Các mạch điện ứng dụng
Tìm hiểu về ứng dụng của SCR là gì? Bài viết này chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về một loại linh kiện công suất rất phổ biến, được sử dụng có mặt ở mọi nơi từ điện gia đình cho đến công nghiệp là SCR. Và tại sao chúng lại phổ biến đến như vậy?
1. Ứng dụng của SCR là gì?
SCR được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau. Do SCR có nhiều ưu điểm như khả năng đóng, mở với dòng điện cực cổng thấp và có thể làm công tắc với điện áp cao.
Bạn đang xem: Các mạch điện ứng dụng
Các ứng dụng của SCR có thể kể ra bao gồm làm công tắc, chỉnh lưu, điều chỉnh điện áp, sử dụng trong mạch bảo vệ. SCR đã được sử dụng cho các ứng dụng gia đình như đèn chiếu sáng, điều khiển nhiệt độ, tốc độ quạt, lò sưởi, kích hoạt báo động.
Ứng dụng của SCR trong điều khiển quạt, đèn
Và cho một số ứng dụng trong công nghiệp, SCR dùng để điều khiển tốc độ quạt, sạc pin, chuyển đổi năng lượng. Chúng ta sẽ tìm hiểu chi tiết qua một số ứng dụng dưới đây.
2. SCR sử dụng như công tắc
Công tắc điện tử là một trong những ứng dụng quan trọng nhất của SCR. SCR thường được sử dụng như một module rơ le bán dẫn và có ưu điểm hơn rơ le và công tắc cơ do không sử dụng tiếp điểm cơ khí.
Hình dưới đây là một ví dụ sử dụng SCR để điều khiển bật tắt tải. Tải sẽ nối tiếp với SCR1 và SCR2 đến nguồn. Khi đó nguồn điện AC cung cấp cho tải được điều khiển bởi xung kích đến SCR.
+ Điện trở R1 và R2 dùng để bảo vệ diode D1 và D2 tương ứng.
+ Điện trở R dùng để giới hạn dòng điện vào cực cổng.
Mạch sử dụng SCR làm công tắc
Nguyên lý hoạt động
+ Ở bán kỳ dương SCR1 phân cực thuận, SCR2 phân cực ngược nên chỉ có SCR1 có thể dẫn điện . Khi công tắc S đóng thì cực cổng được cấp dòng thông qua Diode D1, do đó SCR 1 dẫn điện. Dòng điện qua tải qua SCR ở bán kỳ dương.
+ Ở bán kỳ âm SCR2 phân cực thuận nên chỉ có SCR2 có thể dẫn điện. Khi công tắc S đóng thì SCR 2 dẫn, dòng điện qua tải qua SCR về nguồn.
Ưu điểm của công tắc bán dẫn dùng SCR là không gây tiếng ồn, không phát sinh hồ quang, dòng qua công tắc rất nhỏ vài mili ampe nhưng có thể điều khiển tải có dòng vài trăm ampe.
3. Ứng dụng của SCR trong biến đổi điện áp là gì
Các ví dụ điển hình cho ví dụ này là điều khiển tốc độ động cơ và điều khiển độ sáng đèn (dimmers). SCR là sự lựa chọn tốt nhất để làm thiết bị điều khiển công suất.
3.1 Biến đổi điện áp AC bằng SCR
Trong mạch xoay chiều, phương pháp được sử dụng nhiêu nhất để điều khiển SCR là điều khiển pha. Điều khiển pha điều chỉnh việc thay đổi góc kích vào cực cổng của SCR từ đó thay đổi điện áp tải.
Hình bên dưới cho thấy mạch biến đổi điện áp xoay chiều dùng 2 SCR nối song song ngược nhau. Mỗi SCR chỉ được dẫn điện trong một nửa của chu kỳ tương ứng. Khi thay đổi góc kích cho SCR thì điện áp trên tải thay đổi.
Ứng dụng của SCR để biến đổi điện áp là gì
Ưu điểm của phương pháp điều khiển pha là khi không có xung kích thì cuối nửa bán kỳ, SCR đang dẫn sẽ rơi vào điện áp ngược nên tắt.
3.2 Điều khiển điện áp một chiều sử dụng SCR
Trong trường hợp sử dụng nguồn một chiều, điện áp trung bình ngõ ra thay đổi khi thay đổi thời gian đóng, mở SCR. Hình bên dưới cho thấy mạch điều khiển tải một chiều đơn giản.
Điều khiển biến đổi điện áp một chiều
Có thể tạo ra nguồn DC thay đổi được cho tải bằng cách sử dụng các mạch chỉnh lưu có điều khiển.
4. Ứng dụng của SCR cho mạch chỉnh lưu là gì
Mạch chỉnh lưu có thể chia làm 2 nhóm chỉnh là chỉnh lưu có điều khiển và không điều khiển. Trong đó có thể kể đến là mạch chỉnh lưu bán kỳ, hai nửa chu kỳ, chỉnh lưu cầu.
4.1 Mạch chỉnh lưu bán kỳ
Mạch dưới đây là mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ đơn giản sử dụng SCR, sử dụng một diode là biến trở để điều khiển góc kích của SCR.
Mạch chỉnh lưu bán chu kỳ dùng SCR
+ Nửa chu kỳ âm thì SCR bị phân cực ngược nên không có dòng điện qua tải.
+ Nửa chu kỳ dương SCR được phân cực thuận. Khi điện trở thay đổi đến giá trị làm cho dòng đi vào cực cổng đạt giá trị dòng kích hoạt tối thiểu thì SCR đóng. Ta xem SCR lúc này là một công tắc đóng nên điện áp tải bằng với điện áp nguồn.
+ Góc mà SCR bắt đầu dẫn gọi là góc kích, ở mạch này góc kích chỉ có thể thay đổi trong bán kỳ dương. Thay đổi giá trị điện trở để thay đổi góc kích của SCR.
Bằng cách thay đổi góc kích, ta nói điện áp trung bình của mạch sau chỉnh lưu được điều khiển
4.2 Mạch chỉnh lưu toàn sóng
Ở mạch chỉnh lưu toàn sóng, điện áp được điều khiển ở cả bán kỳ âm và bán kỳ dương. Điện áp sau chỉnh lưu là điện áp một chiều có giá trị dương. Do đó so với bộ chỉnh lưu nửa sóng, giá trị trung bình điện áp một chiều cao hơn, độ gợn sóng cũng ít hơn.
Hình bên dưới là mạch chỉnh lưu toàn sóng sử dụng 2 SCR nối với hai đầu của biến áp, điểm giữa của biến áp nối với tải một chiều.
Mạch chỉnh lưu toàn sóng
+ Ở bán kỳ dương: SCR1 phân cực thuận, SCR2 phân cực ngược nên chỉ có SCR1 có thể dẫn. Khi có xung kích đưa vào cực cổng G thì SCR1 đóng, dòng từ SCR1 qua tải.
+ Ở bán kỳ âm: chỉ có SCR 2 có thể dẫn điện do được phân cực thuận. Khi có xung kích vào cực cổng thì SCR 2 dẫn. Dòng qua SCR2 đi qua tải, để ý thấy dòng qua tải có chiều dương nên ngược chiều với nguồn. Điện áp tải Vo = -Vs >0
4.3 Mạch chỉnh lưu cầu 1 pha
Thay vì sử dụng biến áp có điểm giữa như ở mạch trên, mạch cầu sử dụng 4 SCR được sử dụng phổ biến hơn. Và ở các ứng dụng công suất lớn người ta không cần sử dụng đến biến áp. Sơ đồ mạch chỉnh lưu toàn cầu:
Sơ đồ mạch chỉnh lưu toàn cầu
Ở bán kỳ dương thì SCR1 và SCR4 dẫn điện, ở bán kỳ âm SCR2 và SCR3 dẫn điện. Dạng sóng điện áp ngõ ra tương tự như ở mạch dùng 2 thyristor.
5. Mạch bảo vệ điện áp sử dụng SCR
Do SCR đóng cắt rất nhanh nên được ứng dụng trong các mạch bảo vệ quá áp. Ví dụ cho các trường hợp mạch bảo vệ quá áp cho mạch IC số, do các IC số rất nhạy cảm nếu điện áp cấp cao sẽ dẫn đến hư hỏng. Khi xảy ra quá áp SCR sẽ thực hiện việc ngắt nguồn để bảo vệ các IC này.
Hình bên dưới là mạch bảo vệ quá áp, SCR nối song song với nguồn và song song với tải cần được bảo vệ. SCR được điều khiển bởi một diode zener nối tiếp với điện trở, ở điều kiện bình thường thì diode zener như một công tắc mở. Do đó điện áp trên điện trở bằng 0 và SCR ở trạng thái mở.
Ứng dụng của SCR bảo vệ quá áp là gì
Khi điện áp nguồn vượt quá giới hạn quy định, diode zener bắt đầu dẫn điện, hai đầu điện trở lúc này cũng xuất hiện điện áp. Dẫn đến SCR chuyển sang chế độ dẫn, điện áp rơi trên SCR giảm xuống khi dẫn và do đó tải được bảo vệ quá áp.
