BỘ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH và xã hội

BỘ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI 0 BỘ LAO ĐỘNG THƢƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TỔNG CỤC DẠY NGHỀ GIÁO TRÌNH Môn học ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT NGHỀ ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số[.]

0 BỘ LAO ĐỘNG THƢƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TỔNG CỤC DẠY NGHỀ GIÁO TRÌNH Mơn học: ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT NGHỀ: ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số:120/QĐ-TCDN ngày 25 tháng 02 năm 2013 Tổng cục trưởng Tổng cục Dạy nghề Năm 2013 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin đƣợc phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Để thực biên soạn giáo trình đào tạo nghề Điện tử cơng nghiệp trình độ Cao Đẳng Nghề Trung Cấp Nghề, giáo trình Điện tử cơng suất giáo trình mơn học đào tạo chun ngành đƣợc biên soạn theo nội dung chƣơng trình khung đƣợc Bộ Lao động Thƣơng binh Xã hội Tổng cục Dạy Nghề phê duyệt Nội dung biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến thức kỹ chặt chẽ với nhau, logíc Khi biên soạn, nhóm biên soạn cố gắng cập nhật kiến thức có liên quan đến nội dung chƣơng trình đào tạo phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lý thuyết thực hành đƣợc biên soạn gắn với nhu cầu thực tế sản xuất đồng thời có tính thực tiển cao Nội dung giáo trình đƣợc biên soạn với dung lƣợng thời gian đào tạo 120 gồm có: MĐ22-01: Tổng quan điện tử cơng suất MĐ22-02: Công tắc điện tử (Van bán dẫn công suất) MĐ22-03: Chỉnh lƣu công suất không điều khiển MĐ22-04: Chỉnh lƣu cơng suất có điều khiển MĐ22-05: Điều chỉnh điện áp xoay chiều MĐ22-06: Nghịch lƣu Trong trình sử dụng giáo trình, tuỳ theo yêu cầu nhƣ khoa học cơng nghệ phát triển điều chỉnh thời gian bổ sung kiên thức cho phù hợp Trong giáo trình, chúng tơi có đề nội dung thực tập để ngƣời học cố áp dụng kiến thức phù hợp với kỹ Tuy nhiên, tùy theo điều kiện sơ vật chất trang thiết bị, trƣờng có thề sử dụng cho phù hợp Mặc dù cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng đƣợc mục tiêu đào tạo nhƣng không tránh đƣợc khiếm khuyết Rất mong nhận đƣợc đóng góp ý kiến thầy, giáo, bạn đọc để nhóm biên soạn hiệu chỉnh hồn thiện Các ý kiến đóng góp xin gửi Trƣờng Cao đẳng nghề Lilama 2, Long Thành Đồng Nai Đồng Nai, ngày 15 tháng năm 2013 Tham gia biên soạn Chủ biên: TS Lê Văn Hiền Ths Trần Minh Đức Mục Lục TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN LỜI GIỚI THIỆU BÀI 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Quá trình phát triển Nguyên tắc biến đổi tĩnh 10 2.1 Sơ đồ khối 10 2.2 Các loại tải 12 2.3 Các van biến đổi 12 Cơ điều khiển mạch hở 13 3.1 Khái niệm 13 3.2 Các phƣơng pháp điều khiển 16 3.3 Phần tử chấp hành 21 Điều khiển mạch kín 21 4.1 Khái niệm 21 4.2 Hoạt động vòng điều chỉnh 23 4.4 Khâu điều chỉnh dùng op-amp 34 Yêu cầu đánh giá 44 BÀI CÔNG TẮC ĐIỆN TỬ (VAN BÁN DẪN ) 45 Linh kiện điện tử công suất 45 1.1 Diode công suất 45 1.2 Thyristor 50 1.3 Triac Diac 52 1.4 Transistor công suất 54 1.5 MOSFET 57 1.6 IGBT 62 1.7 GTO 63 PHƢƠNG PHÁP BẢO VỆ DIODE SILIC 66 2.1 Bảo vệ áp 67 2.2 Bảo vệ dòng ngắn mạch 70 2.3 Bảo vệ nhiệt 73 Công tắc xoay chiều ba pha 77 3.1 Đại cƣơng 78 3.2 Công tắc xoay chiều 79 3.3 Công tắc pha 84 3.4 Úng dụng 87 Công tắc chiều 92 4.1 Đại cƣơng 92 4.2 Rờ le bán dẫn 92 4.3 Công tắc DC dùng transistor 92 Yêu cầu đánh giá kết học tập 101 BÀI CHỈNH LƢU CÔNG SUẤT KHÔNG ĐIỀU KHIỂN 102 Các khái niệm 102 Mạch chỉnh lƣu công suất pha không điều khiển 105 2.1 Chỉnh lƣu công suất nửa chu kỳ 105 2.2 Chỉnh lƣu công suất hai nửa chu kỳ 111 2.3 Chỉnh lƣu công suất cầu pha (B2) 112 Chỉnh lƣu pha 116 3.1 Đại cƣơng 116 3.2 Mạch chỉnh lƣu pha hình tia (M3) 116 3.3 Mạch chỉnh lƣu pha hình cầu 121 BÀI CHỈNH LƢU CƠNG SUẤT CĨ ĐIỀU KHIỂN 129 Tổng quan mạch điều khiển chỉnh lƣu công suất 129 1.1 Nguyên tắc 129 1.2 Điều khiển chuỗi xung 129 1.3 Điều khiển góc pha 130 Mạch chỉnh lƣu công suất pha có điều khiển 131 2.2 Mạch chỉnh lƣu công suất hai nửa chu kỳ có điều khiển 135 2.3 Mạch chỉnh lƣu hình cầu pha có điều khiển 136 2.4 Khảo sát mạch biến đổi cơng suất tồn phần (B2) 137 Mạch chỉnh lƣu cơng suất pha có điều khiển 142 3.1 Mạch chỉnh lƣu pha hình tia có điều khiển 142 3.2 Chỉnh lƣu pha hình cầu có điều khiển (B6) 151 Thiết kế tính tốn lắp mạch điều khiển 162 BÀI ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU 180 Khái niệm 180 Điều khiển điện áp xoay chiều pha 180 2.1 Điều khiển chuỗi xung với tải trở kháng tải biến áp 180 2.2 Điều khiển góc pha 184 2.3 Mạch điều khiển công suất AC tải điện trở 185 2.4 Điều khiển công suất AC tải điện cảm 188 2.6 Mạch điều khiển kết hợp TCA 780 192 2.7 Điều khiển công suất phản kháng 198 Điều khiển điện áp xoay chiều pha 203 3.1 Đại cƣơng 203 3.2 Khảo sát điện áp 205 3.3 Đƣờng đặc tính điều khiển 208 Biến tần 210 4.1 Đại cƣơng 211 4.2 Biến tần gián tiếp 211 4.3 Biến tần trực tiếp 215 4.4 Hƣớng dẫn sử dụng biến tần Siemens 217 BÀI NGHỊCH LƢU 255 Các khái niệm phân loại 255 Mạch nghịch lƣu pha: 255 2.1 Nghịch lƣu phụ thuộc: 255 2.2 Nghịch lƣu độc lập 257 Nghịch lƣu pha 261 Thực hành lắp nghịch lƣu 264 TÀI LIỆU THAM KHẢO 299 MƠ ĐUN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT Mã mơ đun: MĐ 22 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơ đun  Vị trí mơ đun: Mơ đun đƣợc bố trí dạy sau học xong môn học chuyên môn nhƣ linh kiện điện tử, đo lƣờng điện tử, kỹ thuật xung - số, điện tử bản,  Tính chất mô đun: Là mô đun chuyên môn nghề  Ý nghĩa mơ đun: giúp ngƣời học có cách nhìn nhận phƣơng pháp điều khiển thiết bị điện khơng tiếp điểm  Vai trị mơ đun: giúp ngƣời học biết cách sửa chữa đƣợc thiết bị điện tử cơng nghiệp Phán đốn đƣợc có cố sảy mạch điều khiển Khắc phục sửa chữa board điều khiển công nghiệp Mục tiêu mô đun: + Về kiến thức: - Hiểu đƣợc cấu tạo nguyên lý hoạt động linh kiện điện tử công suất - Biết đƣợc thông số kỹ thuật linh kiện - Phân tích đƣợc nguyên lý làm việc mạch điện tử công suất + Về kỹ năng: - Kiểm tra đƣợc chất lƣợng linh kiện điện tử công suất - Lắp đƣợc mạch điện tử công suất ứng dụng công nghiệp - Kiểm tra sửa chữa đạt yêu cầu thời gian với độ xác - Thay linh kiện, mạch