LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
GIỚI THIỆU VỀ THYRISTOR
SVTH: Nguyễn Văn Hiền
GVHD: Nguyễn Xuân Khai
Luaän vaên toát ngieäp
PHAÀN B
SVTH Nguyeãn Vaên Hieàn
NOÄI DUNG
Chöông 1 GIÔÙI THIEÄU SÔ LÖÔÏC VEÀ THYRISTOR
I - Caáu taïo – Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa Thyristor
1 - Caáu taïo
Thyristor coøn goïi laø SCR (Sillcon – Controlled – Rectifier) laø loaïi linh
kieän 4 lôùp P – N ñaët xen keõ nhau. Ñeå tieän vieäc phaân tích caùc lôùp baùn daãn
naøy ngöôøi ta ñaët laø P1, N1, P2, N2, giöõa caùc lôùp baùn daãn hình thaønh caùc
chuyeån tieáp laàn löôït töø treân xuoáng döôùi laø J1, J2, J3.
Sô ñoà caáu truùc, kyù hieäu, sô ñoà töông ñöông vaø caáu taïo cuûa thyristor
ñöôïc trình baøy H1
H.I.1a. H.I.1b
H.I.1c
H.I.1d
A : Anoát
K : catoát
G : Cöïc ñieàu khieån
J1, J3 : Maët tieáp giaùp phaùt ñieän tích
J2 : Maët tieáp giaùp trung gian
H.I.1a : Sô ñoà kyù hieäu cuûa SCR
H.I.1b : Sô ñoà caáu truùc boán lôùp cuûa SCR
H.I.1c : Sô ñoà moâ taû caáu taïo cuûa SCR
H.I.1d : Sô ñoà töông ñöông cuûa SCR
2. Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa thyristor:
Coù theå moâ phoûng moät Thyristor baèng hai transistor Q1, Q2 nhö
H.I.1d. Transistor Q1 gheùp kieåu PNP, coøn Q2 kieåu NPN.
Goïi α1, α2 laø heä soá truyeàn ñieän tích cuûa Q1vaø Q2. Khi ñaët ñieän aùp U
leân hai ñaàu A &K cuûa Thyristor, caùc maët tieáp giaùp J1 & J3 chuyeån dòch
thuaän, coøn maët tieáp giaùp J2 chuyeån dòch ngöôïc ( J2 maët tieáp giaùp chung cuûa
Q1 & Q2 ). Do ñoù doøng chaûy qua J2 laø IJ2
GVHD Nguyeãn Xuaân Khai
Trang 1
Luaän vaên toát ngieäp
SVTH Nguyeãn Vaên Hieàn
IJ2 = α1 Ie1 + α2Ie2 + Io.
I0 : Laø doøng ñieän roø qua J2
Nhöng vì Q1 & Q2 gheùp thaønh moät toång theå ta coù:
Ie1 = Ie2 = IJ2 = I.
Do ñoù IJ2 = I = α1 I + α2 I + Io
Suy ra => I = Io / [1-( α1 + α2 )]
(1)
Do J2 chuyeån dòch ngöôïc neân haïn cheá doøng chaûy qua noù, daãn ñeán α1,
α2 cuøng ñieàu coù giaù trò nhoû, I ≈ Io, caû hai transistor ôû traïng thaùi ngaét.
Töø bieåu thöùc (1) ta thaáy raèng doøng ñieän chaûy qua Thyristor phuï thuoäc
vaøo heä soá truyeàn ñieän tích α1 & α2. Moái quan heä giöõa α vaø doøng emiter
ñöôïc trình baøy ôû H.I.2. Nhö vaäy khi α1 + α2 taêng daàn ñeán 1 thì I taêng raát
nhanh. Theo sô ñoà töông ñöông cuûa SCR H.I.1d ta coù theå giaûi thích nhö
sau:
α
- Doøng IC1 chaûy vaøo cöïc B cuûa Q2 laøm cho
Q2 daãn vaø IC2 taêng, töùc IB1 cuõng taêng (IC2 = IB1)
1
khieán Q1 daãn maïnh -> IC1 taêng vaø cöù tieáp dieãn
nhö theá. Hieän töôïng naøy goïi laø hoài tieáp döông
Ie
veà doøng, taïo ñieàu kieän laøm taêng tröôûng nhanh
0
doøng ñieän chaûy qua Thyristor.
H.I.2
- Doøng Ie1 taêng laøm cho α1 taêng
(H.I.2), coøn taêng Ie2 laøm cho α2 taêng.
Cuoái cuøng thöcï hieän ñöôïc ñieàu kieän (α1 + α2) -> 1, caû hai transistor
chuyeån sang traïng thaùi môû, luùc naøy noäi trôû giöõa A vaø K cuûa SCR raát
nhoû.
Vaäy muoán laøm cho Q1, Q2 töø traïng thaùi ngaét chuyeån sang traïng thaùi
baõo hoaø (hay muoán môû Thyristor) chæ caàn laøm taêng IB2. Ñeå laøm ñöôïc vieäc
naøy ngöôøi ta thöôøng cho moät doøng ñieàu khieån Iñk chaûy vaøo cöïc coång cuûa
Thyristor, ñuùng theo chieàu IB2 treân H.I.1d.
GVHD Nguyeãn Xuaân Khai
Trang 2
Luaän vaên toát ngieäp
SVTH Nguyeãn Vaên Hieàn
II. Ñaëc tuyeán Volt - Ampere cuûa Thyristor:
H.I.3
H.I.3 Ñaëc tuyeán Volt - Ampere cuûa Thyristor
Ith max : Giaù trò cöïc ñaïi doøng thuaän
Uth
: Ñieän aùp thuaän
Ung
: Ñieän aùp ngöôïc
Udt
: Ñieän aùp ñaùnh thuûng
Ing
: Doøng ngöôïc.
Io
: Doøng roø qua Thyristor
Idt
: Doøng duy trì.
