1

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN

Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được

UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH LÀO CAI

TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI

GIÁO TRÌNH

MÔN HỌC: ĐIỆN KỸ THUẬT - ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

NGHỀ: HÀN

TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG

Lào Cai, năm 2020

2

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN

Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng

nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.

Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành

mạnh sẽ bị nghiêm cấm.

LỜI GIỚI THIỆU

Tiến bộ khoa học kỹ thuật đã từng ngày đổi mới các phần tử các mạch điều khiển trong từng

máy riêng lẻ cũng như công nghệ sản xuất của nhiều lĩnh vực khác nhau.

Điện tử công nghiệp ngày nay không chỉ bó hẹp trong lĩnh vực công nghiệp mà còn có mặt ở

hầu hết các lĩnh vực kinh tế khác nhau, khi chúng ta phấn đấu xây dựng một nền kinh tế theo

phương thức công nghiệp hóa. Vì vậy giáo trình Điện tử công nghiệp là một nội dung học tập

không thể thiếu của những ngành có liên quan đến vận hành, quản lý, sửa chữa các máy móc,

trang bị và dây chuyền công nghệ.

Nội dung giáo trình gồm 6 chương

Chương 1:Khái niệm về dòng điện, các định luật cơ bản để giải mạch điện xoay chiều

một pha

Chương 2:Mạch điện xoay chiều ba pha

Chương 3:Máy phát điện một chiều

Chương 4:Máy biến áp

Chương 5:Điện tử công nghiệp

Chương 6:Các thiết bị chỉnh lưu

Nội dung của giáo trình khá rộng, vì vậy tùy theo yêu cầu ngành học mà có thể đi sâu và chương

này và có thể tìm hiểu khái quát ở chương kia.

Trong quá trình biên soạn bản thân tôi đã cố gắng trình bày các nội dung một cách đơn giản

dễ hiểu nhất, để người đọc có thể tự học.

Giáo trình biên soạn cho đối tượng học sinh sinh viên học nghề tại các trường chuyên

nghiệp.

Trong quá trình biên soạn bản thân tôi cố gắng cập nhật những tiến bộ khoa học được áp

dùng vào trong thực tế sản xuất và diễn đạt một cách đơn giản, dễ hiểu nhất. Tuy nhiên vẫn

không tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy rất mong sự đóng góp của đồng nghiệp, bạn bè và các em

học sinh sinh viên để giáo trình được hoàn thiện hơn.

Xin chân thành cảm ơn

Lào Cai, ngày …..tháng …..năm 2017

Tác giả: Hoàng Thị Kim Anh

3

MỤC LỤC

Chương 1:Khái niệm về dòng điện, Các định luật cơ bản

để giải mạch điện xoay chiều một pha.......................................................................6

1. Khái niệm về dòng điện một chiều, xoay chiều......................................................6

1.1 Khái niệm về dòng điện một chiều.........................................................................6

1.2 Khái niệm về dòng điện xoay chiều.......................................................................7

2. Các đại lượng đặc trưng cho mạch điện..................................................................9

2.1 Dòng điện... ........................................... ...........................................................9

2.2 Điện áp... ........................................... ..............................................................9

2.3 Chiều dương dòng điện và điện áp. ... ..............................................................9

3. Công suất... .......................................................... ................................................10

4. Định luật Ôm và các đại lượng đặc trưng... ..................................... ....................10.

1.1. Định luật Ôm.... .........................................................................................10

1.2. Các đại lượng có trong định luật Ôm: I, R, U... ........................................10.

5. Giải các mạch điện xoay chiều một pha bằng định luật Ôm................................11

Chương 2:Mạch điện xoay chiều ba pha.........................................................18

1. Khái niệm chung về mạch điện xoay chiều 3 pha.. ..............................................18

1.1. Khái niệm chung.. .................. .................. ......................... .............................18

1.2. Các thông số đặc trưng.. .................. ........ .......................................................18.

1.3. Cách nối mạch ba pha.. .................. ....................................... .........................18

1.4. Cách giải mạch ba pha đối xứng... .................. .. .............................................22.

2. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy phát điện một chiều...............................23.

2.1. Cấu tạo.. .................. .................. ..................................... ...............................23

2.2. Nguyên lý làm việc.. .................. .................. .................. ..............................24.

3. Động cơ điện một chiều...................................................... ..............................24

3.1. Cấu tạo.. .................. .................. ..................................... ..............................24

3.2. Nguyên tắc hoạt động. .................. ................................. ...............................25.

Chương 3:Máy phát điện một chiều. . ... ..... ...26

1. Khái niệm chung về máy phát điện một chiều........................................ ...26.

1.1. Khái niệm về máy phát điện.....................................................................26

1.2. Máy phát điện một chiều kích từ độc lập.................................................26.

1.3. Máy phát điện một chiều kích từ song song............................................28

1.4. Máy phát điện một chiều kích từ nối tiếp................................................28

1.5. Máy phát điện một chiều kích từ hổn hợp...............................................29

2. Các đại lượng đặc trưng cho dòng điện một chiều, xoay chiều..............30

2.1. Sức điện động phần ứng...........................................................................30

4

2.2. Công suất điện từ...............................................................................30

2.3. Mô men..............................................................................................31

3. Giải các mạch điện một chiều.................................................................31

Chương 4:Máy biến áp....... .......................34

1. Khái niệm chung về máy biến áp...................... .........................34

1.1. Định nghĩa.................................. ...................... ................... .......34

1.2. Các đại lượng định mức....................... ........................................34

1.3. Công dụng của máy biến áp................................................ .........35

2. Các định luật cảm ứng điện từ............................................... ........36

2.1. Định luật cảm ứng điện từ.........................................................36

2.2. Định luật lực điện từ.................................................................36

2.3. Định luật Jun-lenxơ............................................................. .....36

3. Các loại máy biến áp........................................................... ........37

3.1. Máy biến áp 1 pha.........................................................................37

3.2. Máy biến áp 3 pha.........................................................................38

3.3. Các máy biến áp đặc biệt........................................... ..................39

Chương 5:Điện tử công nghiệp...................... ...41

1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của các loại linh kiện điện tử...........41

1.1 Phân lọai........................................................................................ ...41

1.2 Diode........................................................................................... ....41

1.3 Transistor BJT................................................... .............................44

1.4 Transistor MOSFET...........................................................................46

1.5 Transistor IGBT..................................................................................48

1.6 Thyristor SCR.....................................................................................49

1.7 Triac.................................................................................................50

1.8 Gate turn off thyristor GTO..............................................................51

2. Công dụng của các loại linh kiện điện tử, phạm vi ứng dụng........... .52

2.1. Diode............................................................................................. ..52

2.2. Transistor BJT............................................................................... ...52

2.3. Transistor MOSFET..... ............................................................ . ....52

2.4. Transistor IGBT........................................................................... ..53

2.5. Thyristor SCR............. ........................................................... ....... 53

2.6. Triac...............................................................................................................53

2.7. Gate Turn off Thyristor GTO...................................................................53

Chương 6:Các thiết bị chỉnh lưu....... ........ ....54

1. Khái niệm chung về các loại chỉnh lưu.....54

5

1.1. Khái niệm về chỉnh lưu.........................................................................................54

1.2. Khái niệm về chỉnh lưu một pha...........................................................................54.

1.3. Khái niệm về chỉnh lưu ba pha..............................................................................55

1.4. Các bộ chỉnh lưu chứa diode - qui tắc phân tích mạch bộ chỉnh lưu tổng quát.....55

2. Chỉnh lưu một pha.................................................................................................55

2.1. Cấu tạo...................................................................................................................55

2.2. Nguyên tắc hoạt động............................................................................................56

3. Chỉnh lưu ba pha....................................................................................................58

3.1. Cấu tạo...................................................................................................................58

3.2. Nguyên tắc hoạt động............................................................................................59

6

Chương 1:Khái niệm về dòng điện, Các định luật cơ bản

để giải mạch điện xoay chiều một pha

Mục tiêu:

- Trình bày được các khái niệm về dòng điện một chiều, xoay chiều, định luật ôm và các đại

lượng đặc trưng.

- Giải đúng các bài toán mạch điện xoay chiều một pha bằng định luật ôm.

- Rèn luyện tính tự giác, ý thức trong khi tham gia học tập.

Nội dung:

1.Khái niệm về dòng điện một chiều, xoay chiều.

1.1. Khái niệm và nguyên lý sản sinh ra dòng điện 1 chiều

1.1.1. Khái niệm

Mạch điện gồm các thiết bị điện ghép lại với nhau tạo thành vòng kín nhờ

các dây dẫn

Các phần tử chính của mạch điện:

- Nguồn điện: là các thiết bị điện phát ra năng lượng để cấp cho các thiết bị khác

trong mạch

Một số nguồn điện dân dụng cơ bản: pin, ắcquy, máy phát điện ...

- Phụ tải: là các thiết bị tiêu thụ điện năng

Một số loại thiết bị tiêu thụ điện: quạt, bàn là, đèn ...

- Dây dẫn: nối nguồn với phụ tải hoặc các tải với nhau

*) Cấu trúc của mạch điện

- Nhánh: là một đoạn mạch gồm các phần tử ghép nối tiếp với nhau, trong đó có

cùng một dòng điện chạy qua

- Nút: là chỗ gặp nhau của các nhánh (từ 3 nhánh trở lên)

- Mạch vòng: là một lối đi khép kín qua các nhánh

7

Từ sơ đồ trên hình vẽ ta thấy:

- Số nhánh của mạch điện là 3(m= 3)

- Số điểm nút của mạch điện là 2 (n=2 )

- Số vòng của mạch điện là 3

1.1.2. Nguyên lý sản sinh ra dòng điện một chiều

Nguồn điện là thiết bị duy trì dòng điện trong đoạn mạch, muốn vậy ta

cần duy trì điện áp ở hai đầu nguồn điện

Nguồn điện nào cũng có hai cực, là cực dương (+) và cực âm (-), giữa hai

cực đó luôn có một hiệu điện thế được duy trì. Để tạo ra các điện cực như vậy

trong nguồn điện phải có lực thực hiện công để tách các electron ra khỏi các phần

tử trung hòa rồi chuyển các electron hoặc các iôn dương được tạo thành như thế

ra khỏi mỗi cực

Khi nối hai cực của nguồn điện bằng một vật dẫn, tạo thành mạch kín thì trong mạch

đó có dòng điện

1.2. Các khái niệm cơ bản về dòng điện xoay chiều

1.2.1 Định nghĩa và sự sản sinh ra sức điện động xoay chiều hình sin.

Hiện nay ở nước ta nguồn điện xoay chiều thường được tạo ra từ các nhà

máy thuỷ điện, nhiệt điện trên cả nước, trong đó nhà máy thuỷ điện đóng một vai

trò rất lớn đối với nền kinh tế quốc dân.

Mạch điện xoay chiều hình sin một pha là mạch điện trong đó có một hoặc

một số nguồn điện xoay chiều có cùng tần số và góc pha ban đầu.

Dòng điện xoay chiều thường biến đổi tuần hoàn, nghĩa là sau một khoảng

thời gian nhất định nó sẽ lặp lại quá trình biến thiên như cũ, quá trình biến thiên

này theo hàm số sin được gọi là dòng điện xoay chiều hình sin.

Như vậy: Dòng điện xoay chiều hình sin là dòng điện có chiều và trị số

thay đổi theo thời gian, theo quy luật hàm số sin nhưng vẫn giữ nguyên tần số.

