trong mô hình Ebers-Moll cơ bản (hình 3.c), các dòng điện I đượ C, IB, IE c xác
định bởi các biểu thức sau:
Ic = FIES[exp (VBE/Vt)-1]-ICS[exp(VBC/Vt)-1]
IE = -IES[exp(VBE/Vt)-1]+IS[exp (VBCV/vt)-1] IB = -(IC+IE) Trong đó:
IES: dòng điện bảo hòa ngƣợc của diode B-E
ICS: dòng điện bảo hòa ngƣợc của diode B-C ở
F và R lần lƣợt là độ lợi dòng điện thuận và ngƣợc
chế độ tín hiệu lớn của BJT cực nền chung. Hai nguồn dòng điện I đƣợ CC và IEC
c điều khiển bởi IF và IR nhƣ sau: IF=ICC/ F IR=IEC/ R ICC= FIES[exp(VBC/Vt)-1]= FIF IEC= RICS[exp(VBC/Vt)-1]= RIR
Ta có: FIES = RICS = IS (dòng bảo hòa của BJT) Suy ra: IF=IS/ R [exp(VBE/Vt)-1] IR=IS/ R [exp(VBC/Vt)-1] IEC=IS[exp(VBC/Vt)-1] ICC=IS[exp(VBE/Vt)-1]
Dựa vào kết quả này, ta có thể biểu diễn transistor theo mô hình vận chuyển
(transport model) nhƣ trong hình 2.3.a . C C IC IC V BC I / EC R ICC I / (I / ) EC R S R I B B IB (I / ) S F (I / ) S F V I / BE IEC CC F I / CC F I E IE (a) (b) E Hình 2.3 E
Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất Trang 18