Bài giảng Điện tử công suất

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN 
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 
Hưng yên 2013 
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất 
Chương1 Van bán dẫn công suất 1 
LỜI GIỚI THIỆU 
 Nhằm thống nhất nội dung giảng dạy trong các hệ đào tạo, tác giả đã xây 
dựng giáo trình điện tử công suât áp dụng cho các chuyên nghành kỹ thuật điện, kỹ 
thuật điện tử, cơ điện tử thuộc lĩnh vực đào tạo theo định hướng ứng dụng. 
 Giáo trình được xây dựng trên cơ sở thừa kế những nội dung giảng dạy của 
các giảng viên trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên và các tài liệu tham khảo trong và 
ngoài nước. 
 Giáo trình do các nhà giáo có nhiều năm kinh nghiệm tham gia giảng dạy và 
đóng góp ý kiến. 
 Tuy tác giả đã có nhiều cố gắng biên soạn, nhưng giáo trình chắc không 
tránh khỏi khiếm khuyết. Hy vọng nhận được sự góp ý của bạn đọc. Mọi góp ý xin 
liên hệ về tác giả. 
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất 
Chương1 Van bán dẫn công suất 2 
MỞ ĐẦU 
Giáo trình điện tử công suất được biên soạn dựa theo chương trình môn học 
ĐTCS trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên. Nội dung trong giáo trình được biên soạn 
ngắn gọn, đơn giản giúp người học nhanh chóng tiếp cận môn học. 
 Khi biên soạn giáo trình tác giả đã cố gắng cập nhật các thông tin mang tính 
chất thời đại để đảm bảo kiến thức cho học viên đáp ứng được các kiến thức thực 
tiễn và lý thuyết. 
Nội dung của giáo trình được biên soạn tương đương với 45 đến 60 tiết học 
tuỳ theo từng đối tượng đào tạo. 
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất 
Chương1 Van bán dẫn công suất 3 
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN HỌC PHẦN 
1. Mô tả cấu trúc của học phần 
Học phần điện tử công suất được trang bị cho học viên hệ đại học vào năm 
thứ 2 với thời lượng 02 tín chỉ lý thuyết và 01 tín chỉ thực hành, nội dung 
được trình bày vắn tắt: 
 Phần lý thuyết 
Chƣơng 1: Các phần tử bán dẫn công suất 
(Thời gian: Lên lớp 3 tiết, tự học 6 giờ) 
1.1. Nhiệm vụ của điện tử công suất 
1.2. Các phần tử bán dẫn công suất và các tham số 
1.2.1. Diode công suất 
1.2.2. Transitor BJT công suất 
1.2.3. MOSFET 
1.2.4. IGBT 
1.2.5. Thyristor 
1.2.6. GTO 
1.2.7. Triac 
1.2.8. IGTC, MCT, MTO, ETO 
1.2.9. Khả năng làm việc của các phần tử bán dẫn công suất 
1.3. Bài tập ứng dụng 
Chƣơng 2: Chỉnh lƣu không và có điều khiển 
(Thời gian: Lên lớp 18 tiết, tự học 36 giờ) 
2.1. Khái niệm, phân loại mạch chỉnh lưu và luật đóng mở van 
2.2. Các mạch chỉnh lưu không điều khiển 
2.2.1. Mạch chỉnh lưu hình tia một pha nửa chu kỳ không điều khiển 
2.2.2. Mạch chỉnh lưu hình tia một pha hai nửa chu kỳ không điều khiển 
2.2.3. Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha không điều khiển 
2.2.4. Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha không điều khiển 
2.2.5. Mạch chỉnh lưu hình cầu ba pha không điều khiển 
2.3. Các mạch chỉnh lưu có điều khiển 
2.3.1. Mạch chỉnh lưu hình tia một pha nửa chu kỳ có điều khiển 
2.3.2 .Mạch chỉnh lưu hình tia một pha hai nửa chu kỳ có điều khiển 
2.3.3. Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha có điều khiển 
2.3.4. Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha có điều khiển 
2.3.5. Mạch chỉnh lưu hình cầu ba pha có điều khiển 
2.4. Các mạch chỉnh lưu bán điều khiển 
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất 
Chương1 Van bán dẫn công suất 4 
2.4.1. Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha bán điều khiển đối xứng 
2.4.2. Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha bán điều khiển không đối xứng 
2.4.3. Mạch chỉnh lưu hình cầu ba pha bán điều khiển 
2.5. Bài tập ứng dụng 
Chƣơng 3: Biến đổi điện áp xoay chiều 
(Thời gian: Lên lớp 3 tiết, tự học 6 giờ) 
3.1. Giới thiệu chung bộ biến đổi điện áp xoay chiều 
