THYRISTOR LÀ GÌ, CẤU TẠO NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ ỨNG DỤNG

Thyristor (Silicon Controlled Rectifier) là phần tử bán dẫn có cấu tạo từ bốn lớp bán dẫn và ba cực khác nhau được dùng để chỉnh lưu dòng điện có điều khiển. Về cơ bản Thyristor có cấu tạo cơ bản giống Diot 4 lớp với 2 trạng thái làm việc: điện trở thấp và điện trở cao, khi Thyristor chuyển trạng thái thì cần có tín hiệu điều khiển. Bài viết dưới đây sẽ tìm hiểu chi tiết hơn, hãy cùng chúng tôi khám phá nhé.

1. Cấu tạo của Thyristor

Thyristor có cấu tạo từ bốn lớp bán dẫn P – N ghép xen kẽ và được nối ra ba chân, trong đó:

A: Anode là cực dương

K: Cathode là cực âm

G: Gate là cực khiển hay còn gọi là cực cổng



Theo hình trên, Thyristor có thể xem như tương đương hai BJT gồm:
BJT loại NPN
BJT loại PNP

2. Nguyên lý hoạt động của Thyristor

Theo hình trên có hai trường hợp hoạt động của Thyristor

+ Trường hợp 1: Cực G để hở hay VG = OV:

Khi điện áp nguồn VCC được tăng lên đủ mức lớn, sẽ kéo theo điện áp VAK tăng theo đến điện thế ngập VBO lúc đó điện áp VAK sẽ giảm xuống như diode và lúc này dòng điện IA tăng nhanh. Lúc này Thyristor sẽ chuyển sang trạng thái dẫn điện, dòng điện ứng với lực điện áp VAK giảm nhanh được gọi là dòng điện duy trì IH sau đó đặc tính của Thyristor giống như một diode nắn điện.

Trường hợp đóng khóa K: VG= VDC – IGRG, lúc này Thyristor dễ chuyển sang trạng thái dẫn điện. Lúc này Thyristor T1 được phân cực ở B1 nên dòng điện IG chính là IB1 làm T1 dẫn điện, cho ra IC1 chính là dòng điện IB2 nên lúc đó I2 dẫn điện, cho ra dòng điện IC2 lại cung cấp ngược lại cho T1 và IC2 = IB1. Nhờ đó mà Thyristor sẽ tự duy trì trạng thái dẫn mà không cần có dòng IG liên tục.

IC = IB2; IC2 = IB1

Theo nguyên lý trên, dòng điện đi qua hai transistor sẽ được khuếch đại lớn dần và hai transistor ở trạng thái bão hòa. Khi đó điện áp VAK giảm rất nhỏ và dòng điện qua Thyristor sẽ là:

Khi thực nghiệm cho thấy dòng điện cung cấp cho cực G càng lớn thì điện áp nguồn càng nhỏ tức là Thyristor càng dễ dẫn điện.

+ Trường hợp 2: Trường hợp phân cực ngược Thyristor

Phân cực ngược Thyristor là nối A vào cực âm, K vào cực dương của nguồn VCC. Trường hợp này giống như diode bị phân cực ngược. Thyristor sẽ không dẫn điện mà chỉ có dòng rất nhỏ đi qua. Khi tăng điện áp ngược lên đủ lớn thì Thyristor sẽ bị đánh thủng và dòng điện qua theo chiều ngược lại. Điện áp ngược đủ để đánh thủng Thyristor là VBR, thông thường trị số VBR và VBO bằng nhau và ngược dấu.

Đặc tuyến 

IG = 0   ; IG2 > IG1 > IG

3. Các thông số kỹ thuật

Dòng điện thuận cực đại: Đây là trị số lớn nhất dòng điện qua mà Thyristor có thể chịu đựng liên tục, quá trị số này Thyristor bị hư. Khi Thyristor đã dẫn điện VAK khoảng 0,7V nên dòng điện thuận qua có thể tính theo công thức:

Điện áp ngược cực đại: Đây là điện áp ngược lớn nhất có thể đặt giữa A và K mà Thyristor chưa bị đánh thủng, nếu vượt qua trị số này Thyristor sẽ bị phá hủy. Điện áp ngược cực đại của Thyristor thường khoảng 100V đến 1000V.

