Giáo trình Điện tử công suất (Nghề Điện công nghiệp Cao đẳng)

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƢỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN XÂY DỰNG VIỆT XÔ KHOA: ĐIỆN- ĐTĐH GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN: ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ- ngày tháng năm 20 …… ……………… Ninh bình 2019 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN: Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lêch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình thiết kế theo mơ đun thuộc hệ thống mơ đun chương trình đào tạo nghề Điện cơng nghiệp cấp trình độ Cao đẳng, dùng làm giáo trình cho học viên khóa đào tạo Mơ đun thiết kế gồm 06 bài: Bài mở đầu : Các khái niệm Bài 1: Mạch biến đổi AC/DC Bài 2: Mạch biến đổi điện áp xoay chiều Bài 3: Bộ biến đổi điện áp chiều Bài 4: Mạch biến đổi DC/AC Bài 5: Mạch biến tần Mặc dù cố gắng, song sai sót khó tránh Tác giả mong nhận ý kiến phê bình, nhận xét bạn đọc để giáo trình hồn thiện Ninh Bình, ngày tháng năm 2019 Tham gia biên soạn Phạm Việt Anh : Chủ biên ……………………… ……………… ……… MỤC LỤC Bài mở đầu : Các khái niệm Khái niệm điện tử cơng suất Ứng dụng 3.Trị trung bình đại lượng cơng suất trung bình Trị hiệu dụng đại lượng Bài 1: Mạch biến đổi AC/DC Khái quát chung Mạch chỉnh lưu khơng điều khiển Mạch chỉnh lưu có điều khiển Bài 2: Mạch biến đổi điện áp xoay chiều Khái quát chung 2.Mạch biến đổi điện áp xoay chiều pha 3.Mạch biến đổi điện áp xoay chiều ba pha Bài 3:Mạch biến đổi điện áp chiều Khái quát chung Mạch giảm áp Mạch tăng áp Bài 4: Mạch biến đổi DC/AC 1.Khái quát chung Bộ nghịch lưu pha 3.Mạch ngịch lưu ba pha Bài 5: Mạch biến tần Khái quát chung Bộ biến tần pha Bộ biến tần pha Trang 9 10 11 11 11 30 56 56 56 58 64 64 64 67 71 72 78 90 90 91 98 MƠ ĐUN: ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT Mã mơ đun: MĐ21 Vị trí, tính chất, Ý nghĩa vai trị mơ đun - Vị trí: Mơ đun Điện tử cơng suất học sau môn học, mô đun kỹ thuật sở, đặc biệt môn học, mô đun: Mạch điện; Điện tử bản; Truyền động điện - Tính chất: Là mơ đun chun mơn nghề - Ý nghĩa vai trị mơ đun: Điện tử cơng suất đóng vai trị quan trọng ngành Điện,Điện tử, đáp ứng yêu cầu phức tạp qui luật biến đổi lượng, kích thước nhỏ gọn, khả đóng cắt cao, tổn hao cơng suất giảm Mô đun trang bị cho học viên kiến thức kỹ Điện tử công suất Mục tiêu mô đun: - Mô tả đặc trưng ứng dụng chủ yếu linh kiện Diode, Mosfet, DIAC, TRIAC, IGBT, SCR, GTO - Giải thích dạng sóng vào, biến đổi AC-AC - Giải thích nguyên lý làm việc tính tốn biến đổi DC-DC - Vận dụng kiến thức cấu tạo nguyên lý hoạt động mạch tạo xung biến đổi dạng xung - Vận dụng loại mạch điện tử công suất thiết bị điện công nghiệp - Chủ động, nghiêm t c học tập công việc Nội dung mô đun: TT Tên mô đun Bài mở đầu Bài 1: Mạch biến đổi AC/DC Khái quát chung Mạch chỉnh lưu không điều khiển 2.1 Mạch chỉnh lưu pha 2.1.1 Các mạch chỉnh lưu 2.2.2 Thực hành lắp ráp, khảo sát mạch 2.2 Mạch chỉnh lưu pha 2.2.1 Các mạch chỉnh lưu Thời gian Tổng Lý Thực Kiểm số thuyết hành, thí