3.2. Bộ biến đổi điện áp xoay chiều một pha 
3.2.1. Một số sơ đồ biến đổi điện áp xoay chiều một pha 
3.2.2. Mạch điều áp xoay chiều một pha 
3.3. Bộ biến đổi điện áp xoay chiều ba pha 
3.4. Bài tập ứng dụng 
Chƣơng 4: Biến đổi điện áp một chiều 
(Thời gian: Lên lớp 5 tiết, tự học 10 giờ) 
4.1. Khái quát chung, luật điều khiển, phân loại các mạch xung áp 
4.2. Mạch xung áp nối tiếp 
4.3. Mạch xung áp song song 
4.4. Mạch xung áp đảo dòng 
4.5. Mạch xung áp kép loại B (loại B kép) 
4.6. Bài tập ứng dụng 
Chƣơng 5: Nghịch lƣu và biến tần 
(Thời gian: Lên lớp 6 tiết, tự học 12 giờ) 
5.1. Nghịch lưu 
5.1.1. Khái niệm và phân loại sơ đồ nghịch lưu 
5.1.2. Các sơ đồ nghịch lưu độc lập nguồn dòng một pha và ba pha 
5.1.3. Các sơ đồ nghịch lưu độc lập nguồn áp một pha và ba pha 
5.2. Biến tần 
5.2.1. Khái niệm và phân loại biến tần 
5.2.2. Thiết bị biến tần trực tiếp 1 pha và ba pha 
5.2.3. Thiết bị biến tần gián tiếp 1 pha và ba pha 
5.10. Bài tập ứng dụng 
Chƣơng 6: Điều khiển thiết bị biến đổi 
(Thời gian: Lên lớp 5 tiết, tự học 10 giờ) 
 6.1. Yêu cầu, đặc điểm mạch điều khiển điện tử cống suất 
6.2. Các nguyên tắc điều khiển thiết bị biến đổi 
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất 
Chương1 Van bán dẫn công suất 5 
6.2.1. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính 
6.2.2. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos 
6.3. Các khâu trong bộ điều khiển biến đổi phụ thuộc 
6.3.1. Khâu đồng bộ tín hiệu điều khiển 
6.3.2. Khâu tạo xung răng cưa dồng bộ 
6.3.3. Khâu so sánh và tạo xung điều khiển 
6.3.4. Khâu khuếch đại xung 
6.4. Các khâu trong bộ điều khiển biến đổi độc lập 
6.4.1. Khâu tạo tín hiệu dao động 
6.4.2. Khâu tạo xung răng cưa 
6.4.3. Khâu so sánh và tạo xung điều khiển 
6.4.4. Khâu khuếch đại xung 
6.5. Một số mạch điều khiển điền hình 
6.5. Bài tập ứng dụng 
Chƣơng 7: Bảo vệ thiết bị biến đổi 
(Thời gian: Lên lớp 3 tiết, tự học 6 giờ) 
7.1. Ngắn mạch và bảo vệ ngắn mạch 
7.2. Quá điện áp và bảo vệ quá điện áp 
7.3. Hao tổn công suất và làm mát thiết bị biến đổi 
7.3.1. Hao tổn công suất trong thiết bị biến đổi 
7.3.2. Làm mát các phần tử bán dẫn 
7.4. Tính chọn van công suất trong các bộ biến đổi 
7.5. Bài tập ứng dụng 
 Phần Thực hành 
Bài 1: Kiểm tra linh kiện và khảo sát đặc tính các van bán dẫn công suất (diode, 
thyritstor...) 
(Thời gian: Lên lớp 3h, 3h tự học) 
Bài 2: Khảo sát các mạch chỉnh lưu hình tia một pha nửa chu kỳ không điều khiển 
(Thời gian: Lên lớp 3h, 3h tự học) 
Bài 3: Khảo sát các mạch chỉnh lưu hình tia một pha hai nửa chu kỳ không điều 
khiển 
(Thời gian: Lên lớp 3h, 3h tự học) 
Bài 4: Khảo sát các mạch chỉnh lưu hình cầu một pha không điều khiển 
(Thời gian: Lên lớp 3h, 3h tự học) 
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất 
Chương1 Van bán dẫn công suất 6 
Bài 5: Khảo sát các mạch chỉnh lưu hình tia ba pha không điều khiển 
(Thời gian: Lên lớp 3h, 3h tự học) 
Bài 6: Khảo sát các mạch chỉnh lưu hình cầu ba pha không điều khiển 
(Thời gian: Lên lớp 3h, 3h tự học) 
Bài 7: Khảo sát các mạch chỉnh lưu hình tia một pha nửa chu kỳ có điều khiển 
(Thời gian: Lên lớp 3h, 3h tự học) 
Bài 8: Khảo sát các mạch chỉnh lưu hình cầu 1 pha có điều khiển 
(Thời gian: Lên lớp 6h, 6h tự học) 
Bài 9: Khảo sát các mạch chỉnh lưu hình cầu một pha bán điều khiển hai 
thyristor mắc cathot chung 
(Thời gian: Lên lớp 3h, 3h tự học) 
Bài 10: Khảo sát các mạch chỉnh lưu hình cầu một pha bán điều khiển mắc đối 
(Thời gian: Lên lớp 3h, 3h tự học) 
Bài 11: Khảo sát các mạch chỉnh lưu hình tia ba pha có điều khiển 
(Thời gian: Lên lớp 6h, 6h tự học) 
` 
Bài 12: Khảo sát các mạch chỉnh lưu hình cầu ba pha có điều khiển 
(Thời gian: Lên lớp 6h, 6h tự học) 
2. Vai trò của học phần 
- Nội dung học phần giúp người học có khả năng trang bị kiến thức về: 
+ Phân tích được cơ sở lý thuyết và khảo sát lựa chọn được các van bán dẫn 
công suất. 
