Bài giảng môn Điện tử công suất

 
Điện tử công suất 
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm .. 
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Tài liệu tham khảo
• Điện tử công suất – Lê Văn Doanh
• Giáo trình điện tử công suất – Nguyễn Văn Nhờ
• Điện tử công suất – Nguyễn Bính
dqvinh@dng.vnn.vn
0903 586 586 
CHƯƠNG 1
MỞ ĐẦU – CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
1.1 Khái niệm chung
Điện tử Công suất lớn
Các linh kiện điện tử công suất được sử dụng 
trong các mạch động lực – công suất lớn
Sự khác nhau giữa các linh kiện điện tử ứng dụng 
(điện tử điều khiển) và điện tử công suất
• Công suất: nhỏ – lớn
• Chức năng: điều khiển – đóng cắt dòng điện công suất lớn
IB
IC
• Thời điểm
• Công suất
Động lựcĐiều khiển
Các linh kiện điện tử
công suất chỉ làm 
chức năng đóng cắt 
dòng điện – các van 
Transistor điều khiển: Khuyếch đại
Transistor công suất: đóng cắt dòng điện
B
IC
U
R
ab
A
A
UCE = U - RIC
UCE = UCE1
UCE1 U
IB2 > IB1
IB1 > 0
IB = 0
UBE < 0 UCE
IB2IB
R
U
uCE
CiB
B
uBE
E iE
iC
Đặc tính Volt – Ampe của van công suất lý tưởng
i
u
điều khiển
u
i
ac
b
d
Đối tượng nghiên cứu của điện tử công suất
• Các bộ biến đổi công suất
• Các bộ khóa điện tử công suất lớn
Chỉnh lưu
Nghịch lưu
BBĐ điện áp 
một chiều 
(BĐXA)
• BBĐ điện áp 
xoay chiều (BĐAX)
• Biến tần
1. 2. Các linh kiện điện tử công suất
1.2.1 Chất bán dẫn - Lớp tiếp giáp P - N
Chất bán dẫn:
Ở nhiệt độ bình thường có độ dẫn điện nằm giữa chất dẫn điện và chất cách điện
Loại P: phần tử mang điện là lỗ trống – mang điện tích dương
Loại N: phần tử mang điện là các electron – mang điện tích âm
+
++
+
+
+++
-- -+
-- -
-- -
Miền bão hòa
- Cách điện
P N
+
++
+
+
+++
+
+
+
--- -+
--- -
--- -
P N
J
Phân cực ngược
+
++
+
+
+++
-- -+
-- -
-- -
Miền bão hòa
- Cách điện
P N
+-
+
+
+
-
-
-
Miền bão hòa - Cách điện
P N
+-
Phân cực thuận
+
++
+
+
+++
-- -+
-- -
-- -
Miền bão hòa
- Cách điện
P N
-+
-+
i
1.2.2 Diode
Cấu tạo, hoạt động
R: reverse – ngược
F: forward – thuận
NP Katode
KA
Anode
iR
uR
iF
uF
KA
Hướng ngược
Hướng thuận
Đặc tính V – A
Diode lý tưởng
u
i
Nhánh thuận – mở
Nhánh ngược
– đóngDiode thực tế
UTO: điện áp rơi trên diode
điện trở thuận trong diode
F
F
F dI
dUr =
điện trở ngược trong diode
R
R
R
dUr
dI
=
UBR: điện áp đánh thủng
Hai trạng thái: mở – đóng
U[BR]
IR [mA]
UF [V]UR [V]
1 1,5800 400 0
50
100
30
20
URRM
T
j
 = 30 C
o
o
T
j
 = 160 C
IF [A]
URSM
Nhánh thuận – mở
Nhánh ngược 
– đóng
Đặc tính động của diode
• UK: Điện áp chuyển mạch
• trr: Thời gian phục hồi khả năng đóng
• irr: Dòng điện chuyển mạch – phục hồi
∫= rr
t
rrr dtiQ
0
: điện tích chuyển mạch
Quá áp trong
L
+
UK
-
S
I
iF
irr
iR
iF
Ð
ó
n
g
S
trr
0,1 irrM
i
r
r
M
iR
i
F
=
I
tO
irr Qr
t
uR
uF
Uk
uRM
uR = Uk
O
Bảo vệ chống quá áp trong
R C
LuR V
Uk
irr
iL
iRC
- +
V
O
t
irr iRC
O
Uk
t
Mở Đóng
L
R k
diu U L
dt
= −RCrrL iii +=
Các thông số chính của diode
Điện áp:
• Giá trị điện áp đánh thủng UBR
• Giá trị cực đại điện áp ngược lập lại: 
URRM
• Giá trị cực đại điện áp ngược không lập 
lại: URSM
Dòng điện - nhiệt độ làm việc
• Giá trị trung bình cực đại dòng điện 
thuận: IF(AV)M
• Giá trị cực đại dòng điện thuận không 
lập lại: IFSM
U[BR]
IR [mA]
UF [V]UR [V]
1 1,5800 400 0
50
100
30
20
URRM
T
j
 = 30 C
o
o
T
j
 = 160 C
IF [A]
URSM
Nhánh thuận – mở
Nhánh ngược 
– đóng
Diode thực tế: IDB30E60 – Infineon Technologies
1.2.3 Transistor lưỡng cực (BT)
Cấu tạo, hoạt động
R
U
uCE
CiB
B
uBE
E iE
iC
R
U
uEC
CiB
B
uEB
E iE
iC
N
N
P
B
C
E
P
P
N
B
C
E
(Bipolar Transistor)
Đặc tính Volt – Ampe
Miền mở bão hòa
Miền đóng bão hòa
Mở
Đóng
• Đặc tính ngoài IC = f(UCE)
• Đặc tính điều khiển IC = f(IB)
B
IC
U
R
ab
A
A
UCE = U - RIC
UCE = UCE1
UCE1 U
IB2 > IB1
IB1 > 0
IB = 0
UBE < 0 UCE
IB2IB
ICE
ICE0
ICER
ICES
ICEU
UCE0 UCE
UBR(CEU)
UBR(CES)
UBR(CER)
UBR(CE0)IB = 0
UCER
UCES
UCEU
RB
-IB UBE
+
-
RB
-IB UBE
+
-+