Dòng điện kích cực tiểu: IGmin : Để Thyristor có thể dẫn điện trong trường hợp điện áp VAK thấp thì phải có dòng điện kích cho cực G của Thyristor. Dòng IGmin là trị số dòng kích nhỏ nhất đủ để điều khiển Thyristor dẫn điện và dòng IGmin có trị số lớn hay nhỏ tùy thuộc công suất của Thyristor, nếu Thyristor có công suất càng lớn thì IGmin phải càng lớn. Thông thường IGmin từ 1mA đến vài chục mA.

Thời gian mở Thyristor: Là thời gian cần thiết hay độ rộng của xung kích để Thyristor có thể chuyển từ trạng thái ngưng sang trạng thái dẫn, thời gian mở khoảng vài micrô giây.

Thời gian tắt: Theo nguyên lý Thyristor sẽ tự duy trì trạng thái dẫn điện sau khi được kích. Muốn Thyristor đang ở trạng thái dẫn chuyển sang trạng thái ngưng thì phải cho IG = 0 và cho điện áp VAK = 0. để Thyristor có thể tắt được thì thời gian cho VAK = OV phải đủ dài, nếu không VAK tăng lên cao lại ngay thì Thyristor sẽ dẫn điện trở lại. Thời gian tắt của Thyristor khoảng vài chục micrô giây.

4. Cách đo kiểm tra Thyristor

Đo kiểm tra Thyristor bằng cách đặt đồng hồ thang x1W, đặt que đen vào Anot, que đỏ vào Katot ban đầu kim không lên, sau đó dùng Tua – vit chập chân A vào chân G thì thấy kim đồng hồ dịch chuyển, sau đó bỏ Tua – vit ra đồng hồ vẫn lên kim, như vậy là Thyristor tốt. Các Thyristor thường được ứng dụng trong các mạch chỉnh lưu nhân đôi tự động của nguồn xung Tivi màu.

5. Ứng dụng của Thyristor:

Trong mạch điện động cơ M là động cơ vạn năng, loại động cơ có thể dùng điện AC hay DC.

Dòng điện qua động cơ là dòng điện ở bán kỳ dương và được thay đổi trị số bằng cách thay đổi góc kích của dòng IG.

Khi Thyristor chưa dẫn thì chưa có dòng qua động cơ, diode D nắn điện bán kỳ dương nạp vào tụ qua điện trở R1 và biến trở VR. Điện áp cấp cho cực G lấy trên tụ C và qua cầu phân áp R2 – R3.

Giả sử điện áp đủ để kích cho cực G là VG = 1V và dòng điện kích IGmin = 1mA thì điện áp trên tụ C phải khoảng 10V. Tụ C nạp điện qua R1 và qua VR với hằng số thời gian là : T = (R1 + VR)C

Khi thay đổi trị số VR sẽ làm thay đổi thời gian nạp của tụ tức là thay đổi thời điểm có dòng xung kích IGsẽ làm thay đổi thời điểm dẫn điện của Thyristor tức là thay đổi dòng điện qua động cơ và làm cho tốc độ của động cơ thay đổi.

Khi dòng AC có bán kỳ âm thì diode D và Thyristor đều bị phân cực nghịch nên diode ngưng dẫn và Thyristor cũng chuyển sang trạng thái ngưng dẫn.

Tìm hiểu các linh kiện điện tử

Trong các thiết bị tự động hóa thì các thành phần chủ yếu cấu tạo nên là các linh kiện điện tử, thiết bị hoạt động ổn định, chính xác hay không đều phụ thuộc vào từng linh kiện trong máy. Bài viết này xin được chia sẻ kiến thức tìm hiểu chi tiết về các linh kiện điện tử: cấu tạo, nguyên lý hoạt động cũng như ứng dụng thực tế của từng thiết bị. Bài viết này nằm trong series bài viết "kiến thức kỹ thuật điện ứng dụng". Các cùng tìm hiểu nhé !

Đầu tiên và cũng là quan trọng nhất chính là linh kiện điện tử công suất, khi công nghệ được phát minh đã thay đổi hoàn toàn ngành bán dẫn.

1. Mosfet  – Transistor trường

            

Mosfet là Transistor trường có cấu tạo khác với Transistor thông thường , chúng có độ nhạy cao hơn và
được sử dụng trong hầu hết các bộ nguồn Monitor .

                             

2.cấu tạo

Mosfet                           Transistor

Mosfet có 3 cực là G ( cực cổng ) , D ( cực thoát ), S ( cực nguồn ) về nguyên lý hoạt động chúng tương tự với 3 cực B, C , E của Transistor thông thường , nhưng về cấu tạo chúng khác với đèn BCE .

                                          

 + Cực nguồn ( S ) và cực thoát ( D ) được nối với hai chất bán dẫn N đặt trên nền có tính cách điện, khoảng giữa hai cực là vùng nghèo điện tích tự do .

+ Cực cổng ( G ) được đặt bên trên khoảng trống giữa hai cực N và các ly bằng một lớp cách điện là SiO2, cực G cách
điện hoàn toàn với cực D và cực S .

+ Khi cho một điện áp chênh lệch vào hai cực D và S thì không có dòng điện chạy qua nhưng khi ta đưa một điện áp dương vào cực G, điện áp này sinh ra hiệu ứng trường trong khoảng trống giữa hai lớp bán dẫn N, và dưới tác dụng của từ trường thì xuất hiện dòng điện chạy qua từ cực D sang cực S .

Điện áp đặt vào chân G không tạo ra dòng điện GS  mà chỉ  tạo ra hiệu ứng trường trong Mosfet vì vậy  một tín hiệu có cường độ rất yếu cũng có thể làm cho Mosfet mở rất mạnh .

Dòng điện chạy qua hai cực D – S chỉ phụ thuộc vào điện áp chân G mà không phụ thuộc vào cường độ của tín hiệu
=> Vì vậy Mosfet được coi là linh kiện có độ nhạy rất cao và chúng đã được sử dụng trong các bộ nguồn Monitor và các bộ nguồn của nhiều thiết bị điên tử cao cấp ngày nay .

3.Ký hiệu của Mosfet :

Mosfet thường có ký hiệu là  K… , 2SK…   ,  IRF…Thí dụ    K3240  , IRF630  v v.. trong đó đèn K có công suất lớn hơn và thường sử dụng trong mạch nguồn, các đèn IRF có công suất nhỏ hơn nên sử dụng trong mạch công tắc, mạch Regu và ít sử dụng trong mạch nguồn.

Quy định về các cực :
-  Cực G – ở bên trái
-  Cực D -  ở giữa
-  Cực S – ở bên phải .

4.Ứng dụng 

Hai ứng dụng quan trọng của Mosfet là dùng trong mạch khuếch đại điện áp và các khóa chuyển mạch trạng thái. Ưu thế quan trọng của Mosfet là khả năng điều khiển tổn hao công suất rất thấp, thời gian lật mạch trạng thái khi chuyển mạch nhỏ.

2. IC so quang

+ IC so quang thường có 4 chân, một số ít có 6 chân , bên trong có một điốt phát quang và một đèn thu quang .

+ Khi cho dòng điện đi qua điốt phát quang, đi ốt phát ra tia hồng ngoại chiếu vào đèn thu quang làm đèn thu quang dẫn .

+ Dòng điện qua điốt phát quang  tỷ lệ thuận với dòng điện qua đèn thu quang .

+  Giữa bên điốt phát quang và đèn thu quang cách điện với nhau, chúng chỉ truyền thông tin biến đổi điện áp sang nhau thông qua ánh sáng hồng ngoại .

+ IC so quang được sử dụng nhiều trong bộ nguồn cách ly, chúng làm nhiệm vụ truyền thông tin về sự biến thiên dòng điện từ bên này sang bên kia mà vẫn cách ly được điện áp.

                                  .     

IC so quang 4 chân & IC so quang 6 chân

• IC so quang 6 chân

Cách đo :

·         Một bên bạn đo như đo điốt, một bên bạn đo như đo cực CE của Transistor .

·         Lưu ý :  Trong bộ nguồn , nếu IC so quang hỏng thì chúng thường hỏng ở dạng kém , tức là bạn đo không phát hiện được hư hỏng do đó nhiều khi cần thay thử .  