+ Phân tích được cơ sở lý luận và kháo sát đánh giá được các bộ biến đổi 
công suất AC-DC; DC-DC; AC-AC và DC-AC. 
+ Làm cơ sở lý luận cho các học phần như truyền động điện; trang bị điện; lý 
thuyết điều khiển tự động 
3. Sự hình thành năng lực và liện hệ các chuẩn đầu ra 
- Sau khi nghiên cứu học phần người học có khả năng phân tích, sửa chữa, 
bảo dưỡng và thiết kế được các bộ biến đổi điện tử công suất cơ bản. 
- Môn học là tiền đề cho việc hình thành và tích lũy kiến thức cho việc 
tham gia đánh giá các chuẩn đầu ra về lĩnh vực điện tử công suất và 
truyền động điện. 
4. Các ứng dụng và giới việc làm 
Cho đến ngày nay điện tử công suất hầu hết được ứng dụng rất nhiều trong 
các ngành công nghiệp hiện đại cũng như trong dân dụng. Có thể kể ra các nghành 
kỹ thuật mà trong đó có những ứng dụng tiêu biểu của bộ biến đổi bán dẫn công 
suất như truyền động điện tự động, giao thông đường sắt, nấu luyện thép, gia nhiệt 
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất 
Chương1 Van bán dẫn công suất 7 
cảm ứng, điện phân nhôm từ quặng mỏ, các quá trình điện phân trong công nghiệp. 
Trong dân dụng ngày nay được sử dụng khá rộng rãi như các bộ điều khiển ánh 
sáng, chuyển đổi điện DC - AC hay bộ băm xung áp DC-DCNhững năm gần đây 
công nghệ chế tạo các phần tử bán dẫn công suất đã có những tiến bộ vượt bậc và 
ngày càng trở nên hoàn thiện, dẫn đến việc chế tạo các bộ biến đổi ngày càng gọn 
nhẹ, nhiều tính năng ưu vượt và sử dụng ngày càng dễ dàng hơn. 
Để có cách nhìn tổng quát về ứng dụng của điện tử công suất trong đời sống 
với mọi lĩnh vực ta có thể nhìn nhận tổng quan ứng dụng như sau: 
Như vậy ta thấy lĩnh vực điện tử công suất có mặt hầu hết mọi lĩnh vực, nó 
mở ra cho chúng ta một cơ hội việc làm và là cơ sở để đầu tư phát chuyển 
lĩnh vực chuyên môn về điện tử công suất. 
5. Phƣơng pháp học tập, nghiên cứu học phần. 
* Hình thức tổ chức 
- Học tập chung trên lớp 
- Tự học ở nhà 
* Phương pháp: 
- Kết hợp nhiều phương pháp khác nhau phù hợp với nội dung bài học: Phân 
tích, thuyết trình, trực quan hình ảnh - vật thật, làm việc theo nhóm và tự 
nghiên cứu 
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất 
Chương1 Van bán dẫn công suất 8 
6. Tài liệu, học liệu liên quan. 
[1]. Nguyễn Đình Hùng- Điện tử công suất – Lƣu hành nội bộ 
[2]. Nguyễn Bính- Điện tử công suất – NXB KHKT- 2000. 
[3]. Võ Minh Chính – Phạm Quốc Hải - Trần Trọng Minh- Điện tử công suất – 
NXB KHKT- 2005. 
[4]. Vụ trung học chuyên nghiệp - Điện tử công suất – NXB GD- 2000. 
[5]. Nguyễn Đình Hùng- Thí nghiệm điện tử công suất – Lƣu hành nội bộ 
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất 
Chương1 Van bán dẫn công suất 9 
Chương 1: 
CÁC PHẦN TỬ BÁN DẪN CÔNG SUẤT CƠ BẢN 
1.1 Nhiệm vụ của điện tử công suất 
Điện tử công suất là một môn học thuộc chuyên ngành kỹ thuật điện - điện 
tử, nghiên cứu và ứng dụng các phần tử bán dẫn công suất. Nhiệm vụ chính của 
điện tử công suất là biến đổi nguồn năng lượng điện với các tham số không thay đổi 
được thành nguồn năng lượng điện với các tham số có thể thay đổi được để cung 
cấp cho các phụ tải. Như vậy các bộ biến đổi bán dẫn công suất là đối tượng nghiên 
cứu chính của môn học điện tử công suất. 
Trong các bộ biến đổi các phần tử bán dẫn công suất được sử dụng như các 
khoá bán dẫn, còn gọi là các van bán dẫn, khi van bán dẫn mở dẫn dòng thì nối tải 
vào nguồn còn khi khoá thì không cho dòng điện chạy qua các van. Khác với các 
phần tử có tiếp điểm, các van bán dẫn thực hiện đóng cắt dòng điện mà không gây 
tia lửa điện, không bị mài mòn theo thời gian, không gây tiếng ồn và có khả năng 
đóng cắt với tần số rất lớn. Không những vậy các van bán dẫn còn có thể đóng cắt 
các dòng điện rất lớn với điện áp cao nhưng các phần tử điều khiển của chúng lại 
được tạo bởi các mạch điện tử công suất rất nhỏ, nên công suất tiêu thụ cũng nhỏ 
dẫn đến hiệu suất làm việc cao. 