-
ICEU
b) c)
a)
O
• 0  Hở mạch B – E (IB = 0)
• R  Mạch B – E theo hình b)
• S  Ngắn mạch B – E (RB→0)
• U  Mạch B – E theo hình c)
Quá trình quá độ của transistor
iB
IB
0.9IB
O t
0.1IB
0.1IC
uCE
td tr
iC
ts
toffton
O
tf
0.9IC IC 0.1IC
Mạch trợ giúp đóng mở
(Điện tử công suất – Nguyễn Bính)
Các thông số chính
Điện áp:
• Giá trị cực đại điện áp 
colector – emitor UCE0M khi 
IB = 0
• Giá trị cực đại điện áp 
emitor – bazơ UEB0M khi IC
= 0
Dòng điện: Giá trị cực đại 
của các dòng điện IC, IB, IE
Transistor thực tế - MJW3281A (NPN) – ON Semiconductor
1.2.4 Transistor trường MOSFET
(Metal Oxid Semiconductor Field Effect Transistor)
N iD
D
OXIDGS uGS
P
N
G
D iD
uDS
S
uGS
N
D
OXIDGS
P
N
G
D
S
Đặc tính động
RGon
UG
off
CGS uGS
G
CGD D
iD
CDS
R
uDS U
+
-+
-
S
GS
UGS(th)0.1UG
UG
0.9UG
t
0.9U
U
tr
td(on)
ton
td(off)
uDSiD
tf
toff
0.9U
0.1U
MOSFET thực tế - 19MT050XF – International Rectifier
1.2.5 Transistor lưỡng cực cổng cách ly - IGBT
Insulated Gate Bipolar Transistor
C
G
E
G
C
E
Đặc tính động
Gon
UG
RG
iC
C
E
uCE
uGE
off
R
U
uGE
0.1UCM
UGE(th)
UG 0.9UG
t
uCE
0.1ICM
U
td(on)
tr
ton
td(off)
tf
toff
ICT
iC
ICM
0.1ICM
0.9ICM
IGBT thực tế
1MB-30-060 – Fuji Electric
1.2.6 Thyristor
Cấu tạo – Hoạt động
A
iG
i2
i1
i
G
K
uAK
u
R
A
K
G
PP
P
N
NN
J3
J2
J1
A
K
G
N
P
N
P
Điều kiện để mở Thyristor
• UAK > 0
• Xung điều khiển đưa vào cực điều khiển.
Điều kiện để đóng Thyristor
Đặt điện áp ngược lên A – K
uD
iD
iG
iR
uR
uT
iT
uG
A K
Hướng ngược
Hướng thuận
Trạng thái:
• Mở
• Đóng
• Khóa
• T: Thuận
• D: Khóa
• R: Ngược
Ký hiệu
Đặc tính Volt - Ampe
Thyristor lý tưởng
u
i
Nhánh thuận – mở
Nhánh ngược
– đóngThyristor thực tế
Ba trạng thái: đóng – mở – khóa
Nhánh khóa
– khóa
UBR: điện áp ngược đánh thủng
UBO: điện áp tự mở của thyristor
UTO: điện áp rơi trên Thyristor
IH: Dòng duy trì (holding)
IL: Latching
Các thông số chính
Tương tự như diode.
URRM = UDRM
Nhánh thuận 
– mở
Nhánh khóa –
khóa
Nhánh ngược 
– đóng
IG = 25 mA
IG = 0
IG = 0
IG = 25 mA
IN
IL
U[TD]
U[BR]
U[BR]
[V]UR
[V]UDUT
IR-110
-210
-310
[A]
[A]
ID
IT
10
102
10-3
10-2
10-1
1
1101010 23
32 1010101
Đặc tính điều khiển của thyristor:
iG
U
R
uG
UG[V]
40
30
20
UGT
O
IGT
1 IG[A]
2
(PGM)Ψ=π/6
UG=U-RIG
(PGM)Ψ=π/12
-400C
iG
Ψ
2π
IG
ωt
iG
t0
Đặc tính động
Mở thyristor
Tổn thất
công suất khi mở
thyristor
Khóa thyristor
G
A
J1
J2
J3
P
N
P
N
iC
+
K
-
iC
C uD
uD
tO
tO
iC
Đóng thyristor
• Bảo vệ quá áp trong
• Thời gian đóng thyristor – Góc an toàn
toff
Thyristor thực tế - 22RIA SERIES – International Rectifier
1.2.7 GTO
Gate Turn Off Thyristor
J1
J2
J3
G
iRG K
A
P
N
P
N
uRG
uFGiRG
iFG
ir
(iD)
ur
(uD)
A
K
G
Đặc tính động
Mở GTO
uD
tgd tgr
UD 0.9UD
ir
0.1UD
t
O
O
tgt
iFG
IFG÷10Α
0.2IFG
Đóng GTO
I
iD
iT
L
uD
iRG
uRG
iT
tgs
tgf uD
ITQ
0.9IT
UDP
IT=I
O t
tgq
ttq
O
uRG iRG
iRG
QGQ
uRG
IRG
Mạch trợ giúp
GTO thực tế - FG3000FX-90DA – Misubishi Electric
1.2.8 Triac
Hướng ngược
Hướng thuận
Điện áp thuận
Điện áp khóa
Dòng điện thuận
Dòng điện khóa
Dòng điện thuận
Dòng điện khóa
 Điện áp thuận
 Điện áp khóa
Dòng điện và điện áp 
cực điều khiển
Nhánh mở
Nhánh khóa
Nhánh khóa
Nhánh mở
UD > 0
UG > 0; IG > 0
UG < 0; IG < 0
UDR > 0
UG > 0; IG > 0
UG < 0; IG < 0
Đặc tính Volt - Ampe
Triac thực tế - 2N6344 - ON Semiconductor
CHƯƠNG 2: MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN 
TRONG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
2.1 Năng lượng tích lũy vào cuộn kháng
và giải phóng từ cuộn kháng
[ ]
1
0
1 1
0 0
0 1
( ) ( )
0 1 1 0 1 0
( ) ( )
( , );
( , ) ( ) ( ) ( ) ( )
L L
L L
t
L L
L L L
t
t i t
L L L L L L L
t i t
d diu dt Q t t u L
dt dt
Q t t d L di t t L i t i t
Ψ
Ψ
Ψ= = =
= Ψ = = Ψ −Ψ = −
∫
∫ ∫
t0
t0
2.2 Nhịp và sự chuyển mạch
Nhịp là khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp thay đổi trạng thái của 
linh kiện điện tử công suất trong mạch. Tên của nhịp là tên của linh 
kiện đang dẫn điện.
Chuyển mạch là trạng thái điện từ xảy ra 
trong mạch bộ biến đổi, được đặc trưng 
bằng việc dòng điện trong một nhánh 
chuyển sang một nhánh khác trong khi 
dòng điện tổng chảy ra từ nút giữa hai 
nhánh vấn không đổi.
Nhánh chính – Nhánh phụ
Linh kiện ĐTCS chính – Linh kiện ĐTCS phụ
Nhánh chínhNhánh chính
Nhánh chính
Nhánh phụ
• Điện áp chuyển mạch
• Chuyển mạch ngoài –
Chuyển mạch tự nhiên
• Chuyển mạch trong
• Chuyển mạch trực tiếp
• Chuyển mạch gián tiếp
• Chuyển mạch nhiều tầng
• Thời gian chuyển mạch –
Góc chuyển mạch
• Chuyển mạch tức thời
2.3 Các đường đặc tính
Đặc tính ngoài (Đặc tính tải): Mối quan hệ giữa điện áp đầu ra và 
dòng điện đầu ra của bộ biến đổi
Đặc tính điều khiển: Mối quan hệ giữa điện áp đầu ra và đại lượng 
điều khiển của bộ biến đổi
2.4 Hệ số công suất của bộ biến đổi
S
P=λ
P: Công suất hữu công
S: Công suất biểu kiến
 Hệ số công suất PF (Power Factor) 
P = mUI(1)cosϕ(1)
m: số pha
U: Giá trị hiệu dụng điện áp điều hòa của pha
I(1): Giá trị hiệu dụng của thành phần bậc 1 dòng điện phaϕ(1): Góc chậm pha của thành phần bậc 1 dòng điện pha so với điện áp
S = mUI
I: Giá trị hiệu dụng dòng điện pha ∑∞
=
=
1
2
)(
2
n
nII
2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
( ) (1) ( )
1 2
n n
n n
S m U I m U I m U I
∞ ∞
= =
= = +∑ ∑
2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
(1) (1) (1) (1) (1) (1) (1)cos sinS m U I m U I m U I P Qϕ ϕ= = + = +
mUI(1): Công suất biểu kiến của thành phần bậc 1
Q(1): Công suất phản kháng của thành phần bậc 1
2 2 2 2
(1)
2
( )
2
n
n
S P Q D
D mU I
∞
=
= + +
= ∑
D: Công suất phản kháng biến dạng
(1)2 2 2
(1)
(1)
cosP
P Q D
I
I
λ υ ϕ
υ
= =+ +
=
 Độ méo dạng tổng THD (Total Harmonic Distortion) 
 Hệ số méo dạng DF (Distortion Factor) 
 Hệ số công suất PF (Power Factor) 
2
( )
2
(1)
n
n
I
I
THD
I
∞
==
∑
CHƯƠNG 3: THIẾT BỊ CHỈNH LƯU
Chức năng:
Biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều
Ứng dụng
Cấp nguồn cho các tải một chiều: Động cơ điện một chiều, bộ nạp 
accu, mạ điện phân, máy hàn một chiều, nam châm điện, truyền tải 
điện một chiều cao áp, 
3.1 KHÁI NIỆM CHUNG
3.2 Đặc điểm của điện áp và dòng điện chỉnh lưu
3.2.1 Điện áp chỉnh lưu
ud: Giá trị tức thời của điện áp chỉnh lưu – Bao gồm cả thành 
phần xoay chiều uσ và thành phần một chiều – Giá trị trung bình 
của điện áp chỉnh lưu Ud
dd Uuu += σ
Số xung đập mạch của sóng 
điện áp chỉnh lưu:
(1)fp
f
σ=
• fσ(1): Tần số của sóng điều 
hòa bậc 1 thành phần xoay 
chiều của ud
• f: Tần số điện áp lưới
3.1.2 Dòng điện chỉnh lưu
id: Giá trị tức thời của dòng điện chỉnh lưu – Sóng dòng điện chỉnh lưu
Id: Giá trị trung bình – Thành phần một chiều của sóng dòng điện chỉnh lưu
iσ: Thành phần xoay chiều của dòng điện chỉnh lưu
d di i Iσ= +
Xét hệ thống chỉnh lưu – tải R,L,Eư:
( )dL d d
diu L u Ri E
dt
= = − + −
0; 0dd d L
diu Ri E u
dt
> + ⇒ > >−
0; 0dd d L
diu Ri E u
dt
= + ⇒ = =−
0; 0dd d L
diu Ri E u
dt
< + ⇒ < <−
• Dòng điện liên tục
• Dòng điện gián đoạn
• Dòng điện ở biên giới gián đoạn
d di i Iσ= +
d
d
U EI
R
−= − 0d dI U E≥ ⇒ ≥ −
( )
( ) 22
( )
n
n
n
U
I
R L
σ
σ
σω
=
⎡ ⎤+ ⎣ ⎦
Đối với giá trị trung bình – thành phần một chiều:
Đối với thành phần xoay chiều: • Iσ(n): Giá trị hiệu dụng của sóng điều 
hòa bậc n thành phần xoay chiều của 
dòng điện chỉn lưu
• Uσ(n): Giá trị hiệu dụng của sóng 
điều hòa bậc n thành phần xoay chiều 
điện áp chỉnh lưu.
• ωσ(n): Tần số góc của sòng điều hòa 
bậc n thành phần xoay chiều.