điện tử công suất hƣ hỏng + Về thái độ: - Rèn luyện tính tỷ mỉ, xác an tồn vệ sinh cơng nghiệp III Nội dung mô đun Số TT Thời gian Lý Thực Tổng số thuyết hành Tổng quan điện tử 2 công suất Công tắc điện tử (van 16 bán dẫn công suất) Chỉnh lƣu công suất 20 13 không điều khiển Chỉnh lƣu công suất có 30 10 18 điều khiển Điều chỉnh điện áp xoay 20 13 chiều Nghịch lƣu 30 21 Tên mô đun Cộng 120 40 74 Kiểm tra 1 1 BÀI TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Mã bài: MĐ22-01 Giới thiệu Bài học giới thiệu khái niệm cần thiết lĩnh vực điện tử công suất ứng dụng công nghệ điện tử sản xuất công nghiệp: Hệ điều khiển mạch hở, hệ điều khiển mạch kín hay cịn gọi hệ điều chỉnh Mục tiêu  Hiểu đƣợc trình phát triển, ý nghĩa phạm vi nghiên cứu ứng dụng điện tử công suất  Hiểu cấu tạo, đặc tính hệ điều khiển hở  Hiểu cấu tạo, đặc tính hệ điều chỉnh, cấu trúc khâu hệ: Khâu quán tính, vi phân, tích phân Nội dung Q trình phát triển Mục tiêu: + Hiểu đƣợc trình phát triển lĩnh vực điện tử công suất + Ứng dụng lĩnh vực điện tử công suất + Các nghiên cứu lĩnh vực điện tử công suất 1.1 Quá trình phát triển Điện tử cơng suất đƣợc xếp vào phạm vi môn thuộc kỹ thuật lƣợng ngành kỹ thuật điện nói chung Tuy nhiên việc nghiên cứu không dừng lại phần cơng suất mà cịn đƣợc ứng dụng lĩnh vực điều khiển khác Kể từ hiệu ứng nắn điện miền tiếp xúc PN đƣợc công bố Shockley vào năm 1949 ứng dụng chất bán dẫn ngày sâu vào lĩnh vực chun mơn ngành kỹ thuật điện từ phát triển thành ngành điện tử công suất chuyên nghiên cứu khả ứng dụng chất bán dẫn lĩnh vực lƣợng Với thành công việc truyền tải dòng điện pha vào năm 1891, dòng điện chiều đƣợc thay dòng điện xoay chiều việc sản xuất điện năng, để cung cấp cho tải chiều cần thiết phải biến đổi từ dòng điện xoay chiều thành chiều, yêu cầu đƣợc thực hệ thống máy phát - động nhƣ hình 1.1 Hiện phƣơng pháp áp dụng kỹ thuật hàn điện Hình 1.1 Nguyên lý hệ biến đổi quay Thay cho hệ thống máy điện quay nói việc ứng dụng đèn thủy ngân để nắn điện kéo dài vòng 50 năm sau chấm dứt đời thyristor Điện tử công suất nghiên cứu phƣơng pháp biến đổi dòng điện yêu cầu đóng/ngắt điều khiển, chủ yếu kỹ thuật đóng/ngắt mạch điện chiều xoay chiều, điều khiển dòng chiều, xoay chiều, hệ thống chỉnh lƣu, nghịch lƣu nhằm biến đổi điện áp tần số nguồn lƣợng ban đầu sang giá trị khác theo yêu cầu (hình 1.2) Ƣu điểm mạch biến đổi điện tử so với phƣơng pháp biến đổi khác đƣợc liệt kê nhƣ sau: Hình 1.2 Dịng lƣợng hệ biến đổi tinh Q: Nguồn ; V: Tải ... trình mơn học đào tạo chun ngành đƣợc biên soạn theo nội dung chƣơng trình khung đƣợc Bộ Lao động Thƣơng binh Xã hội Tổng cục Dạy Nghề phê duyệt Nội dung biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến... cấp động pha không đồng dùng cơng tắc tơ Hình 1.11 Điều khiển tốc độ nhảy cấp động pha hai dây quấn Nguyên lý hoạt động : Nút nhấn S2 S3 tác động đến cuộn K1 K2 tùy thuộc vào chế độ làm việc động. .. lƣợng vào Đại lượng vào w: đƣợc đƣa từ vào hệ thống, độc lập với trình điều khiển, đại lƣợng vào với đại lƣợng tồn quan hệ xác định Nhiễu z : có nguồn gốc từ nhiều nguyên nhân khác nhau, tạo tác động