Δu: Ñieän aùp rôi treân Thyristor
Ñeå giaûi thích ñöôïc yù nghóa vaät lyù cuûa ñöôøng ñaëc tuyeán Volt - Ampere
Thyristor, ngöôøi ta chia ra laøm boán ñoaïn ñaùnh soá la maõ nhö H.I. 3b
- Ñoaïn ( I) öùng vôùi traïng thaùi ngaét cuûa Thyristor. Trong ñoaïn naøy (α1
+ α2 ) < 1, coù doøng roø qua Thyristor I ≈ Io, vieäc taêng giaù trò U ít coù aûnh
höôûng ñeán giaù trò doøng I. Khi U taêng ñeán giaù trò Uch (ñieän aùp chuyeån maïch)
thì baét daàu quaù trình taêng tröôûng nhanh choùng cuûa doøng ñieän,Thyristor
chuyeån sang trang thaùi môû.
-Ñoaïn (II) öùng vôùi giai ñoaïn chuyeån dòch thuaän cuûa maët tieáp giaùp J2
(Q1, Q2 chuyeån sang traïng thaùi baõo hoaø). ÔÛ giai ñoaïn naøy, moãi moät löôïng
taêng nhoû doøng ñieän öùng vôùi moät löôïng giaûm lôùn cuûa ñieän aùp. Ñoaïn naøy
ñöôïc goïi laø ñoaïn ñieän trôû aâm.
-Ñoaïn (III) öùng vôùi traïng thaùi môû cuûa Thyristor. Trong ñoaïn naøy caû 3
maët tieáp giaùp J1, J2, J3 ñieàu ñaõ chuyeån dòch thuaän, moät giaù trò ñieän aùp nhoû
GVHD Nguyeãn Xuaân Khai
Trang 3
Luaän vaên toát ngieäp
SVTH Nguyeãn Vaên Hieàn
coù theå taïo ra moät doøng ñieän lôùn. Luùc naøy doøng ñieän thuaän chæ coøn bò haïn
cheá bôûi ñieän trôû maïch ngoaøi, ñieän aùp rôi treân Thyristor raát nhoû. Thyristor
ñöôïc giöõ ôû traïng thaùi môû chöøng naøo doøng Ith coøn lôùn hôn doøng duy trì Idt.
- Ñoaïn (IV) öùng vôùi traïng thaùi cuûa Thyristor khi ta ñaët moät ñieän aùp
ngöôïc leân noù (cöïc döông leân catoát, cöïc aâm leân Anod). Luùc naøy J1, J3
chuyeån dòch ngöôïc, coøn J2 chuyeån dòch thuaän, vì khaû naêng khoaù cuûa J3 raát
yeáu neân nhaùnh ngöôïc cuûa ñaëc tính Volt-Ampere chuû yeáu ñöôïc quyeát ñònh
baèng khaû naêng khoaù cuûa maët tieáp giaùp J1, do ñoù coù daïng nhaùmh ngöôïc cuûa
ñaëc tính diod thöôøng. Doøng ñieän Ing coù giaù trò raát nhoû Ing ≈ Io. Khi taêng Ung
ñeán giaù trò Uñt (ñieän aùp ñaùnh thuûng) thì J1 bò choïc thuûng vaø Thyristor bò phaù
hoûng. Vì vaäy ñeå traùnh hö hoûng cho Thyristor ta khoâng neân ñaët ñieän aùp
ngöôïc coù giaù trò gaàn baèng Uñt leân Thyristor.
Neáu cho nhöõng giaù trò khaùc nhau cuûa doøng ñieàu khieån Iñk thì seõ nhaän
ñöôïc moät hoï ñöôøng ñaëc tính Volt-Ampere cuûa Thyristor (H.I.4). Ñoaïn (I)
cuûa ñöôøng ñaëc tính Volt-Ampere seõ bò ruùt ngaén laïi vaø ñieän aùp Uch cuõng nhoû
ñi neáu taêng daàn giaù trò Uñk. Khi doøng ñieàu khieån töông ñoái lôùn Iñk3 (H.I.4)
thì ñöôøng ñaëc tính ñöôïc naén gaàn nhö thaúng gioáng nhö nhaùnh thuaän cuûa ñaëc
tính Diod, coù theå noùi vôùi giaù trò cuûa Iñk nhö theá (α1 + α2) vaø maët tieáp giaùp J2
chuyeån dòch thuaän nhanh choùng.
H.I.4
GVHD Nguyeãn Xuaân Khai
Trang 4
Luaän vaên toát ngieäp
SVTH Nguyeãn Vaên Hieàn
III. Caùc thoâng soá chuû yeáu cuûa Thyristor.
1. Ñieän aùp thuaän cöïc ñaïi (Uth.max):
Laø giaù trò ñieän aùp lôùn nhaát coù theå ñaët leân Thyristor theo chieàu thuaän
maø Thyristor vaãn ôû traïng thaùi môû. Neáu vöôït quaù giaù trò naøy coù theå laøm
hoûng Thyristor.
2. Ñieän aùp ngöôïc cöïc ñaïi (Ung max):
Laø ñieän aùp lôùn nhaát coù theå daët leân Thyristor theo chieàu ngöôïc maø
Thyristor vaãn khoâng hoûng. Döôùi taùc ñoäng cuûa ñieän aùp naøy, doøng ñieän
ngöôïc coù giaù trò Ing = (10 - 20)mmA. Khi ñieän aùp ngöôïc ñaët leân Thyristor
löu yù phaûi giaûm doøng ñieàu khieån (H. I. 5)
Ung
Ung.max
(10-20)mA
Iñk=0
Iñk1=100mA
Iñk2=1A Ing
Iñk < Iñk1 < Iñk2
H.I.5
3. Ñieän aùp ñònh möùc (Uñm):
laø giaù trò ñieän aùp cho pheùp ñaëc leân treân Thyristor theo chieàu thuaän
vaø ngöôïc. Thoâng thöôøng U ñm = 2/3 Uth max
4. Ñieän aùp rôi treân Thyristor:
Laø giaù trò ñieän aùp treân Thyristor khi Thyristor ñang ôû traïng thaùi môû.
5. Ñieän aùp chuyeån traïng thaùi (Uch):
ÔÛ giaù trò ñieän aùp naøy, khoâng caàn coù Iñk, Thyristor cuõng chuyeån sang
traïng thaùi môû.
6. Doøng ñieän ñònh möùc (Iñm):
Laø doøng ñieän coù giaù trò trung bình lôùn nhaát ñöôïc pheùp chaûy qua
Thyristor.
7. Ñieän aùp vaø doøng ñieän ñieàu khieån (Uñkmin, Iñkmin):
Laø giaù trò nhoû nhaát cuûa ñieän aùp ñieàu khieån ñaët vaøo G - K vaø doøng ñieän
ñieàu khieån ñaûm baûo môû ñöôïc Thyristor.
GVHD Nguyeãn Xuaân Khai
Trang 5
Luaän vaên toát ngieäp
SVTH Nguyeãn Vaên Hieàn
8. Thôøi gian môû Thyristor (Ton):
Laø khoaûng thôøi gian tính töø söôøn tröôùc xung ñieàu khieån ñeán thôøi ñieåm
doøng ñieän taêng ñeán 0,9 Iñm.
9. Thôøi gian khoaù Thyristor (Toff ):
Laø khoaûng thôøi gian tính töø thôøi ñieåm I = 0 ñeán thôøi ñieåm laïi xuaát hieän
ñieän aùp thuaän treân Anod maø Thyristor khoâng chuyeån sang traïng thaùi môû.
10. Toác ñoä taêng ñieän aùp thuaän cho pheùp (du/ dt):
Laø giaù trò lôùn nhaát cuûa toác ñoä taêng aùp treân Anod maø Thyristor khoâng
chuyeån töø traïng thaùi khoaù sang traïng thaùi môû.
11. Toác ñoä taêng doøng thuaän cho pheùp (di/ dt):
laø iaù trò lôùn nhaát cuûa toác ñoä taêng doøng trong quaù trình môû Thyristor.
IV. Môû Thyristor:
+ Caùc bieän phaùp môû Thyristor:
a) Nhieät ñoä:
Neáu nhieät ñoä Thyristor taêng cao, soá löôïng ñieän töû töï do seõ taêng leân,
daãn ñeán doøng ñieän roø Io taêng leân. Söï taêng doøng naøy laøm cho heä soá truyeàn
ñieän tích α1, α2 taêng vaø Thyristor ñöôïc môû. Môû Thyristor baèng phöông
phaùp naøy khoâng ñieàu khieån ñöôïc söï chaïy hoãn loaïn cuûa doøng nhieät neân
thöôøng ñöôïc loaïi boû.
b ) Ñieän theá cao:
Neáu phaân cöïc Thyristor baèng moät ñieän theá lôùn hôn ñieän aùp ñaùnh
thuûng Uñt thì Thyristor môû. Tuy nhieân phöông phaùp naøy seõ laøm cho
Thyristor bò hoûng neân khoâng ñöôïc aùp duïng.
c ) Toác ñoä taêng ñieän aùp (du/dt):
Neáu toác ñoä taêng ñieän aùp thuaän ñaët leân Anod vaø Catot thì doøng ñieän
tích cuûa tuï ñieän tieáp giaùp coù khaû naêng môû Thyristor. Tuy nhieân doøng ñieän
tích lôùn naøy coù theå phaù hoûng Thyristor vaø caùc thieát bò baûo veä. Thoâng
thöôøng toác ñoä taêng ñieän aùp du/dt thì do nhaø saûn xuaát qui ñònh.
d) Doøng ñieàu khieån cöïc G
Khi Thyristor ñaõ phaân cöïc thuaän ta ñöa doøng ñieàu khieån döông ñaët
vaøo hai cöïc G & K thì Thyristor daãn, doøng IG caøng taêng thì Uñt caøng giaûm.
GVHD Nguyeãn Xuaân Khai
Trang 6
Luaän vaên toát ngieäp
SVTH Nguyeãn Vaên Hieàn
V.
Khoaù Thyristor:
Khoaù Thyristor töùc laø traû noù veà traïng thaùi ban ñaàu tröôùc khi môû vôùi
ñaày ñuû caùc tính chaát coù theå ñieàu khieån ñöôïc noù. Coù hai phuông phaùp khoaù
Thyristor :
- Giaûm doøng ñieän thuaän hoaëc caét nguoàn cung caáp.
- Ñaët ñieän aùp ngöôïc leân Thyristor.
A
+ Quaù trình khoaù Thyristor:
Khi ñaët ñieän aùp ngöôïc leân Thyristor (H.I.7a ) tieáp giaùp J1, J3 chuyeån
dòch ngöôïc, coøn J2 chuyeån dòch thuaän. Do taùc duïng cuûa ñieän tröôøng ngoaøi,
caùc loã troáng trong lôùp P2 chaïy qua J3 veà Catot vaø trong lôùp N1 loå troáng chaïy
qua J1 veà Anod taïo neân doøng ñieän ngöôïc chaïy qua taûi, giai ñoaïn naøy töø to t1 ( H.I.7b ). Khi caùc loã troáng bò tieâu taùn heát thì J1 & J3 (chuû yeáu J1) ngaên
caûn khoâng cho ñieän tích tieáp tuïc chaûy qua, doøng ngöôïc baét ñaàu giaûm
xuoáng, töø t1 - t2 goïi laø thôøi gian khoaù Thyristor.
Thôøi gian khoaù naøy thöôøng daøi gaáp 8 - 10 laàn thôøi gian môû.
J 2 P2 J 3 N2
Ith
P1J1 N1
Ip
_
U
H.I.7a
In
+
R
GVHD Nguyeãn Xuaân Khai
K
tm
t1
t0
H.I.7b
t2 t
Trang 7
Luaän vaên toát ngieäp
SVTH Nguyeãn Vaên Hieàn
VI. Moät soá sô ñoà cô baûn cuûa Thyristor:
1. Sô ñoà chuû yeáu duøng Thyristor trong maïch moät chieàu.
Sau khi ñaõ hieåu bieát caùc ñaëc tính cô baûn cuûa Thyristor ta nghieân cöuù
moät soá sô ñoà chuû yeáu ñeå kieåm chöùng laïi caùc ñaëc tính ñoù veà phöông dieän
thöïc haønh.
H.I.9
H. I.9 giôùi thieäu moät coâng taéc tô moät chieàu ñôn giaûn duøng ñeå ñieàu
khieån boùng ñeøn 12 Volt,100mmA. Neáu caàn thieát ta coù theå thay taûi khaùc
vaøo vò trí cuûa boùng ñeøn, nhöng trong tröôøng hôïp taûi caûm khaùng thì caàn phaûi
noái song song moät Diod D1 ñeå traùnh cho maïch khoûi söï coá do söùc ñieän ñoäng
caûm öùng gaây ra. Khi ñoùng hoaëc caét maïch Thyristor duøng trong maïch naøy
coù theå chòu ñöôïc doøng ñieän Anod ñeán 2A vaø coù theå ñöôïc ñoùng (thoâng
maïch) bôûi doøng ñieän ñieàu khieån beù côõ vaøi traêm miliAmpere. Doøng ñieän
ñieàu khieån ñöôïc caáp qua ñieän trôû baûo veä R1 vaø nuùt aán S1. Ñieän trôû R2 ñöôïc
noái giöõa cöïc khieån vaø Catot duøng ñeå naâng cao ñoä oån ñònh cuûa maïch ñieän.
Khi nhaán S1 thì maïch seõ ñoùng ñieän, moät khi Thyristor ñaõ môû thì duø
cho nuùt S1 hôû maïch thì noù vaãn duy trì traïng thaùi môû ñoù. Muoán cho Thyristor
ngöng daãn ta nhanh choùng ñöa doøng ñieän Anod trôû veà khoâng baèng caùch
nhaán nuùt S2.
GVHD Nguyeãn Xuaân Khai
Trang 8
Luaän vaên toát ngieäp
SVTH Nguyeãn Vaên Hieàn
H.I.10 giôùi thieäu moät phöông phaùp ngaét Thyristor. Thöïc vaäy, khi T
ñang ôû trang thaùi môû, tuï C1 ñöôïc naïp töø nguoàn qua ñieän trôû R3. Khi ta aán S2
laïi, baûn cöïc döông cuûa tuï noái mass vaø aùp treân tuï laøm cho Anod cuûa T trôû
thaønh aâm, ñieàu naøy gaây ñaûo ngöôïc phaân cöïc treân T vaø laøm cho noù ngaét. Tuï
C1 phoùng raát nhanh nhöng ñuû ñeå giöõ cho anod aâm trong vaøi phaàn trieäu
giaây, vaø do ñoù ñaûm baûo cho T ngöng daãn. Caàn chuù yù raèng neáu S2 vaãn giöõ
traïng thaùi ñoùng sau khi doøng taûi ñaõ ñöôïc ngaét, thì tuï seõ ñöôïc naïp ngöôïc
thoâng qua taûi, do ñoù caàn choïn tuï khoâng phaân cöïc nhö tuï Mylar hoaëc tuï
Polyester.
H.I.11
Moät phöông phaùp khaùc khoaù T baèng tuï nhö H.I.11. ÔÛ ñaây, ngöôøi ta
duøng T2 phuï ñeå thay theá cho nuùt aán trong H.I.10. Thyristor T1 ñöôïc ngaét
baèng caùch môû T2 trong khoaûng thôøi gian raát ngaén nhôø moät xung ñieän ñieàu
khieån raát nhoû chaûy qua nuùt aán S2 vì doøng Anod cuûa noù ñöôïc caáp qua R3 coù
giaù trò nhoû hôn doøng duy trì.
H.I.12 giôùi thieäu moät sô ñoà Thyristor noái theo maïch dao ñoäng duøng ñeå
ñieàu khieån hai boùng ñeøn rieâng bieät LP1 & LP2. Giaû söû T1 môû trong khi T2
ngaét tuï C1 (loaïi khoâng coù cöïc tính) ñöôïc naïp vôùi cöïc tính döông phía LP2.
Khi aán S2, maïch seõ chuyeån traïng thaùi, T2 môû do taùc duïng cuûa cöïc ñieàu
khieån vaø T1 seõ bò chính T2 khoaù laïi döôùi taùc duïng cuûa tuï C1. Ñoàng thôøi tuï
naøy ñöôïc naïp theo chieàu ngöôïc laïi. Khi tuï ñöôïc naïp ñaày, traïng thaùi cuûa
GVHD Nguyeãn Xuaân Khai
Trang 9
Luaän vaên toát ngieäp
SVTH Nguyeãn Vaên Hieàn
maïch coù theå thay ñoåi neáu ta aán nuùt S1. khi ñoù T2 ngaét nhôø tuï C1. Traïng thaùi
dao ñoâäng naøy coù theå laëp ñi laëp laïi maõi.
H.I.12
Caùc maïch H.I.9,H.I.10, H.I.11,H.I.12 ñeàu duøng cho taûi coá ñònh ñôn
giaûn thuoäc loaïi maïch töï duy trì .
H.I.13a
H.I.13b
H.I.13 giôùi thieäu moät heä thoáng baùo ñoäng ñôn giaûn duøng ñieän moät
chieàu, vôùi loaïi taûi khoâng lieân tuïc nhö chuoâng ñieän, boä rung hoaëc coøi. Khi
ñoùng nguoàn, moät doøng ñieän seõ chaûy qua cuoän daây phaàn öùng boá trí trong
maïch coù hai tieáp ñieåm, doøng ñieän ñoù caûm öùng ra töø tröôøng trong cuoän daây
neân laøm cho caùc tieáp ñieåm môû ra. Khi tieáp ñieåm môû doøng ñieän bò ngaét vaø
töø tröôøng cuõng bò maát theo. Keát quaû laø caùc tieáp ñieåm laïi ñoùng laïi doøng ñieän
chaûy qua cuoän daây, hieän töôïng nhö treân cöù theá laëp ñi laëp laïi.
