Giáo trình Điện tử công suất (Phần 1)

 1
LỜI NÓI ĐẦU 
Giáo trình Điện tử công suất được biên soạn trên cơ sở chương trình khung 
của nghề điện CN, giáo trình giảng được viết cho đối tượng đào tạo hệ Cao đẳng 
nghề và trung cấp nghề ở sơ cấp nghề có thể sử dụng được 
Chương trình khung đào tào nghề Điện công nghiệp năm 2011 được Tổng 
cục Dạy nghề ban hành và cho phép sử dụng. giáo trình Điện tử công suất là một 
trong những giáo trình chuyên môn nghề quan trọng trong chương trình đào tạo hệ 
Cao đẳng nghề và trung cấp nghề. Vì vậy giáo trình đã bám sát chương trình khung 
của nghề nhằm đạt mục tiêu đào tạo của nghề đồng thời tạo điều kiện cho người sử 
dụng tài liệu tốt và hiệu quả. Giáo trình Điện tử công suất được xây dựng với sự 
tham gia của các giáo viên trong khoa Điện- Trường Cao đẳng nghề Yên Bái. 
Tập bài giảng này dùng làm tài liệu giảng dạy và học tập cho các giáo viên 
và sinh viên, học sinh hệ cao đẳng nghề và trung cấp nghề điện công nghiệp. Đồng 
thời cũng là tài liệu tham khảo cho các giaó viên và học sinh ngành điện giảng dạy 
và học tập các hệ đào tạo ngắn hạn ở trong trường. 
Giáo trình chính thức được áp dụng trong hệ thống đào tạo của trường cao 
đẳng nghề Yên Bái. 
 2
Bài mở đầu: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 
1. Trị trung bình của một đại lượng 
* Trị số dòng điện ứng với mỗi thời điểm t gọi là trị số tức thời. 
Ký hiệu : i, e, u. 
* Trị số tức thời lớn nhất gọi là trị số cực đại: Im,Um.Em hay còn gọi là giá trị biên 
độ của đại lượng xoay chiều hình sin. 
* Trị số trung bình của một đại lượng là giá trị trung bình của đại lượng đó tính 
trong một chu kỳ T. 
2. Công suất trung bình 
Trị số tức thời của đại lượng xoay chiều hình sin đặc trưng cho tác dụng của 
trị lượng hình sin ở từng thời điểm . Còn đặc trưng cho tác dụng trung bình của đại 
lượng xoay chiều hình sin trong toàn bộ chu kỳ về mặt năng lượng, người ta dùng 
khái niệm số hiệu dùng của đại lượng xoay chiều hình sin. 
3. Trị hiệu dụng của một đại lượng 
-.Trị số hiệu dụng của đại lượng của đại lượng xoay chiều hình sin có giá trị 
tương đương với dòng 1 chiều khi chúng cùng đi qua 1 điện trở, trong cùng 1 đơn 
vị thời gian bằng 1 chu kỳ thì toả ra cùng 1 nhiệt lượng như nhau. 
- Ký hiệu : I, U, E. 
- Phương pháp tính trị số hiệu dụng. 
Tìm trị số hiệu dụng , góc lệch pha và vận tốc góc của 2 đại lượng hình sin 
sau: 
e1 = 156 sin (t + V 
e2 = 311 . sin (t + )V 
Biết = 50 Hz 
Giải 
* Trị số hiệu dụng : E1 = 
E2 = 
)
3

6

f
V11015.707,0
2
156
2
E m 
V220311.707,0
2
311
2
E m 
 3
* Góc lệch pha: = 1 - 2 = 
* Tốc độ góc :  = 2 = 2 . 3,14 . 50 = 214 rad/giây. 
4. Hệ số công suất 
P = S.cos = UICos . Do đó công suất lớn thì P càng lớn. Khi cos = 1 thì 
P = S nghĩa là công suất tác dụng phụ thuộc vào hệ số cos . 
* Hệ số cos được gọi là hệ số công suất của mạch điện xoay chiều. 
Cos = 
Như vậy : Cos là hệ số phụ thuộc vào các thành phần trở kháng của mạch, 
mà các thành phần trở kháng này phụ thuộc vào kết cấu của mạch vì vậy ta có thể 
nói rằng cos phụ thuộc vào kết cấu của mạch điện. Như trong mạch điện có phụ tải 
chiếu sáng bằng đèn sợi đốt, lò điện, bếp điện thì có cos = 1. Trong mạch thuần 
cảm kháng R 0 Cos = 0 mạch xoay chiều nói chung cos < 1. 
*. ý nghĩa 
* Hệ số cos có ý nghĩa rất lớn trong sản xuất , truyền tải và cung cấp điện năng. 
Như ta đã biết mỗi máy phát điện và máy biến áp đều được chế tạo với công 
suất biểu kiến địng mức (Sđm). Từ đó máy có thể cung cấp 1 công suất tác dụng : 
P = Sđm .cos 
* Nếu cos = 1 thì P = Sđm, khi đó nó có giá trị lớn nhất mà máy có thể cung cấp 
được. Nếu cos càng nhỏ thì khả năng phát công suất tác dụng của máy càng nhỏ. 
Do đó muốn tận dụng khả năng làm việc của máy điện và thiết bị điện thì hệ số 
cos phải lớn. Mỗi hộ tiêu thụ điện đều yêu cầu 1 công suất tác dụng P xác định. 
Khi đó dòng điện truyền tải qua đường dây là: 
P = U. I . cos I = 
* Nếu cos càng nhỏ thì dòng điện càng lớn dẫn đến. 
+ Dòng điện lớn nên dây dẫn truyền tải lớn, điều đó yêu cầu làm vật liệu dây 
dẫn lớn, dẫn đến tốn kim loại màu và vốn đầu tư xây dựng lớn. 
+ Tổn thất điện năng trên đường dây lớn: A = I2RI. 
Vì vậy: 
030
663