( ) 0n d dL I i Iσ→∞ ⇒ → ⇒ =
Î Dòng điện được san phẳng tuyệt đối
3.3 Chỉnh lưu hình tia m-pha – dòng liên tục
Z
LK
RK
u1
3.3.1 Chỉnh lưu hình tia không điều khiển
Sơ đồ
1
2
3
sin
2sin( )
3
4sin( )
3
m
m
m
u U
u U
u U
θ
πθ
πθ
=
= −
= −
tθ ω=
2sin ( 1)n mu U n m
πθ⎡ ⎤= − −⎢ ⎥⎣ ⎦
Trong khoảng θ1 < θ < θ2:
• Giả sử V2 mở
2
1 2 1 1 1 2
1
0
0
0
V
V V
V
u
u u u u u u
u
= ⇒
− − = ⇒ = −
⇒ >
Tương tự khi giả thiết V3 mở.
Î V1 mởÎ Nhịp V1
Î Không hợp lý
Nhịp V1 – θ1 < θ < θ2:
1 2 2 1 3 3 1
1 1 2 3
0; ;
; ; 0
V V V
d d V d V V
u u u u u u u
u u i i I i i
= = − = −
= = = = =
Nhịp V2 – θ2 < θ < θ3:
2 1 1 2 3 3 2
2 2 1 3
0; ;
; ; 0
V V V
d d V d V V
u u u u u u u
u u i i I i i
= = − = −
= = = = =
Nhịp V3 – θ3 < θ < θ4:
3 1 1 3 2 2 3
3 3 1 2
0; ;
; ; 0
V V V
d d V d V V
u u u u u u u
u u i i I i i
= = − = −
= = = = =
Nhịp Vn:
1 1
1
0; ;
; ; 0
Vn V n Vm m n
d n d Vn d V Vm
u u u u u u u
u u i i I i i
= = − = −
= = = = =
Quá trình chuyển mạch tại các thời 
điểm θ2:
Æ Điện áp chuyển mạch là uk = u2 – u1
Tương tự tại các thời điểm θ3, θ4:
điện áp chuyển mạch lần lượt là
u3 – u2 và u1 – u3
Î Chuyển mạch tự nhiên
p = mSố xung:
3.3.2 Chỉnh lưu hình tia có điều khiển
Tín hiệu
điều khiển
uc
Khâu phát xung
Thời điểm chuyển mạch tự nhiên
Góc điều khiển α: tính từ thời điểm chuyển 
mạch tự nhiên đến thời điểm phát xung 
mở thyristor.
Phạm vi của góc điều khiển α:
πα <≤0
ααππ coscossin 0di
m
di Um
mUU ==
0 sinmdi
mUU
m
π
π=
Udi0: Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu không điều khiển.
2
0 2
3 3 3 3 6sin 1.17
3 2 2
m m
di
U U UU Uππ π π= = = =
m = 3
Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu
2
2
sin
2
m
di m
m
mU U d
π π α
π π α
θ θπ
+ +
− +
= ∫
Các đường đặc tính
Đặc tính điều khiển: Đặc tính ngoài (đặc tính tải):
• Đầu ra: Ud
• Đầu vào: α
0 cosdi diU U α=
Chế độ
chỉnh lưu
Chế độ
nghịch lưu
6 2
π πα< < để có dòng liên tục: trong tải phải có L
3.3.3 Chế độ làm việc chỉnh lưu và nghịch lưu phụ thuộc
• Chế độ làm việc chỉnh lưu
• Chế độ làm việc nghịch lưu
d dP U I=
 chế độ nghịch lưu phụ thuộc
2
πα >
• Trong tải phải có Eư
• Eư đảo chiều2
πα⋅ > dE U⋅ >−
Điều kiện để có nghịch lưu phụ thuộc
Góc an toàn
0 α π γ≤ < −
γ
Chế độ
chỉnh lưu
Chế độ
nghịch 
lưu
offtγ ω=
3.3.4 Chỉnh lưu hình tia 3 pha có diode V0
dV uu −=0
V0 sẽ mở khi trong trường hợp 
không có V0 thì ud < 0
Î V0 chỉ hoạt động khi
2 m
π πα ≥ −
Chen vào giữa các nhịp V1, V2, V3 là các nhịp V0:
0 1 1 2 2 3 3
0
0; ; ;d V V V V
d V d
u u u u u u u u
i i I
= − = = = =
= =
ααππ coscossin 0di
m
di Um
mUU ==
0 sinmdi
mUU
m
π
π=
2 m
π πα• ≤ −
2 2m m
π π π πα• − ≤ ≤ +
0
2
1 sin( )
sin
2 2sin
m
di di
m
mU mU d U
m
π
π π α
πα
θ θ ππ
− +
− −
= =∫
0 sinmdi
mUU
m
π
π=
Ảnh hưởng của diode V0
• Không có chế độ nghịch lưu
• Diode V0 làm tăng hiệu suất của bộ chỉnh lưu
d dU I
mUI
λ =
U, I: giá trị hiệu dụng của điện áp và dòng điện pha
1
2
V
dI I
ψ
π= 1 0
2
V Vm
πψ ψ= −
• Diode V0 làm giảm giá trị hiệu dụng thành phần xoay chiều của điện 
áp chỉnh lưu
3.4 Chỉnh lưu hìn ... Kết thúc khi tín hiệu”đóng” được đưa
vào S
iZ
L
iS
SiR
Rp
U
uc
T1 T2
T
iS iR iZMIN
iZM
t
0
iZ =iS+iR
• Xác định giá trị điện trở tương đương Rei