Moät taûi nhö vaäy ñöôïc xem nhö moät coâng taét tô ñoùng môû theo chu kyø
vôùi toác ñoä raát nhanh. Khi taûi treân ñöôïc noái vaøo maïch H.I.13a tín hieäu baùo
ñoäng chæ ñöôïc phaùt ra neáu S1 ñoùng. Do taûi coù ñieän caûm neân khi söû duïng vôùi
maïch Thyristor ta caàn noái song song vôùi moät diod D1 caûn dòu.
GVHD Nguyeãn Xuaân Khai
Trang 10
Luaän vaên toát ngieäp
SVTH Nguyeãn Vaên Hieàn
Khi caàn thieát ta coù theå laép sô ñoà treân theo kieåu maïch duy trì baèng
caùch noái song song vôùi duïng cuï caûnh baùo moät ñieän trôû R3 = 470 ( H.I.13b ).
Trong tröôøng hôïp naøy, khi heä thoáng baùo ñoäng töï ngaét do rung doøng Anod
cuûa Thyristor khoâng bò trieät tieâu, maø chæ giaûm ñeán moät giaù trò qui ñònh bôûi
ñieän trôû R3 vaø söùc ñieän ñoäng cuûa nguoàn. Neáu giaù trò naøy lôùn hôn doøng duy
trì cuûa Thyristor thì T seõ töï duy trì. Nhaân ñieàu kieän ñoù doøng Anod seõ khoâng
giaûm veà khoâng khi tín hieäu baùo ñoäng chuyeån vaøo khoaûng khe hôû doøng ñieän
giöõa hai laàn rung, vaø do ñoù T seõ bò ngaét.
Maïch tín hieäu baùo ñoäng H.I.13 ñöôïc duøng nhieàu trong caùc duïng cuï coù
ñieän aùp thaáp (3 ñeán 12 volt) nhö chuoâng ñieän, boä rung coøi. Ñoù laø nhöõng
duïng cuï ñieän tieâu thuï doøng döôùi 2A. Boä nguoàn phaûi ñaûm baûo caáp ñuû moät
ñieän aùp treân 1.5V so vôùi ñieän aùp caàn thieát ñeå duïng cuï caûnh baùo hoaït ñoäng
bình thöôøng. Phaàn ñieän aùp duøng ñeå buø vaøo ñieän aùp baõo hoaø cuûa Thyristor
khi ñaõ thoâng.
2. Sô ñoà cô baûn duøng Thyristor trong maïch xoay chieàu:
H.I.14
H.I.14 trình baøy moät maïch ñieän töông ñöông nhö duøng khoaù ñoùng
caét theo nöûa chu kyø ñeå ñieàu khieån boùng ñeøn 100W noái vôi nguoàn ñieän
xoay chieàu 120V hoaëc 240V. Khi khoaù S1 môû cöïc ñieàu khieån cuûa Thyristor
T ngaét vaø ñeøn taét. Ngöôïc laïi, neáu S1 ñoùng ôû thôøi ñieåm khôûi ñaàu cuûa moãi
nöõa chu kyø döông T ñang ngaét, do ñoù toaøn boä ñieän aùp ñaët leân cöïc ñieàu
khieån qua ñeøn, Diod D1 & R1, khi ñieän aùp ñuû ñeå moài thoâng T thì ñeøn saùng
leân. Keå töø luùc T môû, ñieän aùp treân noù giaûm xuoáng giaù trò xaáp xæ khoâng, do
ñoù doøng ñieàu khieån khoâng coøn nöõa. Luùc naøy doøng Anod coù giaù trò ñuû lôùn
neân T thöïc teá ñöôïc duy trì ôû traïng thaùi môû trong suoát nöõa chu kyø döông. Noù
seõ töï ñoäng ngaét vaøo cuoái nöõa chu kyø naøy khi giaù trò doøng Anod giaûm xuoáng
khoâng.
GVHD Nguyeãn Xuaân Khai
Trang 11
Luaän vaên toát ngieäp
SVTH Nguyeãn Vaên Hieàn
Quaù trình neâu treân seõ ñöôïc laëp ñi laëp laïi theo caùc nöõa chu kyø neáu ta
giöõ S1 ôû traïng thaùi ñoùng. Khi môû S1,T seõ ngaét vaø ñeøn taét, vì nhö ñaõ trình
baøy,T khoaù vaøo moãi chu kyø döông.
Diod D1 trong maïch naøy coù taùc duïng ngaên khoâng cho ñieän aùp aâm ñaët
leân cöïc khieån. Ñieän trôû R1 coù giaù trò ñuû nhoû ñeå cho pheùp moài thoâng T vaøo
ñaàu nöõa chu kyø döông, nhöng noù cuõng phaûi coù giaù trò ñuû lôùn ñeå haïn cheá
doøng ñieän ñænh nhoïn trong cöïc ñieàu khieån ôû moät giaù trò thích öùng. Khi ta
ñoùng S1 vaøo thôøi ñieåm coù ñieän aùp cöïc ñaïi treân ñöôøng daây, caàn chuù yù raèng
ñænh nhoïn cuûa aùp vaø doøng chæ ñaët leân ñieän trôû R1 trong vaøi phaàn trieäu giaây
ñeå moài thoâng T, neân coâng suaát tieâu taùn treân R1 raát beù.
H.I.15
Coù nhieàu caùch duøng Thyristor ñeå ñieàu khieån caû hai nöõa chu kyø trong
maïch xoay chieàu. Trong H.I.15 vaø H.I.16 ñieän aùp xoay chieàu ñöôïc bieán ñoåi
thaønh ñieän aùp chænh löu ( khoâng loïc ) nhôø caàu boán Diod D1, D2, D3, D4.
Ñieän aùp chænh löu ñoù ñöôïc ñaët leân Thyristor T. Khi khoaù S1 môû, T ngaét neân
khoâng coù doøng ñieän chaïy qua caàu vaø taûi. Khi S1 ñoùng, T ñöôïc noái thoâng
ngay töø ñaàu moãi nöûa chu kyø, neân toaøn boä coâng suaát ñöôïc ñaët leân taûi. Trong
khi T daãn, cöïc ñieàu khieån maát taùc duïng moät caùch töï ñoäng, nhöng T vaãn giöõ
ôû traïng thaùi môû trong suoát caû nöaõ chu kyø nhö giaûi thích treân. T seõ töï ñoäng
ngaét vaøo cuoái moãi nöûa chu kyø khi doøng Anod giaûm xuoáng khoâng, do ñoù sô
ñoà naøy duøng ñeå caáp ñieän cho taûi moät chieàu. ÔÛ phía xoay chieàu cuûa caàu
chænh löu ngöôøi ta ñaët caàu chì baûo veä khi coù söï coá.
H.I.16
GVHD Nguyeãn Xuaân Khai
Trang 12
Luaän vaên toát ngieäp
SVTH Nguyeãn Vaên Hieàn
Trong H.I.16 taûi ñöôïc noái ôû phía xoay chieàu cuûa caàu, do ñoù maïch naøy
ñöôïc duøng ñeå ñieàu khieån taûi xoay chieàu. Tröôøng hôïp naøy khoâng caàn caàu
chì baûo veä, vì chính taûi ñaõ coù taùc duïng haïn cheá doøng ñieän giaù trò cho pheùp
khi coù söï coá trong caùc phaàn töû.
Cuoái cuøng H.I.17 maéc hai Thyristor T1 & T2 song song ngöôïc nhau ñeå
taïo ra moät soùng hoaøn chænh caáp cho taûi. Khi S1 môû, cöïc khieån cuûa T1 & T2
khoâng ñöôïc caáp ñieän, taûi khoâng tieâu thuï naêng löôïng. Khi S1 ñöôïc ñoùng, cöïc
khieån T1 ñöôïc caáp ñieän trong caùc nöõa chu kyø döông thoâng qua diod D2,
ñieän trôû R2 vaø T1 môû. Ngöôïc laïi trong caùc nöõa chu kyø aâm, T2 ñöôïc môû
thoâng qua D1 vaø R2. Nhö vaäy ta thöïc hieän ñöôïc ñieàu khieån toaøn soùng.
H.I.17
GVHD Nguyeãn Xuaân Khai
Trang 13
Luaän vaên toát ngieäp
ChöôngII
SVTH Nguyeãn Vaên Hieàn
CHÆNH LÖU COÙ ÑIEÀU KHIEÅN DUØNG THYRISTOR
Thyristor thöôøng ñöôïc duøng ñeå ñieàu khieån caùc thieát bò duøng ñieän
moät chieàu nhö caùc ñoäng cô ñieän moät chieàu, loø ñieän, caùc maùy haøn ñieän vaø
ñeøn chieáu saùng vôùi hieäu suaát cao. Ñeå môû ñöôïc Thyristor caàn phaûi thoûa maõn
hai ñieàu kieän:
- UAK > 0 vaø coù tín hieäu döông UGK
- Coù doøng IG taùc ñoäng vaøo cöïc ñieàu khieån G cuûa Thyristor
Do ñoù Thyristor thöôøng môû chaäm hôn Diod moät goùc töông öùng α.
Goùc α naøy laø goùc môû chaäm (goùc kích) cuûa Thyristor.
Tacoù α = ωτ
ω : Taàn soá goùc doøng ñieän xoay chieàu.
τ : Thôøi gian tính töø thôøi ñieåm môû Diod töông öùng (UAK baét ñaàu
döông) ñeán thôøi ñieåm môû Thyristor (coù tín hieäu ñieàu khieån IG)
Trong caùc maïch chænh löu duøng Thyristor, caùc Thyristor ñöôïc cung caáp
töø nguoàn ñieän xoay chieàu moät pha hoaëc ba pha. Ñieàu naøy coù nghóa laø
Thyristor seõ khoaù laïi khi doøng ñieän qua noù ñi qua trò soá khoâng, hoaëc noù bò
phaân cöïc ngòch moät caùch töï nhieân theo qui luaät cuûa nguoàn ñieän xoay chieàu
vaø tính chaát chaát cuûa phuï taûi.
I. Caùc cheá ñoä cung caáp ñieän cho moät phuï taûi qua maïch chænh löu
duøng Thyristor:
1. Cheá ñoä cung caáp giaùn ñoaïn: Cheá ñoä naøy doøng cung caáp cho phuï
taûi khoâng lieân tuïc.
Ñeå minh hoaï cho cheá ñoä naøy ta xeùt maïch chænh löu moät pha moät
nöûa chu kyø, coù sô ñoà nguyeân lyù (H.II.1a) vaø ñoà thò ñieän aùp (H.II.1b).
H.II.1a
H.II.1b
Sô ñoà H.II.1a, Thyristorñöôïc ñieàu khieån baèng caùc xung doøng ñieän IG
xuaát hieän chaäm sau ñieän aùp U moät goùc α naøo ñoù nhö H.II.1b
GVHD Nguyeãn Xuaân Khai
Trang 14
Luaän vaên toát ngieäp
SVTH Nguyeãn Vaên Hieàn
Khi coù tín hieäu IG,Thyristor seõ môû, neân goùc α ñöôïc goïi laø goùc môû
chaäm cuûa Thyristor. Khi Thyristor aùp treân hai ñaàu phuï taûi laø:
Ud = U = Um sinωt
Doøng I qua phuï taûi ñöôïc xaùc ñònh bôûi phöông trình:
L(di/dt) + Rid = U = Um sinωt
Nghieäm phöông trình:
Um
* Sin ω t − ϕ +
id =
Z
Vôùi : Z =
R + (ω L )
ωL
2
ϕ = arctg
A
e
R
ωt
ωL
2
R
A : laø haèng soá tích phaân ñöôïc xaùc ñònh töø ñieàu kieän ban ñaàu. Döïa vaøo
bieåu thöùc id ta coù ñöôøng cong id giaûm ñeán khoâng vaø Thyristor töï ñoäng taét.
Do ñoù goùc λ goïi laø goùc taét cuûa Thyristor, Thyristor tieáp tuïc ngaét cho ñeán
thôøi ñieåm xuaát hieän xung IG tieáp theo ôû chu kyø sau cuûa ñieän aùp U.
Nhö vaäy trong moãi chu kyø cuûa U doøng ñieän qua phuï taûi id chæ toàn taïi
trong khoaûng töø α ñeán λ, coøn töø λ ñeán 2π doøng id = 0, toùm laïi doøng qua phuï
taûi laø doøng giaùn ñoaïn.
2. Cheá ñoä cung caáp lieân tuïc
ÔÛ cheá ñoä naøy doøng ñieän qua phuï taûi laø moät doøng ñieän lieân tuïc (luoân
luoân lôùn hôn khoâng). Ñeå minh hoaï cheá ñoä naøy ta xeùt maïch chænh löu moät
pha hai nöûa chu kyø. Sô ñoà nguyeân lyù H.II.2a vaø ñoà thò ñieän aùp, doøng ñieän
.II.2b nhö sau:
H.II.2a
H.II.2b
Trong sô ñoà H.II.2a caùc Thyristor T1 & T2 ñöôïc ñieàu khieån baèng caùc
xung doøng ñieän IG1 vaø IG2, ôû moãi chu kyø xung ñieàu khieån IG1 ñöôïc cho treân
cöïc ñieàu khieån cuûa T1 chaäm sau ñieän aùp u1 moät goùc α, coøn IG2 ñöôïc cho
treân cöïc ñieàu khieån T2 chaäm sau IG1 moät goùc π nhö H.II.2b
Taïi goùc α coù IG1 vaø U1 > 0 neân T1 môû vaø giaù trò doøng ñieän taûi
trung bình laø:
GVHD Nguyeãn Xuaân Khai
Trang 15
Luaän vaên toát ngieäp
id =
i
T1
=
SVTH Nguyeãn Vaên Hieàn
R ωt
Um
Sin (ω t − ϕ ) A e ω t
Z
vaø coù daïng ñöôøng cong IT1 ôû H.II.2b
- Taïi goùc α + π, coù iG2 vaø U2 > 0 neân T2 môû, khi T2 môû Uk = UA
2 = U2. Ñieän aùp treân T1 luùc ñoù laø UA1k = UA 1 - Uk = U1 - U2 < 0
neân T1 khoaù laïi. Nhö vaäy khi T1 daãn thì T2 khoaù hay ngöôïc laïi khi T2
môû thì id =iT2 vaø coù daïng gioáng iT1 ôû nöõa chu kyø tröôùc. Baây giôø ta haõy
xem ñieàu kieän naøo thì doøng id qua phuï taûi laø lieân tuïc, ta thaáy ñeå id
lieân tuïc thì ngay tröôùc khi môû T2, doøng id = iT1 chöa giaûm ñeán 0. Noùi
caùch khaùc doøng Id ôû goùc α vaø α + π lôùn hôn khoâng. Ta coù:
id α
id α
R
Um
−
α
=
Sin (ω t − ϕ ) + A e ω L
Z
+π
=
u
m
Z
R
Sin (α + π − ϕ ) + A e ω t
(α + π )
R
Um
−ωR⊥α
− π
=−
Sin(α −ϕ) + Ae *e ϖ⊥
Z
Vì idα = id(α + π ) =ido , neân:
Rα
Um
Um
Sin (α − ϕ ) + A
Sin (α − ϕ ) + A e ωt = −
Z
Z
e
− ωRt ( α + π )
Töø ñaây ruùt ra:
A*e
−
R
ωL
R
2Um
π
=−
Sin (α − ϕ ) /(1 − e ωL )
Z
Ta coù:
2Um
Um
Sin (α − ϕ ) /( 1 −
ido =
Sin (α − ϕ ) −
Z
Z
Um
2
=
Sin (α − ϕ )[1 −
]
R
−
π
Z
1 − Lω
R
e
ωL
π
)
e
−
=
R
π
ωL
1+ e
Um
)]
Sin (α − ϕ )[ − (
R
−
π
Z
1 − e Lω
GVHD Nguyeãn Xuaân Khai
Trang 16
Luaän vaên toát ngieäp
Vì : (
1+
e
1− e
R
−
π
Lω
−
R
π
Lω
SVTH Nguyeãn Vaên Hieàn
> 0
Neân ñeå ido > 0 caàn coùù:
Um
Z
Sin ( α − ϕ ) < 0
suy ra ñieàu kieän ñeå id lieân tuïc ( ido > 0) laø Sin(α- ϕ) < 0 hoaëc α<ϕ
trong ñoù ϕ = arctg ωL/R.
Nhö vaäy ñieàu kieän ñeå chænh löu moät pha hai nöûa chu kyø laøm vieäc ôû
cheá ñoä cung caáp lieân tuïc laø goùc môû chaäm Thyristor α < ϕ.
II.
Sô ñoà chænh löu caàu moät pha duøng Thyristor:
1. Chænh löu caàu moät pha duøng Thyristor vôùi phuï taûi laø thuaàn
trôû:
Sô ñoà nguyeân lyù H.II. 3a vaø ñoà thò doøng aùp H.II. 3b
a) Söï hoaït ñoäng cuûa maïch vaø söï bieán thieân ñieän aùp vaø doøng
ñieän chænh löu:
Trong maïch H.II.3a duøng 4 Thyristor T1, T'1, T2, T2' caùc Thyristor ñöôïc
ñieàu khieån baèng caùc xung doøng ñieän töông öùng IG1, IG1' IG2, IG2'.
Maïch chænh löu ñöôïc cung caáp töø moät nguoàn ñieän xoay chieàu qua maùy
bieán aùp vôùi ñieän aùp thöù caáp: U 2 =U2m sin ωt
H.II.3a
H.II.3b
Caùc xung ñieàu khieån IG1, IG1',IG2, IG2' coù cuøng chu kyø vôùi U2 nhöng
xuaát hieän khoâng ñoàng thôøi vôùi U2, caùc xung IG1, IG2 'xuaát hieän sau U2 moät
goùc laø α
Coøn caùc xung IG2, IG1' xuaát hieän sau U2 moät goùc π + α (H.II.3b).
Trong nöûa chu kyø ñaàu: U2 (0 <=ωt < π ), U2 döông, caùc Thyristor T1,
T2' ñöôïc phaân cöïc thuaän. Do ñoù ωt = α (coù IG1 vaø IG'2) caùc Thyristor T1 vaø
T'2 môû. Luùc ñoù doøng ñieän ñi töø ñieåm A qua T1 ñeán M qua phuï taûi R ñeán N
qua T'2 veà B.
GVHD Nguyeãn Xuaân Khai
Trang 17
Luaän vaên toát ngieäp
SVTH Nguyeãn Vaên Hieàn
Caùc Thyristor naøy môû cho ñeán luùc ωt = π, taïi ωt = π thì U 2 = 0. Doøng
ñieän Thyristor cuõng baèng khoâng (ôû maïch thuaàn trôû doøng ñieän cuøng pha
ñieän aùp) vaø Thyristor taét moät caùch töï nhieân.
Trong thôøi gian Thyristor naøy môû (α =< ω =< π ) ñieän aùp chænh löu
(ñieän aùp ôû hai ñaàu phuï taûi) laø:
ud = u 2 = u 2m Sin ωt,
Doøng qua phuï taûi vaø Thyristor
id = iT1 = ud /R = u 2m / R Sin ωt
Coøn ñieän aùp treân T1 laø uT1 = 0
Sang nöûa chu kyø hai cuûa u2 (π =< ωt = < 2 π); u2= 0, caùc Thyristor T1'
vaø T2 phaân cöïc thuaän. Do ñoù taïi goùc α + π (coù iG1 vaø i'G1) caùc T2, T'1 môû,
doøng ñi töø B qua T2 ñeán M qua R ñeán N qua T'1 veà A. Caùc Thyristor naøy
môû cho ñeán ωt = 2 π. Taïi ω = 2 π, U2 = 0, doøng qua Thyristor baèng 0 vaø
Thyristor ngaét. Trong thôøi gian T2, T'1 môû, ñieän aùp chænh löu laø:
ud = - u2 = -u2m Sin ω t.
doøng qua phuï taûi vaø T2 laø id = iT2 = Ud/R = -(u 2m /R )Sin ωt.
Vôùi söï môû cuûa T2 vaø T'1 ; uM =uB vaø uN = uA. Luùc ñoù ñieän aùp treân T'2
vaø T1 seõ laø:
uT1 = uA - uM = uA-uB = u2 < 0
uT'2 = uN -uB = uA - uB = u2 < 0
Do ñoù T1 vaø T'2 khoaù laïi (iT1 = 0), nhö vaäy söï môû cuûa moät ñoâi
Thyristor naøy, seõ daãn ñeán söï khoaù moät caùch töï nhieân cuûa ñoâi Thyristor
khaùc vaø caùc ñöôøng cong bieán thieân cuûa ud, id vaø uT1 coù daïng H.II.3b
b) Caùc thoâng soá cuûa maïch chænh löu caàu moät pha duøng
Thyristor khi taûi thuaàn trôû:
- Giaù trò trung bình cuûa ñieän aùp chænh löu:
1 2π
dω t
- u do =
2 π ∫0 u d
Töø H.II.3b, ta coù:
2 2π
u
u do = 2 π ∫0 Sin ω td ω t = π2 m (1 + cos α )
U2m laø bieân ñoä thöù caáp maùy bieán aùp
Khi α töø 0 ñeán π thì udo cuõng thay ñoåi töø U2m / π ñeán 0. Do ñoù ta coù
theå ñieàu khieån Udo baèng caùch thay ñoåi α.
- Giaù trò ñieän aùp ngöôïc cöïc ñaïi treân moãi Thyristor:
ungmax = u2m khi α =< π /2.
ungmax = u2m Sin α khi α >= π /2.
- Heä soá nhaáp nhoâ cuûa ñieän aùp chænh löu:
GVHD Nguyeãn Xuaân Khai
Trang 18
Luaän vaên toát ngieäp
SVTH Nguyeãn Vaên Hieàn
K0 = (udmax -ud min )/2udo.
Ñoái vôùi maïch chænh löu naøy udmin = 0 ; udmax = u2m, khi α =< π /2 vaø
udmax = u2mSin α khi α > π/2.
Do ñoù khi α =< π/2, ta coù:
=
Ko
u
−
d max
u
2u
π
=
d min
2 ( 1 + cos α )
do
Khi α > π /2, ta coù:
u
=
Ko
−
d max
u
2u
π Sin α
2 ( 1 + cos α )
=
d min
do
- Giaù trò trung bình cuaû doøng ñieän qua phuï taûi:
u
=
Id
u
=
do
R
(1 +
2 m
π R
α
Cos
)
- Trò soá cöïc ñaïi Imax, trò soá hieäu duïng I vaø trò soá trung bình io cuûa doøng
ñieän qua moãi Thyristor:
imax = id max = u2m / R
π
π − α + sinα cosα
1 2
I=
dωt = u2m
i
∫
T1
π
2π α
2R
1 π
u 2 m (1 + cos α ) = Id
d
t
ω
=
i
2 π ∫α T 1
2π R
2
Trò soá hieäu duïng I2 cuûa doøng thöù caáp vaø coâng suaát S cuûa Maùy bieán aùp.
ÔÛ moãi nöûa chu kyø ñieän aùp u2, doøng ñieän qua cuoän daây thöù caáp chính laø
doøng ñieän qua caùc Thyristor môû. Do ñoù:
2
2
I 2 =
d ω t = u 2 m π − α + Sin α cos α
i
∫
T 1
2π
2π
R
io =
S =
u
21
2
u
=
2 m
2
2
u
2
=
I
π
2 m
u
*
π − α + Sin α cos α
2π
2 m
R
− α
α
+ Sin
2 π
2 R
cos
α
Heä soá coâng suaát cuûa maïch thöù caáp Maùy bieán aùp:
u
Cos
ϕ
2
P
=
d
S
=
u
do
I
d
S
=
R
u
2
=
π
2
π
− α
+ Sin
2π
GVHD Nguyeãn Xuaân Khai
α )
α Cos
2m
π
2
2m
2R
2 ( 1 + Cos
2
2
(1 + Cos α )
2
π − α + Sin α Cos α
2π
2
α
Trang 19
- Xem thêm -