f
2
CL
2 )XX(R
R
Z
R
 cosU
P
 4
Việc nâng cao hệ số cos có 1 ý nghĩa lớn về hiệu quả kinh tế là giảm vốn 
đầu tư. Xây dựng đường dây và giảm tổn thất điện năng chuyển tải. Do đó người ta 
luôn nghiên cứu các biện pháp nâng cao cos 
Câu hỏi và bài tập: 
Câu1: Nêu phương pháp tính giá trị trung bình, hiệu dụng của một đại lượng 
điện? 
Câu 2: Hệ số công suất là gì? Ý nghĩa của hệ số công suất? 
BÀI 1: CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 
Phân lọai 
Theo khả năng điều khiển đóng cắt van: 
- Van không điều khiển 
- Van điều khiển không hoàn toàn 
- Van điều khiển hoàn toàn 
Theo nguyên lý làm việc: 
- Điốt 
- Tranzitor 
- Thyristor 
-  
1.1 Diode 
a. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động. 
- Diode là linh kiện bán dẫn ứng dụng trong điện tử công suất (ĐTCS) có cấu 
tạo đơn giản nhất, bao gồm 2 điện cực Anode (A) và K (Cathode) và có chứa một 
lớp tiếp xúc p-n. Diode- l linh kiện bán dẫn không điều khiển. Khi điện thế cực 
Anode lớn hơn so với điện thế cực Cathode, lớp tiếp xúc phân cực thuận và dòng 
điện thuận IF chạy theo chiều như hình vẽ, lúc này điện áp trên linh kiện sẽ có giá 
trị rất nhỏ (<1V), đối với linh kiện lý tưởng giá trị này bằng 0. Ngược lại, khi điện 
thế cực Anode nhỏ hơn so với điện thế cực Cathode, diode phân cực ngược linh 
kiện không dẫn, dòng điện ngược chạy qua diode được gọi là dòng rò, đối với linh 
kiện lý tưởng giá trị này bằng 0 
H1.1.Cấu tạo diode 
 5
- Khi điện cực dương của nguồn điện được gắn vào cực Anode và cực âm- 
cực Cathode ta có tiếp xúc phân cực thuận. Điện tử từ cực âm vào vùng n, vùng 
tiếp xúc, một phần kết hợp với phần tử mang điện lỗ hổng phần còn lại qua vùng p 
tới cực dương của nguồn điện: Diode dẫn. 
H1.2. Nguyên lý cấu trúc 
 - Khi điện cực dương của nguồn điện được gắn vào cực Cathode và cực âm- 
cực Anode ta có tiếp xúc phân cực ngược. Chỉ có một số ít điện tử từ vùng p dịch 
chuyển qua vùng tiếp xúc, một phần kết hợp với phần tử mang điện lỗ hổng phần 
còn lại qua vùng n tới cực dương của nguồn: Diode ngắt. 
 - Ký hiệu và sơ đồ kết nối 
H1.3. Ký hiệu, hình dáng 
 6
H1.4. Sơ đồ kết nối diode. 
c. Đặc tính Volt-Amper của diode (VI): 
Đặc tính V-I của diode được chia làm 3 vùng 
H1.5.Đặc tính V-A của diode (a-diode thực, b-diode lý tưởng) 
 - Vùng phân cực thuận: Khi 0<VD<VTD: Diode bắt đầu dẫn dòng điện qua 
diode ID rất nhỏ. Khi VD>VTD dòng điện tăng nhanh và diode đạt trạng thái dẫn điện 
ổn định. VTD gọi là điện áp đóng. 
 - Vùng phân cực ngược: khi VD<0; dòng điện qua diode giảm dần về 0, dòng 
điện qua diode không tắt ngay và tiếp tục dẫn theo chiều ngược lại với tốc độ giảm 
ban đầu. Sau một thời gian ngắn, khả năng dẫn điện theo chiều nghịch bị mất. 
Diode ngắt. 
 - Vùng đánh thủng: khi VD<-VBR: Trong đó VBR- điện áp đánh thủng 
(Breakdown voltage), làm cho diode bị phá hủy 
d. Những thông số cơ bản của diode 
Dòng điện định mức IFmax: dòng điện thuận cực đại chạy qua diode mà không 
làm cho nhiệt độ của nó không vượt quá nhiệt độ cực đại cho phép. 
Điện áp định mức: là điện áp ngược cực đại mà diode chịu được VBR 
Điện áp thuận VF (Forward voltage): là điện áp giữa hai đầu cực A-K khi 
diode dẫn. 
 7
Điện áp đánh thủng VBR (Breakdown voltage). 
Dòng điện ngược IRR: dòng điện qua diode khi điện áp ngược nhỏ hơn điện 
áp đánh thủng. 
1.2 Transistor BJT 
- Cấu tạo 
Transistor là linh kiện bán dẫn gồm 3 lớp bán dẫn tiếp giáp nhau tạo thành 2 
mối nối pn 
- Ký hiệu: 
Đ
ể
p
h
â
n
 biệt hai loại transistor 
NPN và PNP người ta 
dùng kí hiệu mũi tên ở cực 
E để chỉ chiều dòng điện IE 
ở hình 1.6./Hình dáng: 
 hình 1.7: Hình dáng các loại transistor thông dụng 
- Phân loại 
Tuỳ theo cách sắp xếp thứ tự các vùng bán dẫn người ta chế tạo 2 loại 
transistor là transistor PNP và NPN. 
 B 
 IB 
 C 
 E 
 IC 
 IE 
 B 
 IB 
 C 
 E 
 IC 
 IE 
Hình 1.6 
 tên 
 B C E 
 tên 
 B C E 
 B 
 E C 
 tên 
 B E C 
 E 
 B 
vỏ là 
cực C 
Hình 1.7 
 8
- Cực phát E (Emitter) 
- Cực nền B (Base) 
- Cực thu C (collector) 
Ba vùng bán dẫn được nối ra ba chân và được gọi là cực phát E, cực thu C và 
cực nền B. Cực phát E và cực thu C tuy là cùng chất bán dẫn nhưng do kích thước 
và nồng độ pha tạp chất khác nhau nên không thể hoán đổi cho nhau được. 
Để phân biệt với các loại trasitor khác, loại transistor PNP và NPN còn được 
gọi là transistor lưỡng nối viết tắt là BJT. 
1.3 Transistor MOSFET 
Transistor MOSFET chia làm hai loại là MOSFET kênh liên tục (kênh đặt 
sẵn) và MOSFET kênh gián đoạn (kênh cảm ứng). Mỗi loại kênh liên tục hay gián 
đoạn đều phân loại theo chất bán dẫn là kênh n hay kênh p. Ở đây ta chỉ xét các loại 
MOSFET kênh n và suy ra cấu tạo ngược lại cho kênh p. 
Cấu tạo MOSFET kênh liên tục. 
 Cấu tạo. 
