Bài 1: Thí nghiệm mạch kích thyristor và triac

TRÖÔØNG ÑH KYÕ THUAÄT COÂNG NGHEÄ TP.HCM TN ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT KHOA ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ BAØI 1: THÍ NGHIEÄM MAÏCH KÍCH THYRISTOR VAØ TRIAC A. PHAÀN LYÙ THUYEÁT I. Thyristor (SCR) Thyristor (teân gheùp töø Thyratron vaø Transistor) ñöôïc caáu taïo töø 4 lôùp baùn daãn p-n-p-n (hình 1.1.a), coù caùc ñieän cöïc ra Anod (A), Catod (K) vaø ñieän cöïc ñieàu khieån (G). + Khi noái Anode vôùi cöïc “+” vaø Cathode vôùi cöïc “-” cuûa nguoàn moät chieàu, J1 vaø J3 ñöôïc phaân cöïc thuaän vaø J2 phaân cöïc ngöôïc. Keát quaû laø gaàn nhö toaøn boä ñieän theá nguoàn ñaët leân lôùp tieáp xuùùc J2. Neáu taùc ñoäng vaøo cöïc G moät ñieän theá döông so vôùi K (tín hieäu xung kích) thì Thysistor nhaän naêng löôïng ñuû lôùn cuûa ñieän tröôøng toång coäng. Caùc ñieän tröôøng naøy seõ ion hoùa caùc nguyeân töû baùn daãn, taïo ra caùc ñieän töû môùi (thöù caáp). Caùc ñieän töû thöù caáp nhaän naêng löôïng vaø gaây ion hoùa tieáp theo. Keát quaû laø moät thaùc luõ ñieän töû ñöôïc taïo ra trong lôùp tieáp xuùc J2 vaø chaûy vaøo N1, sau ñoù qua P1 ñeå tôùi cöïc A taïo thaønh doøng qua Thyristor. Thyristor laøm vieäc trong cheá ñoä naøy laø cheá ñoä môû, coù ñieän trôû thuaän nhoû vaø doøng daãn I lôùn. Ñeå ñöa Thyristor veà traïng thaùi caám (khoùa), caàn tieán haønh theo 2 caùch sau: - Giaûm doøng I xuoáng giaù trò duy trì daãn. - Ñaûo chieàu theá phaân aùp U hoaëc taïo theá phaân cöïc ngöôïc cho Thyristor. Moät soá ñaëc ñieåm caàn löu yù khi söû duïng Thyristor: • Moãi loaïi Thyristor cheá taïo coù caùc ñaëc tröng khaùc nhau, caàn löïa choïn loaïi thích hôïp vôùi yeâu caàu söû duïng: - Doøng ñieän ñònh möùc In: (tuøy loaïi) ∼ A ÷ 1000A. - Doøng ñieän roø ∼ mA. P1 N1 N2 E2 E1 J1 J2 J3 - K a) Caáu taïo P2 E3 A K K A G äu G K A b) Kyù hie A G c) Hình daïng beân ngoaøi Hình 1.1: Caáu truùc vaø hình daïng cuûa Thysistor G Trang 1 TRÖÔØNG ÑH KYÕ THUAÄT COÂNG NGHEÄ TP.HCM TN ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT KHOA ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ - Ñieän aùp ngöôïc cöïc ñaïi Uin.max : ( Tuøy loaïi) vaøi traêm Volt ÷ vaøi kV. - Doøng ñieän ñieàu khieån IG. - Toác ñoä taêng doøng ñieän dI/dt: A/μs. - Toác ñoä taêng ñieän aùp dV/dt: V/μs. - Thôøi gian khoùa: vaøi chuïc μs. - Thôøi gian môû: vaøi μs. Quaù trình chuyeån töø môû sang caám khoâng xaûy ra töùc thôøi. Neáu khi Thyristor chöa caám haún maø ñaõ xaùc laäp theá U ñeå UA-K döông, seõ laøm ñoaûn maïch nguoàn vaø hoûng Thyristor. II. TRIAC ( Triode Alternative Current) Triac laø duïng cuï töông ñöông vôùi 2 Thyristor song song ngöôïc chieàu nhau coù chung moät cöïc ñieàu khieån. Do laøm vieäc vôùi caû nguoàn phaân cöïc döông vaø aâm, khaùi nieäm Anode vaø Cathode cuûa Triac khoâng phuø hôïp. Ñöôïc quy öôùc söû duïng kyù hieäu T2 ( hoaëc B2) vaø T1 (hoaëc B1) cho caùc cöïc loái ra vaø cöïc ñieàu khieån G ôû gaàn T1. T1 T2 G P1 N1 P2 N2 T2 N3 P1 