Quy luật nối tải vào nguồn trong các bộ biến đổi công suất phụ thuộc vào sơ 
đồ các bộ biến đổi và phụ thuộc vào cách thức điều khiển các van trong bộ biến đổi. 
Quá trình biến đổi năng lượng sử dụng các van công suất được thực hiện với hiệu 
suất rất cao vì tổn thất trong bộ biến đổi chỉ là tổn thất trên các khoá điện tử, nó 
không đáng kể so với công suất điện cần biến đổi. Các bộ biến đổi công suất không 
những đạt được hiệu suất cao mà các còn có khả năng cung cấp cho phụ tải nguồn 
năng lượng với các đặc tính theo yêu cầu, đáp ứng các quá trình điều chỉnh, điều 
khiển trong một thời gian ngắn nhất nên rất phù hợp trong các hệ thống tự động đò 
hỏi độ chính xác cao. Đây là đặc tính nổi trội của các bộ biến đổi bán dẫn công suất 
mà các bộ biến đổi có tiếp điểm hoặc kiểu cơ điện tử thông thường không thể có 
được. 
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất 
Chương1 Van bán dẫn công suất 10 
Khi nghiên cứu điện tử công suất chúng ta cần hiểu rõ các đặc tính cơ bản 
của các van công suất để sử dụng đúng và phát huy hết hiệu quả của van sông suất 
trong các ứng dụng cụ thể. Tính năng kỹ thuật chủ yếu của các van công suất được 
thể hiện ở khả năng đóng cắt, khả năng chịu điện áp, dòng điện và các đặc tính liên 
quan đến quá trình làm việc và điều khiển chúng. 
Về cơ bản các van công suất đều có các đặc tính chung như sau: 
* Các van bán dẫn công suất (BDCS) khi mở dẫn dòng đi qua thì điện trở 
tương đương rất nhỏ, còn khi khoá không cho dòng điện đi qua thì điện trở tương 
đương rất lớn. 
* bản chất BDCS chỉ dẫn dòng điện theo một chiều khi được phân cực thuận 
và có tín hiệu điều khiển với các van có điều khiển. Nếu các van công suất bị phân 
cực ngược xẽ có dòng điện rất nhỏ đi qua khoảng vài mA, gọi là dòng điện ngược 
hay dòng rò. 
1.2 Các phần tử bán dẫn công suất và các thông số. 
1.2.1 Diode công suất. 
a> Cấu tạo đặc điểm và phân loại: 
-Diode công suất là phần tử bán dẫn có một tiếp giáp P-N. Diện tích bề mặt tiếp 
giáp được chế tạo lớn hơn so với diode thông thường, có thể đạt tới hàng trục mm2. 
Mật độ dòng điện cho phép của tiếp giáp cỡ 10A/mm.2 Do vậy dòng điện định mức 
của một số loại diode có thể đạt tới hàng trăm ampe, như PK200, thậm chí hàng 
nghìn ampe như BB2-1250. Cấu tạo và ký hiệu của diode công suất được mô tả như 
hình 1.1. 
A
K
P
N
J
A
K
Hình 1.1: Cấu tạo, ký hiệu của diode công suất 
Trong thực tế các diode công suất thường được chế tạo với nhiều hình dáng khác 
nhau, nhưng thường tập chung theo các dạng sau: 
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất 
Chương1 Van bán dẫn công suất 11 
Hình 1.2: Hình ảnh một số loại diode công suất 
- Điode công suất có 2 loại thường được dùng trong các mạch chỉnh lưu công suất 
lớn: 
*Diode chỉnh lưu Gecmani (Ge): 
Tiếp giáp của diode Ge phần lớn được chế tạo bằng phương pháp làm nóng chảy IN 
(indi) với nhiệt độ thích hợp, trong bán dẫn Ge loại N. Miếng bán dẫn Ge được hàn 
với nền bằng thép. Tinh thể Ge được đặt trong vỏ bọc hợp kim cova để bảo vệ và 
liên kết với bộ phận tản nhiệt. 
-Đặc điểm của Diode Ge là điện áp chịu đựng được khoảng 400V, nhưng sụt áp trên 
Diode nhỏ nên được sử dụng trong các bộ chỉnh lưu điện áp thấp. Diode Ge thường 
bị đánh thủng do nhiệt độ, nhiệt độ cho phép của Diode Ge khoảng 750C, nên khi 
làm việc ở nhiệt độ cao dòng điện ngược tăng lên đáng kể dẫn đến chất lượng chỉnh 
lưu thấp, do vậy ta có thể coi nhiệt độ cho phép là nhiệt độ tới hạn của Diode Ge. 