Kênh dẫn điện là hai vùng bán dẫn loại n pha nồng độ( n+) cao được nối liền 
nhau bằng một vùng bán dẫn loại n pha nồng độ (n) thấp được khuếch tán trên một 
nền là chất bán dẫn loại p phía trên lớp dẫn điện có phủ lớp oxit cách điện SiO2. 
Hai dây dẫn xuyên qua lớp cách điện nối vào hai vùng bán dẫn n+ gọi là cực 
S và D. Cực G có tiếp xúc kim loại bên ngoài lớp oxit nhưng vẫn cách điện với 
kênh n. Thường cực S được nối chung với nền p. 
P N P 
 E C 
 B 
N P N 
 9
Hình 1.9 cho thấy cấu tạo và kí hiệu của MOSFET liên tục kênh n. 
. Đặc tính 
Xét mạch thí nghiệm như hình 1.10. 
./ Khi VGS = 0V: 
Trường hợp này kênh dẫn điện có tác dụng như một điện trở, khi tăng điện 
thế VDS thì dòng điện ID tăng lên đến một trị số giới hạn là IDSS. Điện thế VDS ở trị 
số IDSS cũng được gọi là điện thế nghẽn VPO giống như JFET. 
./ Khi VGS < 0: 
Trường hợp này cực G có điện thế âm nên đẩy điện tử ở kênh n vào vùng 
nền p làm thu hẹp tiết diện kênh dẫn điện n và dòng điện ID bị giảm xuống do điện 
trở kênh dẫn điện tăng lên. 
 G 
 D 
 N+ N+ N
 S D 
nhô
Si02 
Hình 1.9 
nền 
 S 
 G 
- 
+ 
VGS 
+ 
- 
VCC 
 ID 
Hình 1.10 
 10
Khi tăng điện thế âm ở cực G thì dòng điện ID càng nhỏ và đến một trị số 
giới hạn dòng điện ID gần như không còn. Điện thế này ở cực G gọi là điện thế 
nghẽn VPO. 
./ Khi VGS > 0 : 
Trường hợp phân cực cho cực G có điện thế dương thì điện tử thiểu số ở 
vùng nền p bị hút vào nền n nên làm tăng tiết diện kênh, điện trở kênh bị giảm 
xuống và dòng điện ID tăng cao hơn trị số bão hoà IDSS. 
Trong trường hợp này dòng điện ID lớn dễ làm hư MOSFET nên ít được sử 
dụng. 
Hình 1.11 là đặc tuyến ngõ ra ID/VDS và đặc tuyến truyền dẫn ID/VGS của 
MOSFET liên tục kênh n. 
Phân cực. 
H
ình 
1.12 là 
mạch 
phân 
cực 
cho 
MOSF
ET 
liên 
tục. 
Do 
MOSF
ET 
liên 
tục thường sử dụng ở trường 
Hình 1.11 
 ID (mA) 
 -1V 
 -2V 
 -3V 
-4V 
VDS 
IDSS 
VPO 
 +3V 
 +2V 
 +1V 
VGS = 0V 
ID (mA) 
0V -1 -4 -3 -2 +1 +2 
IDSS 
-VPO 
VCC 
 ID 
VD 
VS 
 ID RS 
RD 
RG 
VG 
Hình 1.12 
 11
hợp VGS < 0V nên cách phân 
cực giống như JFET. 
Cách xác định các trị số điện thế VD , VS , 
VDS , VGS và dòng điện ID cũng như cách xác định 
đường tải tĩnh giống như mạch JFET. 
Cấu tạo MOSFET kênh gián đoạn. 
Cấu tạo 
Trong MOSFET gián đoạn thì hai vùng bán dẫn pha nồng độ cao (n+) không 
dính liền nhau nên gọi là kênh gián đoạn. Mặt trên kênh dẫn điện cũng được phủ 
một lớp oxit cách điện. Hai dây dẫn xuyên qua lớp cách điện nối vào vùng bán dẫn 
n+ gọi là cực S và cực D. Cực G có tiếp xúc kim loại bên ngoài lớp oxit và cách 
điện đối với cực D và cực S. Cực S nối với nền p. 
Cấu tạo và ký hiệu của MOSFET gián đoạn được vẽ như hình 1.13 
Đặc tính. 
X
é
t
m
ạ
c
h
t
hí nghiệm như hình 1.13. Do cấu 
tạo kênh bị gián đoạn nên bình 
thường không có dòng điện qua 
kênh, ID = 0 và điện trở giữa D 
và S rất lớn. 
nền 
 S 
 G 
 D 
 N
+ N+ 
nền P 
 S G D 
nhôm 
Si02 
Hình 1.13 
 12
Khi phân cực cho cực G có VGS > 0V thì điện tích dương ở cực G sẽ hút 
điện tử của nền P về phía giữa của hai vùng bán dẫn N+ và khi lực hút đủ lớn thì số 
điện tử bị hút nhiều hơn đủ để nối liền hai vùng bán dẫn N+ và kênh được liên tục. 
Khi đó có dòng điện ID từ D sang S. Điện thế phân cực cho cực G cáng tăng 
thì ID càng lớn. 
Hình 1.14 là đặc tuyến ngõ ra ID/VDS và đặc tuyến truyền dẫn ID/VGS của 
MOSFET gián đoạn kênh n. 
Như đặc tuyến truyền dẫn cho thấy khi VGS > VY thì có dòng điện qua 
transistor. Điện thế VY cũng được gọi là điện thế thềm và trị số khoảng 1V. 
Phân cực 
Hình 1.15 là mạch phân cực cho MOSFET gián đoạn. Để cung cấp điện thế 
dương cho cực G thường dùng cầu phân thế RG1- RG2. Đối với MOSFET, cực G 
cách điện so với kênh và nền p nên không có dòng điện IG đi từ cực G vào 
MOSFET. 
mạch phân cực ta có: Xét : 
VD = VCC - ID .RD 
VS = ID . RS 
VDS = VCC – ID (RD + RS) 
VG = VCC . 2G1G
2G
RR
R
VGS = VG - VS 
Phương trình đường tải tĩnh là: SD
DSCC
D RR
VVI
VGS = +4V 
 +3V 
 +2V 
+1V 
a) Đặc tuyến ngõ 
VX 2 3 4 VGS 
 ID 
0V 
b) Đặc tuyến truyền dẫn 
Hình 1.14 
H1.5. M ạch phân cực Mossfet 
 13
Xác định cực tính và chất lượng của FET. JFET 
Transistor trường ứng có tổng trở vào rất lớn giống dặc tính của đèn điện tử 
ba cực do cực G cách điện đối với kênh dẫn điện. Do đó, các thông số kỹ thuật của 
FET cũng giống như các thông số kỹ thuật của đèn điện tử ba cực. 
./ Độ truyền dẫn: 
Độ truyền dẫn của FET là tỉ số giữa mức biến thiên của dòng điện ID và mức 
biến thiên của điện thế VGS khi có VGS không đổi. 
)/( VmA
V
i
V
Ig
GS
D
GS
D
m 
./ Độ khuếch đại điện thế: 
Độ khuếch đại điện thế của FET là tỉ số giữa mức biến thiên điện thế ngõ ra 
VDS và mức biến thiên điện thế ngõ vào VGS khi có ID không đổi. 
GS
DS
GS
DS
V
V
V
V
 