tra* nghiệm, tập, thảo luận 1 27 10 15 1 16 11 2 8 1 4 2.2.2 Thực hành lắp ráp, khảo sát mạch Mạch chỉnh lưu có điều khiển 3.1 Các sơ đồ mạch điện 3.2 Kết chỉnh lưu 3.3 Thực hành lắp ráp, khảo sát mạch Kiểm tra Bài 2: Mạch biến đổi điện áp xoay chiều Khái quát chung 1.1 Khái niệm 1.2 Ứng dụng Mạch biến đổi điện áp XC pha 2.1 Sơ đồ mạch điện 2.2 Nguyên lý làm việc 2.3 Khảo sát mạch Mạch biến đổi điẹn áp XC pha 3.1 Sơ đồ mạch điện 3.2 Nguyên lý làm việc 3.3 Khảo sát mạch Bài 3: Mạch biến đổi điện áp chiều Khái quát chung 1.1 Khái niệm 1.2 Ứng dụng Mạch giảm áp 2.1 Sơ đồ mạch điện 2.2 Nguyên lý làm việc 2.3 Lắp ráp, khảo sát mạch điện Mạch tăng áp 3.1 Sơ đồ mạch điện 3.2 Nguyên lý làm việc 3.3 Lắp ráp khảo sát mạch điện Bài 4: Mạch biến đổi DC/AC Khái quát chung 1.1 Khái niệm 1.2 Ứng dụng Mạch nghịch lưu pha 2.1 Mạch nghịch lưu pha điện áp 1 4 4 1 2 3 4 2.2 Mạch nghịch lưu pha dòng điện Mạch nghịch lưu pha 3.1 Sơ đồ mạch điện 3.2 Nguyên lý làm việc Bài 5: Mạch biến tần Khái quát chung 1.1 Khái niệm 1.2 Phân loại 1.3 Ứng dụng Bộ biện tần pha 2.1 Sơ đồ khối 2.2 Nguyên lý làm việc 2.3 Các thông số kỹ thuật Bộ biến tần pha 3.1 Sơ đồ khối 3.2 Nguyên lý làm việc 3.3 Các thông số kỹ thuật Kiểm tra định kỳ Cộng: 0.5 0.5 0.5 3.5 2 60 24 32 BÀI BÀI MỞ ĐẦU: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Mã bài: MĐ 21.MĐ Giới thiệu Hiểu nắm khái niệm lượng cần thiết, từ tư tính tốn đại lượng để áp dụng cho mạch cụ thể Vì cung cấp cho học viên khái niệm đại lượng Mục tiêu: - Trình bày khái niệm điện tử cơng suất - Tính tốn đại lượng điện tử công suất - Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, tư sáng tạo khoa học Khái niệm điện tử công suất Điện tử công suất chuyên ngành kỹ thuật điện tử nghiên cứu ứng dụng phần tử bán dẫn công suất sơ đồ biến đổi nhằm biến đổi khống chế nguồn lượng điện với thơng số thay đổi được, cung cấp cho phụ tải điện Như : Điện tử công suất công nghệ dùng để biến đổi điện từ dạng sang dạng khác, phần tử bán dẫn cơng suất đóng vai trị trung tâm Bộ biến đổi điện tử cơng suất biến đổi tĩnh (static converter) để phân biệt với máy điện truyền thống, thường biến đổi điện dựa nguyên tắc biến đổi dòng điện từ trường Khác với phần tử có tiếp điểm, van bán dẫn đóng cắt khơng gây tia lửa điện, khơng bị mài mịn theo thời gian Tuy đóng cắt với dịng điện lớn lại điều khiển tin hiệu điện công suất nhỏ Quy luật nối nguồn vào tải phụ thuộc biến đổi phụ thuộc vào cách thức điều khiển van biến đổi Bằng cách trình biến đổi lượng thực với hiệu suất cao tổn thất biến đổi tổn thất van, không đáng kể so với công suất điện cần biến đổi Điện tử công suất ứng dụng rộng rãi hầu hết ngành công nghiệp đại Ứng dụng ĐTCS: Trong năm gần công nghệ sản xuất, chế tạo điện tử công suất có tiến vượt bậc ngày trở nên hoàn thiện để tạo biến đổi ngày nhỏ gọn, với nhiều tính sử dụng ngày dễ dàng Điện tử công suất ứng dụng rộng rãi hầu hết ngành cơng nghiệp đại Có thể kể đến ngành kỹ thuật truyền động điện, nấu luyện thép, gia nhiệt cảm ứng, điện phân nhôm từ quặng mỏ, giao thông đường sắt, trình điện phân cơng nghiệp hóa chất, ứng dụng nhiều thiết bị công nghiệp thiết bị dân dụng khác nhau… 3.Trị trung bình đại lƣợng 3.1.Trị trung bình điện áp Trị trung bình điện áp tổng giá trị điện áp đo chia cho tổng thời Gian làm việc T U dc  1 u t dt   2 T 2  ut dt (a) Với: t0 – thời điểm đầu chu kỳ lấy tích phân 3.2 Trị trung bình dịng điện Trị trung bình dịng điện tổng giá trị dịng điện đo chia cho tổng thời gian làm việc T I dc  1 it dt   T0 2 2  it dt (b) Công suất trung bình Cơng suất trung bình tổng cơng suất đo chia cho tổng thời gian làm việc Công suất tức thời: P(t) = u(t).i(t) (1.3) Công suất trung bình: T PAV  T 1 pt dt   u t .it dt  T0 T0 (c) Nếu dịng tải khơng đổi theo thời gian: PAV = UAV.I (d) Nếu điện áp tải không đổi theo thời gian: PAV = U.IAV (e) Trị hiệu dụng đại lƣợng 5.1.Trị hiệu dụng dòng điện Trị số hiệu dụng dòng điện dòng chiều I cho chạy qua điện trở tạo cơng suất Trị số hiệu dụng dịng điện tính: (f) √ 5.2.Trị hiệu dụng điện áp Tương tự trị số hiệu dụng điện áp tính: √ (g) Hệ số công suất Trong biểu thức công suất tác dụng P = UIcosφ, cosφ gọi hệ số công suất Hệ số công suất phụ thuộc vào thông số mạch điện tiêu kỹ thuật quan trọng, có ý nghĩa lớn kinh tế sau: Nâng cao hệ số công suất tận dụng tốt công suất nguồn cung cấp cho tải Khi cần truyền tải công suất P định đường dây dịng điện chạy đường dây là: I = P/ U cosφ (h) Nếu cosφ cao dòng điện I giảm, dẫn đến giảm tổn hao điện năng, giảm điện áp rơi đường dây chọn dây dẫn tiết diện nhỏ - BÀI 1: MẠCH BIẾN ĐỔI AC/DC Mã : MĐ 21.01 Giới thiệu: Các biến đổi điện xoay chiều thành chiều cung cấp cho tải chiều như: động điện chiều, kích từ cho máy phát đồng Bài học trình bày ngun lý hoạt động, dạng sóng, điện áp, dịng điện chỉnh lưu Mục tiêu: - Xác định nhiệm vụ chức khối chỉnh lưu khơng điều khiển có điều khiển - Kiểm tra, sửa chữa hư hỏng mạch chỉnh lưu AC - DC pha pha theo đ ng yêu cầu kỹ thuật - Trình bày mục tiêu tính tốn thơng số kỹ thuật mạch chỉnh lưu - Thiết kế biến áp cung cấp mạch chỉnh lưu - Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, tư sáng tạo khoa học, đảm bảo an toàn, tiết kiệm Khái quát chung 1.1 khái niệm - Chỉnh lưu biến đổi lượng điện xoay chiều thành lượng điện chiều AC BỘ CHỈNH LƯU DC Hình 1.1 Sơ đồ khối mạch chỉnh lưu - Các chỉnh lưu thường dùng phần tử bán dẫn công suất (điôt, tiristor…) Tùy theo thiết bị chỉnh lưu mà người ta phân thành: * Chỉnh lưu không điều khiển (dùng điơt) * Chỉnh lưu có điều khiển (dùng tiristor) 1.2 Ứng dụng Cấp nguồn cho tải chiều: Động điện chiều, nạp acquy, mạ điện phân, máy hàn chiều, nam châm điện, truyền tải điện chiều cao áp, … Mạch chỉnh lƣu không điều khiển Mục tiêu: -Trình bày nguyên lý hoạt động, nhiệm vụ chức chỉnh lưu pha - Lắp ráp chỉnh lưu pha 10 * Cài đặt tham số - Thông sồ ban đầu Các thông s ố ban đầu dùng với nhiệm vụ theo sau Để khởi tạo thông số, ta đặt thông số b084 với giá trị “02” Dãy phím Mẩu hiển thị Mơtả Bật nguồn “ Nhấn phím Mode lần sau nhấn phím giảm lần đến hiển thị “b 106 Tham số Bộ đếm Mô tả Tên Chọn công suất H003 1165h động Chọn số H004 1166h cực động Dãy phím Phạm vi cài đặt Đơn Mặc vị định Kết nối 200V loại Thay động 0.2/0.4/0.75/1 với đổi kW /2.2/3.7/5.5/7 Biến công 400V loại Tần suất 0.4/0.75/1.5/2 /3.7/5.5/7 Kết nối động 2/4/6/8 với Biến Tần Mẩu hiển thị Cực Gián đoạn chạy Khơng Khơng Mơ tả Nhấn phím Mode hai lần đến hiển thị chọn Mode Dùng phím tăng giảm đến hiển thị “H “ Nhấn phím Mode, hiển thị “H003” Nhấn phím Mode Đặt giá trị hiển thị “H003” Dùng phím tăng giảm để đặt mức cơng suất động 107 Nhấn phím Enter Đặt giá trị Enter Số tham số xuất lại Nhấn phím Mode cho “b001” hiển thị Sử dụng phím tăng giảm đến hiển thị “b084” Nhấn phím Mode đặt giá trị hiển thị “b084” Dùng phím tăng giảm để hiển thị “02” Nhấn phím Enter, giá trị đặt nhấn Enter “b084” hiển thị Nhấn phím STOP/RESET giữ đồng thời phím Mode phím giảm Khi đèn hiển thị nhấp nháy nhã phím STOP/RESET đầu tiên, sau đến phím Mode phím giảm - Cài đặt cơng suất cho động chọn (H003) số cực động chọn (H004) 108 - Hiển thị chế độ giám sát, loại chức chức mở rộng b1 Hiển thị liệu giám sát (mặc định “0.0”) b2 Hiển thị mã chế độ giám sát “d001” Nhấn phím Mode lần để trở mã chế độ giám sát để hiển thị giám sát Hiển thị “d002” 109 b3 Hiển thị loại mã chức “F001” b4 Hiển thị loại chức mở rộng “A -“ Hiển thị loại chức mở rộng A Ù bÙCÙH b5 Hiển thị mã chức giám sát “d001” Quay trở bước 110 * Cài đặt chức Chuyển phương pháp điều khiển RUN (điều khiển số sang điều khiển hộp đấu dây) Để chuyển phương pháp điều khiển RUN từ điều khiển số (mặc định hãng) sang hộp đấu dây, ch ng ta cần thay đổi tần số mẩu chọn (A001) từ điều khiển số (02) đến đầu dây (01) b1 Hiển thị loại chức mở rộng “A -“ Để hi ển thị “A -“ ta theo phương pháp mô tả mục 6.2.2.3 Mặc định,lệ nh RUN đèn LED hiển thị sáng lên lệnh RUN chọn để đặt tín hiệu điều khiển số b2 Hiển thị mã chức mở rộng “A001” Hiển thị “A002” 111 b3 Hiển thị loại chức cài đặt ( cài đặt “A002”) Mặc định hiển thị điều khiển số “02” chọn lệnh RUN (A002) Chương trình hiển thị LED sáng lên hiển thị cài đặt chức mở rộng Thay đổi cài đặt “A002” Thay đổi lệnh RUN đến đầu cực “01” b4 Hiển thị loại mã chức “A002” Nhấn phím Enter để ấn định việc thay đổi cài đặt Chọn lệnh Run thay đổi đến đầu cực, lệnh Run làm cho đèn hiển thị Led tắt Bây bạn thay đổi đến loại chức mở rộng khác 112 b5 Hiển thị loại chức mở rộng “A -“ Bây ch ng ta di chuyển đến loại chức mở rộng, chế độ giám sát chức khác - Cài đặt loại chức Ch ng ta Enter loại mã chế độ giám sát, chức bản, chiều chức mở rộng, tốt phương pháp vịng trịn Dưới thí dụ mà mã d001 chế độ giám sát thay đổi đến chức mở rộng A029 b1 Hiển thị mã chế độ giám sát “d001” b2 Thay đổi loại chức Ch ng ta thay đổi hàng số “d” nhấp nháy 113 Hiển thị “A001” “A” nhấp nháy Nhấn phím Enter để ấn định số nhấp nháy b3 Thay đổi số chức thứ Số “0” thứ nhấp nháy Nhấn phím Enter để ấn định số “0” n ếu ch ng ta khơng cần thay đổi Nhấn phim Mode đến “A” nhấp nháy b4 Thay đổi số chức thứ Số”0” thứ nhấp nháy Nhấn phím Mode đến số “0” thứ nhấp nháy lại 114 Hiển thị “A021” Số “2” cột thứ nhấp nháy b5 Thay đổi số chức thứ Số “1” cột thứ nhấp nháy Nhấn phím Mode đến số thứ hai “0” bắt đầu nhấp nháy lại Hiển thị “A029” Số “9” cột thứ nhấp nháy 115 b6 Hoàn tất việc chọn chức Nhấn phím Mode để thay đổi liệu cho “A029” Hồn tất việc chọn lựa “A029” (Thơng tin phụ) Nếu b ạn Enter tham số khơng chứa danh sách tham số, quay trở lại hiển thị tham số trước Nhấn Enter để dịch chuyển số sang phải, nhấn phím Mode để dịch chuyển sang trái 116 * chuyển đổi tham số Dữ liệu không lưu trữ nhấn phím Mode Nhấn phím Enter để lưu trữ liệu Khi ch ng ta nhấn phím Mode sau ch ng ta trở thông số hiển thị khơng lưu trữ liệu loại chức mở rộng, kiểu chức lựa chọn Khi ch ng ta nhấn phím Enter với d - hay F001 hiển thị, liệu giám sát lưu trữ xuất nguồn bật ON Khi nhấn phím Enter, số mổi thông số cài đặt lưu trữ hiển thị nguồn bật ON (ví dụ F002, A -, …) 117 Để hiển thị giám sát đặc biệt nguồn bật lên, nhấn phím Enter để hiển thị giám sát N ếu thơng số loại chức mở rộng l ưu tr ữ sau ch ng ta nhấn phím Enter, nhiên kiểu (A -, b -, C -, d -, H -) 118 CÂU HỎI ƠN TẬP 1.Trình bày ngun lý hoạt động mạch nghịch lưu áp pha? 2.Xác định nhiệm vụ chức khối mạch, kiểm tra, sửa chữa hư hỏng mạch ngịch lưu áp pha? 3.Trình bày nguyên lý hoạt động mạch nghịch lưu áp ba pha? 4.Xác định nhiệm vụ chức khối mạch, kiểm tra, sửa chữa hư hỏng mạch ngịch lưu áp ba pha? 5.Trình bày nguyên lý hoạt động mạch nghịch lưu dòng điện ? 6.Xác định nhiệm vụ chức khối mạch, kiểm tra, sửa chữa hư hỏng mạch nghịch lưu dịng điện 7Trình bày ngun lý hoạt động phương pháp điều khiển nghịch lưu áp ? Trình bày nguyên lý hoạt động biến tần gián tiếp ? Xác định nhiệm vụ chức khối mạch, kiểm tra, sửa chữa hư hỏng mạch biến tần gián tiếp? Trình bày nguyên lý hoạt động biến tần trực tiếp ? 10 Xác định nhiệm vụ chức khối mạch, kiểm tra, sửa chữa hư hỏng mạch biến tần trực tiếp? TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]- Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thịnh, Điện tử công suất, lý thuyết, thiết kế, ứng dụng, Nxb Khoa học kỹ thuật 2008 [2]- Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh, Điện tử công suất, Nxb Khoa học kỹ thuật 2004 [3]- Võ Minh Chính, Điện tử cơng suất, Nxb Khoa học kỹ thuật 2008 [4] - Phạm Quốc Hải, Phân tích giải mạch điện tử cơng suất, Nxb Khoa học kỹ thuật 2002 [5] – Lê Đăng Doanh, Nguyễn Thế công, Trần Văn Thịnh, Điện tử công suất tập 1,2, Nxb Khoa học kỹ thuật 2007 ... Mục tiêu: - Trình bày khái niệm điện tử công suất - Tính tốn đại lượng điện tử cơng suất - Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, tư sáng tạo khoa học Khái niệm điện tử công suất Điện tử công suất chuyên... đáng kể so với công suất điện cần biến đổi Điện tử công suất ứng dụng rộng rãi hầu hết ngành công nghiệp đại Ứng dụng ĐTCS: Trong năm gần công nghệ sản xuất, chế tạo điện tử cơng suất có tiến vượt... thuật điện tử nghiên cứu ứng dụng phần tử bán dẫn công suất sơ đồ biến đổi nhằm biến đổi khống chế nguồn lượng điện với thông số thay đổi được, cung cấp cho phụ tải điện Như : Điện tử công suất công