Giáo trình Điện kỹ thuật & Điện tử công nghiệp

n output rơle điều 
khiển hoặc thiết bị như máy ảnh; smartphone..Mục tiêu chính là hỗ trợ điều 
khiển tự động hoặc điện tử dạng số 
2.3 Transistor MOSFET. 
- Mosfet hoạt động ở 2 chế độ đóng và mở. Do là một phần tử với các hạt mang 
điện cơ bản nên Mosfet có thể đóng cắt với tần số rất cao. Nhưng mà để đảm bảo 
thời gian đóng cắt ngắn thì vấn đề điều khiển lại là vấn đề quan trọng . 
- Mosfet có khả năng đóng nhanh với dòng điện và điện áp khá lớn nên nó được sử 
dụng nhiều trong các bộ dao động tạo ra từ trường do đóng cắt nhanh làm cho dòng 
điện biến thiên. Nó thường thấy trong các bộ nguồn xung và cách mạch điều 
khiển điện áp cao. 
2.4 Transistor IGBT. 
- IGBT là loại van với công suất tuyệt vời. Khác với Thysistor, IGBT cho phép 
bạn đóng cắt nhanh chóng bằng cách đặt điện áp điều khiển lên hai cực G và E. 
Điện áp ra bạn đo được trên van rất đồng dạng với điện áp điều khiển. IGBT 
thường sử dụng trong các mạch biến tần hay những bộ băm xung áp một chiều. 
Driver của IGBT cũng sẵn có ở Việt Nam, tuy nhiên giá cả thì hơi cao. Hiện 
nay, với những ưu thế nổi trội, 
-Công nghệ IGBT được ứng dụng hầu hết ở các thiết bị máy hàn điện tử và các 
loại máy cơ khí. Công nghệ IGBT được áp dụng trong nhiều lĩnh vực thuộc 
ngành điện công nghiệp, cụ thể công nghệ IGBT được sử dụng trong các máy 
hàn công nghiệp, các thiết bị điện công nghiệp, các mạng điện công nghiệp, 
bộ biến tần 
- IGBT được bật và tắt theo trình tự để tạo xung với các độ rộng khác nhau từ 
điện áp Tuyến dẫn Một chiều được trữ trong tụ điện. 
Bằng cách sử dụng điều biến độ rộng xung hoặc PWM, IGBT có thể được bật 
và tắt theo trình tự giống với sóng dạng sin được áp dụng trên sóng mang. 
Ngoài ra trong biến tần IGBT còn có tác dụng làm giảm sóng hài trong các 
mạng điện công nghiệp 
2.5 Thyristor SCR. 
- Thyristor có khả năng tự duy trì dòng dẫn khi chỉ cần một dòng kích thích trong 
thời gian ngắn, khi thyristor được kích dẫn thì nó có khả năng tự duy trì dòng dẫn 
đó. Muốn ngắt dòng qua thyristor chỉ có cách ngắt nguồn cấp cho nó. 
- Chính nhờ đặc điểm tự duy trì dòng dẫn khi được kích thích trong thời gian ngắn 
nên thyristor được ứng dụng rất nhiều trong mạch điện bảo vệ quá dòng, quá áp 
hoặc các hệ thống báo động.... Ngoài ra nhờ khả năng điều khiển dòng điện thông 
 53 
qua cực G lên Thyristor còn được sử dụng nhiều trong các mạch điện điều áp một 
pha, điều áp ba pha. 
2.6 Triac. 
- Công dụng của triac dùng để dẫn thông dòng xoay chiều khi cực T1 hoặc T2 
kích sang điện áp dương hoặc điện áp âm. 
- Triac là một linh kiện bán dẫn đóng vai trò như một công tắc đóng cắt điện cho 
tải xoay chiều. Chúng ta có thể thấy triac được sử dụng nhiều trong các đèn bàn 
học có điều chỉnh độ sáng, các bộ điều khiển quạt trần, trong mạch điều khiển tốc 
độ của máy khoan, máy cưa, trong các mạch điều khiển nồi phở điện, các bộ điều 
khiển nhiệt độ của lò nướng công nghiệp, các tủ hấp, tủ sấy, nồi hơi... 
2.7 Gate Turn off Thyristor GTO. 
 - So với SCR, GTO cần dòng điện kích lớn hơn (thường hàng trăm mA) 
- Một tính chất quan trọng nữa của GTO là tính chuyển mạch. Thới gian mở của 
GTO cũng giống như SCR (khoảng 1μs), nhưng thời gian tắt (thời gian chuyển từ 
trạng thái dẫn điện sang trạng thái ngưng dẫn) thì nhỏ hơn SCR rất nhiều (khoảng 
1μs ở GTO và từ 5μs đến 30μs ở SCR). Do đó GTO dùng như một linh kiệncó 
chuyển mạch nhanh. GTO thường được dùng rất phổ biến trong các mạch đếm, 
mạch tạo xung, mạch điều hoà điện thế mạch sau đây là một ứng dụng của GTO 
để tạo tín hiệu răng cưa kết hợp với Diod Zener. 
