Bài giảng điện tử công suất doc

ĐH Tôn Đức Thắng - Phòng TCCN Bài giảng điện tử công suất Huỳnh Tấn Đệ Trang 1 GIỚI THIỆU MÔN HỌC 1. Tên môn học: - Điện Tử Công Suất 2. Số đơn vị học trình: - 02 (30 tiết) 3. Trình độ: - Trung cấp 4. Đánh giá, tính điểm: - ĐTBMH = [Điểm trung bình kiểm tra +Điểm Thi]/2 5. Thang điểm: - 10. 6. Phân bổ thời gian: - Lên lớp: 30 tiết - Lý thuyết: 25 tiết. - Bài tập: 5 tiết. 7. Điều kiện tiên quyết: Học sinh cần nắm vững về lý thuyết mạch điện, kiến thức cơ bản về điện tử. 8. Mô tả vắn tắt nội dung học phần: Học phần bao gồm các phần chính: khái niệm & các đại lượng đặc trưng; linh kiện bán dẫn công suất; bộ chỉnh lưu; bộ biến đổi điện áp xoay chiều; bộ biến đổi điện áp 1 chiều; bộ nghịch lưu - biến tần 9. Nhiệm vụ của sinh viên: - Đi học đúng giờ, thực hiện đúng các quy định, quy chế của nhà trường - Dự lớp: Trên 80% tổng số buổi lên lớp - Bài tập: làm các bài tập ở lớp và ở nhà. Hoàn thành bài thi và các bài kiểm tra. 10. Tài liệu học tập: - Sách, giáo trình chính. [2]. Điện tử công suất _ Nguyễn Bính _ NXB khoa học và kỹ thuật - Sách tham khảo. [1]. Điện tử công suất _ Hoàng Ngọc Văn _ ĐH sư phạm kỹ thuật TP HCM ĐH Tôn Đức Thắng - Phòng TCCN Bài giảng điện tử công suất Huỳnh Tấn Đệ Trang 2 [2]. Trang bị điện tử công nghiệp _ Vũ Quang Hồi _ NXB Giáo Dục [3]. Giáo trình điện tử công suất 1_ Nguyễn Văn Nhờ_ NXB Đại Học Quốc Gia TP.HCM [4]. Điện tử công suất _ Nguyễn Tấn Phước _ NXB TP HCM 11. Mục tiêu của học phần: Môn học trang bị cho sinh viên nắm bắt được nguyên lý chuyển đổi tín hiệu năng lượng điện AC – AC, AC – DC, DC – DC, DC – AC. Từ đó giúp cho sinh viện khảo sát phân tích các bộ biến đổi công suất cơ bản: bộ chỉnh lưu; bộ biến đổi điện áp xoay chiều – một chiều; nghịch lưu – biến tần. 12. Nội dung chi tiết học phần: Ch ươ ng 1: LINH KIỆN BÁN DẪN CÔNG SUẤT 1.1. Diode 1.2. Transistor công suất 1.3. Thyristor ( SCR ) 1.4. Các linh kiện thuộc họ SCR Ch ươ ng 2: BỘ ĐỔI ĐIỆN XOAY CHIỀU THÀNH ĐIỆN MỘT CHIỀU 2.1. Chỉnh lưu 1 pha 2.1.1. Chỉnh lưu 1 pha không điều khiển a. Chỉnh lưu nửa chu kỳ b. Chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ c. Chỉnh lưu cầu 2.1.2. Chỉnh lưu 1 pha có điều khiển a. Chỉnh lưu nửa chu kỳ b. Chỉnh lưu cầu đối xứng c. Chỉnh lưu cầu không đối xứng 2.2. Chỉnh lưu 3 pha ĐH Tôn Đức Thắng - Phòng TCCN Bài giảng điện tử công suất Huỳnh Tấn Đệ Trang 3 2.2.1. Chỉnh lưu hình tia không điều khiển 2.2.2. Chỉnh lưu hình tia có điều khiển 2.2.3. Chỉnh lưu cầu không điều khiển 2.2.4. Chỉnh lưu cầu có điều khiển 2.3. Bộ lọc 2.3.1 Mạch lọc dùng tụ. 2.3.2 Mạch lọc dùng LC. Chương 3: ĐỔI ĐIỆN MỘT CHIỀU THÀNH MỘT CHIỀU 3.1. Bộ converter flyback 3.2. Bộ converter forward 3.3. Bộ converter push-pull Chương 4: ĐỔI ĐIỆN MỘT CHIỀU THÀNH ĐIỆN