N1 P2 N2 - + T1 N3 E2 E1 E3 - + TaTb G +- G Hình 1.2: Caáu truùc (a) vaø caáu taïo Triac (b) a) b) Caáu truùc baùn daãn cuûa Triac coù theå moâ taû baèng 2 caáu truùc 4 lôùp tieáp xuùc baùn daãn Ta vaø Tb. Trong tröôøng hôïp noái T2 vôùi nguoàn “+” vaø T1 vôùi nguoàn ”-“, G vôùi “+”, nöûa Ta cuûa Triac laøm vieäc nhö moät Thyristor thoâng thöôøng. Neáu phaân cöïc nguoàn ngöôïc laïi, ñieän töû töø N3 seõ phoùng vaøo P2, gaây ra quaù trình thaùc luõ do va chaïm laøm daãn Tb. Khaùc vôùi Thyristor, Triac coù theå laøm vieäc vôùi ñieän theá ñieàu khieån aâm vaø khoâng ñoåi traïng thaùi khi ñaûo cöïc nguoàn theá nuoâi. Trang 2 TRÖÔØNG ÑH KYÕ THUAÄT COÂNG NGHEÄ TP.HCM TN ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT KHOA ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ I Ig2=0 ig3 III. Sô ñoà ñieàu khieån (kích) Thyristor vaø Triac Thyristor vaø Triac coù theå ñöôïc kích baèng nguoàn moät chieàu. Thôøi gian kích ñeå chuyeån traïng thaùi Thyristor vaø Triac khoâng lôùn. Sau khi ñöôïc kích daãn, tín hieäu ñieàu khieån maát taùc duïng. Chính vì vaäy coù theå ñieàu khieån caùc linh kieän naøy baèng xung coù bieân ñoä vaø thôøi gian keùo daøi töông öùng vôùi töøng loaïi söû duïng. AC K1 C2 SCR1 x Y * Rt + - +V I1 TF1 TAÏO XUNG A2 Y X UP + TF2 * AC A1 K1 Hình1.4: Kieåu sô ñoà ñieàu khieån ñoàng boä pha cho Thyristor vaø Triac UF Ig2>0 UH IH Ig2>0 ig3 Ig2=0 Hình 1.3: Ñaëc tuyeán V-A cuûa Triac I III Trang 3 TRÖÔØNG ÑH KYÕ THUAÄT COÂNG NGHEÄ TP.HCM TN ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT KHOA ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ B. THÖÏC HAØNH ÑIEÀU KHIEÅN ÑOÀNG BOÄ SCR & TRIAC I. THIEÁT BÒ SÖÛ DUÏNG 1. Thieát bò cho thöïc taäp khaûo saùt maïch kích Thyristor vaø Triac (hình 1.5), chöùa caùc phaàn töû chöùc naêng: - Baûng nguoàn PE-500PS ,chöùa Aptomat 1 pha cho caùc oå ñieän 220 VAC, Aptomat chính 3 pha caáp nguoàn (~24VAC) cho thí nghieäm, caàu chì, ñeøn baùo nguoàn, caùc loái ra cho caùc nguoàn ~24VAC/10A 3 pha, nguoàn DC ±12V/1.5A. - Module nguoàn kích DC vaø maùy phaùt :PEC-501A. - Module lieân keát quang vaø bieán theá: PEC-501B. - Module taïo khung ñieàu khieån ñoàng boä:PEC-502. - Module linh kieän CS chöùa Diode, Transistor, SCR, Triac, MOSFET: PE-511 - Module taûi:PEL-521 2. Dao ñoäng kyù 2 tia, Ñoàng hoà ño. 3. Phuï tuøng: Daây coù choát caém hai ñaàu. 4. Löu yù kyù hieäu thoáng nhaát cho caùc khoái ñeå deã xaùc ñònh khi laép raùp: - PE: Power Electronics-kyù hieäu cho khoái coâng suaát, ví duï PE-511,PE-512, … - PEC: Power Electronics Controller-kyù hieäu cho caùc khoái ñieän töû ñieàu khieån, ví duï PE-501A,B,PEC-502,PEC-503,… - PEL: Power Electronics Load-kyù hieäu cho khoái taûi. Trang 4 TRÖÔØNG ÑH KYÕ THUAÄT COÂNG NGHEÄ TP.HCM TN ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT KHOA ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ Hình 1.5: Thieát bò thöïc taäp khaûo saùt linh kieän ñieän töû coâng suaát U V W B1 220V 24V B2 220V 24V B3 220V 24V U V W UAC + 12V