ei
p
ZZpZ R
U
T
TR
UITIRTUI ==⇒=
2
2
2
( )2 1ei p pTR R z RT= = − 0 ei pR R≤ ≤
iZ
L
iS
SiR
Rp
U
uc
T1 T2
T
iS iR iZMIN
iZM
t
0
iZ =iS+iR
4.5 Bộ chuyển mạch
4.5.1 Mạch LC
U
dt
diLidt
C
u
t
C =++ ∫
0
1)0(
(0) sin (0)cosC v v
U ui t i t
L
C
ω ω−= +
ωv: tần số góc của mạch LC 
1
v LC
ω =
C uC
i
L
t = 0
uC(0)
0
uC
i
t
U
t = 0
L
i
uC C O
t
uC(0)=0
uC
i U
2U
V iV
S C
[ ]
0
1(0)
(0) cos (0)sin
t
C C
C v v
u u idt
C
LU u U t i t
C
ω ω
= + =
= + − +
∫
4.5.2 Phân tích bộ chuyển mạch của bộ biến đổi xung áp
uc
S
iS
U
iV0
V0
R
L
uZ
iZ
Z
i
iV1
V1
C
uC
iC uV1
V2
V3L1
U
V0
Z
iZ
uZ
Nhịp V0 – (0, t1)
iZ = iV0, uV0 = 0, uZ = 0
Giả thiết uC = U
uV2 = 0; uV1 = U
iC = iV1 = iV2 =0
i
iV1
V1
C
uC
iC uV1
V2
V3L1
U
V0
Z
iZ
uZ
t
0
0
0
0
U
U
U
-K1U
K1U
uC iC
IZ
iV1
uV1
t0V1
uV2 iV2
t0V2
t
IZ
iZ iV2
iV0
V0
T
T1 T2
V1
V3
V1 V2 V0
K1U
U
uZ
t2
0 t1 t3 t4 t5 t6 t7
QK
Nhịp V1, V3 (t1, t3)
Tại t1 đưa xung điều khiển mở V1
uZ = U; uV0 = -uZ = -U Æ V0 đóng lại
iZ = iV1
1cos ( )C vu U t tω= −
1sin ( )C v
Ui t t
L
C
ω−= −
i
iV1
V1
C
uC
iC uV1
V2
V3L1
U
V0
Z
iZ
uZ
t
0
0
0
0
U
U
U
-K1U
K1U
uC iC
IZ
iV1
uV1
t0V1
uV2 iV2
t0V2
t
IZ
iZ iV2
iV0
V0
T
T1 T2
V1
V3
V1 V2 V0
K1U
U
uZ
t2
0 t1 t3 t4 t5 t6 t7
QK
uV1 = 0
iV1 = IZ - iC
uV2 = -uC
iV2 = 0
Tại t = t3, dòng iC = 0; V3 đóng lại
uC(t3) = -K1U; K1 = 0.7 – 0.9
i
iV1
V1
C
uC
iC uV1
V2
V3L1
U
V0
Z
iZ
uZ
t
0
0
0
0
U
U
U
-K1U
K1U
uC iC
IZ
iV1
uV1
t0V1
uV2 iV2
t0V2
t
IZ
iZ iV2
iV0
V0
T
T1 T2
V1
V3
V1 V2 V0
K1U
U
uZ
t2
0 t1 t3 t4 t5 t6 t7
QK
Nhịp V1 (t3, t4)
Tất cả các đại lượng giữ nguyên giá trị
tại thời điểm t = t3
i
iV1
V1
C
uC
iC uV1
V2
V3L1
U
V0
Z
iZ
uZ
t
0
0
0
0
U
U
U
-K1U
K1U
uC iC
IZ
iV1
uV1
t0V1
uV2 iV2
t0V2
t
IZ
iZ iV2
iV0
V0
T
T1 T2
V1
V3
V1 V2 V0
K1U
U
uZ
t2
0 t1 t3 t4 t5 t6 t7
QK
Nhịp V2 (t4, t6)
Tại t = t4 đưa xung điều khiển vào V2 – mở V2
uV2 = 0
Điện áp ngược trên C đặt lên V1 Æ đóng V1
4
4
4 1
1( )
( )
t
C Z C C Z
t
Z
i I u u t I dt
C
I t t K U
C
= ⇒ = +
= − −
∫
i
iV1
V1
C
uC
iC uV1
V2
V3L1
U
V0
Z
iZ
uZ
t
0
0
0
0
U
U
U
-K1U
K1U
uC iC
IZ
iV1
uV1
t0V1
uV2 iV2
t0V2
t
IZ
iZ iV2
iV0
V0
T
T1 T2
V1
V3
V1 V2 V0
K1U
U
uZ
t2
0 t1 t3 t4 t5 t6 t7
QK
Nhịp V2 (t4, t6)
iV2 = IZ
uV1 = uC
iV1 = 0
uZ = U – uC = -uV0
Tại t = t6, uZ = 0 Æ V0 mở, V2 đóng lại
Î Bắt đầu nhịp V0
uZ(t6) = 0 ÆuC = U
i
iV1
V1
C
uC
iC uV1
V2
V3L1
U
V0
Z
iZ
uZ
t
0
0
0
0
U
U
U
-K1U
K1U
uC iC
IZ
iV1
uV1
t0V1
uV2 iV2
t0V2
t
IZ
iZ iV2
iV0
V0
T
T1 T2
V1
V3
V1 V2 V0
K1U
U
uZ
t2
0 t1 t3 t4 t5 t6 t7
QK
Nạp điện cho tụ C khi bắt đầu làm việc
• Mở V2 trước
• Đóng tụ C trực tiếp vào nguồn U qua một điện trở hạn chế dòng
Xác định các thông số C và L
• V1 sử dụng khoảng (t4, t5) để phục hồi khả năng khóa Æ (t5 – t4)MIN = toffV1
11
5 4
1
( ) ZM offV
Z
I tK UCt t C
I K U
− = ⇒ =
• V2 sử dụng khoảng (t1, t2) để phục hồi khả năng khóa Æ (t2 – t1)MIN = toffV2
2
2
2 1 2
4
( )
4 2
offVv tTt t LC L
C
π
π− = = ⇒ =
4.6 Nguyên tắc điều khiển bộ biến đổi xung áp 
• Độ rộng xung – thay đổi T1
• Tần số xung – thay đổi T
• Hai giá trị
4.6.1 Nguyên tắc điều khiển độ rộng xung
Giữ nguyên f = 1/T, thay đổi T1
BÐK
M
Đ
uc BCM
Đ
C
T T1 T2
0
ucM uP uc
t
4.6.2 Nguyên tắc điều khiển tần số xung
Giữ nguyên T1, thay đổi T