XOAY CHIỀU 4.1. Sơ đồ nữa cầu dùng nguồn đôi. 4.2. Sơ đồ cầu 4.3. Sơ đồ đẩy kéo 4.4. Đổi điện một chiều ra điện xoay chiều dạng sin 4.5. Đổi điện một chiều ra điện xoay chiều 3 pha Chương 5: BỘ BIẾN TẦN 5.1. Cấu trúc bộ biến tần 5.2. Hướng dẫn sử dụng một số biến tần thông dụng ĐH Tôn Đức Thắng - Phòng TCCN Bài giảng điện tử công suất Huỳnh Tấn Đệ Trang 4 Chương 1: LINH KIỆN BÁN DẪN CÔNG SUẤT A. Mục tiêu : Sau khi học xong chương này, học sinh phải : - Nhận dạng được linh kiện - Nguyên lý hoạt động của từng loại linh kiện công suất - Vẽ được đường đặt tuyến của từng loại linh kiện. B. Nội dung : 1.1. DIODE Chỉ dẫn điện theo một chiều từ Anôt đến Catôt. Điện áp U AK gọi là điện áp thuận, U KA gọi là điện áp nghịch đặt lên diode, tùy từng loại mà chúng có các gía trị khác nhau. Điện áp thuận U AK của diode Silic là 0,7V, của diode Gemani là 0,3V. Điện áp nghịch đặt lên diode mà nó có thể chịu được tùy từng loại, có thể từ hàng trăm vôn đến hàng ngàn vôn. Dòng điện mà diode chịu được cũng tùy theo từng loại có thể từ vài trăm mA đến hàng trăm A. Diode thường được sử dụng trong chỉnh lưu . Hình 1.1 Ký hiệu và hình dạng diode A K A K ĐH Tôn Đức Thắng - Phòng TCCN Bài giảng điện tử công suất Huỳnh Tấn Đệ Trang 5 1.2. TRANSIST OR CÔNG SUẤT Có hai loại : Transistor thuận viết tắt là PNP và transistor nghịch viết tắt là NPN. Chúng làm việc ở hai chế độ: - Chế độ khóa: ngắt hoặc dẫn bảo hòa. - Chế độ khuyếch đại. Trong điện tử công suất, transistor làm việc ở chế độ khóa. Thông số quan trọng nhất của transistor là hệ số khuyếch đại dòng điện  = I C / I B . Để cho transistor dẫn bảo hòa sâu ta phải cấp một dòng I B = kI B sat, với k là hệ số, I B sat là dòng cực B khi transistor bảo hòa. Khi bảo hòa điện áp U BE ≡ 0,7V; U CE = 0,2V Hình 1.2: Ký hiệu và hình dạng một sô loại transistor ĐH Tôn Đức Thắng - Phòng TCCN Bài giảng điện tử công suất Huỳnh Tấn Đệ Trang 6 1.3. THYRISTOR ( SCR ) Có 3 cực: Anôt, Catôt và Gate (cực cổng). Điều kiện cần và đủ mở SCR - UAK > 1V - Ig ≥ Igst Igst là giá trị ghi trong sổ tay tra cứu Điều kiện SCR khoá: Khi đã mở, SCR không tự khoá mặc dù xung dòng điều khiển đã hết. Để khóa SCR có hai cách: - Giảm dòng làm việc I AK xuống dưới giá trị dòng duy trì I H , - Đặt một điện áp ngược lên SCR (biện pháp thường dùng). Điện trở SCR ở trạng thái ngắt cỡ hàng trăm kΩ, ở trạng thái mở còn khoảng 0,01Ω0,1Ω Thời gian mở hoặc khóa SCR cỡ vài chục µs Hình 1.3: Ký hiệu SCR và hình dạng vài loại SCR thông dụng ĐH Tôn Đức Thắng - Phòng TCCN Bài giảng điện tử công suất Huỳnh Tấn Đệ Trang 7 1.4. TRIAC Triac giống hai SCR mắc song song ngược nhau. Triac có thể dẫn dòng theo hai chiều tùy theo cách kích cực G, vì vậy triac không còn có khái niệm anôt và catôt thay vào đó là T1 (hoặc B1) và