*Diode chỉnh lưu silic (Si): 
-Diode chỉnh lưu Si được chế tạo bằng cách làm nóng chảy nhôm trong tinh thể Si 
loại N, hoặc làm nóng chảy hợp kim thiếc phốt pho, hay vàng antimoan trong tinh 
thể silic loại P. Ngoài r ... iện tử công suất_ 
Chương 6 điều khiểnthiết bị bộ biến đổi 202 
6.3.2. Các khâu trong mạch điều khiển thiết bị BĐPT 
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất_ 
Chương 6 điều khiểnthiết bị bộ biến đổi 203 
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất_ 
Chương 6 điều khiểnthiết bị bộ biến đổi 204 
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất_ 
Chương 6 điều khiểnthiết bị bộ biến đổi 205 
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất_ 
Chương 6 điều khiểnthiết bị bộ biến đổi 206 
6.4. Điều khiển thiết bị biến đổi độc lập 
6.4.1 Sơ đồ khối của mạch điều khiển thiết bị biến đổi độc lập 
 Các mạch điều khiển thiết bị biến đổi độc lập thường được dùng trong 
các bộ biến đổi điện áp một chiều hay bộ nghịch lưu. Dưới đây xin giới thiệu 
một số sơ đồ khối của thiết bị biến đổi độc lập 
6.4.2. Các khâu trong mạch điều khiển thiết bị BĐĐL. 
Các khâu trong bộ biến đổi độc lập và các phần tử điều khiển nói chung 
cũng giống các khâu trong bộ biến đổi phụ thuộc, nhưng có sự khác nhau về 
vị trí và chức năng theo sơ đồ khối. 
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất_ 
Chương 6 điều khiểnthiết bị bộ biến đổi 207 
6.5. Một số mạch điều khiển điển hình 
6.5.1. Mạch điều khiển thyritstor đơn giản: 
 Mạch điều khiển đơn giản của thyritstor giới thiệu trên hình vẽ: 
Zd
D
Ud
C
VRT
iT
U1
a)
Ud
TU1
iT
Zd D
R1
VR
D0
CR2
UJT
b)
Hình 6.4.1. Điều khiển thyritstor bằng sơ đồ đơn giản. 
Nguyên lý điều khiển của mạch hình 6.4.1-a như sau: Khi điện áp 
nguồn cấp đổi dấu (dương anốt của thyritstor) tụ C được nạp qua D - VR, tới 
đủ ngưỡng mở thyritstor tại t1. Thyritstor được mở từ t1 tới (như đường nét 
đậm hình 6.4.2-a). Tuy nhiên, việc mở thyritstor tại điểm t1 phụ thuộc đặc tính 
thyritstor. Đặc tính này có thể thay đổi trong quá trình sử dụng thyritstor, làm 
cho thời điểm mở thyritstor thiếu chính xác. Để khắc phục nhược điểm này, 
sơ đồ hình 6.4.1- b được ứng dụng khá nhiều. 
Hình 6.4.2. Điều khiển thyritstor bằng sơ đồ đơn giản. 
Nguyên lý hoạt động sơ đồ hình 6.4.2b như sau: Khi điện áp nguồn cấp 
đổi dấu (dương anốt của thyritstor), tụ C nạp đến ngưỡng thông tranzitor đơn 
nối (UJT), tụ C phóng điện qua UJT làm cho UJT dẫn, có dòng điện chạy vào 
cực điều khiển thyritstor, thyritstor được dẫn từ t1 tới . Điểm t1 trên sơ đồ 
hình 2.29b do ngưỡng thông của UJT quyết định, điện áp này ít có khả năng 
thay đổi hơn so với thông số của thyritstor như điểm t1 trên hình 2.29a. 
 t 
U 
U2 
UC 
a) 
t1 
 t 
U 
U2 
UC 
b) 
UUJT 
 t1 
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất_ 
Chương 6 điều khiểnthiết bị bộ biến đổi 208 
 Đối với những bộ nguồn cần chất lượng điều khiển cao, mạch điều 
khiển được thiết kế phức tạp hơn. Chúng ta sẽ nghiên cứu chi tiết về nguyên 
lý điều khiển này. 
6.5.2. Mạch điều khiển chỉnh lưu một kênh 
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất_ 
Chương 6 điều khiểnthiết bị bộ biến đổi 209 
UA
UB
Udk
Urc
UD
UE
UF
Xdk
Ud
t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8
t
t
t
t
t
t
t
t
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất_ 
Chương 6 điều khiểnthiết bị bộ biến đổi 210 
6.5.3. Mạch điều khiển chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển hoàn toàn 
dùng TCA785 hoặc TCA780 
6.5.4. Mạch điều khiển chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển dùng 
TCA785 
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất_ 
Chương 6 điều khiểnthiết bị bộ biến đổi 211 
6.5.5. Mạch điều khiển bộ điều áp xoay chiều một pha dùng Triac 
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất_ 
Chương 6 điều khiểnthiết bị bộ biến đổi 212 
6.5.6. Mạch điều khiển mạch điều áp xoay chiều một pha dùng thyritstor 
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất_ 
Chương 6 điều khiểnthiết bị bộ biến đổi 213 
6.5.7. Mạch điều khiển xung áp DC nối tiếp dùng KĐTT 
6.5.8. Mạch điều khiển xung áp DC nối tiếp dùng KĐTT và NE555 
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất_ 
Chương 6 điều khiểnthiết bị bộ biến đổi 214 
6.5.9. Mạch điều khiển nghịch lưu một pha sử dụng máy biến áp 
6.4 Bài tập 
Bài 6.1. 