3. Diode xung

·        

                                                            Sau bộ nguồn xung cần sử dụng

Điốt xung để chỉnh lưu

• Về hình dạng thì Điốt xung giống hệt với Điốt thường, nhưng do được cấu tạo đặc biệt nên Điốt xung làm việc được ở các tần số rất cao khoảng vài chục KHz .
• Khi chỉnh lưu cho các điện áp có tần số cao như điện áp thứ cấp nguồn xung, điện áp thứ cấp cao áp thì ta cần sử dụng Điốt xung, nếu bạn sử dụng các Điốt thông thường tại các vị trí này thì Điốt sẽ bị nóng và hỏng sau ít phút hoạt động .
• Điốt thường chỉ dùng để chỉnh lưu điện áp có tần số thấp như điện AC 50Hz , không sử dụng được trong các mạch tần số cao nhưng Điốt xung lại có thể xử dụng được trong tất cả các mạch .+ Điốt xung có giá thành cao hơn Điốt thường khoảng 4 – 5 lần .

Điốt xung thường có vòng mầu có mầu xanh hay đỏ hoặc vòng mầu đứt nét .

4. IC tạo  dao động .

• IC tạo dao động được sử dụng phổ biến trong các bộ nguồn Monitor, đây là IC có mạch rất đơn giản và giá thành rẻ, bạn có thể sử dụng IC này để lắp đèn nháy, điều đó sẽ giúp bạn hiểu nguồn Monitor dễ dàng hơn.
• Các chân chính của IC này là :+  Chân 7 là Vcc 12V+  Chân 4 là chân dao động

+  Chân 2 là chân điều khiển biên độ dao động ra, điện áp chân 2 tỷ lệ nghịch với biên độ dao động ra .

+  Chân 1 có tác dụng ngược với chân 2 .

+  Chân 3 là chân bảo vệ

+  Chân 6 là chân dao động ra

Còn tiếp....

Tài liệu tham khảo:
Giáo trình linh kiện điện tử và ứng dụng _ Tác giả: NGUYỄN VIẾT NGUYÊN
Linh kiện điện tử _ Klaus Beuth (Sách dịch)

Biến tần ứng dụng thế nào trong công nghiệp

Với nguyên lý hoạt động thông minh của công nghệ inverter, hay công nghệ biến tần đang là sự lựa chọn tốt nhất cho các doanh nghiệp để điều khiển máy móc dùng động cơ điện. Hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất máy biến tần: biến tần Siemens,biến tần Omron,biến tần ABB, có nhiều loại khác nhau: loại 1 pha, 3 pha và có nhiều dải công suất khác nhau.

Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể đạt đến dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ. Bài viết này sẽ tìm hiểu những ứng dụng thông dụng của biến tần trong công nghiệp.

Công nghệ biến tần là gì?

Máy biến tần là thiết bị nhằm biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này thành tần số khác và có thể điều chỉnh được.
Nguyên lý cơ làm việc của máy biến tần khá đơn giản. Trước tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được lọc và chỉnh lưu thành nguồn điện 1 chiều phẳng. Giai đoạn này thực hiện bởi tụ điện và bộ chỉnh lưu cầu diode. Chính vì vậy, hệ số công suất cosphi có giá trị không phụ thuộc vào tải cũng như có giá trị ít nhất bằng 0.96. Điện áp một chiều này được biến đổi thành điện xoay chiều 3 pha đối xứng nhờ sự đóng cắt hợp lý các thiết bị công suất. Nguồn ra là nguồn xoay chiều hình sin 1 pha hoặc 3 pha.
Nhờ sự phát triển của công nghệ vi xử lý cũng như công nghệ bán dẫn lực, tần số chuyển mạch xung có thể lên đến dải tần số siêu âm nhằm làm giảm tiếng ồn của động cơ, giảm các tổn thất trên lõi sắt động cơ. Nhờ tính năng này mà các thiết bị có thể giảm tiêu thụ điện năng từ 20 đến 40%.

Một số ứng dụng của biến tần trong công nghiệp:

Biến tần điều khiển nâng hạ:

Dùng biến tần để điều khiển lực căng cho ứng dụng nâng, hạ trong ngành cấu trục, cầu trục, cần trục...
Biến tần dùng trong ứng dụng điều khiển vị trí:

Đặc biệt ứng dụng biến tần trong giải pháp tiết kiệm năng lượng trong các hệ thống bơm điều áp, trong ngành công nghiệp lạnh, ngành nén khí, công nghệ sản xuất bia, rượu, sữa, ngành giấy, nhựa…
Thay thế cho việc sử dụng các cơ cấu điều khiển vô cấp truyền thống trong máy công tác:

Sử dụng biến tần kết hợp với động cơ không đồng bộ 3 pha sẽ giúp điều chỉnh vô cấp thiết bị công tác, tiết kiệm được một lượng điện năng lớn, cải thiện hệ số công suất của motor, có khả năng tăng tốc động cơ lên rất cao , tích hợp nhiều chế độ điều khiển, có chức năng hãm, bảo vệ motor với việc phát hiện lỗi như: quá áp, thấp áp, mất pha, quá tải, quá dòng, chạm đất…từ đó nâng cao khả năng truyền thông, tự động hóa.
Cải thiện khả năng điều khiển của các hộp số:

Sử dụng biến tần điều khiển động cơ để mở rộng tốc độ máy giúp điều khiển đơn giản nhưng vẫn đáp ứng mọi đòi hỏi công nghệ về tốc độ với chi phí thấp.

Từ các ứng dụng phổ biến nêu trên máy biến tần ngày càng được quan tâm trong các doanh nghiệp và các công ty về lĩnh vực phân phối công nghiệp như trong điều khiển phải trực, thang máy, quạt công nghiệp... nhằm tiết kiệm điện, hiệu suất động cơ cao, tuổi thọ máy móc tốt hơn.

Nhờ tính năng vượt trội của biến tần trong công nghiệp đã đem lại hiệu quả cao về mặt kinh tế, tiết kiệm được nhiều chi phí cho các doanh nghiệp, đặc biệt là đối với những doanh nghiệp có nhu cầu sử dụng điện năng lớn: chế tạo thép, xi-măng. Vì vậy, máy biến tần trong công nghiệp là một trong những giải pháp tốt nhất giúp doanh nghiệp vượt qua khó khăn trong thời kỳ lạm phát hiện nay.

Trên đây là một số ứng dụng của công nghệ biến tần tiên tiến trong công nghiệp,công nghệ biến tần với những ưu thế vượt trội vẫn luôn phát triển và ứng dụng vào nhiều lĩnh vực,thay thế cho những công nghệ cũ lạc hậu,hao phí năng lượng.

Nên sử dụng biến tần hay khởi động mềm?

Hiện nay thì biến tần và khởi động mềm đều có tác dụng làm động cơ khởi động một cách nhẹ nhàng giúp tăng tuổi thọ động cơ và không gây ảnh hưởng đến lưới điện. dưới đây sẽ trình bày ưu nhược điểm của mỗi loại để dựa vào đó bạn đưa ra được phương án phù hợp nhất.

1. Sử dụng biến tần

Ưu điểm:
- Biến tần có hệ thống điều chỉnh tốc độ với kết cấu đơn giản, làm việc được trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau.
- Biến tần cho phép mở rộng dải điều chỉnh, nâng cao tính chất động học của hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều.
- Biến tần điều chỉnh tốc độ động cơ dễ dàng.
- Có khả năng bảo vệ động cơ: quá dòng, quá áp, mất pha, đảo pha…
- Biến tần được sử dụng linh hoạt cho nhiều ứng dụng khác nhau như bơm, quạt,…
Nhược điểm:
- Chi phí đầu tư thiết bị ban đầu cao.
- Người lắp đặt, vận hành phải trang bị kiến thức khi sử dụng biến tần.

2. Khởi động mềm

Ưu điểm:
- Khởi động mềm khởi động và dừng động cơ nhẹ nhàng, có điều khiển.
- Có các chức năng bảo vệ động cơ chạy quá tải, ngược pha, mất pha..
- Giá thành đầu tư thấp hơn so với biến tần.
 Nhược điểm:
- Khởi động mềm không điều chỉnh được tốc độ hoạt động.
 Từ việc so sánh ưu nhược điểm của mỗi loại thấy rằng: nếu ứng dụng cần yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ chính xác thì sử dụng biến tần là giải pháp tối ưu. Với ứng dụng tiết kiệm chi phí và máy khởi động êm lúc ban đầu thì sử dụng khởi động mềm là giải pháp không tồi.