./ Tổng trở ngõ ra: 
Tổng trở ngõ ra là tỉ số giữa điện thế ngõ ra VDS và dòng điện cực tháo ID. 
D
DS
D
DS
0 I
V
I
Vr 
./ Mạch tương đương: 
Tương tự như transistor lưỡng cực JFET và MOSFET cũng có thể đổi thành 
mạch tương đương gồm các phần tử như điện trở, nguồn dòng điện, nguồn điện thế 
trong điều kiện tuyến tính. 
Ở ngõ vào, cực G được coi như cách ly hẳn với kênh dẫn điện của cực B và 
D. Ở ngõ ra có thể đổi thành nguồn điện thế VDS hay nguồn dòng điện ID. 
GSDS
GS
DS VV
V
V
 
Trường hợp đổi thành nguồn dòng điện ta có: 
GSmD
Gs
D
m V.giV
ig 
 14
Mạch tương đương của JFET và MOSFET được vẽ như hình 1.16 
1.4 Transistor IGBT 
+ Transistor lưỡng cực cổng cách ly – IGBT (Insulated Gate Bipolar 
Transistor): 
Insulated gate bipolar transistor (IGBT) – được phát minh vào đầu những 
năm 1980 và là linh kiện rất thành công với những đặc tính nổi trội. IGBT có cẩu 
trúc 3 cực ứng dụng trong điều khiển năng lượng điện và nhiều ứng dụng khác 
không thể hiệu quả khi không có IGBT. Trước khi xuất hiện IGBT, BJT và 
MOSFET được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công suất vừa và nhỏ với tần 
số đóng ngắt cao mà ở đó GTO không thể sử dụng. 
IGBT có đặc tính tốt hơn so với các linh kiện còn lại do IGBT là mạch 
Darlington của BJT và MOSFET, vì vậy nó có điện trở khi dẫn nhỏ như BJT, cách 
ly cực điều khiển và cực công suất như MOSFET và điều khiển bằng điện áp. 
a. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 
 H1.17a 
VGS 
 G 
 S 
  ...  đó thông số giống như trường hợp trên 
Một số thông số khác: 
Ud0 = Ud + UBA + 2. UD + Udn 
SBA = 1,23 Ud.Id 
Un = U~ 
+Chỉnh lưu một nửa chu kì có điều khiển: 
 Sơ đồ nguyên lý: 
H2.6. Sơ đồ nguyên lý và tín hiệu tải CL có ĐK 
Nguyên lý hoạt động: 
Để SCR dẫn điện cần hai điều kiện là UAK>0 và Có xung kích điều khiển vào 
cực G. Như vậy với giả thiết ở bán kỳ dương của tín hiệu vào và tại thời điểm t = α 
có xung kích điều khiển vào cực G khi đó T mở dẫn điện khi đó: 
Ud = U2 và Id = Ud/ R 
Ta có dạng tín hiệu ra như H 2.6 
Trường hợp tải thuần trở: 
Điện áp tải được tính: 
Như vậy ta thấy điện áp ra của mạch điện có trị số phụ thuộc vào góc mở α 
của SCR, góc mở có thể thay đổi từ 0  . 
Trường hợp tải điện cảm: 
 Do cuộn cảm có khả năng tích lũy và phóng năng lượng, trong cuôn 
dây sinh ra một sức điện động tự cảm khi dòng điện biến đổi, sức điện động này có 
xu hướng chống lại sự biến thiên của điện áp và dòng điện nên ta có dạng tín hiệu 
ra trên tải như H 2.7. 
 34
Điện áp tải được tính: 
H2.7. Sơ đồ nguyên lý và tín hiệu tải CL có ĐK tải RL 
Tải điện cảm có diod xả năng lượng: 
H2.8. Sơ đồ nguyên lý và tín hiệu tải CL có Điot xả năng lượng 
+Chỉnh lưu cả chu kì với biến áp có trung tính có điều khiển 
 Sơ đồ nguyên lý 
2
coscos45,0.sin2
2
1
22