T2 (hoặc B2) với ký hiệu T1 gần cực G. Hình 1.4: Cấu tạo và ký hiệu triac Phương pháp kích triac (mở triac). + Khi T2 có điện áp dương, kíck cực G bằng triac xung dương thì triac dẫn theo chiều từ T2 đến T1 + Khi T2 có điện áp âm, kíck cực G bằng xung âm thì triac dẫn theo chiều từ T1 đến T2 Hình 1.5: Các phương pháp kích triac. C. Câu hỏi ôn tập Câu 1: Trình bày nguyên lý hoạt động của Diode, Transitor, thyristor, triac. Câu 2: Vẽ đường đặt tuyến của Diode, Transitor, thyristor, triac. - T1 T2 - T1 + - Z - T2 T1 Z + T2 + G - + + T1 T2 G ĐH Tôn Đức Thắng - Phòng TCCN Bài giảng điện tử công suất Huỳnh Tấn Đệ Trang 8 Chương 2: BỘ ĐỔI ĐIỆN XOAY CHIỀU THÀNH ĐIỆN MỘT CHIỀU A. Mục tiêu : Sau khi học xong chương này, học sinh phải : - Trình bày được vai trò của điện một chiều. - Vẽ lại sở đồ và dạng sóng ngõ ra của các mạch chỉnh lưu không điều khiển và chỉnh lưu có điều khiển. - Vẽ lại được mạch lọc và dạng sóng ngõ ra của mạch lọc dùng tụ và mạch lọc LC. Nêu được ý nghĩa của bộ lọc. B. Nội dung : Trong kỹ thuật điện tử, buộc phải sử dụng điện một chiều để phân cực cho transistor. Nhưng điện một chiều như pin, accu và máy phát một chiều quá tốn kém. Có một cách đơn giản hiệu quả là chuyển điện xoay chiều đang có sẵn từ lưới điện thành điện một chiều. Bộ đổi điện xoay chiều thành điện một chiều người ta còn gọi là bộ chỉnh lưu. Cấu trúc của một sơ đồ chỉnh lưu. 1 – Máy biến áp (MBA): Máy biến áp dùng để thay đổi mức điện áp của lưới điện phù hợp với điện áp cần sử dụng. 2 – Chỉnh lưu: Là sơ đồ chỉnh lưu thực hiện chức năng biến đổi điện xoay chiều thành điện một chiều. 3 – Mạch lọc: Gồm các phần tử phản kháng như tụ điện, cuộn cảm làm chức năng san phẳng điện áp chỉnh lưu, giảm độ mấp mô. 4 – Mạch phản hồi: Làm chức năng đo lường tín hiệu như dòng điện, điện áp ở lối ra mạch chỉnh lưu đưa đến mạch điều khiển. 5 – Mạch điều khiển: Dùng để điều khiển các thyristor trong chỉnh lưu có điều khiển. ĐH Tôn Đức Thắng - Phòng TCCN Bài giảng điện tử công suất Huỳnh Tấn Đệ Trang 9 Hình 2.1: Cấu trúc chung của một sơ đồ chỉnh lưu. 2.1. CHỈNH LƯU 1 PHA 2.1.1. Chỉnh lưu 1 pha không điều khiển a. Chỉnh lưu nửa chu kỳ. Tải thuần trở R Ở bán kỳ dương diode cho dòng qua tải, U o =U i . Bán kỳ âm diode khóa không cho dòng qua tải U o = 0. Gía trị điện áp chỉnh lưu trung bình : Utb=0,45Ui với Ui trị hiệu dụng của điện áp vào. Hình 2.2: Sơ đồ chỉnh lưu bán kỳ và dạng điện ra trên tải Tải điện trở và điện cảm (R + L): Vì tải có tính cảm nên sẽ sinh ra sức điện động tự cảm e ngược với chiều biến thiên của dòng điện: e = - L.di/dt, tức là nó có xu hướng chống lại sự tăng hoặc giảm dòng điện sinh ra nó. Trên hình ta thấy rằng, trong khoảng 01 dòng id tăng từ từ (vì nó chống lại sự tăng của dòng điện vào), cuộn cảm