GND - 12V Boä oån aùp Boä chænh löu * * * Hình 1.6: Sô ñoà maïch nguoàn 3 pha (24VAC) vaø maïch nguoàn DC ( 12V) ± * U * V * W + 12VDC GND - 12VDC PE-500PS MAIN POWER POWER ON 220 VAC 3 PHASE POWER SUPPLY DC POWER SUPPLY POWER ON MAIN POWER 220 VAC Hình 1.7: Moâ hình boä nguoàn coâng suaát Trang 5 TRÖÔØNG ÑH KYÕ THUAÄT COÂNG NGHEÄ TP.HCM TN ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT KHOA ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ II. THÖÏC HAØNH ÑIEÀU KHIEÅN ÑOÀNG BOÄ SCR VAØ TRIAC THEO PHA ÑIEÄN LÖÔÙI 1. Noái sô ñoà thí nghieäm nhö hình 1.6: - Kieåm tra vieäc caáp nguoàn ±12V vaø GND cho caùc module ñieän töû. - Caáp nguoàn ∼24VAC cho loái vaøo X-Y sô ñoà ñieàu khieån ñoàng boä PEC-502. Chuù yù chieàu ñaùnh daáu X&Y töông öùng vôùi caùc cöïc noái taûi. - Noái loái ra boä ñieàu khieån OUT1/A vôùi choát G vaø OUT1/B vôùi choát K cuûa SCR1 (PE-511). - Noái choát A/SCR1 vôùi taûi ñeøn R1(PEL-521). Noái taûi ñeøn vôùi nguoàn 24VAC - Noái choát Vrefo vôùi Vrefi treân Module PEC-502 ñeå caáp theá chuaån töø bieán trôû P3 cho caùc boä so saùnh. 2. Söû duïng dao ñoäng kyù quan saùt daïng tín hieäu taïi loái vaøo X-Y, caùc ñieåm kieåm tra TP1÷TP5 vaø loái ra sô ñoà ñieàu khieån ñoàng boä, tín hieäu treân taûi ñeøn. Vaën bieán trôû P3 ñeå thay ñoåi goùc caét pha, quan saùt söï thay ñoåi tín hieäu treân taûi töông öùng. (löu yù: duøng dao ñoäng kyù 2 tia ñeå quan saùt ñoä dòch cuûa caùc tín hieäu). 3. Söû duïng OUT3 thay cho OUT1 cuûa PEC-502. Noái OUT3/A vôùi G vaø OUT3/B vôùi K cuûa SCR1. Quan saùt daïng tín hieäu treân taûi. So saùnh vôùi tröôøng hôïp söû duïng OUT1. Giaûi thích nguyeân nhaân khaùc nhau giöõa chung. 4. Ñaûo ngöôïc daây noái ∼24V cho loái vaøo sô ñoà ñieàu khieån ñoàng boä. Quan saùt tín hieäu ra treân taûi. Giaûi thích söï khaùc nhau giöõa chuùng. L Load Hình 1.8 : Sô ñoà ñieàu khieån xung ñoàng boä Thysistor vôùi taûi trôû Trang 6 TRÖÔØNG ÑH KYÕ THUAÄT COÂNG NGHEÄ TP.HCM TN ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT KHOA ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ 5. Thay taûi trôû baèng taûi caûm L(PEL-521). Laëp laïi caùc böôùc thí nghieäm treân. Veõ daïng tín hieäu treân taûi vaøo baùo caùo. So saùnh daïng tín hieäu treân taûi khi duøng taûi trôû vaø taûi caûm. Giaûi thích söï khaùc nhau giöõa chuùng. 6. Veõ giaûn ñoà so saùnh treân taûi R vaø L vaøo baùo caùo khi ñaët giaù trò goùc caét pha (ñieàu chænh P3) α = π/5. 7. Thay theá Thyristor baèng Triac cho tröôøng hôïp taûi trôû vaø taûi caûm (hình 1.8). Laëp laïi caùc böôùc thí nghieäm cho sô ñoà Triac (gioáng nhö ñoái vôùi Thyristor). Veõ daïng tín hieäu treân taûi vaøo baùo caùo. So saùnh daïng tín hieäu vaø giaûi thích söï khaùc nhau giöõa chuùng. 8. Veõ giaûn ñoà soùng treân taûi R vaø L vaøo baùo caùo khi ñaët giaù trò goùc caét pha (ñieàu chænh P3) α = π/5. Hình 1.9: Sô ñoà ñieàu khieån xung ñoàng boä Thysistor vôùi taûi caûm L Loa d Hình 1.10: Sô ñoà ñieàu khieån xung ñoàng boä Triac vôùi taûi trôû Trang 7