UtdtUU d
 H 2.9. Sơ đồ chỉnh lưu cả chu kì với biến áp có trung tính. 
 35
Nguyên lý hoạt động 
Để SCR dẫn điện cần hai điều kiện là UAK>0 và Có xung kích điều khiển vào 
cực G. Với giả thiết tại thời điểm t = α có xung kích điều khiển vào cực G. 
Trong khoảng từ 0   thì U21>0 thì T1 mở khi đó Ud = U21 
Trong khoảng từ   2 thì U22>0 thì T2 mở Ud = U22 
Ta có dạng tín hiệu ra như H 2.10 
H2.10. Sơ đồ tín hiệu 
Khi tải thuần trở, giá trị điện cảm L = 0, không có ảnh hưởng của sức điện 
động tự cảm. 
Khi tải có tính chất điện cảm, L=∞ 
, do ảnh hưởng của sức điện động tự 
cảm, các van vẫn dẫn tiếp cho đến khi 
van còn lại mở ra đặt điện áp phân cực 
ngượckhoá van đó lại, ngay cả khi điện 
áp nguồn đã đổi dấu. 
H2.11. Sơ đồ tín hiệu tải điện cảm 
Tải điện cảm 
Khi dòng điện liên tục = 
2
cos1.9,0.sin2
2
1
22

 UtdtUU dtb
2
coscos.9,0.sin2
2
1
22

UtdtUU dtb
 36
Ud = 0,9 U2cos 
Chỉnh lưu có diod xả năng lượng: 
Sơ đồ nguyên lý và tín hiệu 
 Khi có điốt xả năng lượng thì năng lượng tích lũy trong cuộn dây được 
đươc xả qua tải thông qua điốt D0 do vậy dòng điện tải ổn định có dạng như H 2.12 
H2.12. Sơ đồ nguyên lý và tín hiệu có điốt xả năng lượng 
+ Chỉnh lưu cầu điều khiển đối xứng: 
Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ tín hiệu: 
 H2.13a. Sơ đồ nguyên lý 
 37
H 1.13b. Sơ đồ tín hiệu 
2.5. Bộ chỉnh lưu ba pha 
+Chỉnh lưu tia ba pha 
H2.14. Sơ đồ nguyên lý 
 38
H2.14. Sơ đồ tín hiệu CL tia ba pha 
Nguyên lý hoạt động: 
Sơ đồ này nhóm điốt nối Katốt chung do vậy Anốt của điốt nào có điện thế 
lớn nhất sẽ mở. Với giả thiết UA ,UB, UC có dạng như hình vẽ 2.14 
 Từ /6  5/6 thì D1 mở 
 Từ 5/6  9/6 thì D2 mở 
 Từ 9/6  13/6 thì D3 mở 
Như vậy ta sẽ có dạng tín hiệu ra điện áp và dòng điện như hình vẽ trên. 
Thông số của sơ đồ: 
Điện áp, dòng điện chỉnh lưu và van 
+ Chỉnh lưu cầu ba pha: 
3
35,1
2
48,123,1
2
17,1/45,2.45,232
;
3
;
3
;
.17,1
2
63.sin2
2
3
21
22
22
6/5
6/
2
m
IUIUSSS
UUUU
IIII
R
UI
UUtdtUU
dddd
BABA
BA
dffND
d
Dhd
d
Dtb
d
d
d
fffdtb 

 39
Hai nhóm van NA mắc chung catod cho điện áp dương, NK mắc chung anod 
cho điện áp âm 
H2.15. Sơ đồ nguyên lý CL cầu ba pha 
Hoạt động của sơ đồ 
Chỉnh lưu này có hai nhóm van, nhóm nối Anốt chung và nhóm nối Ktốt 
chung 
Theo nguyên tắc nhóm nối Ktốt chung thì van nào có Anốt dương nhất se mở 
Nhóm nối A nốt chung van nào có K tôt âm nhất sẽ mở. 
Vơi giả thiết điện áp vào có dạng nhu hình vẽ ta có: 
 Từ /6  3/6 thì D1 và D4 mở 
 Từ 3/6  5/6 thì D1 và D6 mở 
 Từ 5/6  7/6 thì D3 và D6 mở 
 Từ 7/6  9/6 thì D3 và D2 mở 
 Từ 9/6  11/6 thì D5 và D2 mở 
 Từ 11/6  13/6 thì D5 và D4 mở 
Như vậy ta có dạng tín hiệu ra có dạng như hình vẽ: 
 40
H2.16. Sơ đồ tín hiệu CL cầu ba pha 
Thông số của sơ đồ: 
2.6. Mạch chỉnh lưu có điều khiển, Chỉnh lưu điều rộng xung 
+ Chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển. Sơ đồ 
H2.16. Sơ đồ nguyên lý CL tia ba pha có ĐK 
• Định nghĩa về góc thông tự nhiên 
6
.05,1
34.2/45,2.45,232
;
3
;
3
;
.17,1.2
2
63.2.sin23
2
6
22
22
6/4
3/
2
m
IUS
UUUU
IIII
R
UI
UUtdtUU
ddBA
dffND
d
Dhd
d
Dtb
d
d
d
fffdtb 

 41
H2.17. Sơ đồ tín hiệu 
Nguyên tắc điều khiển 
H2.18. Sơ đồ tín hiệu ra và nguyên tắc điều khiển 
Khi tải thuần trở: 
 b.
Ud Id
t1 t2 t3 t4
t
t
t
t
t
Ud
Id
UT1
I1
I2
I3
0
Ud
Id
UT1
I1
I2
I3
t
t
t
t
t
t1 t2 t3 t4
Ud Id
0
 300
 42
H2.19. Sơ đồ tín hiệu với tải thuần trở 
Thông số của sơ đồ: 
Điện áp chỉnh lưu 
• Khi tải thuần trở góc mở nhỏ hơn 300 
Khi góc mở van lớn hơn 300 
Các thông số còn lại như chỉnh lưu không điều khiển 
Khi tải điện cảm: 
H2.20. Sơ đồ tín hiệu với tải điện cảm 
Điện áp chỉnh lưu: 
Khi có diod xả năng lượng: 
3
6
cos1
.17,1.sin2
2
3
cos.17,1.sin2
2
3
2
6
2
2
6
5
6
2

 
ffdtb
ffdtb
UtdtUU
UtdtUU
 
cos.17,1.sin2
2
3
2
6
5
6
2 ffdtb UtdtUU 
 43
H2.21. Sơ đồ nguyên lý tín hiệu có Điốt xả năng lượng 
+ Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng 
Sơ đồ: 
H2.22. Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ điều khiển đông cơ điện một chiều 
CL cầu có điều khiển ba pha 
Ba cách cấp xung điều khiển: Cấp hai xung điều khiển dúng thứ tự pha, hai 
xung điều khiển không đúng thứ tự pha, 
Đặc điểm điều khiển: 
3
6
cos1
.17,1.sin2
2
3
2
6
2

ffdtb UtdtUU
 44
H2.23. Sơ đồ đặc điểm điều khiển CL cầu có ĐK 
2.7. Các chế độ làm việc của bộ chỉnh lưu 
a. Điện áp ngõ vào, ngõ ra mạch chỉnh lưu, sóng hài ngõ ra mạch chỉnh lưu. 
- Điện áp ngõ vào của bộ chỉnh lưu được xác định là điện áp pha thứ cấp của 
bộ chỉnh lưu ký hiệu là U2. 
- Điện áp ngõ ra của bộ chỉnh lưu được xác định là điện áp một chiều sau 
chỉnh lưu, ký hiệu là Ud. Chất lượng điện áp một chiều sau chỉnh lưu phụ thuộc vào 
loại mạch chỉnh lưu, quá trình đóng mở của van bán dẫn công suất, tính chất của 
phụ tải. 
- Mức độ sóng hài của ngõ ra của mạch chỉnh lưu phụ thuộc vào góc đóng 
mở của van bán dẫn, độ trễ của van khi đóng và khi mở. 
b. Lọc điện cảm, lọc điện dung. 
Để nâng cao chất lượng điện áp sau chỉnh lưu người ta sử dụng các mạch lọc 
tích cực nhằm giảm độ nhấp nhô của sóng điện áp và dòng điện. Trong thực tế 
người ta sử dụng lọc điện cảm và lọc điện dung. 
Sau khi chỉnh lưu ta thu được điện áp một chiều nhấp nhụ, nếu khụng cú tụ 
lọc thỡ điện áp nhấp nhô này chưa thể dùng được vào các mạch điện tử , do đó 
 45
trong các mạch nguồn, ta phải lắp thêm các tụ lọc có trị số từ vài trăm µF đến vài 
ngàn µF vào sau cầu Diode chỉnh lưu 
H2.26.Dạng điện áp DC của mạch chỉnh lưu trong hai trường hợp có tụ và không có tụ 
Sơ đồ trên minh hoạ các trường hợp mạch nguồn có tụ lọc và không có tụ 
lọc. 
Khi công tắc K mở, mạch chỉnh lưu không có tụ lọc tham gia , vì vậy điện áp 
thu được có dạng nhấp nhô. 
Khi công tắc K đóng, mạch chỉnh lưu có tụ C1 tham gia lọc nguồn , kết quả 
là điện áp đầu ra được lọc tương đối phẳng, nếu tụ C1 có điện dung càng lớn thì 
điện áp ở đầu ra càng bằng phẳng, tụ C1 trong các bộ nguồn thường có trị số 
khoảng vài ngàn µF . 
H2.27. Minh hoạ : Điện dụng của tụ lọc càng lớn thì điện áp đầu ra càng bằng phẳng. 
Trong các mạch chỉnh lưu, nếu có tụ lọc mà không có tải hoặc tải tiêu thụ 
một công xuất không đáng kể so với công xuất của biến áp thì điện áp DC thu được 
là DC = 1,4.AC 
Ví dụ cho chợp góc mở lớn hơn 
 46
H2.25. Sơ đồ tín hiệu CL cầu có ĐK α >300 
2.8. Tính toán mạch chỉnh lưu. 
Tính toán mạch chỉnh lưu được thực hiện theo từng loại mạch chỉnh lưu, bao 
gồm hai phần chủ yếu căn cứ vào sơ đồ mạch: 
- Tính toán máy biến áp dùng cho mạch chỉnh lưu 
- Tính toán van sử dụng cho mạch chỉnh lưu 
Bài tập tính toán cho mạch chỉnh lưu được thực hiện theo hai hướng: 
- Tính toán từ nguồn cung cấp và van, sơ đồ mạch đã có 
- Tính toán từ yêu cầu phụ tải, thiết kế sơ đồ mạch lựa chọn van và biến áp 
sử dụng cho mạch chỉnh lưu. 
Tên sơ đồ Ud Iv UV SBA 
1/2T 0.45 U2 Id 1,41 U2 3.09 Pd 
1T, có điểm O 0.9 U2 Id/2 2,38 U2 1,48 Pd 
1T, cầu 1 pha 0.9 U2 Id/2 1,41 U2 1,23 Pd 
3 pha hình tia 1.17 U2 Id/3 2,45 U2 1,35 Pd 
Cầu 3 pha 2,34 U2 Id/3 2,45 U2 1,05 Pd 
Bài tập: 
Hãy tính toán thiết kế một bộ nguồn cung cấp cho phụ tải sau: 
- 1 động cơ một chiều công suất 125 W- 12 V 
- 1 ắcquy 100Ah – 12 V 
Hãy lựa chọn mạch chỉnh lưu và mạch lọc phù hợp vói tải và thiết mạch điều 
khiển để hoạt động tải thuận lợi nhất. 
Đáp án: 
- Sử dụng mạch chỉnh lưu cầu 1 pha 
- Mạch lọc sử dụng tụ 
- Có thể thêm mạch ổn áp. 
 47
2.9. Các chế độ làm việc của bộ chỉnh lưu 
a. Điện áp ngõ vào, ngõ ra mạch chỉnh lưu, sóng hài ngõ ra mạch chỉnh lưu. 
- Điện áp ngõ vào của bộ chỉnh lưu được xác định là điện áp pha thứ cấp của 
bộ chỉnh lưu ký hiệu là U2. 
- Điện áp ngõ ra của bộ chỉnh lưu được xác định là điện áp một chiều sau 
chỉnh lưu, ký hiệu là Ud. Chất lượng điện áp một chiều sau chỉnh lưu phụ thuộc vào 
loại mạch chỉnh lưu, quá trình đóng mở của van bán dẫn công suất, tính chất của 
phụ tải. 
- Mức độ sóng hài của ngõ ra của mạch chỉnh lưu phụ thuộc vào góc đóng 
mở của van bán dẫn, độ trễ của van khi đóng và khi mở. 
b. Lọc điện cảm, lọc điện dung. 
Để nâng cao chất lượng điện áp sau chỉnh lưu người ta sử dụng các mạch lọc 
tích cực nhằm giảm độ nhấp nhô của sóng điện áp và dòng điện. Trong thực tế 
người ta sử dụng lọc điện cảm và lọc điện dung. 
 Sau khi chỉnh lưu ta thu được điện áp một chiều nhấp nhụ, nếu khụng cú tụ 
lọc thỡ điện áp nhấp nhô này chưa thể dùng được vào các mạch điện tử , do đó 
trong các mạch nguồn, ta phải lắp thêm các tụ lọc có trị số từ vài trăm µF đến vài 
ngàn µF vào sau cầu Diode chỉnh lưu 
H2.26.Dạng điện áp DC của mạch chỉnh lưu trong hai trường hợp có tụ và không có tụ 
Sơ đồ trên minh hoạ các trường hợp mạch nguồn có tụ lọc và không có tụ 
lọc. 
Khi công tắc K mở, mạch chỉnh lưu không có tụ lọc tham gia , vì vậy điện áp 
thu được có dạng nhấp nhô. 
Khi công tắc K đóng, mạch chỉnh lưu có tụ C1 tham gia lọc nguồn , kết quả 
là điện áp đầu ra được lọc tương đối phẳng, nếu tụ C1 có điện dung càng lớn thì 
điện áp ở đầu ra càng bằng phẳng, tụ C1 trong các bộ nguồn thường có trị số 
khoảng vài ngàn µF . 
 48
H2.27. Minh hoạ : Điện dụng của tụ lọc càng lớn thì điện áp đầu ra càng bằng phẳng. 
Trong các mạch chỉnh lưu, nếu có tụ lọc mà không có tải hoặc tải tiêu thụ 
một công xuất không đáng kể so với công xuất của biến áp thì điện áp DC thu được 
là DC = 1,4.AC 
Câu hỏi và bài tập chương: 
Câu 1: Phân tích và vẽ dạng xung điện áp đầu ra (UR) của mạch hình 1 (giả thiết D 
lý tưởng, RT>>Rhc). 
Câu 2: Mạch chỉnh lưu 1 pha hai nửa chu kỳ hình tia dùng đi-ốt cung cấp 
cho tải thuần trở, điện áp nguồn tác động hình sin có giá trị hiệu dụng thứ cấp máy 
biến áp: U2= 200V. 
Tính giá trị điện áp trung bình của tải. 
Câu 3 : Mạch chỉnh lưu cầu 1 pha dùng đi-ốt cung cấp cho tải thuần trở R = 
7Ω, dùng đồng hồ đo được điện áp trung bình trên tải 180V 
Tính công suất máy biến áp? 
Câu 4 : Mạch biến đổi điện áp xoay chiều dùng Triac điện áp hiệu dụng đầu 
vào mạch biến đổi có giá trị 220V cung cấp cho tải thuần trở có giá trị R=15. 
Tính công suất tiêu thụ của tải khi góc mở α= 450 
Câu 5: So sánh mạch chỉnh lưu 1 pha hai nửa chu kỳ hình tia dùng Thyristor 
với mạch chỉnh lưu cầu 1 pha dùng Thyristor cùng cung cấp cho 1 loại tải. 
t 
Rhc
D
RT
uR uV 
10V 
0V 
-10V 
Hình 1 
 49
Câu 6: Vẽ sơ đồ, dạng điện áp tại ngõ vào, ngõ ra trên tải và trình bày 
nguyên lý hoạt động mạch chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển trong trường hợp 
tải thuần trở và góc kích 600 
Bài 3 : BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU 
Bộ biến đổi điện áp xoay chiều được sử dụng để thay đổi trị hiệu dụng của 
điện áp ngõ ra. 
Nó được mắc vào nguồn xoay chiều dạng Sin với tần số và trị hiệu dụng 
không đổi và tạo ở ngõ ra điện áp xoay chiều có cùng tần số nhưng trị hiệu dụng 
điều khiển được. 
 Bộ biến đổi điện áp xoay chiều có tính năng giống như máy biến thế điều 
khiển sơ cấp. Điện áp đáp ứng ở ngõ ra thay đổi nhanh và liên tục 
3.1 Bộ biến đổi điện áp xoay chiều một pha 
H3.1. Một số bộ biến đổi điện áp xoay chiều một pha 
S¬ ®å ®iÒu ¸p xoay chiÒu mét pha b»ng b¸n dÉn a. b»ng hai tiristor 
song song ngîc; b. b»ng triac; c. b»ng mét tiristor mét diod 
*Bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều 1 pha dùng SCR 
Bộ điều chỉnh điện áp cung cấp gồm hai SCR giống nhau đấu song song như 
ngược chiều nhau, tuỳ thuộc vào điện áp kích mở cổng cho SCR sớm hay trễ mà ta 
có điện áp trung bình cấp cho tải thay đổi được. 
H.3.2. Bộ biến đổi điện áp xoay chiều một pha dùng 2 SCR song song ngược chiều 
Trường hợp tải R: 
T2 
Z 
T 
D
 D
 Z 
 50
- Khi T1 mở thì 1 phần của nửa chu kỳ dương điện áp nguồn đặt lên 
mạch tải. 
Khi T2 mở thì một phần của nửa chu kỳ âm của u được đặt lên mạch tải 
H3.3. Sơ đồ tín hiệu với tải R 
Tại thời điểm 1, 2, có xung điều khiển các thyristor T1, T2, các thyristor 
này dẫn .Nếu bỏ qua sụt áp trên các thyristor,điện áp tải có dạng như hình vẽ. Dòng 
điện tải đồng dạng điện áp và được tính: 
Khi thyristor dẫn: 
Khi thyristor khóa: i = 0 
Trị hiệu dụng của điện áp trên tải: 
Trị hiệu dụng của dòng tải: 
Công suất tác dụng cung cấp cho mạch tải: 
Như vậy, bằng cách làm biến đổi góc từ 0 ÷ , người ta có thể điều chỉnh 
được công suất tác dụng từ trị cực đại P = U2/R đến 0. 
Dòng điện trung bình qua SCR: 
Trường hợp tải RL: 
R
tUi m sin 

 2
2sin22sin21
2
2
 mt UdUU
2
2sin222
R
UIUP mttt
)cos1(
2
R
UI mSCR
 51
H3.4. Sơ đồ tín hiệu với tải RL 
3.2. Bộ biến đổi điện áp xoay chiều ba pha 
- Gồm 3 cặp SCR song song ngược. Mỗi cặp nối tiếp với một pha tải. 
- Mạch tải có thể đấu kiểu “Y” hoặc “Δ” 
- Một số sơ đồ mạch lực như hình dưới 
H3.5. Một số sơ đồ mạch lực đấu Sao có trung tính, không có trung tính và đấu Tam giác 
sử dụng SCR và Triắc 
 2 
 U 
 1 
 2 
Ut¶
i 
b
c 
a 
 5 
b 
   
 52
H3.6. Sơ đồ điều khiển đảo chiều quay đông cơ KĐB ba pha 
3.3. các phương pháp điều khiển bộ biến đổi áp xoay chiều 3 pha 
Với phương pháp điều khiển pha thông thường: 
Điện áp ngõ ra chứa thành phần hài cơ bản có tần số bằng tần số áp nguồn và 
các thành phần bậc cao khác. 
Điều khiển pha: 
Với phương pháp chuyển mạch cưỡng bức: 
Điều khiển vị trí kích đóng dòng điện và đồng thời điều khiển ca vị trí ngắt 
dòng tải. 
Điện áp ngõ ra có dạng đối xứng 
Điều khiển tỉ lệ thời gian: 
Cho xung kích đóng các linh kiện liên tục trong thời gian bằng số nguyên lần 
(m) chu kỳ điện áp nguồn và sau đó ngắt (khóa) xung kích liên tục trong một số 
nguyên lần chu kỳ(n). 
Không sử dụng phương pháp này khi tải có hằng số thời gian đáp ứng tương 
đương với chu kỳ áp nguồn xoay chiều. 
Tóm tắt các ý chính của chương 
A B C 
A B C 
t 
t 
t 
t 
t 
t 
 /2 
XT1 
XT2 
XT3 
XT4 
XT5 
X3 X23 
X2 X52 
X1 X61 
X14 
XT6 
X5 
X6 X36 
X45 
X3 
X4 X14 
1 2 3 4 5 6 7 8 9 
T1 
T2 
T3 
T4 
T5 
T6 
H3.7. Sơ đồ điều Tín iệu ra bộ biến i điện áp ba p a