 Chương 6:Các thiết bị chỉnh lưu 
Mục tiêu: 
 - Trình bày được khái niệm về các loại chỉnh lưu một pha và 3 pha. 
 - Hiểu được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của chỉnh lưu một pha và ba pha. 
 - Rèn luyện tính tự giác, ý thức trong khi tham gia học tập. 
 Nội dung: 
1. Khái niệm chung về các loại chỉnh lưu. 
1.1 Khái niệm về chỉnh lưu. 
 Trong lĩnh vực điện công nghiệp, nhiều trường hợp yêu cầu phải biến đổi một 
 nguồn điện áp xuay chiều thành điện áp một chiều và điều chỉnh được giá trị của điện 
 áp một chiều đầu ra. Để thực hiện việc này người ta có nhiều cách khác nhau ví dụ như 
 dùng tổ hợp động cơ – máy phát, dùng bộ biến đổi một phần ứng, dùng chỉnh lưu, ... 
 Nhưng phổ biến nhất và hiệu suất cao nhất là sử dụng các sơ đồ chỉnh lưu bằng các 
 dụng cụ bán dẫn. Các sơ đồ chỉnh lưu (các bộ biến đổi xuay chiều thành một chiều) là 
 các bộ biến đổi ứng dụng tính chất dẫn dòng một chiều của các dụng cụ điện tử hoặc 
 bán dẫn, để biến đổi điện áp xuay chiều thành điện áp một chiều một cách trực tiếp. 
 Hiện nay các dụng cụ điện tử hầu như không còn được sử dụng trong các sơ đồ chỉnh 
 54 
 lưu vì kích thước lớn, hiệu suất thấp. Dụng cụ sử dụng chủ yếu trong các sơ đồ chỉnh 
 lưu hiện nay là các thyristor và diode bán dẫn. Các sơ đồ chỉnh lưu có nhiều dạng khác 
 nhau và được ứng dụng cho nhiều mục đích khác nhau, ví dụ dùng để điều chỉnh tốc độ 
 động cơ một chiều, cung cấp điện áp một chiều cho các thiết bị mạ điện, điện phân, 
 cung cấp điện áp một chiều cho các thiết bị điều khiển, các đèn phát trung tần và cao 
 tần,...Các sơ đồ chỉnh lưu được sử dụng từ công suất rất nhỏ cho đến công suất rất lớn. 
 Người ta phân biệt chỉnh lưu gồm một số dạng sau: 
 - Căn cứ vào dòng điện người ta có thể phân loại như: Chỉnh lưu nửa chu kỳ và 
 chỉnh lưu cả chu kỳ. 
 - Căn cứ vào kết cấu mạch chỉnh lưu có thể phân loại như: Chỉnh lưu 1 diode, 2 
 diode, chỉnh lưu cầu, chỉnh lưu đối xứng. 
 - Căn cứ cào số pha ta có thể phân loại: Chỉnh lưu 1 pha, 2 pha, 3pha, 6 
 pha,. 
 - Căn cứ theo linh kiện trong mạch chỉnh lưu ta có: Chỉnh lưu có điều khiển, 
 chỉnh lưu không điều khiển, chỉnh lưu bán điều khiển, 
1.2 Khái niệm về chỉnh lưu một pha. 
 M¹ch chØnh l•u 1 pha lµ m¹ch biÕn ®æi dßng ®iÖn xoay chiÒu 
 1 pha thµnh dßng mét chiÒu (DC). T•¬ng tù nh• trong lÜnh 
 vùc ®iÖn tö, tuú theo nhu cÇu cña t¶i mµ ng•êi ta cã thÓ 
 n¾n ®iÖn mét b¸n kú hoÆc n¾n ®iÖn toµn kú ®Ó t¹o nguån DC. 
1.3 Khái niệm về chỉnh lưu ba pha. 
 M¹ch chØnh l•u 3 pha lµ m¹ch biÕn ®æi dßng ®iÖn xoay chiÒu 
 3 pha thµnh dßng mét chiÒu (DC). T•¬ng tù nh• trong lÜnh 
 vùc ®iÖn tö, tuú theo nhu cÇu cña t¶i mµ ng•êi ta cã thÓ 
 n¾n ®iÖn mét b¸n kú hoÆc n¾n ®iÖn toµn kú ®Ó t¹o nguån DC. 