f = 1/T M
Đ
BÐK
M
Đ
uc BCM
Khâu
phát xung
Trễ T1
4.6.3 Nguyên tắc điều khiển hai giá trị
Bộ phát xung đóng vai trò của một bộ điều khiển dòng điện
∆iZ
t
0
iZMIN
iZM
I'Z=IZ
ui1
ui2
iZ
ui1
ui2
ui1 ui2
uc
uc > 0
uc < 0
M
Ð
uc
BCM
V0
Z
iZ
ui1
ui2
ucÐ
M
4.7 Các bộ biến đổi xung nhiều góc phần tư
4.7.1 Bộ biến đổi hai góc phân tư đảo chiều dòng điện
V
S1
U
S2
V0
Z
uZ
iZ
4.7.2 Bộ biến đổi hai góc phân tư đảo chiều điện áp
)12(21 −=−= zU
T
TTUUZi
z > 0.5 Æ Uzi > 0
z < 0.5 Æ Uzi < 0
U
S1
V2
uZ
iZ
V1
S2
Z
S1S2 V1
V2
S1S2
V2
V1
0
iZ
uZ
t
T1 T2 T
4.7.3 Bộ biến đổi bốn góc phân tư
V2
V1
S2
S1 S3
S4V4
V3
Z
iZ
uZ
U
S2S1 S4S3
S3S4
S2S1 V4V3 V1
V2
S4S3
V2
V1
iZ
uZ
t
0
0
S2S1 S1
V3 S2S1 S3
V1 S3S4 S3
V1
t
iZ uZ
Chương 5: Thiết bị nghịch lưu
5.1 Khái niệm chung – Phân loại
Biến đổi năng lượng điện một chiều thành năng lượng điện xoay chiều
Phân loại
• Theo số lượng pha:
- Một pha
- Ba pha
- Nhiều pha
• Theo sơ đồ
- Hình cầu
- Hình tia
• Theo đặc điểm nguồn
- Nguồn áp
- Nguồn dòng
5.2 Sơ đồ nguyên lý
Sơ đồ nguyên lý nghịch lưu cầu một pha
Sơ đồ nguyên lý nghịch lưu tia và bán cầu một pha
S1 S3
S4 S2
R
uZ
U
S2S1 S2S1S4S3
0
uZ
θ = ωt
S1 S2
R
Ud
uZ
O
S1S2S1
Ud
θ = ωt
uZ
Ud
Ud
S1
S2
R
uZ
Nghịch lưu cầu ba pha
tải thuần trở
Ud
S1 S3 S5
S4 S6 S2
1 2 3
uZ1 uZ2 uZ3
S1
S2
S3
S4
S5
S6
π
3
Ud
2
θ = ωt
uZ1
uZ2
uZ3
5.3 Nghịch lưu áp
5.3.1 Dòng công suất hữu công và phản kháng
P = UdId
P > 0 Æ Id > 0: c.độ nghịch lưu
P < 0 Æ Id < 0: c.độ chỉnh lưu
∑
=
==
m
n
ndd piUp
1
• Mang tính chất nguồn áp: tạo ra điện áp xoay chiều. Dòng điện đầu 
ra phụ thuộc vào tải.
• Đầu vào của nghịch lưu áp là nguồn điện áp một chiều
Ud
id
-id S
VR
P = Ud.Id
p = Ud.id
1
2
3
p1
Z1
p2
Z2
p3
Z3
5.3.2 Nghịch lưu áp cầu một pha
Ψ: Góc dự kiến đóng các bộ khóa
ΨS: Góc thông dòng của các bộ khóa
ΨR: Góc thông dòng của các
 diode ngược
VR2
VR1
S2
S1 S3
S4
VR4
VR3
iZ
uZUd
L R
Z
id
iVR1
iS1
S1,S2
VR1,VR2
S3,S4
VR3,VR4
uZ
ΨR Ψ
θ = ωt Ud
ΨS
-Ud
O
Ud/R
-Ud/R
2π
iZ
iS1 = iS2
O
Id
iVR3 = iVR4
iS3 = iS4 iVR1 = iVR2
O
O
Ud
S1
S2
Z
iZ
S1,S2
Z
iZ
VR3
VR4
VR3,VR4
S4
S3
Z
iZ
S3,S4
5.3.3 Nghịch lưu áp tia một pha
• Nhịp S1:
uZ = ua = Ud
iS1 = id = iZ  tăng theo đường cong hàm mũ
Ψ = π
• Nhịp VR2:
uZ = ub = -Ud
iVR2 = -id = iZ  giảm theo đường cong hàm mũ
Ngắt xung điều khiển đưa vào S1. Do ảnh hưởng của L trong tải, dòng 
điện trong cuộn thứ cấp và qua đó dòng trong cuộn sơ cấp vẫn giữ
chiều cũ. Dòng trong cuộn sơ cấp chảy qua VR2 và qua nửa phải của 
cuộn sơ cấp.
Nhịp VR2 kết thúc khi dòng iVR2 giảm về giá trị 0
• Nhịp S2:
uZ = ub = -Ud
iS2 = id = -iZ  tăng theo đường cong hàm mũ với chiều ngược lại
Xung điều khiển đưa vào S2 ngay sau khi ngắt S1. Khi VR2 đóng, 
dòng sẽ chảy qua S2. Điện áp trên tải vẫn không đổi, tuy nhiên dòng iZ
sẽ đảo chiều
Nhịp S2 kết thúc khi ngắt xung điều khiển đưa vào S2 và bắt đầu đưa xung 
điều khiển vào S1
• Nhịp VR1:
uZ = ua = Ud
iVR1 = -id = -iZ  tăng theo đường cong hàm mũ
Ngắt xung điều khiển đưa vào S2. Do ảnh hưởng của L trong tải, dòng 
điện trong cuộn thứ cấp và qua đó dòng trong cuộn sơ cấp vẫn giữ
chiều cũ. Dòng trong cuộn sơ cấp chảy qua VR1 và qua nửa trái của 
cuộn sơ cấp.