Thiết kế, phân tích nguyên lý mạch điều khiển chỉnh lưu cầu một pha dùng 
TCA785 
Bài 6.2. 
Thiết kế, phân tích nguyên lý mạch điều khiển mạch điều áp xoay chiều một 
pha dùng TCA785. 
Bài 6.1. 
Thiết kế, phân tích nguyên lý mạch điều khiển xung áp DC dùng KĐTT 
Bài 6.3. 
Phân tích các phần tử logic cơ bản (AND, OR, NOR, NOT, NAND, 
TRIGER) 
Bài 6.4. 
Phân tích các mạch tạo xung vuông, tam giác, xung đồng bộ? 
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất 
Chương 7 Bảo vệ thiết bị biến đổi 215 
Chương 7 
BẢO VỆ THIẾT BỊ BIẾN ĐỔI 
7.1. Ngắn mạch và bảo vệ ngắn mạch 
-Trong qua trình làm việc, không thể tránh khỏi những sự cố có thể sảy ra đối 
với các thiết bị biến đổi. Việc nghiên cứu quá trình dòng và áp khi sẩy ra sự 
cố là rất cần thiết, nhằm bảo vệ hệ thống một cách hữu hiệu. Để bảo vệ các 
thiết bị bán dẫn tránh khỏi sự phá hoại của dòng điện, người ta thường dùng 
dây chẩy tác động nhanh (Khoảng vài ms). Loại dây chảy này làm bằng bạc 
lá, đặt trong vỏ sứ có chứa cát thạch anh hoặc nước cất. Hoạt động của dây 
chảy được chia ra làm hai giai đoạn hình 1.3.2-1. 
0
t
tcthqI
Khi dïng d©y ch¶y
Khi kh«ng dïng d©y ch¶yi
II 
Hình 1.3.2-1 
- Giai đoạn I, kể từ khi dòng điện sự cố tác động đến khi suất hiện hồ quang. 
Trong giai đoạn này, dây chảy bị đốt nóng mềm ra. 
- Giai đoạn II, kể từ khi suất hiện hồ quang đến khi cắt dòng điện sự cố. 
Trong giai đoạn này điện áp hồ quang tăng dần, do đó dòng điện sự cố giảm 
dần về không. 
- Các thông số đặc trưng của dây chảy là điện áp định mức, và dòng điện định 
mức. Không nên đặt dây chảy vào mạng điện có điện áp lớn hơn điện áp định 
mức của dây chảy. Dòng định mức của dây chảy được chọn phải bằng hoặc 
lớn hơn dòng định mức của thiết bị bán dẫn, nhưng không được lấy lớn hơn 
10% dòng làm việc của van. Thời gian tác động của cầu chì phải nhỏ hơn 
hoặc bằng thời gian chịu đựng của thiết bị. 
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất 
Chương 7 Bảo vệ thiết bị biến đổi 216 
- Đối với thiết bị biến đổi là cầu chỉnh lưu, có thể đặt cầu chảy theo các vị trí 
sau đây: 
~3
TR1
1)
2)
5
4
+
3
dII
3
2
3
dII 
- 
Hình:1.3.2-2: Vị trí đặt cầu chảy cho cầu chỉnh lưu ba pha 
- Đặt nối tiếp cho từng thyristor hoặc diode (1) 
- Đặt nối tiếp cho từng nhóm thyristor hoặc diode nối song song (3) 
- Đặt ở lối ra của cầu chỉnh lưu (4) 
- Đặt ở cuộn dây thứ cấp máy biến áp (2) 
- Đặt ở cuộn dây sơ cấp máy biến áp (5) 
-Trong thực tế tùy theo yêu cầu về mức độ bảo vệ mà chọn vị trí đặt cầu chảy 
cho phù hợp. Thông thường người ta không chọn 1 vị trí đặt mà phối hợp giữa 
các vị trí theo cấp tác động. Việc đặt cầu chảy ở lối ra chỉnh lưu, kết hợp với 
việc đặt ở đầu vào sơ cấp máy biến áp được dùng nhiều hơn cả. 
7.2. Quá áp và bảo vệ quá áp 
Các thyristor cũng rất nhạy cảm với điện áp lớn hơn so với điện áp định 
mức, ta gọi là quá điện áp. 
-Nguyên nhân gây ra quá điện áp được chia ra làm hai loại 
a> Nguyên nhân nội tại: 
Khi khóa thyristor bằng điện áp ngược, các điện tích đổi ngược hành trình 
tạo ra dòng điện ngược trong khoảng thời gian rất ngắn ( 10 đến 100 s). 
sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngược gây ra sức điện động cảm 
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất 
Chương 7 Bảo vệ thiết bị biến đổi 217 
ứng rất lớn trong các điện cảm. Quá điện áp này là tổng điện áp làm việc 
và Ldi/dt nói trên. 
b> Nguyên nhân bên ngoài: 
- Những nguyên nhân này thường sảy ra ngẫu nhiên như khi có xét đánh, 
khi cầu chì bảo vệ đứt, hay khi đóng cắt máy biến áp nguồn. Cắt máy biến 
áp nguồn tức là cắt dòng điện từ hóa máy biến áp, bấy giờ năng lượng từ 
trường tích lũy 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 dây quấn thứ 
cấp của máy biến áp 
 22
2
1
2
1
CULI
. Điện áp này có thể lớn gấp năm lần 
điện áp làm việc. 
-Để bảo vệ điện áp người ta thường dùng mạch RLC, bảo vệ riêng cho 
từng thyristor như hình 6.3.3-1 
-Người ta thường chọn điện áp định mức của thyristor 
là U 1,2 Uđm. Trị số này còn nhỏ hơn nhiều so với trị 
cực đại của các quá trình quá điện áp kể trên. Các quá 
trình quá điện áp có độ tăng trưởng du/dt lớn. Đạo hàm 
điện áp sinh ra dòng điện chảy qua tụ điện C, đấu giữa 
anot – catot của thyristor. Điện cảm L hạn chế biên độ 
của dòng điện này. 
-Kích mở thyristor, tụ điện C sẽ phóng điện qua 
thyristor, điện trở R hạn chế dòng điện này. Các linh 
kiện bảo vệ có thể tính toán bằng các công thức, nhưng 
trong thực tế người ta thường dùng bằng phương pháp 
kinh nghiệm: chon C = 0,01  0,1F; R= 10 1000; 
L = 50  100H. 
R
C
T
L
D
D
CC
Hình 6.3.3-1 
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất 
Chương 7 Bảo vệ thiết bị biến đổi 218 
-Sau đây giới thịêu bộ biến đổi có đầy đủ các phần tử bảo vệ quá dòng và 
quá áp hình 6.3.3-2 
R
C
R
C
R
C
R
C
R
C
R
C
L
-
+
hình 6.3.3-2 
7.3. Tổn hao và làm mát van công suất 
7.3.1. Tổn hao van bán dẫn công suất 
-Khi Thyristor, hoặc diode mở cho dòng điện chảy qua, thì công suất tổn thất 
bên trong sẽ đốt nóng chúng. Trong đó mặt ghép là nơi nóng nhiều nhất, ta 
dùng ký hiệu TJ để chỉ nhiệt độ tại mặt ghép. TJm là chỉ nhiệt độ lớn nhất cho 
phép tại mặt ghép. 
+ Đối với bán dẫn Ge: TJm = 80
0
  1000C 
+ Đối với bán dẫn Si: TJm = 150
0
  2000C 
- Công suất tổn thất trong thiết bị bán dẫn ký hiệu là P, được tính bằng (W), 
thường chia thành tổn thất chính P1 và tổn thất phụ P2. Tổn thất chính do 
dòng điện qua van bán dẫn gây nên, còn tổn thất phụ bao gồm tổn thất chuyển 
trạng thái, và tổn thất trong mặt ghép. Thường tổn thất phụ không vượt quá 
5% tổn thất P. Vì vậy có thể coi: P = P1. 
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất 
Chương 7 Bảo vệ thiết bị biến đổi 219 
- Để tính được P ta cần biết được đường đặc tính V - A của thiết bị bán dẫn. 
Trong khi tính toán người ta thường dùng đặc tính V - A gần đúng hình6.1-
.2a. 
+Khi đó: dAC RiUU .0 . (Trong đó Rd = cotg : Là điện trở vi phân hoặc điện 
trở động.) 
-Dòng điện chảy qua thiết bị bán dẫn thường là dòng điện biến thiên theo chu 
kỳ. Như vậy: 
T
d
T
AC idtiRU
T
idtU
T
P
0
0
0
)(
11
Hoặc: 200 IRIUP d (Trong đó I0 là dòng điện trung bình, còn I là dòng 
điện hiệu dụng chảy qua thiết bị bán dẫn). 
7.3.2. Làm mát bán dẫn công suất 
- Thiết bị bị bán dẫn rất nhạy cảm với nhiệt độ. Nếu khi làm việc nhiệt độ mặt 
ghép lớn hơn nhiệt độ cho phép TJm, thì có thể gây phá hỏng thiết bị bán dẫn. 
Vì vậy việc tính toán tỏa nhiệt cho mặt ghép là rất cần thiết: 
+ Khi tính toán sơ đồ dẳng trị nhiệt được thể hiện như sau: 
trong đó: 
TJ : Là nhiệt độ mặt ghép. 
TV: Lả nhiệt độ vỏ thiết bị bán dẫn 
Tr: Là nhiệt độ cánh tản nhiệt 
Ta: Là nhiệt độ không khí của môi 
trường làm việc. 
Rjv: Nhiệt trở giữa mặt ghép và vỏ 
thiết bị bán dẫn. 
Rvr: Nhiệt trở giữa vỏ và cánh tản 
 P 
Tv Tr TaTj
Rjv Rvr Rra
hình 6.1.1-1; Sơ đồ đẳng trị nhiệt 
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất 
Chương 7 Bảo vệ thiết bị biến đổi 220 
nhiệt. 
Rra: Nhiệt trở giữa cánh tản nhiệt và 
không khí môi trường. 