1.2.2 Cách tạo ra dòng điện xoay chiều

a. Nguyên lí máy phát điện xoay chiều một pha

Cấu tạo:

8

Gồm phần cảm là nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện, phần ứng là khung dây

và hệ thống vòng tiếp xúc chổi than

Nguyên lí làm việc

+) Cho khung dây ( a, b, c, d) quay trong từ trường, lúc đó trong khung dây xuất hiện

suất điện động cảm ứng ( theo định nghĩa cảm ứng điện từ ), chiều của sức điện

động này xác định theo quy tắc bàn tay phải ( như hình vẽ). Nếu nối tải ta có

dòng điện

+ Nếu quay khung dây 180 0 thì sức điện động trong khung dây đổi chiều dòng điện

qua phụ tải cũng đổi chiều

Kết luận: Với nguyên lí làm việc trên dòng điên qua phụ tải là dòng điện xoay chiều

b. Thành lập biểu thức sức điện động xoay chiều

Cách thành lập

Sức điện động hình sin được tạo ra trong một máy phát điện xoay chiều

một pha kí hiệu la E. Để tính toán sức điện động này ta giả thiết như sau:

+ Hệ thống cực từ ở phần cảm được chế tạo sao cho cảm ứng từ B phân bố theo quy

luật hình sin

Biểu thức: B = Bm . sin t

+ Khi máy phát điện làm việc khung dây quay với vận tốc V ta có biểu thức:

e = 2 Bm. l. sin t.

Nếu khung dây quay với w vòng thì

e = 2 Bm. l. w.sin t. e = Em sin t.

Như vậy nếu phần cảm B biến thiên theo quy luật hàm số sin thì 2 đầu khung dây

cũng được một sức điện động biến thiên theo quy luật hàm số sin

Biểu diễn bằng đồ thị

Để biểu diễn hàm số sức điện động bằng đồ thị ta xét một số giá trị tại các

thời điểm đặc biệt

00 tet

mt Eet 2

0 tet

2

3t mt Ee

9

0.2 tet

Đồ thị trên trên được gọi là đồ thị dạng sóng

0 22/32/

y

x

2. Các đại lượng đặc trưng cho mạch điện.

2.1. Dòng điện

Dòng điện i có trị số bằng tốc độ biến thiên của điện lượng Q qua tiết diện ngang của

vật dẫn I = dt

dQ đơn vị là Ampe, A

Người ta quy định chiều của dòng điện chạy trong vật dẫn ngược chiều với chiều

chuyển động của điện tử (hình vẽ)

2.2. Điện áp

Tại mỗi điểm trong mạch điện có một điện thế . Hiệu diện giữa hai điểm gọi là

điện áp U, đơn vị vôn, V

Điện áp giữa hai điểm A và B trên hình vẽ là:

BAABU

Chiều điện áp quy ước là chiều từ điểm có điện thế cao đến điểm có điện thế thấp

Điện áp giữa hai cực của nguồn điện khi hở mạch ngoài (dòng điện I = 0) được gọi là

sức điện động E

A B

UA

B

R

10

3. Công suất.

Công suất của nguồn sức điện động là:

P = E.I

Công suất của mạch ngoài là:

P = U.I

Đơn vị công suất là óat, W

. Sức điện động E

Sức điện động E là phần tử lí tưởng, có trị số bằng điện áp U đo được giữa

hai cực của guồn khi hở mạch ngoài. Chiều của sức điện động quy ước từ điện

thế thấp đến điện thế cao ( từ cực âm tới cực dường )

Kí hiệu nguồn sức điện động

Chiều của điện áp quy ước từ điện thế cao đến điện thế thấp, do đó nếu

theo hình vẽ thì ta có:

U = E

4. Định luật Ôm và các đại lượng đặc trưng.

* Định luật Ôm cho đoạn mạch

Cho đoạn mạch như hình vẽ

A B

U

I - R

Ta có R là điện trở của vật dẫn, I là cường độ dòng điện, U là hiệu điện thế

Nếu hai đầu vật dẫn có một hiệu điện thế thì có dòng điện chạy qua vật dẫn. Cường

độ dòng điện I trong vật dẫn phụ thuộc vào hiệu điện thế 2 đầu vật dẫn đó

Định luật : Cường độ dòng điện chạy qua một đoạn mạch tỉ lệ thuận với điện áp ở 2

đầu đoạn mạch và tỉ lệ nghịch với điện trở trên đoạn mạch đó

R

UI (A)

Công thức trên có thể viết dưới dạng:

R =U / I ( )

Định luật này giúp ta xác định điện trở R của một vật dẫn nếu biết cường độ dòng

điện I đi qua vật dẫn, khi hiệu điện thế ở hai đầu vật dẫn là U

11

* Định luật Ôm cho đoạn mạch khép kín

Mạch điện kín đơn giản nhất gồm một nguồn điện (pin, ắcquy hoặc máy

phát điện) và một điện trở R, là diện trở tương đương của mạch ngoài bao gồm

các vật dẫn nối liề hai cực của nguồn điện gọi là điện trở ngoài. Nguồn điện có

suất điện động E và điện trở trong r

Định luật Ôm đối với toàn mạch được phát biểu như sau:

Cường độ dòng điện trong mạch tỉ lệ thuận với sức điện động của nguồn và tỉ lệ

nghịch với tổng trở của mạch

Biểu thức:

rR

E

I ( r là điện trở trong của nguồn điện)

Nếu kể đến đến điện trở dây thì dòng điện

dRrR

E

I với S

LRd

điện trở suất của vật dẫn

Chú ý: Hiện tượng đoản mạch: Nếu điện trở mạch ngoài không đáng kể R 0 thì

theo công thức trên cường độ dòng điện sẽ lớn nhất và chỉ phụ thuộc vào sức điện

động E và r của nguồn điện:

r

EI

Ta nói nguồn điện bị đoản mạch

* Định luật Ôm với mạch có chứa nguồn

Xét nhánh mạch có E và R như hình vẽ

I

U

U1 U2 U3 U4

Biểu thức tính điện áp U: 4321 UUUUU

= 2211 .. EIREIR = )().( 2121 EEIRR

Vậy: EIRU ).(

Từ đây ta có biểu thức để tính cường độ dòng điện:

R

EUI

5. Giải các mạch điện xoay chiều một pha bằng định luật Ôm.

5.1 Mạch điện thuần điện trở

Mạch điện xoay chiều thuần trở là mạch điện mà phụ tải của nó là các điện

trở thuần tuý (hay điện trở lí tưởng )

Giả sử ta đặt vào 2 đầu đoạn mạch 1 điện áp có phương trình:

12

U = Umax. sin( t + u ) thì trong mạch cũng có dòng điện xoay chiều có dạng

I = Imax. sin( t + i )

RU

Vậy theo định luật Ôm ta có I = U / R

I = R

tUm )sin(.

i = Imax. sin( t + )

Kết luận: Trong mạch điện xoay chiều thuần trở thì điện áp và dòng điện cùng pha

nhau và có trị số UR

= I. R. Như vậy điện năng trên biến trở biến thành nhiệt

năng và công suất tiêu thụ trênn điện trở đựơc gọi là công suất tác dụng

P = U. I = I 2 . R (W)

I

x

y

0

ui

U

5.2 Mạch điện thuần điện cảm

Định nghĩa

Mạch điện xoay chiều thuần cảm là mạch điện duy nhất chỉ có một điện

cảm L thuần tuý, còn các thành phần khác R và C coi như bằng 0

Tính chất

*Ta xét mạch điện có L :

Giả sử đặt vào 2 đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều có phương trình

U = Umax.sin ( 090t )

thì trong mạch có dòng điện xoay chiều có phương trình I= Imax.sin ( t i) và lúc

này dòng điện biến thiên qua cuộn dây L lại xuất hiện sức điện động cảm ứng

13

eL

= - t

i

= - L.

t

tm

sin. . Vậy ta có U + I = I

g

Theo định luật kiếchôp2 cho mạch kín thì U + E = 0 U = E

Kết luận: Trong mạch thuần cảm thì điện áp của nguồn luôn luôn cân bằng với sức

điện động cảm ứng sinh ra trong cuộn dây, nghĩa là về trị số bằng nhau nhưng đối

pha nhau

* Quan hệ U,I

Điện áp vượt pha so với dòng điện một góc 2/

Về trị số: U l = I. X l

Vậy X l = . L = 2. .f. L

I

0 t

2/

5.3 Mạch điện thuần điện dung

* Đối với mạch điện xoay chiều thuần dung

Với dòng một chiều chỉ bỏ qua tụ lúc nạp và phóng, ở mạch xoay chiều

dòng điện tồn tại lâu dài, vì mạch chưa có tụ điện nên toàn bộ điện áp của nguồn

được đặt vào tụ

Utụ = U

Ở 1/4 chu kì đầu tiên của điện áp trị số tăng từ 0 đến giá trị cực đại (+), tụ điện

bắt đầu nạp điện, điên áp trên tụ tăng dần, dòng điện giảm dần từ cực đại về 0, i =

e = d U /dT

0 2/ t

2/

2/3

iUUi

Như vậy, đặc trưng cho sự cản trở dòng điện của tụ điện được gọi là dung

kháng. Điện dung lớn thì sự cản trở nhỏ và ngược lại điện dung nhỏ thì có sự cản

14

trở lớn

X C = C.

1

=

Cl...2

1

Khi tần số tăng,dung kháng giảm dung lượng tăng

Nếu U = Umax.sin( t ) i = e. d U /d = e.Umax.sin t

i)(= e. . U.sin(

2

t ) =Imax.sin (

2

t )

Trong đó: I m ax= U m ax. . .C I m = U m ax/ X C = U m ax.1/ . .C

*Kết luận: Trong mạch điện xoay chiều thuần dung dòng điện nhanh pha hơn điện

áp 1 góc 90 0

Công suất trên mạch thuần dung là quá trình biến đổi năng lượng giữa

nguồn với tụ điện dưới dạng năng lượng điện trường được gọi là công suất phản

kháng

Kí hiệu Q C , Qc= I 2 .X C = I C .U C I C = C

c

X

U

2/

I

Uc

5.4 Mạch R – L – C mác nối tiếp

Sơ đồ mạch

R L C

UR UL UC

U

Quan hệ I, U

Giả sử đặt ở 2 đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều trong mạch củng có

dòng điện xoay chiều i = I m ax.sin t , dòng điện này đi qua các thành phần trở

không tạo nên các điện áp tương ứng

+ Thành phần đặt trên R gọi là thành phần tác dụng của điện áp

Kí hiệu UR

thành phần điện áp đồng pha với dòng điện UR

= I.R

+ Thành phần điện áp đặt trên L gọi là thành phần điện áp phản kháng

15

UR

I

Kí hiệu là UL

Thành phần điện áp vượt pha so với dòng điện một góc 2/

UL = I. XL

+ Thành phần điện áp đặt trên C gọi là thành phần điện áp phản kháng

Kí hiệu UC

2/

UL

I

+ Thành phần điện áp chậm pha so với dòng điện 1 góc 2/

U C = I. X C

UC

2/

I

Như vậy điện áp đặt vào mạch bằng tổng 3 điện áp thành phần

* Đồ thị điện áp:

0

U

L

U

C

U

R

U

L

U

C

UX=UL-UC

A

B

16

- Thực hiện phép cộng vectơ ta được đồ thị vectơ

- Từ đồ thị vectơ ta thấy dòng và áp lệch pha nhau một góc là

- Xét tam giác OAB

Vectơ U chính là bằng tổng 3 điện áp thành phần và chính là cạnh huyền của tam

giác OAB, 2 cạnh kia là 2 cạnh góc vuông

- Cạnh OA= UR = I.R thành phần tác dụng của điện áp

- Cạnh AB = UX=UL - UC = I(XL-XC ) thành phần phản kháng điện áp

- Tam giác vuông có cạnh huyền là vectơ điện áp, 2 cạnh góc vuông là 2 thành phần

điện áp tác dụng và điện áp phản kháng, tam giác đó là tam giác điện áp của dòng

điện xoay chiều có R - L- C

- Từ tam giác điện áp ta có biểu thức

U = 2

222)( CLRXR UUUUU

- Trị số tức thời của điện áp tổng là: U = Um.sin( t )

* Chú ý: Từ tam giác điện áp ta thấy

+ Nếu XL

> X C UL

> U C tg > 0 >0

+ Nếu XL

< X C UL

< U C tg <0 <0

Điện áp chậm pha so với dòng điện 1 góc 2/

- Từ tam giác điện áp nếu biết được điện áp góc ta có thể suy ra điện áp thành

phần

UR

= U.cos

UX

=U.sin

5.4 Tổng trở, tam giác tổng trở

3.4.3.1 Tổng trở

Ta đã biét biểu thức tam giác điện áp

U = 2

ñ2

X2

ñ2 )( CL UUUUU

= 2222 )(R)..().( CLCL XXIXIXIRI

U

UX=UL-UC

U

R

I

17

Lượng X = XL

- X C = 2. .f.L - Cf ..2

1

gọi là trở kháng phản kháng của mạch điện

xoay chiều

Lượng 22 )( CL XXR có vai trò như điện trở trong mạch điện thuần trở nên

được gọi là trở kháng toàn phần hay gọi là tổng trở của mạch điện xoay chiều

Kí hiệu Z, đơn vị đo là Ôm

Z = 22 )( CL XXR

Do đó ta có I = U/Z từ đó ta có định luật Ôm phát biểu như sau:

Định luật: Trị số dòng điện hiệu dụng đặt vào mạch tỉ lệ nghịch với tổng trở toàn

mạch, tỉ lệ thuận với điện áp đặt lên 2 đầu đoạn mạch đó.

3.4.3.2 Tam giác tổng trở

Nếu lấy các cạnh của tam giác điện áp chia cho I ta được 1 tam giác đồng dạng với

tam giác điện áp. Tam giác đó được gọi là tam giác tổng trở, có 3 cạnh như sau:

- Cạnh huyền Z = U / I là tổng trở của mạch

- Cạnh góc vuông R = UR

/ I là trở kháng tác dụng của mạch

- Cạnh góc vuông X = UX

/ I là trở kháng phản kháng của mạch

A

B

XZ

0

XZ

0 0

Từ tam giác tổng trở nếu biết R và X ta có thể xác định được Z và

Z=2222 )( CL XXRXR

tg = R

X =

R

XX cl

* Chú ý: Từ tam giác tổng trở ta thấy

- Nếu XL

> X C thì > 0

- Nếu XL

< X C th ì <0

0 A

B

18

Chương 2:Mạch điện xoay chiều ba pha

Mục tiêu:

- Trình bày được khái niệm về mạch điện xoay chiều 3 pha,

- Giải thích đúng cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy phát điện một chiều, động cơ

điện một chiều.

- Rèn luyện tính tự giác, ý thức trong khi tham gia học tập.

Nội dung:

1. Khái niệm chung về mạch điện xoay chiều 3 pha.

1.1 Khái niệm chung.

Hệ thống mạch điện xoay chiêu 3 pha là tập hợp 3 mạch điện 1 pha nối

với nhau tạo thành một hệ thống chung, trong đó sức điện động ở mỗi mạch đều

có dạng hình sin cùng tần số và lệch pha nhau 1/3 chu kì.

Mỗi mạch điện của hệ thống 3 pha được gọi là 1 pha sức điện động hay

sức điện động pha.

Hệ 3 pha mà sức điện động các pha có biên độ bằng nhau gọi là 3 pha

đối xứng. Khác nhau gọi là không đối xứng.

1.2 Các thông số đặc trưng.

- Quan hệ về điện áp U f = 3

dU

- Dòng điện I f = I d I f = fZ

U

1.3. Cách nối mạch ba pha.

1.3.1. Cách mắc mạch điện xoay chiều 3 pha theo hình sao

a Cách đấu

- Các điểm cuối của các cuộn dây máy phát điện được nối với nhau

- Các điểm cuối của phụ tải cũng được nối với nhau

19

IA IB IC là các dòng điện dây

O O / là dây trung tính hay dây nguội

O là trung tính nguồn

O / là trung tính tải

b. Các định nghĩa

- Điện áp giữa 2 đầu của mỗi cuộn dây máy phát điện và điện áp giữa 2 đầu mỗi

phụ tải

( hay điện áp giữa 1 dây pha- dây trung tính) gọi là điện áp pha

- Điện áp giữa 2 dây pha gọi là điên áp dây

- Dòng điện pha là dòng điện chạy trong mỗi cuộn dây của máy phát hay chạy

trong mỗi phụ tải

- Dòng điện dây là dòng điện chạy trên mỗi dây

- Dây trung tính là đây nối giữa 2 điểm của máy phát và phụ tải

- Dây pha là dây nối giữa 2 điểm của các đầu tương ứng của máy phát và phụ tải

c. Mối quan hệ trong mạch 3 pha về U, I

- Quan hệ về điện áp U f = 3

dU

- Dòng điện I f = I d I f = fZ

U

1.3.2Cách mắc mạch điện xoay chiều 3 pha theo hình tam giác

Khi đấu mạch theo hình tam giác điểm cuối của pha này nối với điểm đầu của pha

tiếp theo.

Trên sơ đồ thì A đấu với Z, B đấu với X, C đấu với Y

Mạch 3 pha đấu tam giác thì sức điện động của các pha ở máy phát phải bằng nhau,

phụ tải các pha phải bằng nhau

Quan hệ U, I

U f = U d

I = 3 . I f

I f =f

f

Z

U

Lưu ý: - khi phụ tải đấu theo hình sao thường dùng 3 pha, 4 dây. Dây trung tính

20

làm nhiệm vụ cân bằng điện áp còn đấu tam giác thì phụ tải luôn luôn cân bằng

- Cách nối nguồn và tải trong mạch điện 3 pha

Nguồn điện và tải 3 pha đều có thể nối hình sao hoặc hình tam giác, song tuỳ thuộc

vào điện áp định mức của thiết bị, và của mạng điện và các yêu cầu kĩ thuật ta

sẽ chọn được cách nối dây phù hợp

Cách nối nguồn điện

Các nguồn điện dùng trong sinh hoạt lấy từ dây quấn 3 pha stato máy

phát điện, hoặc lấy từ dây quấn 3 pha thứ cấp của máy biến áp. Các dây quấn

này thường nối hình sao dây trung tính. Nối như vậy có ưu điểm là có thể cung

cấp 2 điện áp khác nhau: điện áp pha và điện áp dây như hình vẽ. Trên thế giới

tồn tại 2 loại mạng điện 380V/220V (Ud=380V; Up =220V) và mạng điện

380V/127V (Ud = 380v, Up = 127V)

Dây trung tính

Pha A

Pha C

Pha B

A

B

C

O

X Y

Z

Nguồn điện 3 pha có dây trung tính

Cách nối động cơ điện 3 pha

Mỗi động cơ điện 3 pha đều có 3 dây quấn pha. Khi thiết kế chế tạo

người ta thường quy định điện áp định mức cho mỗi dây quấn. động cơ làm việc

phải đúng với điện áp quy định ấy. Ví dụ động cơ 3 pha có điện áp định mức

cho mỗi pha dây quấn là 220V (Up =220V) trên nhãn động cơ ghi là:

Y/ -220V/380V

Nếu động cơ làm việc ở mạng có điện áp dây Ud = 380V thì động cơ phải đấu

hình sao (hình a), điện áp dặt lên mỗi dây quấn pha là Up = 380 / 3 = 220v

bằng đúng điện áp quy định. Nếu động cơ ấy làm việc ở mạng điện có điện áp

dây Ud = 220V, thì động cơ phải đươc nối hình tam giác (hình b), lúc đó điện

áp đặt lên mỗi giây quấn pha của động cơ băng điện áp dây 220V bằng đúng

điện áp quy định

21

A

C

B

Ud

Up

V

V

220

380

VU

U dp 220

3

V

V

127

380A

C

B

Up

Pd UU

Ud = Up =220V

động cơ đấu sao động cơ dấu tam giác

Hình a Hình b

Để thuận tiện cho đấu động cơ, người ta kí hiệu 6 đầu dây của 3 dây quấn động cơ

AX, BY, CZ (như hình vẽ) 6 đầu dây được đưa ra 6 bulông ở hộp nối đây trên

vỏ động cơ

A CB

X Y Z

1 2 3

4 5 6

A CB

X Y Z

1 2 3

4 56

Việc dấu dây thực hiện bằng cách thay đổi vị trí cầu nối giữa các bulông này thành

hình sao hoặc hình tam giác như hình vẽ

A

C

B

A

C

B

Cầu nối hình sao Cầu nối hình tam giác

22

1.4 Cách giải mạch ba pha đối xứng.

Đối với Mạch ba pha đối xứng bao gồM nguồn đối xứng, tải và các dây pha đối

xứng. Khi giải Mạch ba pha đối xứng ta chỉ cần tính toán trên Một pha rồi suy

ra các pha kia

GIẢI MẠCH ĐIỆN BA PHA TẢI NỐI HÌNH SAO ĐỐI XỨNG

Khi không xét tổng trở đường dây pha

Điện áp trên Mỗi pha tải:

Tổng trở pha tải:

trong đó Rp, Xp là điện trở và điện kháng Mỗi pha tải . Ud là điện áp dây

Dòng điện pha của tải:

Tài nối hình sao: Id = Ip

.Khi có xét tổng trở của đường dây pha

Cách tính toán cũng tương tự

:

trong đó Rd , Xd là điện trở và điện kháng đường dây.

GIẢI MẠCH ĐIỆN BA PHA TẢI NỐI TAM GIÁC ĐỐI XỨNG

Khi không xét tổng trở đường dây

Ta có: Ud = Up

Dòng điện pha tải Ip

Dòng điện dây:

23

Khi có xét tổng trở đường dây

Tổng trở Mỗi pha lúc nối taM giác: Zd = Rp+PXp

Tổng trở biến đổi sang hình sao

Dòng điện dây Id:

Dòng điện pha của tải :

2. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy phát điện một chiều.

2.1Cấu tạo.

Cấu tạo của máy phát điện một chiều có 4 cực. Máy phát điện này bao gồm

một số bộ phận như Stato, Rôto, cổ góp và chổi than. Nhưng hai bộ phận thiết

yếu của thiết bị này là Stato và Rôto.

Rôto (phần cảm) Rôto là phần thiết yếu thứ hai của máy phát điện một chiều, và nó bao gồm các

lớp sắt có rãnh với các khe được xếp chồng lên nhau để tạo thành lõi phần ứng

hình trụ. Nói chung, các lớp này được cung cấp để giảm tổn thất vì dòng điện

24

xoáy.