Nhịp VR1 kết thúc khi dòng iVR1 tăng lên giá trị 0
5.3.4 Nghịch lưu áp cầu ba pha
ππ ≤Ψ<
3
• S1, S5, S6
1 3
2
ZuZ1 uZ3
uZ2
Ud
uZ1 = uZ3 = Ud/3
uZ2 = -2Ud/3
• S1, S2, S6
1
32
uZ1
uZ3uZ2
Ud
uZ1 = 2Ud/3
uZ2 = uZ3 = -Ud/3
• S1, S2, S3
1 2
3
ZuZ1 uZ2
uZ3
Ud
uZ1 = uZ2 = Ud/3
uZ3 = -2Ud/3
• S2, S3, S4
2
31
uZ2
uZ3uZ1
Ud
uZ2 = 2Ud/3
uZ1 = uZ3 = -Ud/3
• S3, S4, S5
2 3
1
ZuZ2 uZ3
uZ1
Ud
uZ2 = uZ3 = Ud/3
uZ1 = -2Ud/3
• S4, S5, S6
3
21
uZ3
uZ2uZ1
Ud
uZ3 = 2Ud/3
uZ1 = uZ2 = -Ud/3
Ψ= πÆ ΨS + ΨR = Ψ = πΨ Ψ
TẢI
5.3.5 Điều khiển nghịch lưu áp cầu 3 pha
Nguyên tắc thay đổi tần số xung
Nguyên tắc điều biến độ rộng xung - PWM
ĐIỆN ÁP RĂNG CƯA
ĐiỆN ÁP ĐIỀU KHIỂN
• Độ lớn:  Ud
• Tần số:  tần số phát xung vào các bộ khóa
Phát xung
uc Phân phối
xung
Khuyếch đại
xung
• S1, S3, S5
• S2, S4, S6
uZ1 = uZ2 = uZ3 = 0
5.4 Nghịch lưu dòng
5.4.1 Hai chức năng của bộ chuyển mạch
trong nghịch lưu dòng
• Đặt điện áp ngược
 lên thyristor, đóng thyristor.
• Tham gia vào quá trình
chuyển mạch
5.4.2 Nghịch lưu dòng một pha
Giả sử V1, V2 mở, dòng điện qua tải
iZ = Id
Điện áp trên các tụ uC1 < 0, uC2 < 0.
Muốn đóng V1, V2: mở V11, V12.
Dòng iZ = Id chảy qua V11, C1, C2, V12
Æ điện áp trên các tụ đảo chiều.
Trong thời gian điện áp trên các tụ còn <0, V1 và V2 phục hồi khả năng khóa.
Bộ chuyển mạch thực hiện chức năng thứ nhất.
Xung điều khiển được đưa vào V3, V4, cùng với V11 và V12, tuy nhiên chưa mở
do uV3 = uC1 + uZ <0, uV4 = uC2 + uZ < 0.
Đối với tải L: uV3 = uC1, uV4 = uC2
Æ V3, V4 mở khi uC1 = uC2 = 0
Dòng điện chảy qua V11, C1, Z, C2, V12
giảm dần. Dòng điện chảy qua V3, Z, V4
tăng dần.
Bộ chuyển mạch thực hiện chức năng
thứ hai
Quá trình chuyển mạch kết thúc khi
iV3 = iV4 = -iZ = Id
5.4.3 Nghịch lưu dòng 3 pha
• Thyristor chính: V1, V2, , V6
• Tụ chuyển mạch: C13, C35, , C 26, C24
• Diode phân cách: V11, V12, , V16.
0120Ψ = V1
V2
V3
V4
V5
V6
iZ1
iZ2
Id
-Id
iZ3
• Nhịp V1, V2, V11, V12
iZ1 = Id; iZ2 = 0; iZ3 = -Id
uC13 > 0
uV3 = uC13 > 0: V3 đang ở trạng thái khóa
• Nhịp V3, V11, V2, V12
Đưa xung điều khiển mở V3.
uC13 đóng V1.
Dòng Id chảy qua V3, C13, song song với 
C13 là C35 và C15, V11, vào pha 1.
uV13 = uZ12 – uC13 < 0 ... V13 vẫn đóng.
Id sẽ đảo chiều điện áp trên C13.
Bộ chuyển mạch thực hiện chức năng thứ 1
• Nhịp V3, V11, V13, V2, V12
Khi uV13 = uZ12 – uC13 = 0 ... V13 mở ... 
Dòng chảy qua V3 và V13 vào pha 2.
Quá trình chuyển mạch: dòng chảy 
vào pha 1 giảm dần, dòng chảy vào 
pha 2 tăng dần.
Bộ chuyển mạch thực hiện chức năng thứ
2: tham gia vào quá trình chuyển mạch
Quá trình chuyển mạch kết thúc khi dòng 
chảy vào pha 1 giảm về 0 và dòng chảy 
vào pha thứ 2 bằng Id.
Î Chuyển sang nhịp V3, V13, V2, V12
5.4.4 Điều khiển nghịch lưu dòng
Chương 6: Thiết bị biến tần
6.1 Khái niệm chung – Phân loại
Dùng để biến đổi năng lượng điện xoay chiều bằng cách thay đổi tần số
• Phân loại theo số lượng pha
- Một pha
- Ba pha
- m-pha
• Phân loại theo sơ đồ
- Trực tiếp
- Gián tiếp
+ Nguồn áp
+ Nguồn dòng
6.2 Biến tần trực tiếp
Biến đổi trực tiếp điện áp xoay chiều
thành điện áp xoay chiều
có tần số khác
1
2 1 2( 1)
TT T n
p
= + − n: số nửa chu kỳ điện áp đầu vàođể tạo nên nửa chu kỳ điện áp đầu ra
2 1
1 2 2( 1)
f T p
f T p n
= = + − [ ] 1 12 2( 1)
T TT p n q
p p
= + − =
Tần số điện áp đầu ra f2 < 25Hz và không thể điều khiển vô cấp
Î Biến tần trực tiếp ít được sử dụng
[ ] 1 12 2( 1) T TT p n qp p= + − =Đối với biến tần 3 pha:
6.3 Biến tần gián tiếp
6.3.1 Biến tần nguồn áp
CHỈNH LƯU NGHỊCH LƯU ÁP
UdII > 0
Cf, Lf: mạch lọc
Mạch lọc cùng với chỉnh lưu tạo thành
nguồn áp một chiều đầu vào của
nghịch lưu áp
Cf: nhận dòng phản kháng.
Nguyên tắc điều khiển:
• Nguyên tắc điều khiển tần số xung:
f2: tần số xung phát vào nghịch lưu
U2: sử dụng chỉnh lưu có điều khiển, hoặc sử dụng chỉnh lưu không điều khiển
và bộ biến đổi xung áp
• Nguyên tắc PWM – chỉnh lưu chỉ cần là không điều khiển.
• UdI > 0
• IdI > 0
Î PI > 0 Công suất không thể đảo chiều
6.3.2 Biến tần nguồn dòng
CHỈNH LƯU NGHỊCH LƯU DÒNG
Lf: Mạch lọc
Chỉnh lưu và mạch lọc phải có
tính chất nguồn dòng một chiều
Nguyên tắc điều khiển:
f2: tần số xung phát vào nghịch lưu
I2: sử dụng chỉnh lưu có điều khiển.
• Id > 0
• UdI > 0 hoặc < 0
Î Công suất có thể đảo chiều
Chương 7
Bộ khóa xoay chiều
và thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều
7.1 Khái niệm chung – Phân loại
Bộ khóa xoay chiều: đóng, cắt dòng xoay chiều
Thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều: thay đổi giá trị điện áp xoay chiều
• Phân loại theo số lượng pha
- Một pha
- Ba pha
- m-pha
• Phân loại theo sơ đồ
- Cơ bản
- Tiết kiệm
• Phân loại theo phương pháp điều khiển
- Điều khiển hoàn toàn
- Bán điều khiển
7.2 Bộ khóa xoay chiều
7.2.1 Bộ khóa xoay chiều một pha
ĐÓNG
NGẮTθθω sinm
Z
Z Uud
diLRi ==+
θZ: góc bắt đầu
iz(θz) = 0
( )
sin( ) sin( )Z
R
m m L
Z z
U Ui e
Z Z
θ θωθ ϕ θ ϕ− −= − − −
2 2 2 ; arctan LZ R L
R
ωω ϕ= + =
f1(θ) f2(θ)
ĐÓNG
NGẮT
7.2.2 Bộ khóa xoay chiều ba pha
Gồm 3 bộ khóa 1 pha
7.3 Thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều
Tải thuần trở R
7.3.1 Thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều một pha
Tải R, L:
• Khi ϕ < α < π
( )
sin( )
sin( )
m
Z
R
m L
Ui
Z
U e
Z
θ αω
θ ϕ
α ϕ− −
= − −
− −
θZ = α
• Khi 0 < α < ϕ
Không điều khiển được điện áp.
Thiết bị làm việc như bộ khóa xoay chiều
Tải L
• Khi π/2 < α < π
(cos cos )mZ
Ui
L
α θω= −
• Khi 0 < α < π/2
Không điều khiển được điện áp.
Thiết bị làm việc như bộ khóa xoay chiều
ϕ = π/2
7.3.2 Thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều ba pha
Gồm có ba bộ biến đổi điện áp xoay một pha mặc với nhau
CHƯƠNG 8: BẢO VỆ VÀ ĐIỀU KHIỂN
CÁC THIẾT BỊ BIẾN ĐỔI
8.1 Bảo vệ các phần tử điện tử công suất
8.1.1 Công suất tổn thất và làm mát
1 2 1P p p p∆ = ∆ + ∆ ≈ ∆
P∆  Công suất tổn thất
1p∆  Công suất tổn thất chính
2p∆  Công suất tổn thất phụ
2
0 ( )T AV FP U I R I∆ = +
j a th
th jv vr ra
T T R P
R R R R
= + ∆
= + +
Nhiệt độ mặt ghép
Tj  Nhiệt độ mặt ghép
Ta  Nhiệt độ không khí môi trường
Rjv  Điện trở nhiệt giữa mặt ghép và vỏ linh kiện bán dẫn
Rvr  Điện trở nhiệt giữa vỏ và cánh tản nhiệt
Rra  Điện trở nhiệt giữa cánh tản nhiệt và không khí môi trường
Làm mát:
• Cánh tản nhiệt
• Cánh tản nhiệt + quạt gió
• Cánh tản nhiệt + nước
• Ngâm trong dầu biến thế
8.1.2 Bảo vệ dòng điện
Cầu chì:
• CC phải chịu được dòng làm việc định mức của thiết bị
• Nhiệt dung chịu đựng của CC phải nhỏ hơn nhiệt dung của thiết bị cần
bảo vệÆ nhiệt lượng (I2t)CC < (I2t)TB
•Điện áp hồ quang của CC phải tương đối lớn Æ Giảm nhanh dòng điện
và tiêu tán năng lượng trong mạch.
• Khi CC đứt, điện áp phục hồi phải đủ lớn Æ Không làm cho hồ quang cháy
lại giữa hai cực của cầu chì
Lắp đặt: có nhiều cách
• Từng pha của cuộn dây sơ cấp hoặc thứ cấp MBA
• Nối tiếp với từng van
• Nối tiếp với từng nhóm van mắc song song
• Đầu ra của thiết bị biến đổi
8.1.3 Bảo vệ quá áp
Quá áp trong
Sự tích tụ điện tích trong các lớp bán dẫn
(quá trình động của diode và thyristor)
Î Bảo vệ bằng mạch R – C đấu song song với diode hoặc thyristor
Quá áp ngoài
Cắt không tải MBA trên đường dây, CC bảo vệ nhảy, sấm sét, 
Î Bảo vệ bằng mạch R – C mắc giữa các pha thứ cấp của MBA động lực
• R .. 10 – 1000 Ω
• C  0.01 – 1 µF
8. 2 Điều khiển các thiết bị biến đổi
8.2.1 Khuyếch đại thuật toán
2
1
r v
Ru u
R
= −
Khuyếch đại đảo
Mạch so sánh
...
...
cc
r
cc
U u u
u
U u u
− +
+ −
− >⎧= ⎨+ >⎩
Mạch tích phân
1
r vu u dtRC
= − ∫
-
+
R
C
ur v
r
duu RC
dt
= −
Mạch vi phân
8.2.2 Mạch tạo xung chuẩn sử dụng IC 555
1 1 2 2 2
1 2 1 2
0.693 ( ); 0.693
0.693 ( 2 )
t C R R t CR
T t t t C R R
= + =
= = + = +
Mạch lật đơn sử dụng IC 555
1.1T RC=
1
3 cc
V−