1.4 Các bộ chỉnh lưu chứa diode - qui tắc phân tích mạch bộ chỉnh lưu tổng quát. 
2. Chỉnh lưu một pha. 
2.1 Cấu tạo. 
 * Sơ đồ mạch điện 
 u A D 
 M ur 
 V 
 U UMax 
 Max T 
 T 
 Rt 0
 0 
 UMin 
 N 
 B 
 55 
 b a c 
 Hình 2.1: Mạch chỉnh lưu một pha nửa chu kỳ 
 Sơ đồ nguyên lý(a) và giản đồ điện áp vào(b), ra (c) 
 * Sơ đồ mạch điện 
 D
 u A M ur 
 1 
 V 
 U UMax 
 Max P Rt N T 
 T 
 0 
 0 
 UMin 
 B D2 
 Q 
 b a c 
 Hình 2.2: Mạch chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ 
 Sơ đồ nguyên lý (a) và giản đồ điện áp vào(b), ra (c) 
 * Sơ đồ mạch điện 
 A M 
 u D u
 D1 
 V 2 t 
UMax UMax 
 T Q N R
 0 
 0 
 t 
 UMin D D
 B 
 4 3 
 P 
 b a c 
 Hình 2.3: Mạch chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ 
 Sơ đồ nguyên lý(a) và giản đồ điện áp vào (b), ra (c) 
 * Sơ đồ mạch điện 
 56 
 u2
 
 IG
 T 
 T R 
 u1 u2 u 
 d
 
 a b 
 Hình 2.4: Mạch chỉnh lưu có điều khiển một pha nửa chu kỳ 
 a, Sơ đồ nguyên lý; b, Giản đồ điện áp vào, ra 
2.2 Nguyên tắc hoạt động. 
 * Nguyên lý hoạt động: Hình 2.1 
 Điện áp xoay chiều được thể hiện bằng một đồ thị hình sin theo thời gian T. Ta chọn một 
 chu kỳ nào đấy để xét quá trình chỉnh lưu từ điện áp xoay chiều sang điện áp một chiều. 
 Xét nửa chu kỳ đầu, dương ở A, âm ở B. Lúc này diode D được phân cực thuận và dẫn 
 dòng. Dòng điện đi từ A qua D tới M, qua Rt tới N và về B âm nguồn. 
 Xét nửa chu kỳ sau, dương ở B, âm ở A. Diode D phân cực ngược nên không dẫn dòng vì 
 thế không có dòng điện đi qua Rt. 
 Vậy sau cả 2 nửa chu kỳ trên Rt chỉ có dòng điện chảy qua theo một chiều và đó là dòng 
 điện một chiều được nắn ra từ điện áp xoay chiều. 
 Lưu ý: Điện áp ra không bằng phẳng, gợn sóng lớn, hiệu suất thấp < 45%, không 
 tận dụng hết công suất của biến áp nguồn. Thông thường chỉ thích hợp cho tải không cần 
 dùng dòng điện bằng phẳng như nạp ắc quy, nuôi bóng đèn sợi đốt, hoặc dùng cho mạch 
 chỉ cần dòng điện nhỏ. Điện áp DC cực đại chỉ đạt 0,7 lần điện áp hiệu dụng AC. 
 * Nguyên lý hoạt động:hình 2.2 
 Xét nửa chu kỳ đầu của hiệu điện thế hình sin, ở cuộn sơ cấp dương ở A âm ở B. bên cuộn 
 thứ cấp ta coi điện áp tai điểm P là 0V thì điện áp tại M dương, điện áp tại Q âm. Lúc này 
 Diode D1 được phân cực thuận, Diode D2 phân cực ngược nên D1 dẫn, D2 khoá. Dòng điện 
 đi từ M qua D1 đến N, qua Rt đến P mass. 
 Xét nửa chu kỳ sau của dòng điện hình sin, dương ở B âm ở A. Điện áp tại Q dương, điện 
 áp tại M âm. Lúc này Diode D2 được phân cực thuận, Diode D1 phân cực ngược nên D2 
 dẫn, D1 khoá. Dòng điện đi từ Q qua D2 đến N, qua Rt đến P mass. 
 Như vậy ở cả hai nửa chu kỳ của dòng điện, trên Rt đều có dòng điện đi qua theo cùng một 
 chiều như vậy dòng điện chay qua Rt chính là dòng điện một chiều được nắn ra từ dòng 
 điện xoay chiều trước mạch chỉnh lưu. 