Stato (phần ứng) Các khe lõi phần ứng được sử dụng chủ yếu để giữ cuộn dây phần ứng. Chúng

ở dạng cuộn dây kín, và nó được kết nối thành chuỗi song song để tăng cường

tổng dòng điện sản xuất.

Vỏ máy Cấu trúc bên ngoài của máy phát điện DC được làm bằng gang hoặc thép. Nó

cung cấp năng lượng cơ học cần thiết để mang từ thông được đưa qua các cực.

Cực máy (Poles) Chúng chủ yếu được sử dụng để giữ cuộn dây trường. Thông thường, các cuộn

dây này được quấn trên các cực, và chúng được kết nối thành chuỗi song song

bởi các cuộn dây phần ứng. Ngoài ra, các cực sẽ cho khớp về phía vỏ bằng

phương pháp hàn bằng cách sử dụng ốc vít.

Cổ góp Hoạt động của cổ góp giống như một bộ chỉnh lưu để thay đổi điện áp xoay

chiều thành điện áp DC trong cuộn dây phần ứng sang trên các chổi than. Nó

được thiết kế với một phân khúc đồng và mỗi phân khúc đồng được bảo vệ

khỏi nhau với sự trợ giúp của các tấm mica. Nó nằm trên trục của máy.

Chổi than Các kết nối điện có thể được đảm bảo giữa các cổ góp cũng như mạch tải bên

ngoài với sự trợ giúp của chổi than.

2.2 Nguyên lý làm việc.

Ta xét Máy phát điện Một chiều có dây quấn phần ứng gồM hai thanh dẫn ab và cd

chỉ nối với hai phiến góp 1 và 2 Khi động cơ sơ cấp quay phần ứng, các thanh

dẫn của dây quấn phần ứng cắt từ trường của cực từ, cảM ứng các sức điện

động. Chiều sức điện động được xác định bằng quy tắc bàn tay phải.

Trên thanh dẫn ab sức điện động có chiều từ a đến b.

Trên thanh dẫn cd chiều sức điện động từ c đến d .

Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí của hai thanh dẫn phần tử và hai phiến

góp thay đổi cho nhau. Sức điện động trong thanh dẫn đổi chiều nhưng chiều

dòng điện ở Mạch ngoài không đổi.

Cổ góp và chổi than đóng vai trò bộ chỉnh lưu dòng điện I ra tải có chiều không

đổi.

Phương trình cân bằng điện áp:

U = Eư –Rư Iư

Rư là điện trở dây quấn phần ứng; U là điện áp hai đầu cực Máy ; Eư là sức điện

động phần ứng.

3. Động cơ điện một chiều.

3.1 Cấu tạo.

Động cơ điện một chiều bao gồm stato với cực từ, rôto và cổ góp với chổi than

Phần tĩnh (statỏ)

Stato gọi là phần cảM gồM lõi thép bằng thép đúc, vừa là Mạch từ vừa là vỏ

Máy. Gắn với stato là các cực từ chính có dây quấn kích từ

25

Phần quay (roto)

Rôto của Máy điện Một chiều gọi là phần ứng bao gồM lõi thép, dây

quấn phần ứng, cổ góp và chổi than

3.2 Nguyên tắc hoạt động.

Khi cho điện áp Một chiều U vào hai chổi than tiếp xúc với hai phiến góp 1 và 2, trong dây quấn

phần ứng có dòng điện

Hai thanh dẫn có dòng điện nằM trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng làM cho rôto quay, chiều

lực xác định theo quy tắc bàn tay trái.

Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí hai thanh dẫn và hai phiến góp 1 và 2 đổi chổ cho nhau,

đổi chiều dòng điện trong các thanh dẫn và chiều lực tác dụng không đổi cho nên động cơ có

chiều quay không đổi

Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường và sinh ra sức điện động cảM ứng Eưtrong dây

quấn rôto

Phương trình điện áp động cơ điện Một chiều:

U = Eư + Rư I

26

Chương 3:Máy phát điện một chiều

Mục tiêu:

- Trình bày được khái niệm về máy phát điện một chiều, các đại lượng đặc trưng cho dòng điện

một chiều, xoay chiều.

- Giải đúng các mạch điện xoay chiều 3 pha đối xứng.

- Rèn luyện tính tự giác, ý thức trong khi tham gia học tập.

Nội dung:

1. Khái niệm chung về máy phát điện một chiều.

Máy phát điện (điện từ) đầu tiên được phát minh bởi nhà khoa học người

Anh tên là Michael Faraday vào năm 1831. Máy phát điện một

chiều (DC) là một thiết bị điện được sử dụng để tạo ra năng lượng

điện. Thiết bị này có khả năng là thay đổi năng lượng cơ học thành

năng lượng điện. Máy phát điện cung cấp năng lượng cho tất cả các

lưới điện.

Trên thực tế các trạm phát điện hiện đại chỉ phát ra điện năng xoay chiều 3 pha,

phần lớn năng lượng đó được dùng dưới dạng điện xoay chiều trong công

nghiệp, để thắp sáng và dùng cho các nhu cầu trong đời sống. Trong những

trường nghiệp hợp do điều kiện sản xuất bắt buộc phải dùng điện 1 chiều (xí

nghiệp hóa học, công luyện kim, giao thông vận tải) thì người ta thường

biến điện xoay chiều thành một chiều nhờ các bộ chỉnh lưu hoặc chỉnh lưu

kiểu máy điện, cách thứ hai là dùng máy phát điện một chiều để là nguồn

điện một chiều. Phân loại các máy phát điện một chiều theo phương pháp

kích thích. Chúng được chia thành:

- Máy phát điện một chiều kích thích độc lập,

- Máy phát điện một chiều tự kích -Máy phát điện một chiều kích thích độc lập

gồm:

+ Máy phát DC kích thích bằng điện từ: dùng nguồn DC, ắcqui.

Hình 5.15. Sơ đồ nguyên lí MFĐ DC +

_

ö

U

_+

ö

U

_+

_

ö

U

+

ö

U

+

t

tttU

a) b) c) d)

27

+ Máy phát điện một chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu.

- Theo cách nối dây quấn kích thích, các máy phát điện một chiều tự kích được

chia thành:

+ Máy phát điện một chiều kích thích song song

+ Máy phát điện một chiều kích thích nối tiếp

+ Máy phát điện một chiều kích thích hỗn hợp

1.1 Khái niệm về máy phát điện.

Máy phát điện DC hay còn gọi là máy phát điện một chiều là một loại

máy điện, và chức năng chính của máy này là chuyển đổi năng lượng cơ

học thành điện một chiều (dòng điện một chiều). Quá trình biến đổi năng

lượng sử dụng nguyên lý của lực điện động cảm ứng năng lượng.

Khi một dây dẫn cắt từ trường, thì lực điện động cảm ứng sẽ được tạo ra

trong nó dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ của Định luật Faraday. Lực

điện động này có thể gây ra dòng điện khi mạch dẫn không được mở.

1.2 Máy phát điện một chiều kích từ độc lập.

Sơ đồ máy phát điện kích từ độc lập vẽ dòng điện phần ứng Iư bằng dòng điện

tải I. Phương trình dòng điện là: Iư = I Phương trình điện áp là:

Mạch phần ứng: U = Eư - RưIưMạch kích từ: Ukt = Ikt(Rkt + Rđc)

trong đó: Rư là điện trở dây quấn phần ứng, Rkt là điện trở

dây quấn kích từ, Rđc là điện trở điều chỉnh.

Khi dòng điện tải I tăng, dòng điện phần ứng tăng, điện áp U giảm xuống do

hai nguyên nhân sau:

Tác dụng của từ trường phần ứng làm cho từ thông giảm, kéo theo sức điện động

Eư giảm.

Điện áp rơi trong mạch phần ứng rưIư tăng.

Đường đặc tính ngoài U = f(I) khi tốc độ và dòng điện kích từ không đổi,

Đường đặc tính điều chỉnh Ikt = f(I), khi giữ điện áp và tốc độ không đổi vẽ trên

hình 3-13c. Ưu điểm: điều chỉnh điện áp dễ dàng, thường gặp trong các hệ

thống máy phát động cơ để truyền động máy cán Nhược điểm là cần có nguồn

28

điện kích từ riêng.

1.3 Máy phát điện một chiều kích từ song song.

Để thành lập điện áp cần thực hiện một quá trình tự kích từ. Lúc đầu, máy

không có dòng điện kích từ, từ thông trong máy do từ dư của cực từ tạo ra, bằng

khoảng 2÷3% từ thông định mức. Khi quay phần ứng, trong dây quấn phần ứng

sẽ có sức điện động cảm ứng do từ thông dư sinh ra. Sức điện động này khép

mạch qua dây quấn kích từ (điện trở mạch kích từ ở vị trí nhỏ nhất), sinh ra dòng

điện kích từ, làm tăng từ trường cho máy. Quá trình tiếp tục cho đến khi đạt điện

áp ổn định. Để máy có thể thành lập điện áp, cần thiết phải có từ dư và chiều từ

trường dây quấn kích từ phải trùng chiều từ trường dư. Nếu không còn từ dư, ta

phải mồi để tạo từ dư, nếu chiều hai từ trường ngược nhau, ta phải đổi cực tính

dây quấn kích từ hoặc đổi chiều quay phần ứng.Phương trình cân bằng điện áp

là:

Mạch phần ứng: U = Eư - RưIư

Mạch kích từ: Ukt = Ikt(Rkt + Rđc)

Phương trình dòng điện:Iư = I + Ikt

Khi dòng điện tải tăng, dòng điện phần ứng tăng, ngoài hai nguyên nhân

làm điện áp đầu cực giảm, như máy phát điện kích từ độc lập, ở máy kích từ

song song, còn thêm một nguyên nhân nữa là khi U giảm, làm cho dòng điện

kích từ giảm, từ thông và sức điện động càng giảm, chính vì thế đường đặc tính

ngoài dốc hơn so với máy kích từ độc lập và có dạng như hình 3-14b. Từ đường

đặc tính ta thấy, khi ngắn mạch, điện áp U = 0, dòng kích từ bằng không, sức

điện động trong máy chỉ do từ dư sinh ra vì thế dòng điện ngắn mạch In nhỏ so

với dòng điện định mức.Để điều chỉnh điện áp, ta phải điều chỉnh dòng điện kích

từ, đường đặc tính điều chỉnh Ikt = f(I), khi U, n không đổi.

1.4 Máy phát điện một chiều kích từ nối tiếp.

29

Sơ đồ nối dây như hình 3-15. Dòng điện kích từ là dòng điện tải, do đó khi tải

thay đổi, điện áp thay đổi rất nhiều, trong thực tế không sử dụng máy phát kích

từ nối tiếp. Đường đặc tính ngoài U = f(I) vẽ trên hình 3-15b. Dạng đường đặc

tính ngoài được giải thích như sau: Khi tải tăng, dòng điện Iư tăng, từ thông và

Eư tăng, do đó U tăng, khi I = (2÷2,5)Iđm, máy bão hoà, thì I tăng U sẽ giảm.

1.5 Máy phát điện một chiều kích từ hổn hợp.

Máy phát điện kích từ hỗn hợp có 2 kiểu nối: nối thuận và nối ngược. Khi nối

thuận, từ thông của dây quấn kích từ nối tiếp cùng chiều với từ thông của dây

quấn kích từ song song, khi tải tăng, từ thông cuộn nối tiếp tăng làm cho từ

thông của máy tăng lên, sức điện động của máy tăng, điện áp đầu cực của máy

được giữ hầu như không đổi. Đây là ưu điểm rất lớn của máy phát điện kích từ

hỗn hợp. Đường đặc tính ngoài U = f(I) vẽ trên hình 3-16b.Khi nối ngược, chiều

từ trường của dây quấn kích từ nối tiếp ngược với chiều từ trường của dây quấn

kích từ song song, khi tải tăng điện áp giảm rất nhiều. Đường đặc tính ngoài U =

f(I) vẽ trên hình 3-16c. Đường đặc tính ngoài dốc, nên được sử dụng làm máy

hàn điện một chiều.

30

2. Các đại lượng đặc trưng cho dòng điện một chiều, xoay chiều.

2.1 Sức điện động phần ứng.

Sức điện động thanh dẫn

Khi rôto quay, các thanh dẫn phần ứng cắt từ trường, trong mỗi thanh dẫn cảm

ứng sđđ là:

e = Btblv(3-3)

trong đó: Btb - cường độ từ cảm trung bình dưới cực từv - vận tốc dài của thanh

dẫnl - chiều dài hiệu dụng thanh dẫn.

Sức điện động phần ứng Eư

Dây quấn phần ứng gồm nhiều phần tử nối tiếp nhau thành mạch vòng kín. Các

chổi điện chia dây quấn thành nhiều nhánh song song. Sức điện động phần ứng

bằng tổng các sức điện động thanh dẫn trong một nhánh. Nếu số thanh dẫn của

dây quấn là N, số nhánh song song là 2a (a là số đôi mạch nhánh), số thanh dẫn

một nhánh là N/2a, sức điện động phần ứng là:

Tốc độ dài v xác định theo tốc độ quay n (vg/ph) bằng công thức:

D là đường kính của rôtoThay (3-5) vào (3-4) ta được

:

Chú ý, từ thông Φ dưới mỗi cực từ là:

Cuối cùng ta có

:

trong đó hệ số

phụ thuộc vào cấu tạo dây quấn phần ứng.Qua công thức trên ta thấy, sđđ phần

ứng tỷ lệ với tốc độ quay phần ứng n và từ thông Φ dưới mỗi cực từ. Muốn

thay đổi trị số sđđ, ta có thể điều chỉnh tốc độ quay n, hoặc điều chỉnh từ

thông Φ bằng cách điều chỉnh dòng kích từ. Muốn đổi chiều sđđ, ta đổi

chiều quay, hoặc đổi chiều dòng điện kích từ.

2.2.Công suất điện từ.

Công suất điện từ của máy điện một chiều:

31

P đt = E ư I ư

Thay giá trị Eư ta có:

2.3 Mô men.

Mômen điện từ tỷ lệ với dòng điện phần ứng Iư và từ thông Φ. Muốn thay đổi

mômen điện từ, ta phải thay đổi dòng điện phần ứng Iư hoặc thay đổi dòng điện

kích từ Ikt. Muốn đổi chiều mômen điện từ phải đổi chiều hoặc dòng điện phần

ứng hoặc dòng điện kích từ. M đt = k M I ư Φ

3. Giải các mạch điện một chiều.

Định luật Ohm cho đoạn mạch

Nhánh thuần điện trở R

Biểu thức tính điện áp trên điện trở

U=I . R

Biểu thức tính dòng điện qua điện trở

I=U/R

U-tính bằng V

I-tính bằng A

R-tính bằng

Ohm

Định luật Kieckhop 1 (K1): tổng dòng điện tại một nút bằng 0 :

∑ I =0

Quy ước: - Dòng điện đi vào nút mang dấu (+)

- Dòng điện đi ra khỏi nút mang dấu (-) VD:

Xét nút A có 5 dòng điện đi vào và đi ra như hình vẽ sau:

Theo định luật K1, ta có phương trình tại nút A

32

∑I =I1 +I2 +(-I3)+(-I4)+(-I5) =0

I2+I2 = I3 +I4 +I5

Định luất Kieckhop 2 (K2):

Xét mạch điện như hình vẽ

+ Phát biểu 1: Đi theo một dòng khép kín với chiều tuỳ ý, tổng các điện áp rơi trên các

phần tử = 0

Theo vòng ABDE:

U1+U2 +U3 + (-e1) =0

= > U1+U2 +U3 =e1

U1: Điện áp rơi trên R1 U2: Điện

áp rơi trên R2 U3: Điện áp rơi

trên R3

+ Phát biểu 2: Đi theo một dòng khép kín với chiều tuỳ ý tổng điện áp rơi trên các phần tử

bằng tổng đại số các sđđ trong vòng đó. Dòng điện và sđđ nào có cùng chiều đi với

chiều đi của vòng sẽ mang dấu (+) và ngược lại.

BÀI TẬP

BÀI 1: Cho mạch điện như hình vẽ

33

Cho:

E4 =1v ; E5 =2v ; E6 =3v

R1=1; R2=2 ; R3 =3

Tính:

IR1, IR2, IR3.

UR1, UR2, UR3

Kiểm tra lại định luật Kieckhop 2:

Giải:

VADC : Tìm I3 ; UR3; I3 =5/3 A ; UR3 =5 v

VBDC tìm I2 ; UR2 ; I2 =-1A ; UR2 =-2v

VAbc tìm I1 ; UR1 ; I1 =4A; UR1 =4v

Nghiệm lại V ABCD.

34

Chương 4:Máy biến áp

Mục tiêu:

- Trình bày được khái niệm và phân biệt được các loại máy biến áp

- Giải thích đúng các định luật về cảm ứng điện từ.

- Rèn luyện tính tự giác, ý thức trong khi tham gia học tập.

Nội dung:

1. Khái niệm chung về máy biến áp.

1.1 Định nghĩa.

Điện năng được sản xuất tại các nhà máy điện, trong thực tế các nhà máy

tiêu thụ và hộ tiêu thụ điện lại ở các vùng miền khác nhau không thuận

tiện gần nhà máy điện, hơn nữa nếu truyền tải điện trực tiếp từ máy phát

điện tới người dân sẽ gây tổn thất lớn và thậm trí sụp đổ điện áp... để

thuận tiện trong việc phát và tải điện đi xa phù hợp với nhu cầu sử dụng

và vận hành các thiết bị điện, bài này sẽ nghiên cứu để hiểu rõ về thiết bị

điện trung gian đó, máy biến áp, ngoài ra bài này cũng mở rộng để thấy

rõ hơn về các máy biến điện khác như máy biến dòng, máy biến áp đặc

biệt...

Theo công dụng máy biến áp có thể gồm các loại sau đây:

- Máy biến áp điện lực: Dùng để truyền tải và phân phối điện.

- Máy biến áp chuyên dùng: Dùng cho các lò luyện kim, máy biến áp hàn, các

thiết bị chỉnh lưu,…

- Máy biến áp tự ngẫu: Có thể thay đổi điện áp nên dùng để mở máy các động cơ

điện xoay chiều.

- Máy biến áp đo lường: Dùng để giảm các điện áp và dòng điện lớn để đưa vào

các đồng hồ đo.

- Máy biến áp thí nghiệm: Dùng trong các phòng thí nghiệm điện - điện tử.

Có rất nhiều dạng máy biến áp nhưng tất cả nguyên lý đều giống nhau. Trong bài

giảng chúng ta chỉ tập trung xem xét máy biến áp một hoặc ba pha. Còn các

máy biến áp khác ta chỉ nghiên cứu sơ qua trong phần cuối chương, các bạn

tự tham khảo thêm.

1.2 Các đại lượng định mức.

Điện áp định mức ở cuộn dây sơ cấp và thứ cấp

Điện áp sơ cấp định mức U1đm (V, kV): Là điện áp qui định cho dây quấn sơ cấp.

Điện áp thứ cấp định mức U2đm (V, kV): Là điện áp của dây quấn thứ cấp khi

máy biến áp không tải và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp bằng định mức.

Chú ý với máy biến áp một pha điện áp định mức là điện áp pha, còn máy biến

áp ba pha điện áp là điện áp dây.

Dòng điện định mức ở cuộn dây sơ cấp và thứ cấp

Dòng điện định mức(A): Là dòng điện qui định cho mỗi cuộn dây máy biến áp

35

ứng với công suất định mức và điện áp định mức

Với máy biến áp một pha:

;1

1

dm

dmdm

U

SI

;2

2

dm

dmdm

U

SI

Với máy biến áp ba pha:

;3 1

1

dm

dmdm

U

SI

;3 2

2

dm

dmdm

U

SI

(2.1)

Hiệu suất MBA:

= 1

2

S

S =

11

22

.

.

IU

IU = (75 - >90)% (2.2)

Nếu = 1 S1 = S2 U2đm. I2đm = U1đm. I1đm

Ngoài ra trên máy biến áp còn ghi các thông số khác như: Tần số định mức fđm,

số pha m, sơ đồ và tổ nối dây quấn, điện áp ngắn mạch Un%, chế độ làm việc,

phương pháp làm mát,…

. Công suất định mức của máy biến áp (S)

Công suất định mức Sđm (VA, kVA): Là công suất biểu kiến đưa ra ở dây quấn thứ

cấp của máy biến áp.

1.3 Công dụng của máy biến áp.

Công dụng của máy bíên áp

Hình 2.5. Hệ thống truyền tải và phân phối điện

Trong hệ thống điện, máy biến áp dùng để truyền tải và phân phối điện

năng. Các nhà máy điện lớn thường ở xa các trung tâm tiêu thụ điện vì vậy

phải xây dựng các đường dây truyền tải điện năng. Thông thường điện áp đầu

cực máy phát tối đa khoảng vài chục kV, để truyền tải được công suất lớn và

giảm tổn hao công suất trên đường dây bằng cách nâng cao điện áp. Vì vậy ở

đầu đường dây đặt máy biến áp tăng áp và vì phụ tải chỉ có điện áp từ 0,4-

6kV nên cuối đường dây đặt máy biến áp giảm áp.

36

2. Các định luật cảm ứng điện từ

2.1.Định luật cảm ứng điện từ.

Khi có sự biến đổi từ thông qua mặt giới hạn bởi một mạch điện kín thì trong

mạch sẽ xuất hiện suất điện động cảm ứng. Dòng điện cảm ứng sẽ chỉ tồn tại

trong thời gian từ thông biến thiên; nếu từ thông ngừng biến đổi thì dòng điện

cảm ứng tắt.

. Suất điện động cảm ứng là sđđ xuất hiện trong hiện tượng cảm ứng. Kí hiệu εC.

. Dòng điện cảm ứng: Dòng điện cảm ứng là dòng điện xuất hiện trong hiện tượng

cảm ứng. Kí hiệu Ic

2.2.Định luật lực điện từ.

Lực điện từ là lực mà điện từ trường tác dụng lên hạt mang điện tích gồm hai

thành phần, do điện trường tạo ra là lực điện và lực do từ trường tạo ra là lực từ.

F=BIlsinα

Trong đó: F⃗ là lực từ

B⃗ là cảm ứng từ tại vị trí đặt đoạn dây

I là cường độ dòng điện trong dây dẫn

l là chiều dài đoạn dây

α là góc tạo bởi dòng điện I và \vec{B}

2.3.Định luật Jun-lenxơ.

Định luật Jub- Len- xơ: Nhiệt lượng toả ra ở dây dẫn khi có dòng điện chạy qua tỉ

lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện, với điện trở của dây dẫn và thời

gian dòng điện chạy qua

Công thức: Q=I².R.t

trong đó:

Q là nhiệt lượng(J)(J)

I là cường độ dòng điện(A)(A)

R là điện trở (Ôm)(Ôm)

t là thời gian (s)

37

3. Các loại máy biến áp

3.1 Máy biến áp 1 pha.

Máy biến áp một pha gồm:

+ Lõi thép: Dày từ 0,35mm đến 0,5mm và được làm bằng các lá thép kỹ thuật

điện. Có lớp cách điện bên ngoài, cách điện với nhau ghép lại thành một khối có

chức năng dẫn từ cho máy biến áp.

+ Dây quấn: Được làm bằng dây điện từ có tráng lớp cách điện quấn quanh lõi

thép. Chúng cách điện với nhau và cách điện với lõi thép.

Tuy nhiên, dây quấn có 2 loại:

Cuộn sơ cấp: Được nối với nguồn điện có điện áp U1 có N1 vòng dây.

Cuộn thứ cấp: Được nối với phụ tải có điện áp U2 có N2 vòng dây. Nhiệm vụ

của dây quấn là dẫn điện cho máy biến áp.

Nguyên lý làm việc máy biến áp 1 pha

Máy biến áp làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi đặt một điện áp

xoay chiều U1 vào cuộn dây sơ cấp (có số vòng dây quấn n1¬) sẽ có dòng điện

xoay chiều I1 chạy qua. Từ đó, tạo nên từ thông biến thiên trong lõi thép.

Do mạch từ khép kín nên từ thông này sẽ móc vòng qua hai cuộn dây tạo nên

trong đó các sức điện động E1 và E2.

Nếu bỏ qua điện trở của các bộ dây quấn và tổn hao ta có:

U1 = E1 và U2 = E2 K: là tỉ số biến áp

K>1 Û U1 > U2: Máy biến áp giảm áp.

K<1 Û U1 < U2: Máy biến áp tăng áp.

38

K=1 Û U1 = U2: Làm nguồn cách ly tăng tính an toàn.

3.2.Máy biến áp 3 pha.

MBA 3 pha dùng biến đổi nguồn điện AC 3 pha từ cấp điện áp này sang cấp điện

áp khác và giữ nguyên tần số. Cơ bản về mặt cấu tạo MBA 3 pha cũng bao gồm

các cuộn dây sơ cấp, thứ cấp quấn trên lõi thép. Tùy vào kết cấu của lõi thép mà

người ta chia ra các loại MBA 3 pha như sau:

MBA 3 pha tổ hợp: Còn gọi là MBA 3 pha có mạch từ riêng, bao gồm 3 lõi thép

giống nhau, trên đó có quấn các cuộn sơ cấp, thứ cấp. Thông số của các cuộn dây

cũng giống nhau hoàn toàn. Nói cách khác: đây chính là sự tổ hợp 3 MBA 1 pha

giồng nhau hoàn toàn.

Hình 2.16. Sơ đồ MBA ba pha

MBA 3 pha 1 vỏ: Loại này chỉ dùng 1 mạch từ. Mạch từ thường có 3 trụ, mỗi trụ

được bố trí dây quấn của 1 pha. Các thông số của bộ dây cũng được thiết kế giống

nhau hoàn toàn. Sơ đồ cấu tạo và sơ đồ nguyên lý như hình vẽ 2.17.

Hình 2.17. Nguyên lý MBA 3 pha 1 vỏ

a. Sơ đồ cấu tạo

A B C

a b c

b. Sơ đồ nguyên lý

A

B

C

a

b

c

39

3.3.Các máy biến áp đặc biệt.

3.3.1.MBA đo lường.

Là các loại MBA được sử dụng để phục vụ cho công tác đo lường trong hệ

thống điện, thường sử dụng các loại sau:

a. Máy biến điện áp (BU, TU)

Được sử dụng rộng rãi trong hệ thống điện, nó thường biến đổi điện áp

cần đo ở lưới trung, cao thế xuống giá trị phù hợp với dụng cụ đo. Loại này

gọi là BU giảm điện áp.

Còn loại BU tăng điện áp thường được sử dụng trong phòng thí nghiệm để

tăng kết quả thí nghiệm cho phù hợp với dụng cụ đo.

Cấu tạo của BU tương tự hoàn toàn như MBA thông thường, nhưng vật

liệu được dùng chế tạo BU là loại vật liệu tiêu chuẩn nhằm hạn chế sai số và

tránh các tổn hao.

Khi sử dụng BU được nối song song trong mạch. Do phía thứ cấp của

máy được nối với volt kế hoặc tần số kế (có điện trở nội rất lớn) nên có thể

xem như thứ cấp hở mạch. Nói cách khác, BU chỉ làm việc ở trạng thái

không tải. Do vậy, nếu nối thứ cấp BU với một phụ tải bất kỳ sẽ gây hư hỏng

BU.

Tương tự như MBA, ta gọi:

KU = 2

1

U

U =

2

1

N

N: Là tỉ số biến điện áp. (2.43)

Với một máy biến điện áp cụ thể sẽ xác định được KU, đọc số chỉ trên dụng cụ

đo là giá trị U2. Như vậy điện áp U1 cần đo được tính: U1 = U2. KU

b.Máy biến dòng (BI; TI)

Hình 2.21. Máy biến điện áp

b. Ký

hiệu

a. Sơ đồ cấu tạo

U2;

N

2

U1;

N

1

V

Hz

U2;

N

2

U1;

N

1

V

Hz

40

Cấu tạo tương tự như máy biến điện áp, nó dùng để biến đổi dòng điện cần

đo có giá trị lớn thành dòng điện có giá trị bé hơn (trong công nghiệp) hoặc biến

đổi dòng điện bé thành dòng điện lớn hơn trong phòng thí nghiệm.

Khi sử dụng BI: phía sơ cấp được lắp nối tiếp với đường dây cần đo, phía

thứ cấp nối với ampe kế. Do vậy, BI xem như luôn là việc ở chế độ ngắn mạch (vì

điện trở nội của ampe kế là rất bé).

3.3.2.MBA tự ngẫu

Là loại máy biến áp mà cuộn dây thứ cấp là 1phần của cuộn sơ cấp hoặc

ngược lại. Nguyên lý của loại máy biến áp này hoàn toàn tương tự như MBA

2 dây quấn.

Đặc điểm:

Tiết kiệm, kinh tế hơn MBA cách ly.

Cùng một tiết diện lõi thép MBA tự ngẫu cho công suất lớn hơn.

Kém an toàn, không dùng trong những trường hợp cần có độ an toàn cao

Hình 2.22. Máy biến dòng

b. Ký hiệu a. Sơ đồ cấu tạo

n

2

n

1

A

I

1

I

2

I

2

n

1

A

I

1

n

2

KI = 2

1

I

I =

1

2

n

n: Tỉ số biến dòng

I1 = I2. KI (2.44)

a. MBA tự ngẫu loại

giảm áp

U

2

U

1

U

2

U

1

b. MBA tự ngẫu loại

tăng áp

Hình 2.23. MBA Tự ngẫu

Pha

41

Chương 5:Điện tử công nghiệp

Mục tiêu:

- Trình bày đúng cấu tạo làm việc của các linh kiện điện tử,

- Trình bày được công dụng và phạm vi ứng dụng chúng.

- Rèn luyện tính tự giác, ý thức trong khi tham gia học tập.

Nội dung:

1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của các loại linh kiện điện tử.

1.1 Phân lọai.

1.2 Diode.

* Cấu tạo

- Là linh kiện bán dẫn gồm 2 lớp bán dẫn P và N ghép lại với nhau. Đầu nối

với chất bán dẫn P gọi là A nốt (A), đầu nới với chất bán dẫn N gọi là Ka tốt

(K)

* Ký hiệu

Anôt

Catôt

p

n

A

K

D

)a )b

Hình 1.7: Cấu tạo(a), ký hiệu (b)

* Nguyên lý làm việc của diode:

Khi diode được phân cực thuận nghĩa là cực dương của nguồn nối với a

nôt, cực âm của nguồn nối với ka tốt khi đó diode dẫn dòng qua tải. Trị số

dòng điện phụ thuộc vào điện trở của tải và của mạch điện.

Hình 1.8: Phân cực thuận diode

Khi diode phân cực ngược nghĩa là cực dương của nguồn nối với ka nôt, cực

âm của nguồn nối với anốt khi đó diode không dẫn dòng qua tải.

D

Rt +

-

42

Hình 1.9: Phân cực ngược diode

Thực tế trong trường hợp này, vẫn có một dòng điện nhỏ qua diode theo chiều

từ K sang A gọi là dòng điện ngược hay là là dòng điện rò.

Vậy diode chỉ cho dòng điện chạy qua từ A sang K khi phân cực thuận và

không cho dòng điện chạy qua theo chiều ngược lại.

Đặc tính Vôn – Am pe của diode

Một số tính chất của diode trong quá trình làm việc có thể được giải thích thông

qua việc xem xét đặc tính vôn-ampe của diode trên hình vẽ.

Dòng ròmax.ngU

0 u

i A

mA

0.DU 0 u0.DU

Di

0 u0.DU

Di

a) b) c)

Hình 1.10: Đặc tính vôn-ampe của diode

a) Đặc tính thực tế; b) Đặc tính tuyến tính; c) Đặc tính lý tưởng

Đặc tính gồm hai phần, đặc tính thuận nằm trong góc phần tư I tương

ứng với UAK > 0, đặc tính ngược nằm trong góc phần tư III tương ứng với UAK

< 0.

Trên đường đặc tính thuận, nếu điện áp anôt-catôt tăng dần từ 0 đến khi vượt

qua ngưỡng điện áp UD0 cỡ 0,6 – 0,7 V, dòng có thể chảy qua diode. Dòng điện

ID có thể thay đổi rất lớn nhưng điện áp rơi trên diode UAK hầu như ít thay đổi.

Như vậy đặc tính thuận của diode đặc trưng bởi tính chất có điện trở tương

đương nhỏ.

Trên đường đặc tính ngược, nếu điện áp UAK tăng dần từ 0 đến giá trị Ung.max,

gọi là điện áp ngược lớn nhất thì dòng điện qua diodevẫn có giá trị rất nhỏ, gọi

là dòng rò, nghĩa là diode cản trở dòng điện theo chiều ngược. Cho đến khi

UAK đạt đến giá trị Ung.max thì xảy ra hiện tượng dòng qua diode tăng đột ngột,

tính chất cản trở dòng điện ngược của diode bị phá vỡ. Quá trình này không có

tính đảo ngược, nghĩa là nếu lại giảm điện áp trên anôt-catôt thì dòng điện vẫn

không giảm. Ta nói diode đã bị đánh thủng.

D

Rt -

+

43

Trong thực tế, để đơn giản cho việc tính toán, người ta thường dùng đặc tính

khi dẫn dòng, tuyến tính hoá diode như được biểu diễn trên hình b. Đặc tính

này có thể biểu diễn qua công thức:

DDDD IrUu .0. (1.9)

Trong đó: D

DI

Ur

là điện trở tương đương của diode khi dẫn dòng.

Đặc tính vôn-ampe của các diode thực tế sẽ khác nhau, phụ thược vào dòng

điện cho phép chạy qua diode và điện áp ngược lớn nhất mà diode có thể chịu

được. Tuy nhiên để phân tích sơ đồ các bộ biến đổi thì một đặc tính lý tưởng

cho trên hình c được sử dụng nhiều hơn cả. Theo đặc tính lý tưởng, diode có

thể cho một dòng điện bất kỳ chạy qua với sụt áp trên nó bằng 0. Nghĩa là, theo

đặc tính lý tưởng, diode có điện trở tương đương khi dẫn bằng 0 và khi khoá

bằng .

* Cách đo và kiểm tra diode

Bước 1: Chọn thang đo của VOM ở thang đo điện trở (x10 hay x100)

Bước 2: Đặt hai đầu que đo vào hai đầu diode ta nhận được điện trở R1

Bước 3: Đảo lại phép đo ở bước 2, ta nhận được điện trở R2

Bước 4: Kết luận

Nếu hai phép đo trên cho hai giá trị điện trở khác xa nhau thì diode tốt

Nếu R1 = R2 = 0 Ôm thì diode bị chập.

Nếu R1 = R2 = ∞ Ôm thì diode bị đứt.

Nếu R1 ≠ R2 thì diode còn tốt khoảng 75%.

Bước 5: Xác định cực A, K của Diode khi biết diode đó tốt

Trong hai phép đo trên, tìm lại phép đo cho giá trị điện trở nhỏ, que đen

ở đâu thì đó là A, cực còn lại là cực K.

Lưu ý: Thực chất của phép đo trên là ta tiến hành phân cực cho diode. Dùng

nguồn Pin trong VOM để cấp nguồn cho diode với que Đen nối với + Pin, que

đỏ nối với - Pin.

Phân cực thuận: Đặt que đen vào A, que đỏ vào K cho giá trị điện trở

nhỏ

Phân cực ngược: Đặt que đen vào K, que đỏ vào A được giá trị điện trở

lớn.

Nếu diode tốt thì ở bước phân cực ngược mà VOM để ở thang x1 kim

không lên do điện trở lớn. Muốn quan sát giá trị điện trở ta phải tăng thang đo

lên x100, x1k

Ở lần kim lên đọc ở thang thứ ba từ dưới lên phải được (0,6; 0,7; 0,8)V thì diode

mới tốt.

Đối với diode phát quang thường đo ở thang x10 vì đo ở thang x1 thì diode sẽ

dễ cháy. Trong trường hợp đo thang x10 không lên khi đó ta huyển về thang x1

để đo

44

1.3 Transistor BJT.

* Cấu tạo

- Transistor là 1 linh kiện điện tử được ghép lại từ 3 lớp bán dẫn, sao

cho 2 lớp liền nhau khác loại, tạo thành 2 tiếp giáp P – N. Tuỳ theo cách sắp

xếp các vùng bán dẫn mà ta có 2 loại là loại PNP và NPN.

- Miền thứ nhất của Transistor được gọi là miền Emittor, miền này được

pha với nồng độ tạp chất lớn nhất. Cực nối với miền này được gọi là cực

Emittor (ký hiệu: E)

- Miền thứ hai của Transistor được gọi là miền Base, miền này được pha

với nồng độ tạp chất nhỏ nhất. Cực nối với miền này được gọi là cực Base, (ký

hiệu: B)

- Miền thứ nhất của Transistor được gọi là miền Colector, miền này

được pha với nồng độ tạp chất trung bình. Cực nối với miền này được gọi là

cực Colector (ký hiệu: C)

* Phân loại

- Loại Transistor PNP được gọi là Transistor thuận, gồm 1 miếng bán

dẫn N ở giữa và 2 miếng bán dẫn P ở 2 bên. Ký hiệu với mũi tên ở cực E có

chiều đi vào chỉ chiều đi của dòng điện trong chất bán dẫn. (hình a)

- Loại Transistor NPN được gọi là Transistor ngược, gồm 1 miếng bán

dẫn P ở giữa và 2 miếng bán dẫn N ở 2 bên. Ký hiệu với mũi tên ở cực E có

chiều đi ra chỉ chiều đi của dòng điện trong chất bán dẫn. (hình b)

Hình 1.11: Cấu tạo, ký hiệu transistor

a) Transistor thuận; b) Transistor ngược

* Nguyên lý làm việc ( Xét đối với transisitor ngược NPN)

Nguồn E1 phân cực thuận cho cho tiếp giáp J1, nguồn E2 phân cực

ngược cho tiếp giáp J2 và phân cực thuận cho tiếp giáp J1.

45

Hình 1.12: Nguyên lý làm việc transistor ngược

J1 phân cực thuận nên có dòng IB chạy từ B sang E. J2 phân cực ngược

bởi E2 nhưng E2>> E1 nên điện trường do E2 tạo ra khá mạnh. Mà cực gốc

mỏng nên một số điện tử tự do từ E sang B, còn lại phần lớn vượt qua cực gốc

qua tiếp giáp J2 tới cực C về dương nguồn E2. Vì vậy dòng Ic qua phụ tải Rt

tạo ra.

Dòng E1 qua B, E gọi là dòng điều khiển, dòng E2 qua tải gọi là dòng tải, nên

ta có IE = IC +IB.

Khi UBE tăng thì IB tăng, IC tăng và ngược lại. Một lượn thay đổi nhỏ của IB

cũng lam thay đổi một lượng lớn IC nên transistor có tác dụng khuếch đại.

Nếu đảo cực tính UBE thì transistor không thể làm việc được và dòng IC=0

+ Xét tương tự đối với transistỏ thuân PNP

* Cách đo và kiểm tra

+ Tìm cực B :

Dùng đồng hồ vạn năng để ở thang đo điện trở nấc X1, hoặc X10 hoặc X100.

Cố định một que đo vào một chân bất kỳ trong 3 chân của Transistor. Que đo

kia lần lượt đo đến hai chân còn lại (như vậy có 6 phép đo). Trong 6 phép đo

đó, nếu Transistor tốt thì chỉ có hai phép đo cho giá trị điện trở tương đương

nhau

* Transito thuận (PNP) :

- Xác định cực B: Bật đồng hồ về thang x1hoặc x10 rồi đo ngẫu nhiên

vào ba chân của bóng dừng lại ở phép đo kim lên lúc này que đỏ đang ở cực B

cố định que đỏ và đảo que đen sang chân còn lại thì kim phải lên bằng so với

lần đo trước .

Xác định cực CE. Bật đồng hồ trên thang ôm x10k đo ngẫu nhiên hai

lần có đảo que vào C và E sẽ có một lần kim lên ít và một lần kim không lên, ta

lấy phép đo ở làn kim không lên lúc này que đen đang ở E, que đỏ đang ở C.

* Transito ngược (NPN) :

- Xác định cực B: Bật đồng hồ về thang ôm x1 hoặc x10 rồi đo ngẫu

E

C

N

P

N

B J1

J2

E

1

E

2

IE

IB

IC

Rt

46

nhiên vào ba chân, dừng lại ở lần kim lên lúc này que đen đang ở B. Cố định

que đen, que đỏ đo vào chân còn lại thì kim phải lên bằng với lần đo trước .

- Xác định C, E: Bật đồng hồ ở thang ôm x10k đo hai lần có đảo que

vào C và E. Lấy phép đo ở lần kim không lên, lúc này que đen đang ở C, que

đỏ đang ở E.

Xác định theo cách trên chỉ xác định được một số Transistor như C828,

D671,...

Đối với một số loại transistor khác để xác định chân C, E của hai loại Transistor ta

tiến hành thực hiện như sau:

Hình 1.13: Sơ đồ xác định chân transistor

1.4 Transistor MOSFET.

a. MOSFET kªnh cã s½n (DMOSFET)

CÊu t¹o vµ ký hiÖu

MOSFET kªnh cã s½n lµ lo¹i transistor mµ khi chÕ

t¹o ng­êi ta ®· chÕ t¹o s½n kªnh dÉn. Kªnh dÉn ®iÖn

gåm hai vïng b¸n dÉn lo¹i N cã nång ®é t¹p chÊt cao

®­îc nèi liÒn nhau b»ng mét kªnh dÉn lµ b¸n dÉn lo¹i

N cã nång ®é t¹p chÊt thÊp h¬n. C¸c líp b¸n dÉn nµy

®­îc khuÕch t¸n trªn mét nÒn lµ chÊt b¸n dÉn lo¹i P,

phÝa trªn kªnh dÉn ®iÖn cã phñ líp oxit c¸ch ®iÖn

(SiO2) ®Ó c¸ch ly kªnh dÉn víi cùc cöa G. Hai ®Çu

kªnh dÉn ®­a ra 2 ®iÖn cùc D vµ S. Th­êng cùc S ®­îc

nèi chung víi cùc ®Õ SS ë nÒn P.

E

B

C

Que đen

Que đỏ

R

E

B

C

Que đen

Que đỏ

R

47

§ Õ P

Kªnh dÉn N

Kim lo¹ i SiO2

Cùc ®Õ SS

(Substrate)

S G D

TiÕp ®iÓm

a) CÊu tróc vËt lý DMOSFET kªnh N

G

D

S

G

D

S

SS G

D

S

SS

G

D

S

Kªnh N Kªnh P

b) Ký hiÖu DMOSFET

Nguyªn t¾c ho¹t ®éng (DMOSFET kªnh N)

Kªnh dÉn ®­îc c¸ch ly víi ®Õ b»ng tiÕp xóc p-n ph©n

cùc ng­îc nhê ®iÖn ¸p phô ®­a ®Õn cùc ®Õ (th­êng

®­îc nèi chung víi cùc S).

CÊp UDS sao cho c¸c h¹t dÉn ®a sè trong kªnh dÉn cã

chiÒu tõ S sang D (UDS > 0 víi DMOSFET kªnh N).

UGS ®iÒu khiÓn ho¹t ®éng cña DMOSFET ho¹t ®éng trong chÕ

®é giµu h¹t dÉn hoÆc nghÌo h¹t dÉn.

b. MOSFET kªnh c¶m øng (EMOSFET)

CÊu t¹o vµ ký hiÖu

MOSFET kªnh c¶m øng

CÊu t¹o cña MOSFET kªnh c¶m øng còng t­¬ng tù nh­ MOSFET kªnh cã

s½n, chØ cã ®iÓm kh¸c lµ b×nh th­êng ch­a cã kªnh dÉn nèi liÒn gi÷a hai

vïng cùc m¸ng vµ cùc nguån. Kªnh dÉn ®­îc h×nh thµnh trong qu¸ tr×nh lµm

viÖc.

CÊu t¹o vµ ký hiÖu ®­îc cho trªn h×nh

Nguån

M¸ ngKim lo¹ i

§ Õ (th©n)

Cùc ®Õ SS

(Substrate)

S G D

G

D

S

G

D

S

SS G

D

S

SS

G

D

S

Kªnh N Kªnh P

a) CÊu tróc vËt lý EMOSFET kªnh N b) Ký hiÖu EMOSFET

CÊu t¹o vµ ký hiÖu cña MOSFET kªnh c¶m øng

Nguyªn t¾c lµm viÖc (xÐt víi kªnh N)

EMOSFET kªnh dÉn kh«ng cã s½n mµ h×nh thµnh trong qu¸ tr×nh

48

lµm viÖc. Khi ch­a cã kªnh dÉn th× sÏ kh«ng cã dßng ID.