+Nhiệt độ được truyền từ vùng nóng sang vùng lạnh, công suất nhiệt được 
truyền đi tỷ lệ thuận với nhiệt sai và tỷ lệ nghich với nhiệt trở Rth.
thR
TT
P 21
(Trong đó T1 là nhiệt độ vùng nóng, T2 là nhiệt độ vùng lạnh, nhiệt trở 
 Rth = Rjv + Rvr + R ra được tính bằng 
0
C/W) 
-Trong các bài toán nhiệt thường đưa ra cho chúng ta biết TJm; Ta; Rth; P. 
Yêu cầu xác định biện pháp làm mát bằng đối lưu tự nhiên hay phải quạt mát 
bằng bao nhiêu m/s, theo hình6.1.1-2b. 
I
UACUO
a> 
C/W
0 Rth.ra
V
m/s0 5 10 15
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
b> 
C/W
0 Rth.ra
P
W0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
25 50 75 100 
c> 
Hình:6.1.1 -2: 
-Đường cong hình6.1-2c: Rra = f( P, Ta) do nhà chế tạo cánh tản nhiệt cung 
cấp ta có thể tra bảng phụ lục 3 dưới đây. 
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất 
Chương 7 Bảo vệ thiết bị biến đổi 221 
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất 
Chương 7 Bảo vệ thiết bị biến đổi 222 
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất 
Chương 7 Bảo vệ thiết bị biến đổi 223 
7.4. T nh ch n van công suất trong các bộ bi n ổi. 
 Các van công suất được chọn phải căn cứ vào các thông số dòng điện 
và điện áp trong mạch. Cụ thể các van công suất khi tính chọn phải thoả mãn 
các điều kiện do nhà sản xuất quay định. Trong đó các thông số thường phải 
được ưu tiên hàng đầu khi tính chọn van công suất là điện áp làm việc của 
van UV; dòng điện hiệu dụng chảy qua van IVRMS và dòng điện trung bình 
chảy qua van IVAV. 
 Trong đó điện áp van được chọn phải thoả mãn điều kiện 
UV = (1,6 2) Ungmax 
Còn dòng điện của van công suất được chọn phụ thuộc vào điều kiện làm 
mát. Nếu van bán dẫn công chỉ được làm mát bằng tản nhiệt đối lưu tự nhiên 
thì khả năng chịu dòng điện chỉ bằng 25  30% dòng định mức ghi trên van. 
 Nếu van bán dẫn công chỉ được làm mát bằng tản nhiệt và có quạt gió 
làm mát thì khả năng chịu dòng điện chỉ bằng 50  70% dòng định mức ghi 
trên van. 
 Nếu van bán dẫn công chỉ được làm mát bằng tản nhiệt và có nước làm 
mát thì khả năng chịu dòng điện có thể đạt được 100% dòng định mức ghi 
trên van. 
Thường biện pháp làm mát thông dụng nhất thường dùng quạt mát 
chung quanh cánh tản nhiệt. Đối với công suất lớn hơn người ta có thể cho 
nước chảy qua cánh tản nhiệt. hoặc ngâm cả thiết bị bán dẫn vào dầu biến thế. 
Các phần tử bán dẫn công suất được sử dụng ngày càng nhiều, do nó có 
những ưu điểm như gọn nhẹ, làm việc tin cậy, tác động nhanh hiệu suất cao, 
nên dễ thực hiện tự động hóa ..vv. Tuy nhiên các phần tử bán dẫn công suất 
cũng đòi hỏi các điều kiện khắt khe. Trước hết phải quan tâm và tôn trọng các 
trị số giới hạn sử dụng do nhà sản suất đã chỉ ra đối với các phần tử như: 
+ Điện áp ngược lớn nhất 
+ Giá trị trung bình cho phép đối với dòng điện. 
+ Tốc độ tăng trưởng của điện áp. 
+ Tốc độ tăng trưởng của dòng điện . 
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất 
Chương 7 Bảo vệ thiết bị biến đổi 224 
+ Thời gian khóa... 
- Các phần tử bán dẫn công suất cần được bảo vệ, chống những sự cố bất ngờ 
sẩy ra, những ảnh hưởng nhiễu loạn, hay những nguy hiểm sẩy ra ngắn mạch, 
quá điện áp, quá dòng điện. Chính vì vậy ta cần phải tính toán bảo vệ cho các 
van bán dấn khi sẩy ra sự cố. 
7.4 Bài tập ứng dụng 
Bài 7.1 
Một thyristor làm việc trong mạch điện có đặc tính V – A như hình vẽ, hãy 
tính công suất tổn thất trung bình qua van trong các trường hợp: 
a> Có dòng một chiều 20A đi qua van. ( 2đ) 
b> Khi làm việc trong một mạch chỉnh lưu một 
pha nửa chu kỳ có dòng điện xoay chiều 
i = 14.sint đi qua. ( 2đ) 
50
21
a
0
I(A)
U(V)
Bài 7.2 
Công suất tổn thất của một thiritstor là WP 30 . Nhiệt độ giới hạn của mặt 
ghép là TJ = 125
0C. Nhiệt độ môi trường là 400C. 
 Biết điện trở nhiệt giữa mặt ghép và cánh tản nhiệt là WCR jr /8,0
0 . 
Hãy tính: 
 a> Điện trở nhiệt giữa cánh tản nhiệt và môi trường. (2.5đ) 
b> Nhiệt độ vỏ của thyritstor. (2đ)