L tích lũy năng lượng. Trong khoảng 1   2 dòng vào giảm dần, sức điện động MBA Chỉnh lưu Lọc Phản hồi Điều khiền Tải một chiều Ui R Uo 0 u O U imax U tb t u O i R ĐH Tôn Đức Thắng - Phòng TCCN Bài giảng điện tử công suất Huỳnh Tấn Đệ Trang 10 tự cảm e sinh một dòng điện cùng chiều với dòng vào (chống lại sự giảm của dòng vào) vì vậy dù ui đổi chiều nhưng vẫn có dòng qua tải. Trong thực tế đối với mạch tải R + L người ta dùng một diod Dr mắc song song với tải để dẫn dòng tự cảm hoàn trả năng lượng, vừa để duy trì được dòng điện tải trong nửa chu kỳ âm của điện áp nguồn vừa bảo vệ diode. Dòng điện i đạt giá trị cực đại tại 1 Hình 2.3: Sơ đồ chỉnh lưu bán kỳ tải R + L và dạng điện áp, dòng điện ra trên tải b. Chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ (toàn kỳ) *. Mạch chỉnh lưu hình tia. Hình 2.4: Sơ đồ chỉnh lưu toàn bán kỳ và dạng điện áp ra trên tải Với mạch chỉnh lưu hình tia dùng diode điện áp ra trung bình: Utb = 0,45.Ui. Dòng trung bình qua tải R U R U I itb tb 45,0 L Uo Dr D Ui R 0 U O U imax u O I Z  1  2  I Z Uin R HI U1 HI 1 4 5 6 8 t 0 U max U tb u O [...]... Tôn Đức Thắng - Phòng TCCN Bài giảng điện tử công suất Chương 4: ĐỔI ĐIỆN MỘT CHIỀU THÀNH ĐIỆN XOAY CHIỀU A Mục tiêu : Sau khi học xong chương này, học sinh phải : - Trình bày được vai trò của việc đổi điện một chiều thành điện xoay chiều - Vẽ lại sở đồ và dạng sóng ngõ ra của các mạch nghịch lưu cầu, nghịch lưu đẩy kéo - Trình bày được phương pháp đổi điện một chiều thành điện xoay chiều 3 pha Vẽ được... < 2: điện áp pha a cao nhất, pha b thấp nhất D1, D6 mở (D6,D1) + Khi: 2 <  < 3: điện áp pha a cao nhất, pha c thấp nhất D1, D2 mở (D1,D2) + Khi: 3 <  < 4: điện áp pha b cao nhất, pha c thấp nhất D3, D2 mở (D2,D3) + Khi: 4<  < 5: điện áp pha b cao nhất, pha a thấp nhất D3, D4 mở (D3,D4) Huỳnh Tấn Đệ Trang 15 ĐH Tôn Đức Thắng - Phòng TCCN Bài giảng điện tử công suất + Khi: 5<  < 6: điện áp... ra điện áp tăng vọt  L di lớn dt phá huỷ linh kiện bán dẫn Huỳnh Tấn Đệ Trang 26 Bài giảng điện tử công suất 2 ĐH Tôn Đức Thắng - Phòng TCCN Q1 D1 Q1 D1 2 3 1 1 Q1 D1 1 3 2 BATTERY L1 2 1 R BATTERY D1 Q1 3 2 1 Hình 4.3: Sơ đồ nghịch lưu nửa cầu dùng nguồn đôi sử dụng linh kiện bán dẫn  Ưu điểm của mạch : - Không cần biến áp nên hiệu suất cao  Nhược điểm : - Dùng 2 nguồn điện - Điện áp ra bằng điện. .. TCCN Bài giảng điện tử công suất T Hình 3.1: Bộ converter flyback cách ly và các dạng sóng tương ứng 3.2 Bộ converter forward Phần tử cách ly trong bộ converter forward là biến áp, phần tử tích trữ năng lượng là cuộn dây L yêu cầu phải có ở ngõ ra để mạch hoạt động tốt hơn và hiệu suất cao hơn Chú ý rằng dây quấn cuộn sơ cấp và thứ cấp có cùng cực tính Hoạt động của mạch như sau: Khi Q1 dẫn, dòng điện. .. trong hình 3.2 Điều