 * Nguyên lý hoạt động Hình 2.3 
 57 
 Xét nửa chu kỳ đầu của hiệu điện thế hình sin, dương ở A âm ở B. Lúc này hai diode D1 
 và D3 phân cực ngược nên D1, D3 khoá, hai diode D2 và D4 được phân cực thuận, nên D2, 
 D4 dẫn. Dòng điện đi từ A đến M, qua D2 đến N, qua Rt đến Q, qua D4 đến P và về B âm 
 nguồn. 
 Xét nửa chu kỳ sau của dòng điện hình sin, dương ở B âm ở A. Lúc này hai diode hai 
 Diode D2 và D4 phân cực ngược nên D2, D4 khoá, D1 và D3 được phân cực thuận nên dẫn. 
 Dòng điện đi từ B đến P, qua D3 đến N, qua Rt đến Q, qua D1 đến M và về A âm nguồn. 
 Như vậy ở cả hai nửa chu kỳ của dòng điện, trên Rt đều có dòng điện đi qua theo cùng một 
 chiều như vậy dòng điện chạy qua Rt chính là dòng điện một chiều được chỉnh lưu từ dòng 
 điện xoay chiều đầu vào. 
 * Nguyên lý hoạt động: hình2.4 
 Xét trong khoảng (0  ) điện áp trên thyristor T dương, song phải đến thời điểm thì 
 thyristor mới nhận được tín hiệu điều khiển IG từ khâu phát xung. Do đó: 
 Trong giai đoạn (0  ) thyristor khoá: ud = 0. 
 Trong giai đoạn (  ) thyristor dẫn: ud = u2. 
 Trong giai đoạn (  2 ) thyristor khoá: ud = 0. 
 Như vậy điện áp ud không còn là toàn bộ nửa hình sin dương của điện áp nguồn 
 xoay chiều u2, mà chỉ là một phần của nó với độ lớn tuỳ thuộc góc . Ta có: 
 1 2 1 2 (1 cos )
 U U ()d 2U sind U (2.10) 
 d 2 2 2 2 2 2
 0 
 Khi điều khiển với = 0 có giá trị Ud0: 
 2
 U U 0,45U (2.11) 
 d0 2 2
 Đây chính là biểu thức tương ứng với chỉnh lưu không điều khiển dùng diode. Vì 
 vậy có thể coi rằng chỉnh lưu diode là trường hợp riêng của chỉnh lưu dùng thyristor với 
 = 0. Biểu thức có thể viết lại thành: 
 (1 cos )
 U U U f( ) (2.12) 
 d d0 2 d0
 Biểu thức này cho thấy điện áp chỉnh lưu Ud là một hàm phụ thuộc vào góc điều 
 khiển . Như vậy muốn điều chỉnh điện áp ra tải chỉ cần tác động vào tham số duy nhất là 
 . Ở mạch chỉnh lưu này, bằng cách thay đổi từ 0 đến 1800 ta điều chỉnh được điện áp 
 Ud từ giá trị lớn nhất Ud0 đến giá trị nhỏ nhất (bằng 0). 
 Tín hiệu vào, ra có dạng hình vẽ 2.6b 
 Các tham số của chỉnh lưu dùng thyristor đều lấy từ chỉnh lưu dùng diode, với lý do 
 đơn giản là khi = 0 (tương ứng với chỉnh lưu không điều khiển) thì điện áp chỉnh lưu lớn 
 nhất và mạch cũng mang tải nặng nhất. 
3. Chỉnh lưu ba pha. 
 58 
3.1 Cấu tạo. 
. Mạch chỉnh lưu ba pha hình tia 
 * Sơ đồ mạch điện 
 u 
 D ua ub uc 
 a 
 D 2  
 b 
 0 /6 5 /6 
 D
 c 
 Ud 
 N    
 0 1 2 3 4  
 R 
 T 
 D1 D2 D3 
 a C b 
 Hình 2.5: Mạch chỉnh lưu 3 pha hình tia 
 Sơ đồ nguyên lý (a) và giản đồ điện áp vào, ra (b) 
 * Sơ đồ mạch điện 
 i
 a d
 D1 D3 D5
 b
 Rd 
 c ud 
 D4 D D2 
 a) 6
 a b 
 Hình 2.6: Mạch chỉnh lưu 3 pha hình cầu 
 Sơ đồ nguyên lý(a) và giản đồ điện áp vào, ra (b) 
3.2 Nguyên tắc hoạt động. 
 * Nguyên lý hoạt động: hình 2.5 
 Xét trong khoảng 1 ÷ 2 pha a có thế dương nhất nên Da dẫn. Khi đó có dòng từ ua 
 Da Rt N. 
 Xét trong khoảng 2 ÷ 3 pha b có thế dương nhất nên Db dẫn. Khi đó có dòng từ ub 
 Db Rt N. 
 59 
 Tương tự trong khoảng 3 ÷ 4 pha c có thế dương nhất nên Dc . Khi đó có dòng từ uc 
 Dc Rt N. 
 Vậy trong một chu kỳ của nguồn 3 pha có 3 lần chuyển mạch. Khi chuyển mạch dòng điện 
 qua tải giảm về không ngay ở diode này và tăng lên ngay ở diode kia. Khi đó tín hiệu đầu 
 ra có dạng như hình phía dưới. 
 Khi chuyển mạch tự nhiên, dòng điện qua tải R giảm về 0 ngay ở diode này và tăng lên ở 
 diode kia nên chuyển mạch tự nhiên còn gọi là chuyển mạch tự nhiên tức thời. 
 Nguyên tắc chuyển mạch tự nhiên: Tại một thời điểm nào đó, diode nào có thế anot cao 
 hơn sẽ dẫn, còn các diode khác khóa. Khi thế anot của 2 diode như nhau thì diode nào có 
 thế anot đang tăng thì diode dẫn còn diode nào có thế anot đang giảm thì diode khóa. 
 Các thông số cơ bản của mạch 
 2 
 - Góc dẫn của mỗi diode trong một chu kỳ là 120 0 (2.1) 
 3
 - Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu là Ud = 1,17U (2.2) 
 Dạng điện áp chỉnh lưu là các chỏm sin 3 pha với tần số đập mạch là đường nét dậm hình 
 2.4b phía dưới. 
 - Điện áp ngược đặt lên diode là Ungmax = 2,45U (2.3) 
 U
 - Giá trị trung bình dòng điện chỉnh lưu qua phụ tải là Id =1,17 (2.4) 
 R
 I d U
 - Điện áp trung bình qua mỗi diode là ID = 0,39. 
 3 R
 * Nguyên lý làm việc:hình 2.6 
 Đồ thị tín hiệu vào từ cuộn thứ cấp máy biến áp tới cầu chỉnh lưu như hình 2.5a. 
 Xét từng khoảng thời gian nhỏ có tín hiệu xoay chiều trên mạch thứ cấp đặt vào chỉnh 
 lưu, ta có 
 - Khoảng thời gian từ 0 - 1 
 + Tín hiệu vào có pha c dương nhất; pha b âm nhất. Trên cầu chỉnh lưu có các diode 
 D5 và D4 dẫn, các diode còn lại đều khoá. 
 + Dòng điện qua tải có chiều là: (+)c Đ5 M R1 N Đ4 (-)b 
 - Khoảng thời gian từ: 1- 2 Tín hiệu vào có pha a dương nhất, pha b âm nhất. 
 + Trên cầu chỉnh lưu có các diode D1 và D4 dẫn; các diode còn lại đều khoá. 
 + Dòng điện qua tải là: 
 (+)a Đ1 M R1 N Đ4 (-) b 
- Các khoảng thời gian tiếp theo: tương tự. 
 +Tín hiệu 1 chiều qua tải được biểu diễn trên đồ thị là dạng sóng đầu ra Hình 2.5b 
 Điện áp trung bình nhận được trên tải là: 
 3 6
 Ud U 2,34U (2.6) 
 2 2
 60 
 Giá trị trung bình của dòng qua tải là: 
 U 3 6
 I tb U (2.7) 
 tb R .R 2
 Điện áp ngược lớn nhất mà mỗi điode phải chịu là: 
 U ngmax 3.U 2m (2.8) 
 Giá trị dòng chảy qua mỗi điode là: 
 I
 I D (2.9) 
 D 3
Kết luận: 
 + Tín hiệu vào là xoay chiều nhưng tín hiệu ra là một chiều trên Rd và chạy từ trên dưới. 
 +Trong mỗi khoảng thời gian đều có 2 diode thuộc 2 nhóm dẫn nên thời gian chuyển mạch là 
 tức thời. 
 Tài liệu tham khảo: 
 [1]. Đặng Văn Đào, Lê Văn Doanh- Kỹ thuật điện (lý thuyết và 100 bài giải)- 
 [2]. NXBKHKT 1995. 
 [3]. Hoàng Hữu Thận-Đo lường máy điện và khí cụ điện – NXBKHKT 1982 
 [4]. Trần Minh Sở- Kỹ thuật điện – NXBGD 2001. 
 [5]. Đỗ Xuân Thụ- Kỹ thuật điện tử- NXBGD 2004. 
 61