Khi UGS 0V, do kh«ng cã kªnh dÉn nèi liÒn gi÷a

hai vïng m¸ng vµ nguån nªn dï cã ®iÖn ¸p UDS (d­¬ng)

®Æt vµo gi÷a hai cùc S vµ D, ®iÖn tö còng kh«ng thÓ

di chuyÓn nªn kh«ng cã dßng cùc m¸ng (ID = 0).

Khi UGS > 0, do cæng G cã ®iÖn tÝch d­¬ng sÏ hót

c¸c ®iÖn tö trong ®Õ P (lµ h¹t dÉn thiÓu sè) ®Õn tËp

trung ë mÆt ®èi diÖn víi vïng cæng. Khi UGS ®ñ lín,

lùc hót ®ñ m¹nh, c¸c ®iÖn tö tËp trung nhiÒu vµ t¹o

thµnh mét kªnh dÉn nèi liÒn hai vïng nguån S vµ m¸ng

D. §iÖn thÕ UGS nµy ®­îc gäi lµ lµ ®iÖn ¸p UGS ng­ìng

hay UT. TiÕp tôc t¨ng UGS th× dßng m¸ng ID tiÕp tôc

t¨ng nhanh.

Víi mét UGS x¸c ®Þnh lín h¬n UT th× khi t¨ng UDS th×

còng t­¬ng tù nh­ ho¹t ®éng cña JFET vµ DMOSFET. Ban

®Çu t¨ng UDS th× dßng ID t¨ng tuyÕn tÝnh, khi UDs lín

h¬n ®iÖn ¸p th¾t kªnh Up th× dßng ID ®¹t b·o hoµ vµ

gi÷ gi¸ trÞ kh«ng ®æi.

1.5 Transistor IGBT.

(Insulated Gate Bipolar Transistor)

Đặc tính động

Hình 2.6

Hình 2.7

49

IGBT thực tế:

1MB-30-060- Fuji Electric

1.6. Thyristor SCR.

* Cấu tạo, kí hiệu

Là linh kiện gồm 4 lớp bán dẫn ghép liên tiếp lại với nhau đưa ra 3 chân

A, K, G như hình 1.13. A nốt gắn với P1; K tốt gắn với N2; cực điều khiển gắn

với P2.

a

b

Hình 1.13: Cấu tạo, ký hiệu Thyristor

a) Cấu tạo; b) ký hiệu

* Nguyên lý làm việc

Khi phân cực thuận cho SCR muốn có dòng đi từ A sang K ta phải kích

xung vào chân điều khiển G cho SCR.

Khi phân cực ngược cho SCR khi đó không có dòng từ A sang K.

Lưu ý: Khi thyristor đã dẫn dòng thì việc điều khiển không còn tác dụng gì vì

Thyristor có tính tự giữ. Lúc này có cắt dòng điều khiển thì thyristor vẫn dẫn

* Cách đo và kiểm tra SCR (Xác định tọa độ 3 chân A, K, G)

+ Bước 1: Chọn thang đo điện trở X1 hoặc X10

+ Bước 2: Thực hiện 6 phép đo giống Transistor.

- Nếu SCR tốt thì trong 6 phép đo trên thì chỉ có 1 phép đo cho giá trị điện

Hình 2.8

Hình 2.9

50

trở nhỏ.

- Ở phép đo cho giá trị điện trở nhỏ này, que đen đặt ở đâu thì đó là cực G,

que đỏ đặt ở đâu thì đó là cực K, còn lại là cực A.

+ Bước 3: Kiểm tra chất lượng của SCR

- Nếu trong 6 phép đo trên có từ hai phép đo trở lên cho giá trị điện trở nhỏ

hoặc không phép đo nào cho giá trị điện trở nhỏ thì SCR hỏng.

- Nếu SCR tốt ta thực hiện tiếp thao tác sau:

Để VOM ở thang đo điện trở X10

Đặt que đen đồng thời vào chân G và chân A, que đỏ vào chân K, ta

thấy kim chỉ một giá trị điện trở R1 nào đó.

Tách que đen ra khỏi cực G nhưng que đen vẫn giữ ở cực A, que đỏ

vẫn ở cực K. Nếu giá trị điện trở R1 không đổi thì SCR tốt, nếu kim đồng hồ

không giữ ở giá trị điện trở R1 thì SCR hư. (Thực hiện thao tác này là ta đã

thực hiện phân cực thuận cho SCR và kích một xung dương vào cực G).

1.7 Triac.

* Cấu tạo, kí hiệu

Là linh kiện bán dẫn gồm 5 lớp bán dẫn đưa ra 3 chân là T1, T2 và G.

a

b

Hình 1.14: Cấu tạo, ký hiệu Triac

a) Cấu tạo; b) ký hiệu

* Nguyên lý làm việc

+ Khi cực T2 có điện thế dương và cực G kích xung dương thì Triac dẫn

điện theo chiều từ T2 qua T1.

+ Khi cực T2 có điện thế âm và cực G được kích xung âm thì Triac dẫn

điện theo chiều từ T1 qua T2.

* Cách đo và kiểm tra Triac

Dùng đồng hồ để thang ôm X1 hoặc X10 đo lần lượt đo vào các chân

với sáu phép đo có đảo que đo. Chỉ có hai phép đo mà kim đồng hồ chỉ một giá

trị nội trở, khi đó tại vị trí hai que đo là hai chân T2 và G, chân còn lại là T1. Để

51

xác định được hai chân T2 và G ta tiếp tục làm như sau: Dùng đồng hồ thang

X1, que đen đặt vào T1, que đỏ đặt vào một trong hai chân còn lại rồi tiến

hành kích thử. Dùng ngón tay chạm giữa chân T1 và một chân không đo khi đó

có hai trường hợp xảy ra:

Trường hợp 1: Nếu thấy kim đồng hồ chỉ một giá trị điện trở thì khi đó

tại vị trí que đỏ là chân T2, chân còn lại là G.

Trường hợp 2: Nếu thấy kim đồng hồ không lên thì khi đó tại vị trí que

đỏ là chân G, chân còn lại là T2.

1.8 Gate turn off thyristor GTO.

GTO là một linh kiện có 4 lớp bán dẫn PNPN như SCR. cấu tạo và ký hiệu được

mô tả như sau:

Tuy có ký hiệu khác với SCR và SCS nhưng các tính chất thì tương tự. Sự khác biệt

cơ bản cũng là sự tiến bộ của GTO so với SCR hoặc SCS là có thể mở hoặc tắt

GTO chỉ bằng một cổng (mở GTO bằng cách đưa xung dương vào cực cổng và tắt

GTO bằng cách đưa xung âm vào cực cổng).

- 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.

52

Khi cấp điện, GTO dẫn, anod và catod xem như nối tắt. C1 nạp điện đến điện thế

nguồn VAA, lúc đó VGK<0 làm GTO ngưng dẫn. Tụ C1 xả điện qua R3=VR+R2. Thời

gian xả điện tùy thuộc vào thời hằng τ=R3C1. Khi Vo<VZ, GTO lại dẫn điện và chu

kỳ mới lại được lập lại.

2. Công dụng của các loại linh kiện điện tử, phạm vi ứng dụng.

2.1 Diode.

- Một diode thông thường sẽ chỉ cho phép dòng điện đi theo một chiều đó là đi từ

chân Anot sang Katot. Những diode cơ bản đó được ứng dụng chủ yếu cho việc

chỉnh lưu dòng điện xoay chiều AC thành dòng điện một chiều DC.

- Có một loại diode được sử dụng rất phổ biến trong các mạch điện tử đặc biệt là

mạch nguồn ổn áp, đó chính là diode zener. Diode này dùng để ghim điện áp giữ

cho điện áp được ổn định ở một giá trị xác định.

- Diode xung : ở chế độ xung, diode được sử dụng như khóa điện tử gồm có hai

trạng thái: "dẫn" (ON) khi điện trở của diode rất nhỏ và "tắt"(Off) khi điện trở của

nó rất lớn.

- Diode biến dung là loại diode bán dẫn được sử dụng như một tụ điện có trị số

điện dung điều khiển được bằng điện áp.

- Diode cao tần được dùng để xử lý các tín hiệu cao tần. Chúng thường là các

diode tiếp điểm để giảm thiểu trị số điện dung.

- Diode phát quang (LED) là linh kiện bán dẫn quang có khả năng phát ra ánh sáng

khi có hiện tượng tái hợp xảy ra trong chuyển tiếp P – N.

2.2 Transistor BJT.

- Công dụng của transistor là nó giúp hỗ trợ trong việc chuyển đổi cơ cấu điều

53

khiển các thiết bị trong dây chuyền sản xuất theo ý tưởng chủ đầu tư đưa ra

- Còn ứng dụng chính của transistor đó là một mạch giúp tăng hay còn gọi là

khuếch đại lớn các loại tín hiệu; hoặc nó có thể đóng vai trò là một con công tắc

dùng để chuyển hóa các mạch điện tử điều khiển thiết bị khác. Và đó cũng là một

trong những chức năng quan trọng của dòng transistor này.

- Về vấn đề khuếch đại thì con transistor được ứng dụng nhiều trong các loa phát

thanh, loa nhạc ta đang nghe ở nhà, hoặc trong boar mạch chiếc micro, âmli….

- Còn về vấn đề đảm nhiệm vai trò là một công tắc điện tử thì dòng transistor là một

thành phần quan trọng không thể thiếu và được ứng dụng tràn lan trong thế giới

công nghiệp như cảm biến điện dung, cảm biến chênh áp, cảm biến 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

54

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

55

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 l­u 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 ng­êi 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 l­u 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 ng­êi 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

D

0

u

V

T

ur

T Rt

UMax

UMin

UMax

0

A

B

M

N

56

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

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

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

u

V

T

u

t

R

t

D1 D

2

D

3

D

4

B

A M

N

P

Q

0

UMax

UMin

UMax

0

D

1

D2

0

u

V

T

ur

T Rt UMax

UMin

UMax

0

A

B

M

N P

Q

57

a

u2

ud

IG

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

u1 u2

T R T

58

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:

2

)cos1(U

2dsinU2

2

1d)(U

2

1U 22

2

0

2d

(2.10)

Khi điều khiển với = 0 có giá trị Ud0:

220d U45,0U2

U

(2.11)

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:

)(fU2

)cos1(UU 0d0dd

(2.12)

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.

59

3.1 Cấu tạo.

. Mạch chỉnh lưu ba pha hình tia

* Sơ đồ mạch điện

a

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

Rd

D1

D2

D3

D4

ud

idD5

D6

a

b

c

a)

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.

D

a

D

b

D

c

R

T

C

N

0

2

u

/6 5/6

Ud

ua ub uc

D1 D2 D3

0 1 2 3 4

60

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

- Góc dẫn của mỗi diode trong một chu kỳ là 01203

2

(2.1)

- 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)

- Giá trị trung bình dòng điện chỉnh lưu qua phụ tải là Id =1,17R

U (2.4)

- Điện áp trung bình qua mỗi diode là ID =R

UI d .39,03

* 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:

Ud 22 U34,2U63

(2.6)

61

Giá trị trung bình của dòng qua tải là:

2

.

63U

RR

UI tb

tb

(2.7)

Điện áp ngược lớn nhất mà mỗi điode phải chịu là:

mng UU 2max .3 (2.8)

Giá trị dòng chảy qua mỗi điode là:

3

DD

II (2.9)

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.