này có nghĩa là transistor có thể chịu điện áp trên 800V khi điện áp vào là 230Vac Đây có thể là vấn đề của các bộ converter công suất cao, vì dòng điện cao, điện áp cao và giá thành cũng cao Hình 3.3: Các dạng sóng điện áp và dòng điện thực tế của converter push-pull VL là điện áp cảm ứng đỉnh nhọn sơ cấp biến áp IS là dòng điện đỉnh nhọn do biến áp bão hòa Trong hình 3.4 cũng trình... chỉnh lưu hai bán kỳ : Vr  I Như vậy 2 f C cùng một tụ lọc và tần số nguồn điện, chỉnh lưu hai nửa chu kỳ cho ta điện áp một chiều ít mấp mô hơn Huỳnh Tấn Đệ Trang 16 ĐH Tôn Đức Thắng - Phòng TCCN Bài giảng điện tử công suất Với cùng một tụ lọc, tần số nguồn điện nào càng cao độ mấp mô càng nhỏ Trong thực tế người ta tạo ra nguồn điện một chiều với độ mấp mô nhỏ bằng cách chỉnh lưu và lọc các dao động... bị đổi điện một chiều từ bình accu ra điện xoay chiều tần số 50Hz 220V để cấp điện dự phòng khi mất điện lưới - Thiết bị đổi điện một chiều thành điện xoay chiều cung cấp cho phụ tải cộng hưởng tần số và điện áp phụ thuộc vào tải như lò nung thép trung tần - Thiết bị đổi điện một chiều thành điện xoay chiều có tần số và điện áp thay đổi được cung cấp cho động cơ điện 3 pha 4.1 Sơ đồ nữa cầu dùng nguồn... Thắng - Phòng TCCN Bài giảng điện tử công suất Vv T1 VR Vv Hình 4.1: Sơ đồ nghịch lưu nửa cầu dùng nguồn đôi T1 và T2 luân phiên nhau dẫn điện, T1 dẫn dòng từ A qua B, T2 dẫn dòng từ B qua A Dạng sóng điện áp và dòng ra trên tải R phụ thuộc vào tải như sau : Bán kỳ 1 : T1 dẫn , T2 ngưng dẫn Vout =Vin Bán kỳ 2 : T2 dẫn , T1 ngưng dẫn Vout =- Vin Như vậy điện áp ra có dạng hình chữ nhật, điện áp hiệu dụng... Phòng TCCN Bài giảng điện tử công suất Chương 3: ĐỔI ĐIỆN MỘT CHIỀU THÀNH MỘT CHIỀU A Mục tiêu : Sau khi học xong chương này, học sinh phải : - Vẽ lại sở đồ và dạng sóng ngõ ra của các mạch converter flyback, forward, push-pull - Trình bày hoạt động của mạch B Nội dung : Trong một số ứng dụng người ta cần dùng điện một chiều có điện áp cao từ nguồn 1 chiều là pin hoặc bình accu hoặc điều khiển điện áp... phiên nhau dẫn điện, mỗi đôi dẫn trong 1 bán kỳ Huỳnh Tấn Đệ Trang 27 ĐH Tôn Đức Thắng - Phòng TCCN Bài giảng điện tử công suất T1 T2 E+ D2 D1 C + A _ + B Z D4 D3 _ T4 T3 Hình 4.3: Sơ đồ nghịch lưu cầu Bán kỳ đầu : 0 < t < T 2 , đôi T1 và T3 dẫn, T2 và T4 ngưng dẫn Dòng điện chạy từ A sang B Bán kỳ sau : T 2 < t < T , đôi T2 và T4 dẫn, T1 và T3 ngưng dẫn Dòng điện chạy từ B sang A Dạng điện áp và dòng . TCCN Bài giảng điện tử công suất Huỳnh Tấn Đệ Trang 2 [2]. Trang bị điện tử công nghiệp _ Vũ Quang Hồi _ NXB Giáo Dục [3]. Giáo trình điện tử công suất. Đức Thắng - Phòng TCCN Bài giảng điện tử công suất Huỳnh Tấn Đệ Trang 1 GIỚI THIỆU MÔN HỌC 1. Tên môn học: - Điện Tử Công Suất 2. Số đơn vị học trình: