Thông tin tài liệu
BAN NHÂN DÂN TỈNH LÀO CAI TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN: ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT NGÀNH/NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP ( Áp dụng cho Trình độ Cao đẳng) LƯU HÀNH NỘI BỘ NĂM 2017 LỜI GIỚI THIỆU Điện tử cơng nghiệp ngày khơng bó hẹp lĩnh vực cơng nghiệp mà cịn có mặt hầu hết lĩnh vực kinh tế khác nhau, phấn đấu xây dựng kinh tế theo phương thức cơng nghiệp hóa Vì Bài giảng điện tử công suất thiếu q trình nghiên cứu học tập mơ đun Hiện có nhiều tài liệu điện tử cơng suất nhiên lại không phù hợp với học sinh, sinh viên học nghề Như với mục đích để học sinh, sinh viên học nghề dễ dàng tiếp cận viết giảng náy Bài giảng “ Điện tử công suất” gồm bài: Bài 1: Các linh kiện điện tử công suất Bài 2: Bộ chỉnh lưu Bài 3: Bộ biến đổi điện áp xoay chiều Bài 4: Bộ biến đổi điện áp chiều Bài 5: Bộ nghịch lưu biến tần Mỗi đề cập tới nội dung kiến thức bản, ví dụ minh hoạ tập điều khiển thực tế để học sinh, sinh viên hiểu rõ Dù cố gắng tránh khỏi sai sót Vì tơi mong nhận đóng góp ý kiến chân thành đồng nghiệp bạn đọc Xin chân thành cảm ơn Lào Cai, ngày … tháng … năm…… Tham gia biên soạn Chủ biên: Phạm Thị Huê MỤC LỤC Bài1: Các linh kiện điện tử công suất Phân lọai Diode Transistor Thyristor SCR, Diac, Triaac 10 Gate Turn off Thyristor GTO 13 Bài 2: Bộ chỉnh lưu 19 Bộ chỉnh lưu pha 19 Bộ chỉnh lưu ba pha 32 Các chế độ làm việc chỉnh lưu 44 Bài 3: Bộ biến đổi điện áp xoay chiều 54 Bộ biến đổi điện áp xoay chiều pha 54 Bộ biến đổi điện áp xoay chiều ba pha 60 Bài 4: Bộ biến đổi điện áp chiều 62 Bộ giảm áp 62 Bộ tăng áp 69 Các phương pháp điều khiển biến đổi điện áp chiều 75 Bài 5: Bộ nghịch lưu biến tần 78 Bộ nghịch lưu áp pha 78 Phân tích nghịch lưu áp ba pha 81 Các phương pháp điều khiển nghịch lưu áp 83 Bộ nghịch lưu dòng điện 84 Các phương pháp điều khiển nghịch lưu dòng 87 Bộ biến tần gián tiếp, trực tiếp 89 Bài 1: CÁC LINH KIỆN VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Phân loại linh kiện điện tử công suất + Để thực ngắt ngắt điện điện tử dung nhiều linh kiện hay nhóm linh kiện điện tử chịu áp cao, dòng lớn, làm việc chế độ: - Dẫn điện hay bão hòa (ON) sụt áp qua kênh dẫn điện bé, dòng phụ thuộc vào tải - Khóa (OFF) dịng qua bé (≈ 0) kênh dẫn điện hở mạch Các linh kiện chính: Điode, Transisstor BJT, Transistor MOSFET, Transistor IGBT, Thyristor SCR, Triac, Gate Turn Off Thyristor GTO Diode Điôt phần tử cấu tạo lớp tiếp giáp bán dẫn p-n Điơt có hai cực, anơt A cực nối với lớp bán dẫn kiểu p, catôt K cực nối với lớp bán dẫn kiểu n Dịng điện chạy qua điơt theo chiều từ A đến K điện áp UAK dương Khi UAK âm, dịng qua điơt gần khơng Cấu tạo ký hiệu điơt nh hình 1.1 2.1 Cấu tạo Tiếp giáp bán dẫn p-n phận cấu tạo điôt Ở nhiệt độ môi trường, điện tử tự lớp bán dẫn n khuếch tán sang lớp bán dẫn p bị trung hoà ion a) dương Do điện tích b) vùng tiếp giáp tự trung hoà lẫn nên vùng trở nên nghèo điện tích, Hình: 1.1 a) Cấu tạo; vùng có điện trở lớn Tuy nhiên b) Ký hiệu vùng nghèo điện tích mở rộng đến độ dày định bên vùng n điện tử di chuyển để lại ion dương, bên vùng p điện tử di chuyển đến nhập vào lớp điện tử hố trị ngồi cùng, tạo nên ion âm Các ion nằm cấu trúc tinh thể mạng tinh thể silic nên di chuyển Kết tạo thành tụ điện với điện tích âm phía lớp p điện tích dương phía lớp n Các điện tích tụ tạo nên điện trường E có hướng từ vùng n sang vùng p, ngăn cản khuếch tán tiếp tục điện tử từ vùng n sang vùng p Điện trường E tạo nên rào cản Uj với giá trị không đổi nhiệt độ định, khoảng 0,65V tiếp giáp p-n tinh thể silic nhiệt độ 250C (hình 1.2) Các điơt cơng suất chế tạo chịu giá trị điện áp ngược định Điều đạt nhờ lớp bán dẫn n- tiếp giáp với lớp p, có cấu tạo giống lớp n, điện tử tự Khi lớp tiếp giáp p - nđược đặt tác dụng điện áp bên ngoài, điện trường chiều với điện trường E vùng nghèo điện tích mở rộng sang - vùng n điện trở tương đương U j điơt lớn dịng điện khơng thể chạy qua Tồn Hình: 1.2 Sự tạo thành điện rào cản điện áp rơi vùng tiếp giáp p-n nghèo điện tích Ta nói điôt bị phân cực ngược n- n- a) b) Hình: 1.3 Sự phân cực điơt cơng suất: a) Phân cực ngược; b) Phân cực thuận 2.2 Đặc tính vơn-ampe điơt: Một số tính chất điơt q trình làm việc giải thích thơng qua việc xem xét đặc tính vơn-ampe điơt hình 1.4a Đặc tính gồm hai phần, đặc tính thuận nằm góc phần tư I tương ứng với U AK > 0, đặc tính ngược nằm góc phần tư III tương ứng với U AK < Trên đường đặc tính thuận, điện áp anơt-catơt tăng dần từ đến vượt qua ngưỡng điện áp UD0 cỡ 0,6 – 0,7 V, dịng chảy qua điơt Dßng điện ID thay đổi lớn điện áp rơi ®iơt U AK thay đổi Như đặc tính thuận điơt đặc trưng tính chất có điện trở tương đương nhỏ Trên đường đặc tính ngược, điện áp UAK tăng dần từ đến giá trị Ung.max, gọi điện áp ngược lớn dịng điện qua điơt có giá trị nhỏ, gọi dịng rị, nghĩa điơt cản trở dịng điện theo chiều ngược Cho đến UAK đạt đến giá trị Ung.max xảy tượng dịng qua điơt tăng đột ngột, tính chất cản trở dịng điện ngược điơt bị phá vỡ Q trình khơng có tính đảo ngược, nghĩa lại giảm điện áp anôt-catôt dịng điện khơng giảm Ta nói điơt bị đánh thủng Trong thực tế, để đơn giản cho việc tính tốn, người ta thường dï ng đặc tính dẫn dịng, tuyến tính hố điơt biểu diễn hình 1.4b Đặc tính biểu diễn qua công thức: u D U D.0r D I D Trong đó: r D U điện trở tương đương điơt dẫn dịng I D Đặc tính vôn-ampe điôt thực tế khác nhau, phụ thược vào dịng điện cho phép chạy qua điơt điện áp ngược lớn mà điơt chịu Tuy nhiên để phân tích sơ đồ biến đổi đặc tính lý tưởng cho hình 1.4c sử dụng nhiều Theo đặc tính lý tưởng, điơt cho dịng điện chạy qua với sụt áp Nghĩa là, theo đặc tính lý tưởng, điơt có điện trở tương đương dẫn khoá iD iD U ng max U D.0 U D.0 U D.0 Hình 1.4 Đặc tính vơn-ampe điơt: a) Đặc tính thực tế; b) Đặc tính tuyến tính; c) Đặc tính lý tưởng cảm Transistor - BJT (Bipolar Junction Tranzitor) 3.1 Cấu tạo, nguyên lý làm việc BJT Tranzito phần tử bán dẫn có cấu trúc bán dẫn gồm lớp bán dẫn p-n-p (bóng thuận) n-p-n n- (bóng ngược), tạo nên hai tiếp giáp p-n Cấu trúc thường gọi Bipolar Junction Tranzitor (BJT) a) b) dịng điện chạy cấu trúc bao gồm hai loại Hình 1.5 a) Cấu trúc bán dẫn; b) Ký hiệu điện tích âm dương Tranzito có ba cực: Bazơ (B), colectơ (C) emitơ (E) BJT công suất thường loại bóng ngược Cấu trúc tiêu biểu ký hiệu sơ đồ BJT công suất biểu diễn hình 1.11, lớp bán dẫn n xác định điện áp đánh thủng tiếp giáp B-C C-E Trong chế độ tuyến tÝnh hay gọi chế độ khuếch đại, tranzito phần tử khuếch đại dòng điện với dòng colectơ IC lần dòng bazơ (dòng điều khiển), gọi hệ số khuếch đại dịng điện IC = .IB Tuy nhiên, điện tử công suất, tranzito sử dụng phần tử khố Khi mở dịng điều khiển phải thoả mãn điều kiện: IB IC hay I B k bh IC Trong đó: kbh = 1,2 1,5 gọi hệ số bão hồ Khi tranzito chế độ bão hoà với điện áp colectơ emitơ nhỏ, cỡ – 1,5 V, gọi điện áp bão hồ, UCE.bh Khi khố, dịng điều khiển IB khơng, lúc dịng colectơ gần không, điện áp UCE lớn đến giá trị điện áp nguồn cung cấp cho mạch tải nối tiếp với tranzito Tổn hao cơng suất tranzito tích dòng điện colectơ với điện áp rơi colectơ-emitơ, có giá trị nhỏ chế độ khố Trong cấu trúc bán dẫn BJT chế độ khoá, hai tiếp giáp B-E BC bị phân cực ngược Điện áp đặt colectơ-emitơ rơi chủ yếu vùng trở kháng cao tiếp giáp p-n- Độ dày mật độ điện tích lớp n- xác định khả chịu điện áp cấu trúc BJT Tranzito chế độ tuyến tính tiếp giáp B-E phân cực thuận tiếp giáp B-C phân cực ngược Trong chế độ tuyến tính, số điện tích dương đưa vào cực Bazơ kích thích điện tử từ tiếp giáp B-C thâm nhập vào vùng bazơ, chúng trung hoà hết, kết tốc độ trung hồ định dịng colectơ tỷ lệ với dòng bazơ, IC = .IB Tranzito chế độ bão hoà hai tiếp giáp B-E B-C phân cực thuận Các điện tử thâm nhập vào đầy vùng bazơ, vùng p, từ hai tiếp giáp B-E B-C, điện tích dương đưa vào cực bazơ có số lượng dư thừa điện tích khơng bị trung hồ hết, kết vùng bazơ có điện trở nhỏ, dịng điện chạy qua Cũng tốc độ trung hồ điện tích khơng kịp nên tranzito khơng khả khống chế dòng điện giá trị dịng điện hồn tồn mạch ngồi định Đó chế độ mở bão hồ 3.2 Đặc tính đóng cắt transistor uB (t ) U B1 + Un C BC uB ( t ) RB U B1 B i B (t) U B2 CBE a) Rt i C (t) C E U B2 0,7V uBE ( t ) U B2 i B1 ( t ) i B (t) i B2 ( t ) u CE ( t ) + Un I C.bh i C (t ) b) Hình 1.6 Q trình đóng cắt BJT: a) Sơ đồ ; b) Dạng dòng điện, điện áp Chế độ đóng cắt tranzito phụ thuộc chủ yếu vào tụ ký sinh tiếp giáp B-E B-C, CBE CBC Ta phân tích q trình đóng cắt tranzito qua sơ đồ khố hình 1.12a, tranzito đóng cắt tải trở R t điện áp +U n điều khiển tín hiệu điện áp từ -U B2 đến +UB1 ngược lại Dạng sóng dịng điện, điện áp cho hình 1.12b a Quá trình mở Theo đồ thị hình 1.12, khoảng thời gian (1) BJT chế độ khoá với điện áp ngược –UB2 đặt lên tiếp giáp B-E Quá trình mở BJT tín hiệu điều khiển nhảy từ -UB2 lên mức UB1 Trong khoảng (2), tụ đầu vào, giá trị tương đương Cin = CBE + CBC, nạp điện từ điện áp -UB2 đến UB1 Khi UBE nhỏ khơng , chưa có tượng xảy IC UCE Tụ Cin nạp đến giá trị ngưỡng mở U* tiếp giáp B-E, cỡ 0,6 – 0,7V, điện áp rơi điôt theo chiều thuận, q trình nạp kết thúc Dịng điện điện áp BJT bắt đầu thay đổi UBE vượt giá trị không đầu giai đoạn (3) Khoảng thời gian (2) gọi thời gian trễ mở, td(on) BJT Trong khoảng (3), điện tử xuất phát từ emitơ thâm nhập vào vùng bazơ, vượt qua tiếp giáp B-C làm xuất dòng colêctơ Các điện tử thoát khỏi colêctơ làm tăng thêm điện tử đến từ emitơ Quá trình tăng dòng IC, IE tiếp tục xảy bazơ tích luỹ đủ lượng điện tích dư thừa ∆QB mà tốc độ tự trung hoà chúng đảm bảo dịng bazơ khơng đổi: I B1 U B1 - U * RB Tại điểm cộng fòng điện bazơ sơ đồ hình 1.12a, ta có: I B1 i C.BE i C.BC i B Trong đó: iC.BE dịng nạp tụ CBE, iC.BC dòng nạp tụ CBC, iB dòng đầu vào tranzito, iC = β.iB Dòng colectơ tăng dần thưo quy luật hàm mũ, đến giá trị cuối IC(∞) = β.IB1 Tuy nhiên đến cuối giai đoạn (3) dịng IC đạt đến giá trị bão hoà, IC.bh, BJT khỏi chế độ tuyến tính điều kiện iC = β.iB khơng cịn tác dụng Trong chế độ bão hoà hai tiếp giáp B-E B-C phân cực thuận V × làm việc với tải trở colectơ nên điện áp colectơ – emitơ UCE giảm theo tốc độ với tăng dòng IC Khoảng thời gian (3) phụ thuộc vào độ lớn dòng IB1, dịng lớn thời gian ngắn Trong khoảng (4), điện áp UCE tiếp tục giảm đến giá trị điện áp bão hoà cuối cùng, xác định biểu thức: UCE.bh = Un – IC.bh.Rt Thời gian (4) phụ thuộc trình suy giảm điện trở vùng n- phụ thuộc cấu tạo BJT Trong giai đoạn (5), BJT hoàn toàn làm việc chế độ bão hồ b Q trình khố BJT Trong thời gian BJT chế độ bão hào, điện tích tích tụ khơng lớp bazơ mà lớp colectơ Tuy nhiên biến đổi bên ngồi khơng ảnh hưởng đến chế độ làm việc khoá Khi điện áp điều khiển thay đổi từ UB1 xuống –UB2 đầu giai đoạn (6), điện tích tích luỹ lớp bán dẫn khơng thể thay đổi Dòng IB có giá trị: I B2 U B2 U * RB Lúc đầu điện tích di chuyển ngồi dịng khơng đổi IB2 Giai đoạn di chuyển kết thúc cuối giai đoạn (6) mật độ điện tích tiếp giáp bazơ – colectơ giảm không tiếp giáp bắt đầu bị phân cực ngược Khoảng thời gian (6) gọi thời gian trễ khoá, td(off) Trong khoảng (7), dịng colectơ IC bắt đầu giảm khơng, điện pá UCE tăng dần tới giá trị +Un Trong khoảng BJT làm việc chế độ tuyến tính, dịng IC tỷ lệ với dịng bazơ Tụ CBC bắt đầu nạp tới giá trị điện áp ngược, –U n Lưu ý giai đoạn này, điểm cộng dòng điện bazơ sơ đồ hình 1.6a, ta có: IB2 = iC.BC - iB iC.BC dịng nạp tụ CBC; iB địng đầu vào tranzito Từ thấy quy luật iC = β.iB thực Tiếp giáp B-E phân cực thuận, tiếp giáp B-C bị phân cực ngược Đến cuối khoảng (7) tranzito khố lại hồn tồn Trong khoảng (8), tụ bazơ – emitơ tiếp tục nạp tới điện áp ngược –UB2 Tranzito chế độ khố hồn tồn khoảng (9) Thysistor SCR, Diac, Triac 4.1 Tiristo phần tử bán dẫn cấu tạo từ bốn lớp bán dẫn p-n-p-n, tạo ba tiếp giáp p-n: J1, J2, J3 Tiristo có ba cực: anôt A, catôt K, cực điều khiển G biểu diễn hình 1.10 10 Un = 2U 3n n 2n cos cos ; n = 1,5,7,11,13, Với n = 1, biên độ thành phần sóng hài ut1 = Trị hiệu dụng điện áp pha có độ lớn ut1 = U 2 2 U dx 2U dx U dx U 0 2 3 Tải đấu tam giác Điện áp tải ut2 diểu diến dạng ut2 = U sin t sin 5t sin 7t 6 6 6 Biên độ thành phần sóng hài bậc n điện áp pha tải Un = 4U n cos n Với n = 1, biên độ thành phần hài điện áp tải ut2 = Trị hiệu dụng điện áp pha có độ lớn ut2 = 2 U dx U Sóng hài bậc cao xuất dạng điện áp tải cao, hạn chế phạm vi sử dụng phương pháp điều biên, tần số thấp Nếu sử dụng thyristor kết hợp với chuyển mạch làm chức công tắc chỉnh lưu áp chỉnh mạch làm việc phụ thuộc vào độ lớn nguồn áp chiều, phương pháp điều biên rõ ràng không phù hợp để điều khiển điện áp tải phạm vi điện áp nhỏ Ngoại trừ điều khiển theo biên độ đòi hỏi nguồn điện áp DC điều khiển được, phương pháp dựa vào kỹ thuật PWM sử dụng nguồn điện áp DC không đổi Trong trường hợp nguồn DC tạo nên từ lưới điện AC qua chỉnh lưu không điều khiển mạch lọc chứa tụ trực tiếp từ nguồn dự trữ dạng pin, acquy Bộ nghịch lưu dòng điện 4.1 Bộ nghịch lưu dịng điện pha khơng có phần tử chuyển đổi Sơ đồ nghịch lưu dòng pha trình bày hình 5.5 (sơ đồ cầu) hình 5.6 (sơ đồ có điểm trung tính) Xét sơ đồ cầu: Các tín hiệu điều khiển đưa vào đơi tiristo T1, T2 lệch pha với tín hiệu đưa vào đơi tiristo T3, T4 góc 180 84 Điện cảm đầu vào chỉnh lưu đủ lớn (Ld = ), dịng điện đầu vào san phẳng (hình 5.7), nguồn cấp cho nghịch lưu nguồn dòng dạng dòng điện nghịch lưu có dạng xung vng iN id T1 (-) iN t T3 (+) C id Z iZ T4 T Id iC + + Ld T2 t iC t Hình 5.5 Sơ đồ cầu pha ib Zt iZ t C0 W2 W1 Ld W1 i1 C id iC i T1 iT t uT t1 t ' T1 T2 t tk Hình 5.7 Biểu đồ xung sơ đồ cầu Hình 5.6 Sơ đồ cầu pha có pha điểm trung tính Khi đưa xung vào mở cặp van T1, T2, dòng điện iN = id = Id, đồng thời dòng qua tụ C tăng lên đột biến, tụ C bắt đầu nạp điện với dấu “+” bên trái dấu “-” bên phải Khi tụ C nạp đầy, dịng qua tụ giảm khơng Do iN = iC + iz = Id = số, nên lúc đầu dòng qua tải nhỏ sau dịng qua tải tăng lên Sau nửa chu kỳ (t = t1) người ta đưa xung vào mở cặp van T3, T4 Cặp T3, T4 mở tạo q trình phóng điện tụ C từ cực “+” cực “-” Dịng phóng ngược chiều với chiều dịng qua T1 T2 làm cho T1, T2 bị khố lại Q trình chuyển mạch xảy gần tức thời Sau tụ C nạp theo chiều ngược lại với cực tính “+’’ bên phải cực tính “-’’ bên trái Dịng nghịch lưu iN = id + iz = Id đổi dấu Đến thời điểm t = t2, người ta đưa xung vào mở T1, T2 T3, T4 bị khố lại trình lặp lại trước Nhờ chức tụ C làm nhiệm vụ chuyển mạch cho tiristo Ở thời điểm t1, 85 mở T3 T4, tiristo T1 T2 bị khoá lại điện áp ngược tụ C đặt lên (xem hình 4.7) Khoảng thời gian trì điện áp ngược t1 t1’ = tk toff; toff thời gian khoá tiristo thời gian phục hồi tính chất điều khiển .tk = góc khố nghịch lưu * Lưu ý: Đối với nghịch lưu dòng điện, quan trọng trình chuyển mạch tiristo Phụ tải ln ảnh hưởng đến q trình chuyển mạch, để đảm bảo nghịch lưu làm việc tin cậy thời gian tk phải đủ lớn, tức nguồn đầu vào phải ln đảm bảo nguồn dịng 4.2 Nghịch lưu dịng điện có phần chuyển đổi a Sơ đồ L= + T1 T3 + C1 D1 D3 UDC RT A B D4 D2 + T4 C2 T2 - L = ổn định dòng vào L cuộn lọc để tăng dòng DC đầu vào để số b, Nguyên lý hoạt động - Khi cho xung vào mở T1 T2 (T3, T4 khóa) dịng qua tải có chiều sau: (+)nguồn L T1 D1 R D T2 (-)nguồn Chiều dòng điện từ A đến B Lúc tụ C1, C2 nạp đường nạp C1 C2 sau: C1 nạp: (+)nguồn L T1 +C1 -C1 D3 D2 T2 (-)nguồn C2 nạp: (+)nguồn L T1 D D4 +C2 -C2 T2 (-)nguồn - Ở thời điểm đưa xung vào để mở T3, T4 ( T1 T2 khóa) dịng qua tải có chiều sau: (+)nguồn L T3 D3 R D4 T4 (-)nguồn Chiều dòng điện từ B đến A Lúc tụ C1, C2 phóng đường phóng tụ C1 C2 sau: C1 phóng: +C1 D1 D (-)nguồn L T3 -C1 C2 phóng: +C2 T4 (-)nguồn L T3 D D2 -C2 86 Vậy ta có thời điểm trước chiều dòng điện từ A đén B, thời điểm theo chiều ngược lại từ B đến A Vậy dòng qua tải dòng xoay chiều Các phương pháp điều khiển nghịch lưu dòng Phương pháp điều chế độ rộng xung Phương pháp điều chế PWM phương pháp điều chỉnh điện áp tải dựa thay đổi độ rộng chuỗi xung vuông dẫm đếm thay đổi điện áp PWM thường hay gặp điều khiển động băm xung áp, điều áp cao cịn dùng để điều khiển ổn định tốc độ động tham gia điều chế mạch nguồn : boot, buck, nghịch lưu pha pha Các PWM biến đổi có tần số khác độ rộng sườn dương hay sườn âm Các sơ đồ mạch PWM 555: Các khái niệm PWM vốn đòi hỏi thời gian Hai 555 IC số chiết áp sử dụng để tạo tín hiệu PWM, kể từ PWM cung cấp kỹ thuật số, vào / khỏi tín hiệu, dễ dàng để sử dụng máy tính vi điều khiển để tạo tín hiệu, nhiên điều vượt phạm vi viết Mạch hình sử dụng hai 555 IC thực sự kết hợp hai loại mạch Đầu tiên multivibrator miễn phí chạy (astable) với tần số điều chỉnh khoảng 30Hz Các đầu mạch sau gây xung định hình (đơn ổn) mạch điều chỉnh độ rộng xung Mạch tạo chu kỳ nhiệm vụ phạm vi khoảng 0,3% đến 97% 87 Tốc độ động điều khiển với điện (điện trở biến) Nó chạy Meccano M5 động để kiểm tra mạch, chạy từ chết tốc độ tối đa sử dụng điều khiển tốc độ điện pin 6V nguồn lượng Nếu bạn có động 12V, bạn sử dụng nguồn điện 12V Động bật tắt thông qua bóng bán dẫn TIP31C (thể hình 3) xử lý động đánh giá lên đến 3A 100V điện 40W Nếu bạn sử dụng động công suất cao, làm cho chắn có tản nhiệt bắt vít để bóng bán dẫn Lắp mạch điều khiển động sử dụng IC 555 88 Biến tần gián tiếp, trực tiếp 1Biến tần gián tiếp Bộ biến tần gồm khâu: chỉnh lưu (CL), lọc (L) nghịch lưu (NL) Như để biến đổi tần số cần thông qua khâu trung gian chiều, có tên gọi biến tần gián tiếp U1,f1 + CL - U2,f2 + L - NL Hình Sơ đồ cấu trúc biến tần gián tiếp Chỉnh lưu dùng để biến đổi điện áp xoay chiều thành chiều, chỉnh lưu khơng điều khiển có điều khiển Ngày đa số chỉnh lưu thường chỉnh lưu khơng điều khiển, điều chỉnh điện áp chiều phạm vi rộng làm tăng kích thước lọc làm giảm hiệu suất biến đổi Nói chung chức biến đổi tần số điện áp chiều thực nghịch lưu thông qua điều khiển Trong biến tần công suất lớn, người ta dùng chỉnh lưu bán điều khiển với chức làm nhiệm vụ bảo vệ cho toàn hệ thống bị tải Ngày biến tần gián tiếp sử dụng phổ biến điều chỉnh tần số điện áp phạm vi rộng Dễ dàng tạo nguồn (dòng, áp) theo mong muốn Nghịch lưu dùng biến tần thường mạch nêu phạm vi 89 Nhược điểm biến tần gián tiếp hiệu suất thấp (vì qua hai lần biến đổi) Cơng suất kích thước biến đổi lớn 6.2 Biến tần trực tiếp Biến tần trực tiếp biến đổi tần số trực tiếp từ lưới điện xoay chiều, không thông qua khâu trung gian chiều Bộ biến tần gồm hai chỉnh lưu nối song song ngược (hình 4.16) Các chỉnh lưu sơ đồ ba pha có điểm trung tính (hình 4.16a), sơ đồ cầu (hình 4.16b) chỉnh lưu nhiều pha Số pha chỉnh lưu (m) lớn thành phần sóng điều hoàn bậc cao giảm L CB A B C T1 T3 T5 f1 , u1 T1 T2 T3 f1 , u1 T7 T9 T11 T4 T5 T6 Zt T4 T6 T2 I f , u2 u2 T2 T2 t u2 i2 / m1 t T T10 T12 T8 b) a) u2 L CB II Zt f , u2 t T1 / c) d) t t T t T2 e) nh 5.16 Biến tần trực tiếp: a) Sơ đồ có điểm trung tính; b) Sơ đồ cầu; Hì c), d), e) Dạng điện áp với luật điều khiển khác Nguyên lý làm việc biến tần sau: Để đơn giản, giả thiết tải trở, van lý tưởng… Điện áp tải (u2) gồm hai nửa sóng dương âm Nửa sóng dương tạo nhóm van I làm việc (T1, T2, T3), cịn nửa sóng âm tạo nhóm van II (T2, T4, T6) làm việc Lần lượt đóng mở nhóm van I II, ta tạo tải điện áp xoay chiều có giá trị: 90 2U pha sin m1 cos (5.25) 1 n T2 T1 T n T1 2 m1 m1 (5.26) u2 m1 đó: m1- số pha điện áp lưới; - góc điều khiển chỉnh lưu Theo hình 4.20c ta có: n = 0, 1, 2, … Tần số điện áp (f2) thấp tần số lưới Từ (4.26) suy ra: f2 f 1m1 2n m1 (5.27) Tần số f2 theo biểu thức 4.27 điều chỉnh có cấp Để điều chỉnh f2 vô cấp, cần tạo thời gian trễ hai chỉnh lưu (góc ) (hình 4.16d) tần số là: f2 f 1m 1 ( 2n m1 )m1 (5.28) Khi biến tần làm việc với tải trở động điện, lượng tích luỹ tải trả lưới Lúc chỉnh lưu làm việc chế độ nghịch lưu phụ thuộc Nhóm I làm việc chế độ nghịch lưu cho điện áp tải mang dấu dương (hình 4.16e) Nếu chỉnh lưu mắc theo sơ đồ cầu (hình 4.16b) điện áp tải lớn gấp hai lần so với sơ đồ ba pha có điểm trung tính: 2U pha sin u2 m1 m1 cos (5.29) Xung điều khiển hai nhóm van lệch góc 2/m1 Các biến tần có hiệu suất thấp (vì điều chỉnh ) điện áp có chứa nhiều thành phần sóng điều hồ bậc cao Để loại thành phần bậc cao cần dùng lọc Nếu thay đổi góc hai nhóm chỉnh lưu I II theo quy luật điện áp thay đổi theo luật 91 Để đảm bảo điện áp gần sin góc điều khiển (ở chế độ chỉnh lưu) (chế độ nghịch lưu) cần thay đổi theo luật sau: arccos(A sin 2 t ) A U 2m U 2m0 U2m – giá trị biên độ điện áp tải, U2m0 – giá trị biên độ điện áp tải ứng với trạng thái mở tiristo hoàn toàn ( = 0); A = luật điều chỉnh tuyến tính (hình 4.17) u2 T/2 T/2 / / 3 / 2 Hình 5.17 Luật điều khiển tuyến tính Với luật điều khiển m1 tỷ số f1/f2 đủ lớn, điện áp tải có dạng hình sin: U (2 t ) = U 1m m1 sin sin 2 t m1 Đường cong điện áp có thành phần sóng điều hồ với tần số f2 Các biến tần trực tiếp có tần số nhỏ tần số vào (f2 < f1) thường sử dụng để điều khiển động khơng đồng rơto lồng sóc Có hai phương pháp để tăng tần số biến tần cho f2 > f1: - Dùng chuyển mạch cưỡng phụ: Phương pháp làm giảm hiệu suất cần dùng thêm biến đổi, nên dùng thực tế Do khơng trình bày phương pháp - Phương pháp dùng van điều khiển hồn tồn phương pháp có hiệu Sơ đồ dùng tranzito có dạng hình 4.18a Các van tranzito mắc vào đường chéo cầu điơt để làm cho trở thành khoá điện tử dẫn điện theo hai chiều 92 Xung điều khiển đưa vào tranzito cho phụ tải nối vào hai pha bất kỳ, tức điện áp tải điện áp dây Với luật điều khiển mơ tả hình 5.18b, điện áp tải đường cong xoay chiều có dạng phức tạp (đường nét đậm) Dễ dàng nhận thấy f2 > f1 Để tạo hệ ba pha, cần có ba sơ đồ hình 5.17 Tuỳ thuộc vào thứ tự pha mà tần số xác định sau: f2 = fk f1 fk - tần số điều khiển van điện tử, f1- tần số lưới Dấu (-) tương ứng với thứ tự pha thuận; dấu (+) tương ứng với thứ tự pha ngược Giá trị hiệu dụng điện áp xác định theo biểu thức: U2 U m1 1 k 6U md sin 1 k Um1 – giá trị biên độ sóng điều hồ bậc 1; Umd – giá trị biên độ điện áp dây; k (6S 1) S1 S1 ( 6S 1) hệ số sóng điều hồ 93 T1 T4 T2 T5 T3 T6 Z N ( u1 , f ) a) T1 T2 b) T3 T4 T5 T6 u AB u u CA u BC u AB u AC c) fk d) 1/ f k nh 5.18 a) Sơ đồ dùng tranzito; b) Luật điều khiển; c) Dạng điện áp ra; d) Hàm chuyển mạch Hì a, Biến tần nguồn dịng Biến tần nguồn dịng dùng chỉnh lưu có điều khiển, nghịch lưu thyristor Ưu điểm loại có sơ đồ đơn giản sử dụng loain thyristor với tần số không cao 94 * Sơ đồ Lo T1 T5 T3 + C1 + C2 +C3 D1 A B B A C D5 D3 M D4 C D6 C + D2 + C5 +C6 T6 T4 T2 Trên sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển với cuộn cảm tạo nên nguồn dòng cấp cho nghịch lưu Nghịch lưu sơ đồ nguồn dòng Hệ thống tụ chuyển mạch cách ly với tải qua hệ thống cách ly điode Dịng nghịch lưu có dạng xung chữ nhật, điện áp có dạng sin tải động Ưu điểm: Biến tần nguồn dịng khơng sợ chế độ ngắn mạch có hệ thống giữ dịng khơng đổi nhờ chỉnh lưu có điều khiển cuộn kháng mạch chiều Với cơng suất nhỏ sơ đồ khơng phù hợp hiệu suất cồng kềnh cơng suất 100kw đay phương án hiệu Nhược điểm: Hệ số công suất thấp phụ thuộc vào tải, tải nhỏ b, Biến tần nguồn áp * Sơ đồ T1 C T3 A A B D1 D3 T5 D5 C B RT C D4 T4 95 T6 UA ZA D6 T2 UB ZB D2 UC ZC Biến tần nguồn áp loại dùng nghịch lưu nguồn áp với đầu vào chiều điều khiển Điện áp chiều cung cấp dùng chỉnh lưu có điều khiển chỉnh lưu không điều khiển Biến tần nguồn áp có dạng điện áp xung chữ nhật , biên độ điều chỉnh nhờ thay đổi điện áp chiều Hình dạng giá trị điện áp không phụ thuộc tải * So sánh biến tần trực tiếp biến tần gián tiếp Phạm vi hoạt động điện áp ra: tương đối nhỏ trường hợp biến tần trực tiếp với qua trình chuyển mạch bên (từ đến 25Hz) cao trường hợp biến tần gián tiếp (vài chục đến vài ngàn Hz) Dạng sóng điện áp ra: Thuận lợi trường hợp biến tần trực tiếp, dùng mạch điều khiển đơn giản để đạt dòng điện tải gần hình sin Phương pháp chuyển mạch: Rất thuận tiện biến tần trực tiếp Do tác dụng q trình chuyển mạch phụ thuộc bên ngồi biến tần trực tiếp với trình chuyển mạch phụ thuộc, ta đạt cơng suất lớn hàng chục MW so với biến tần gián tiếp với trình chuyển mạch độc lập(khoảng đơn vị MW) Quá trình chuyển mạch độc lập biến tần gián tiếp địi hỏi chi tiết bán dẫn so với biến tần trực tiếp Chẳng hạn, biến tần gián tiếp pha gồm 12 SCR chuyển mạch Bộ biến tần trực tiếp pha gồm chỉnh lưu xung đòi hỏi đến 36 SCR Hệ số công suất: Tốt biến tần gián tiếp sử dụng phương pháp điều khiển độ xung rộng điện áp (PWM) Mạch nghịch lưu a DC to AC dùng tranzitor 96 B DC to AC dùng IC 555 97 XÁC NHẬN KHOA Bài giảng mô đun “Điện tửu công suất” bám sát nội dung chương trình mơn học, mô đun Đáp ứng đầy đủ nội dung kiến thức, kỹ năng, lực tự chủ chương trình mơn học, mơ đun Đồng ý đưa vào làm Bài giảng cho mô đun Điện tử công suất thay cho giáo trình Người biên soạn ( Ký, ghi rõ họ tên) Lãnh đạo Khoa ( Ký, ghi rõ họ tên) Phạm Thị Huê 98 ... KIỆN VỀ ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT Phân loại linh kiện điện tử cơng suất + Để thực ngắt ngắt điện điện tử dung nhiều linh kiện hay nhóm linh kiện điện tử chịu áp cao, dòng lớn, làm việc chế độ: - Dẫn điện. .. viết giảng náy Bài giảng “ Điện tử công suất? ?? gồm bài: Bài 1: Các linh kiện điện tử công suất Bài 2: Bộ chỉnh lưu Bài 3: Bộ biến đổi điện áp xoay chiều Bài 4: Bộ biến đổi điện áp chiều Bài 5: Bộ... sức điện động công suất nguồn AC nhận Giải Đồ thị q trình điện áp tải, dịng điện nguồn Hình 2.21 Với giả thiết dịng điện liên tục, điện áp trung bình tải là: Ud 2 220 cos120 99V Sức điện
Ngày đăng: 23/03/2022, 13:55
Xem thêm:
