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

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH HÀ TĨNH TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH GIÁO TRÌNH Mơ đun: ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT NGHỀ: ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (LƯU HÀNH NỘI BỘ) Tác giả: ThS: Lê Thị Lân Hà Tĩnh, năm 2017 ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH MỤC LỤC BÀI 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Nguyên tắc biến đổi tĩnh 2.1 Sơ đồ khối 2.2 Các loại tải 2.3 Các van biến đổi Cơ điều khiển mạch hở 3.1 Khái niệm 3.2 Các phương pháp điều khiển 11 3.3 Phần tử chấp hành 17 Điều khiển mạch kín 17 4.1 Khái niệm 17 4.2 Hoạt động vòng điều chỉnh 19 4.4 Khâu điều chỉnh dùng op-amp 31 BÀI 2: CÔNG TẮC ĐIỆN TỬ (VAN BÁN DẪN ) 41 Linh kiện điện tử công suất 41 1.1 Diode công suất 41 1.2 Thyristor 47 1.3 Triac Diac 50 1.4 Transistor công suất 52 1.5 MOSFET 55 1.6 IGBT 57 1.7 GTO 59 PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ DIODE SILIC 62 2.1 Bảo vệ áp 62 2.2 Bảo vệ dòng ngắn mạch 66 2.3 Bảo vệ nhiệt 69 Công tắc xoay chiều ba pha 74 3.1 Đại cương 74 3.2 Công tắc xoay chiều 75 ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH 3.3 Công tắc pha 81 3.4 Úng dụng 83 Công tắc chiều 89 4.1 Đại cương 89 4.2 Rờ le bán dẫn 89 4.3 Công tắc DC dùng transistor 89 BÀI : CHỈNH LƯU CÔNG SUẤT KHÔNG ĐIỀU KHIỂN 99 Các khái niệm 99 Mạch chỉnh lưu công suất pha không điều khiển 102 2.1 Chỉnh lưu công suất nửa chu kỳ 102 2.2 Chỉnh lưu công suất hai nửa chu kỳ 107 2.3 Chỉnh lưu công suất cầu pha (B2) 108 Chỉnh lưu pha 112 3.1 Đại cương 112 3.2 Mạch chỉnh lưu pha hình tia (M3) 112 3.3 Mạch chỉnh lưu pha hình cầu 118 BÀI : CHỈNH LƯU CƠNG SUẤT CĨ ĐIỀU KHIỂN 123 Tổng quan mạch điều khiển chỉnh lưu công suất 123 1.1 Nguyên tắc 123 1.2 Điều khiển chuỗi xung 123 1.3 Điều khiển góc pha 124 Mạch chỉnh lưu công suất pha có điều khiển 126 2.2 Mạch chỉnh lưu công suất hai nửa chu kỳ có điều khiển 129 2.3 Mạch chỉnh lưu hình cầu pha có điều khiển 130 2.4 Khảo sát mạch biến đổi cơng suất tồn phần (B2) 131 Mạch chỉnh lưu công suất pha có điều khiển 135 3.1 Mạch chỉnh lưu pha hình tia có điều khiển 135 3.2 Chỉnh lưu pha hình cầu có điều khiển (B6) 142 Thiết kế tính tốn lắp mạch điều khiển 152 BÀI 5: ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU 170 Khái niệm 170 ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH Điều khiển điện áp xoay chiều pha 170 2.1 Điều khiển chuỗi xung với tải trở kháng tải biến áp 171 2.2 Điều khiển góc pha 174 2.3 Mạch điều khiển công suất AC tải điện trở 176 2.4 Điều khiển công suất AC tải điện cảm 178 2.6 Mạch điều khiển kết hợp TCA 780 183 2.7 Điều khiển công suất phản kháng 190 Điều khiển điện áp xoay chiều pha 193 3.1 Đại cương 193 3.2 Khảo sát điện áp 194 3.3 Đường đặc tính điều khiển 197 Biến tần 198 4.1 Đại cương 198 4.2 Biến tần gián tiếp 199 4.3 Biến tần trực tiếp 203 4.4 Hướng dẫn sử dụng biến tần Siemens 206 BÀI 6: NGHỊCH LƯU 247 Các khái niệm phân loại 247 Mạch nghịch lưu pha: 247 2.1 Nghịch lưu phụ thuộc: 247 2.2 Nghịch lưu độc lập 249 Nghịch lưu pha 253 3.1 Nghịch lưu pha phụ thuộc 253 TÀI LIỆU THAM KHẢO 258 ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH BÀI 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 1.1 Q trình phát triển Điện tử cơng suất xếp vào phạm vi môn thuộc kỹ thuật lượng ngành kỹ thuật điện nói chung Tuy nhiên việc nghiên cứu không dừng lại phần cơng suất mà cịn ứng dụng lĩnh vực điều khiển khác Kể từ hiệu ứng nắn điện miền tiếp xúc PN công bố Shockley vào năm 1949 ứng dụng chất bán dẫn ngày sâu vào lĩnh vực chuyên môn ngành kỹ thuật điện từ phát triển thành ngành điện tử cơng suất chun nghiên cứu khả ứng dụng chất bán dẫn lĩnh vực lượng Với thành công việc truyền tải dòng điện pha vào năm 1891, dòng điện chiều 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 thực hệ thống máy phát - động hình 1.1 Hiện phương pháp cịn áp dụng kỹ thuật hàn điện Hình 1.1 Nguyên lý hệ biến đổi quay ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH Hình 1.2 Dòng lượng hệ biến đổi tinh Q: Nguồn ; V: Tải 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 phương 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 lưu, nghịch lưu nhằm biến đổi điện áp tần số nguồn lượng ban đầu sang giá trị khác theo yêu cầu (hình 1.2) Ưu điểm mạch biến đổi điện tử so với phương pháp biến đổi khác liệt kê sau: • Hiệu suất làm việc cao  Kích thước nhỏ gọn  Có tính kinh tế cao  Vận hành bảo trì dễ dàng  Khơng bị ảnh hưởng khí hậu, độ ẩm nhờ linh kiện bọc vỏ kín  Làm việc ổn định với biến động điện áp nguồn cung cấp  Dễ dự phòng, thay  Tuổi thọ cao  Khơng có phần tử chuyển động điều kiện tỏa nhiệt tự nhiên, làm mát quạt gió để kéo dài tuổi thọ  Đáp ứng giá trị điện áp dòng điện theo yêu cầu cách ráp song song nối tiếp thyristor lại với  Chịu chấn động cao, thích hợp cho thiết bị lưu động ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH  Phạm vi nhiệt độ làm việc rộng, thơng số thay đổi theo nhiệt độ  Đặc tính điều khiển có nhiều ưu điểm Ngun tắc biến đổi tĩnh 2.1 Sơ đồ khối Trong lĩnh vực điện tử công suất, để biểu diển khối chức ngườii ta dùng ký hiệu sơ đồ khối, điện truyền từ nguồn (có số 1) đến tải (có số 2) a Khối chỉnh lưu Hình 1.3 Sơ đồ khối hệ chỉnh lưu Nhiệm vụ mạch chỉnh lưu nhằm biến đổi lượng nguồn xoay chiều pha ba pha sang dạng lượng chiều (hình 1.3) b Khối nghịch lưu Nhiệm vụ mạch nghịch lưu nhằm biến đổi lượng dòng chiều thành lượng xoay chiều pha ba pha (hình 1.4) Hình 1.4 Sơ đồ khối hệ nghịch lưu c Các hệ biến đổi Các mạch biến đổi nhằm thay đổi: Dịng xoay chiều có điện áp, tần số số pha xác định sang giá trị khác (hình 1.5) ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH Hình 1.5 Sơ đồ khối hệ biến đổi Dịng chiều có điện áp xác định sang dịng chiều có giá trị điện áp khác (converter DC to DC) Mạch biến đổi thường kết hợp từ mạch chỉnh lưu mạch nghịch lưu Do đó, lại chia làm hai loại: Biến đổi trực tiếp biến đổi có khâu trung gian 2.2 Các loại tải Tính chất tải có ảnh hưởng quan trọng đến chế độ làm việc mạch đổi điện, người ta chia tải thành loại sau: 2.2.1 Tải thụ động Tải trở bao gồm điện trở thuần, loại tải đơn giản nhất, dòng điện qua tải điện áp rơi tải pha với Loại ứng dụng chủ yếu lĩnh vực chiếu sáng lò nung Tải cảm kháng có đặc tính lưu trữ lượng, tính chất thể tượng san thành phần gợn sóng có điện áp chiều ngõ mạch nắn điện xung điện áp cao xuất thời điểm cắt tải Các ứng dụng quan trọng loại tải là: Các cuộn kích từ máy điện (tạo từ trường), thiết bị nung cảm ứng lị tơi cao tần Trong trường hợp điện cảm thường mắc song song với điện dung để tạo thành khung cộng hưởng song song 2.2.2 Tải tích cực Các loại tải thường có kèm theo nguồn điện áp (hình 1.6) van chỉnh lưu chế độ phân cực nghịch Ví dụ: Q trình nạp điện bình ắc quy sức phản điện động điện ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH Hình 1.6 Sơ đồ tương đương tải trở kháng với sức phản điện 2.3 Các van biến đổi Các van điện phần tử cho dòng điện chảy qua theo chiều định Trong lĩnh vực điện tử công suất diode bán dẫn thyristor kể transistor công suất 2.3.1 Van không điều khiển (diode) Một diode lý tưởng cho dòng điện chạy qua điện áp anode dương cathode, điện áp ngõ diode phụ thuộc theo điện áp ngõ vào diode 2.3.2 Van điều khiển (thyristor) Mơt chỉnh lưu có điều khiển lý tưởng không dẫn điện anode cathode phân cực thuận (anode dương cathode) Điều kiện để van dẫn điện đồng thời với chế độ phân cực thuận phải có thêm xung kích cực cổng (UAK dương UGK dương) Điện áp ngõ phụ thuộc theo điện áp vào mà phụ thuộc theo thời điểm xuất xung kích (đặc trưng góc kích α) Cơ điều khiển mạch hở 3.1 Khái niệm Vào kỷ trước đây, nhờ ứng dụng khí hóa vào kỹ thuật mà phát triển lúc chủ yếu hướng khả tự động hóa Tự động hóa q trình có nghĩa q trình tự thực theo chương trình đặt sẳn nều hội đủ số điều kiện cho trước không cần tham gia người Ưu điểm kỹ thuật tự động hóa độ an tồn, độ xác tính kinh tế cao Kỹ thuật tự động hóa phân thành hai chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển kỹ thuật điều chỉnh Tuy nhiên, thực tế thường gặp trường hợp kết hợp hai Ví dụ: Phương pháp điều chỉnh tốc độ động chiều cầu chỉnh lưu có điều khiển ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH Từ mô tả van chỉnh lưu phần có xử dụng khái niệm van có điều khiển Các thyristor điều khiển cách dịch chuyển pha xung kích dẫn đến điện áp công suất rơi tải thay đổi theo Thuật ngữ ‘điều khiển’ nói lên q trình mà nhiều đại lượng vào hệ thống có ảnh hưỡng đến đại lượng hệ thống Khi đại lượng không hồi tiếp trở lại ngõ vào, người ta gọi trình hở, hướng tác động trình cố định biểu diển mũi tên hình 1.7 Trong thực tế, khái niệm tên gọi kỹ thuật điều khiển định nghĩa xử dụng theo tiêu chuẩn DIN 19226 sau: Đại lượng Xout: đại lượng vật lý hệ thống, đại lượng bị ảnh hưởng theo quy luật điều khiển định Đối tượng điều khiển: khâu trình điều khiển, nơi xuất phát đại lượng ra, hệ thống truyền động điều chỉnh thyristor: Động thyristor đối tượng điều khiển, tốc độ momen quay đại lượng Phần tử chấp hành phận đối tượng điều khiển tác động trực tiếp đến lượng khối lượng cần điều khiển, có loại phần tử tác động gián đoạn như: rờ le, công tắc tơ có loại tác động liên tục như: Con trượt, van tiết lưu, transistor mạch nắn điện có điện áp thay đổi Tín hiệu điều khiển y: tín hiệu tác động vào phần tử chấp hành, tín hiệu phần tử điều khiển Phần tử điều khiển: có nhiệm vụ tạo tín hiệu điều khiển, cấu trúc phần tử điều khiển phụ thuộc theo đại lượng vào Đại lượng vào w: đưa từ vào hệ thống, độc lập với trình điều khiển, đại lượng vào với đại lượng tồn quan hệ xác định Nhiễu z : có nguồn gốc từ nhiều nguyên nhân khác nhau, tạo tác động ngồi ý muốn đến kết điều khiển Hình 1.7 Định nghĩa hệ điều khiển hở ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH A0936 : PID Autotuning - Chức PID Autotuning (P2350) lựa chọn hay chạy.` tác động 4.4.5 Cách lựa chọn biến tần a) MM 410 : Điện áp vào pha AC 200V đến 240V Công suất KW Iđm vào HP A Iđm A Cỡ vỏ (FS) Mã hiệu MM 410 khơng MM 410 có chọn lọc cấp có chọn lọc B 0.12 0.16 1.5 0.9 AA 6SE6410-2UB11-2AA0 6SE6410-2BB11-2AA0 0.25 0.33 1.7 AA 6SE6410-2UB12-5AA0 6SE6410-2BB12-5AA0 0.37 0.50 4.4 2.3 AA 6SE6410-2UB13-7AA0 6SE6410-2BB13-7AA0 0.55 0.75 5.8 3.2 AB 6SE6410-2UB15-5BA0 6SE6410-2BB15-5BA0 0.75 1.00 7.8 3.6 AB 6SE6410-2UB17-5BA0 6SE6410-2BB17-5BA0 Các thông số xác định nhiệt độ 50 C Các tuỳ chọn độc lập Mã hiệu Các tuỳ chọn phù hợp với biến tần MM 410 Operator Panel (OP) 6ES6400-0SP000AA0 Bộ ghép nối với PC 6ES6400-0PL000AA0 Adapter để lắp đặt ray DIN 6ES6400-0DR000AA0 Phần mềm STARTER DriverMonitor, với 6ES6400-5EA00tài liệu khác 0AG0 ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 244 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH b) MM 420 : Điện áp vào pha AC 380V đến 480V Công suất KW Iđm vào HP Iđm A A Cỡ vỏ (FS) Mã hiệu MM 410 chọn lọc MM 410 có chọn lọc cấp A 0.37 0.5 1.1 1.2 A 6SE6420-2UD137AA0 - 0.55 0.75 1.4 1.6 A 6SE6420-2UD155AA0 - 0.75 1.9 2.1 A 6SE6420-2UD175AA0 - 1.1 1.5 2.8 A 6SE6420-2UD211AA0 - 1.5 3.9 A 6SE6420-2UD215AA0 - 2.2 5.9 B 6SE6420-2UD222BA0 6SE6420-2AD222BA0 6.7 7.7 B 6SE6420-2UD230BA0 6SE6420-2AD230BA0 8.5 10.2 B 6SE6420-2UD240BA0 6SE6420-2AD240BA0 5,5 7.5 11.6 13.2 C 6SE6420-2UD255CA0 6SE6420-2AD255CA0 7.5 10 15.4 19 C 6SE6420-2UD275CA0 6SE6420-2AD275CA0 11 15 22.5 26 C 6SE6420-2UD311CA0 6SE6420-2AD311CA0 Các thông số xác định nhiệt độ 50 C ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 245 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH Các tuỳ chọn độc lập Mã hiệu Các tuỳ chọn phù hợp với biến tần MM 420 Operator Panel (AOP) 6ES6400-0AP000AA1 Operator Panel (BOP) 6ES6400-0BP000AA0 Bộ ghép nối PC 6ES6400-0PC000AA0 Modun Profibus 6ES6400-0PB000AA0 Ghép nối PC với AOP` 6ES6400-0PA000AA0 Phần mềm STARTER DriverMonitor, với 6ES6400-5EA00tài liệu khác 0AG0 b) MM 440 : Điện áp vào pha AC 380V đến 480V Công suất KW Iđm vào HP Iđm A A Cỡ vỏ (FS) Mã hiệu MM 410 khơng có chọn lọc MM 410 có chọn lọc cấp A 0.37 0.5 1.1 1.2 A 6SE6420-2UD137AA0 - 0.55 0.8 1.4 1.6 A 6SE6420-2UD155AA0 - 0.75 1.9 2.1 A 6SE6420-2UD175AA0 - 1.1 1.5 2.8 A 6SE6420-2UD211AA0 - 1.5 3.9 A 6SE6420-2UD215AA0 - 2.2 5.9 B 6SE6420-2UD22- ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 6SE6420-2AD22- 246 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH 2BA0 2BA0 6.7 7.7 B 6SE6420-2UD230BA0 6SE6420-2AD230BA0 8.5 10.2 B 6SE6420-2UD240BA0 6SE6420-2AD240BA0 5,5 7.5 11.6 13.2 C 6SE6420-2UD255CA0 6SE6420-2AD255CA0 7.5 10 15.4 18.4 C 6SE6420-2UD275CA0 6SE6420-2AD275CA0 BÀI 6: NGHỊCH LƯU Các khái niệm phân loại Nghịch lưu dạng mạch phát sinh nguồn xoay chiều nguồn chiều Sự phát sinh khách quan mạch điện gây hay chủ quan thiết kế tạo nên Để phân biệt ứng dụng hiệu kỹ thuật người ta chia mạch nghịch lưu thành hai loại: nghịch lưu phụ thuộc nghịch lưu độc lập Mạch nghịch lưu pha: 2.1 Nghịch lưu phụ thuộc: Nghịch lưu phụ thuộc chế độ làm việc sơ đồ chỉnh lưu, lượng từ phía chiều đưa trả lưới điện xoay chiều Đây chế độ làm việc phổ biến chỉnh lưu, đặc biệt hệ thống truyền động điện chiều Khi máy điện chiều điều khiển chỉnh lưu, máy điện động tiêu thụ lượng điện từ lưới điện đồng thời đóng vai trị nguồn phát lượng, ví dụ chế độ hãm tái sinh Trong chế độ hãm tái sinh động tích luỹ phần quay động đưa trở lưới điện Tuy nhiên vấn đề trả lượng từ phía chiều xoay chiều cung cấp lượng từ phía xoay chiều đến chiều xảy luân phiên chế độ làm việc bình thường hệ thống truyền tải điện Trước hết, yêu cầu để thực chế độ nghịch lưu phụ thuộc, lượng từ phía chiều đưa trả phía xoay chiều, là: ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT 247 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH Trong mạch chiều phải có sức điện động chiều Ed có cực tính tăng cường dịng Id, nghĩa dòng điện chiều biến đổi phải vào cực âm cực dương sức điện động chiều Ed Góc điều khiển ỏ phải lớn 900 Điều dẫn đến Udα = Ud0 Cosα < Như vậy, đầu chỉnh lưu nguồn cấp lượng dịng chiều Id cực âm vào cực dương Udα Điều kiện thứ ba quan trọng liên quan đến chất q trình khố Điơt nắn điện sơ đồ, phải đảm bảo góc khố phải lớn hơn, tr thời gian phục hồi tính chất khố van Sơ đồ mạch nghịch lưu pha trình bày Hình 6.1 Trong sơ đồ tăng dần góc điều khiển ỏ    U d  U cos   , có nghĩa khơng thể trì dịng Id theo chiều cũ Tuy nhiên mạch chiều có sức điện động Ed cho E d  U d dịng Id đựơc trì Nếu thay sơ đồ chỉnh lưu nguồn sức điện động Udα sơ đồ Hình1.14 , thấy chiều dòng điện Id cực âm vào cực dương Như Udα đóng vai trị phụ tải ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT 248 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH Đối với Ed dòng Id cực dương vào cực âm Như Ed máy phát Về chất phụ tải phía xoay chiều phần lớn thời gian nửa chu kỳ điện áp lưới dịng điện vào đầu có cực tính âm đầu có cực tính dương 2.2 Nghịch lưu độc lập Định nghĩa: Nghịch lưu độc lập biến đổi nguồn điện chiều thành nguồn điện xoay chiều, cung cấp cho phụ tải xoay chiều, làm việc độc lập Làm việc độc lập có nghĩa phụ tải khơng có liên hệ trực tiếp với lưới điện Như vậy, nghịch lưu có chức ngược lại với chỉnh lưu Khái niệm độc lập nhằm để phân biệt với biến đổi phụ thuộc chỉnh lưu biến đổi xung áp xoay chiều, van chuyển mạch tác dụng điện áp lưới xoay chiều Phân loại: Tuỳ vào chế độ làm việc nguồn chiều cung cấp mà nghịch lưu độc lập phân loại nghịch lưu độc lập nguồn áp, nghịch lưu độc lập nguồn dòng Phụ tải nghịch lưu độc lập tải xoay chiều Tuy nhiên có dạng phụ tải đặc biệt cấu tạo từ vòng dao động, điện áp dịng điện có dạng Hình sin yêu cầu dạng nghịch lưu riêng, gọi nghịch lưu cộng hưởng Nghịch lưu cộng hưởng loại nguồn áp nguồn dòng Nguồn áp, nguồn dòng: Một nguồn điện nguồn áp hay nguồn dịng Chế độ làm việc nghịch lưu phụ thuộc nhiều vào chế độ làm việc nguồn chiều cung cấp, cần phân biệt đặc tính riêng hai loại nguồn Nguồn áp lý tưởng nguồn điện có nội trở khơng Như dạng điện áp không đổi, không phụ thuộc vào giá trị tính chất phụ tải Dòng điện phụ thuộc phụ tải Nguồn áp làm việc chế độ không tải làm việc chế độ ngắn mạch dịng điện lớn.Trong thực tế nguồn áp tạo cách mắc đầu nguồn chiều tụ điện có giá trị đủ lớn Nguồn dòng lý tưởng nguồn điện có nội trở vơ lớn dịng điện khơng đổi, khơng phụ thuộc vào giá trị tính chất phụ tải Điện áp phụ thuộc tải Nguồn dòng làm việc chế độ ngắn mạch dịng điện khơng đổi khơng làm việc chế độ không tải Chế độ không tải gần chế độ không tải tương đương với trở kháng tải lớn, với ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 249 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH dịng điện khơng đổi làm cho mạch xảy tượng áp lớn chấp nhận Trong thực tế, nguồn dòng tạo cách mắc đầu nguồn chiều có điện cảm giá trị đủ lớn Tuy nhiên, điện cảm đầu vào chịu tồn dịng điện u cầu nghịch lưu, phải chịu có công suất lớn Trong thực tế để tạo nguồn dòng, người ta dùng mạch chỉnh lưu điều khiển có mạch phản hồi dịng điện Mạch vịng điều khiển đảm bảo dịng điện khơng đổi, điện cảm lúc có giá trị nhỏ có chức san dịng điện Nghịch lưu độc lập nguồn dòng song song: Trên sơ đồ SCR điều khiển mở nửa chu kỳ, điện áp luân phiên đặt lên nửa cuộn dây máy biến áp Kết bên phía thứ cấp xuất điện áp xoay chiều Tụ C mắc song song với tải bên sơ cấp máy biến áp, đóng vai trị tụ chuyển mạch Điện cảm L có trị số lớn mắc nối tiếp với nguồn đầu vào làm cho dòng điện đầu vào phẳng ngăn tụ phóng ngược trở nguồn SCR chuyển mạch Do dòng điện đầu vào không thay đổi nên tụ phóng lượng tải Điều thấy rõ sơ đồ tương đương Hình 6.5 Khi SCR V1 dẫn điện áp E đặt lên nửa cuộn dây sơ cấp biến áp, tụ C nạp điện toàn phần sơ cấp có giá trị = 2E Khi V2 nhận xung điều khiển để dẫn điện, lúc thyristor dẫn điện UA> UK (do điện áp tụ dương hơn) Khi V2 dẫn dòng điện id chạy qua V2 Điện áp nạp tụ C đặt ngược cực tính SCR V1 làm V1 ngưng dẫn Tụ C nạp điện ngược chiều để chuẩn bị cho chu kỳ làm việc V1 nhận xung tín hiệu điều khiển ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT 250 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH Trên mạch điện tương đương, tụ tương đương 4C phản ánh cuộn sơ cấp 2:1 Phân tích sơ đồ tương đương vẽ dạng điện áp, dịng điện phần tử Hình 6.5 Trong thực tế mạch nghịch lưu độc lập song song dùng sơ đồ cầu Hình 6.7 ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 251 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH Hình 6.7 : Nghịch lưu độc lập song dùng sơ đồ cầu Nghịch lưu độc lập song song, sơ đồ cầu gồm SCR V1,V2, V3, V4 đóng mở theo cặp, V1 V2, V3 V4 Tụ C đóng vai trị tụ chuyển mạch, mắc song với tải đầu vào chiều có cuộn cảm L có trị số đủ lớn để tạo nên nguồn dòng Khi SCR điều khiển theo cặp dịng đầu nghịch lưu is có dạng Hình chữ nhật với biên độ đầu vào Id Điện áp tải điện áp tụ Uc Giả sử V1, V2 dẫn tụ C nạp điện từ trái sang phải sơ đồ Tới nửa chu kỳ sau V3, V4 điều khiển dẫn điện, điện áp tụ C đặt ngược V1, V2 để ngắt V1, V2 Nếu bỏ qua tổn thất sơ đồ giá trị trung bình điện áp cuộn cảm không, nghĩa là: uL = E - uab T u L dt  0 Nghịch lưu độc lập nguồn áp: Nếu nghịch lưu độc lập nguồn dịng sử dụng SCR nghịch lưu nguồn áp lại phải sử dụng van bán dẫn điều khiển hoàn toàn IGBT, GTO, MOSFET Tranzito Trước người ta dùng SCR nghịch lưu nguồn áp, phải có hệ thống chuyển mạch cưỡng phức tạp Ngày công nghệ chế tạo linh kiện bán dẫn hoàn chỉnh nên van bãn dẫn điều khiển hoàn toàn sử dụng nghịch lưu nguồn áp Sơ đồ mạch Hình 6.8 dạng mạch nghịch lưu độc lập nguồn áp pha ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 252 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH Hình6.8 : Mạch nghịch lưu độc lập nguồn áp môt pha Trên sơ đồ mạch điện van điều khiển hoàn toàn V1, V2, V3, V4, điốt ngược D1, D2, D3, D4 Các điôt ngược phần tử bắt buộc sơ đồ nghịch lưu áp, giúp cho q trình trao đổi cơng suất phản kháng tải với nguồn Đầu vào chiều nguồn áp với đặc trưng có tụ C với giá trị đủ lớn Tụ C có vai trị lọc nguồn ngõ vào vừa có vai trị chứa công suất phản kháng trao đổi với tải qua điơt ngược Nếu khơng có tụ C tụ C q nhỏ dịng phản kháng chạy qua khơng hết, tồn lại mạch gây tượng áp phần tử mạch điện dễ dẫn đến tưởng linh kiện bị đánh thủng áp Các van sơ đồ mạch điện điều khiển mở chu kỳ theo cặp, V1, V2 V3, V4 Kết điện áp ngõ có dạng xoay chiều xung chữ nhật với biên độ điện áp nguồn đầu vào, không phụ thuộc vào tải Điện áp dạng xung chữ nhật phân tích thành phần chuỗi Fourier gồm thành phần sóng hài với biên độ bằng: U n  2 E ( 1  cos n) n Như điện áp tồn thành phần sóng hài bậc lẻ 1, 3, 5, với biên độ E 4e 4E , , , Với số phụ tải yêu cầu điện áp phải có  3 5 dạng sin dùng lọc để lọc bỏ thành phần sóng hài bậc cao Một số phương pháp điều chế độ rộng xung khác sử dụng để giảm thành phần sóng hài bậc cao Nghịch lưu pha 3.1 Nghịch lưu pha phụ thuộc ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 253 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH Tương tự nghịch lưu pha, nghịch lưu phụ thuộc ba pha phát sinh trình làm việc mạch điện có tải dùng nguồn dịng chiều trả nguồn chúng có điều kiện tương tự mạch điện pha Để tính tốn q trình lượng, cần ý biểu thức sau đây: U  X a I d 2 U d  U cos   U  U cos   Id  X a I d 2 Ed  U d 2 Sơ đồ nghịch lưu phụ thuộc sơ đồ cầu ba pha trình bày Hình6.9 La V1 V3 V5 La La V4 V6 V2 Rt Ed + Hình 6.9: Mạch nghịch lưu phụ thuộc ba pha Nghịch lưu độc lập ba pha: Cũng giống nghịch lưu phụ thuộc, nghịch lưu độc lập ba pha có hai loại nghịch lưu độc lập ba pha nguồn dòng nghịch lưu độc lập ba pha nguồn áp Mạch nghịch lưu độc lập nguồn dòng ba pha:(hình 6.10) ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT 254 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH + L V1 V3 V5 Za E C1 A C3 V4 - Zb C2 Zc B C V6 V2 Hình6.10: Mạch nghịch lưu nguồn dòng ba pha Dạng nghịch lưu nguồn dòng ba pha thể sơ đồ Hình 6.10 Trên sơ đồ SCR từ V1 đến V6 điều khiển để dẫn dòng khoảng 1200, van cách 600 Hình 6.11 600 0 1200 1800 2400 300 360 θ V1 V2 V3 V4 V5 V6 θ θ θ θ θ Hình 6.11: Dạng tín hiệu điều khiển ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT 255 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH Mạch nghịch lưu độc lập nguồn áp ba pha: Sơ đồ mạch nghịch lưu độc lập nguồn áp ba pha trình bày Hình 6.12 Sơ đồ gồm 06 van điều khiển hoàn toàn gồm V1, V2, V3, V4, V5, V6 điôt ngược D1, D2, D3, D4, D5, D6 Các điốt ngược giúp cho trình trao đổi công suất phản kháng tải với nguồn Đầu vào chiều nguồn áp đặc trưng với tụ C có giá trị đủ lớn Phụ tải ba pha đối xứng Za = Zb, = Zc đấu hình hay tam giác Để tạo hệ thống điện áp xoay chiều ba pha có biên độ lệch góc 1200 pha, van điều khiển theo thứ tự cách 60 Khoảng điều khiển dẫn van khoảng 1200 đến 1800 Để thuân tiện cho việc xây dựng hệ thơng điều khiển góc điều khiển thường chon giá trị 1200, 1500, hay 1800 + D3 D1 V1 E D5 V5 V3 C D6 _ V6 D2 IA Za V2 D4 V4 IB IC Zb Zc Hình 6.12 : Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu ba pha độc lập Ngày nay, nghịch lưu áp ba pha thường dùng chủ yếu với phương pháp biến điệu độ rộng xung, đảm bảo điện áp có dạng hình sin Để dạng điện áp không phụ thuộc tải người ta thường dùng biến điệu bề rộng xung hai cực tính, pha mạch điện ba pha điều khiển độc lập Vấn đề biến điệu bề rộng xung ba pha phải có ba sóng sin chủ đạo có biên độ xác lệch pha xác 1200 tồn giải điều chỉnh Điều khó thực mạch tương tự Ngày người ta chế tạo mạch biến điệu bề rộng xung ba pha dùng mạch số vi xử lý đặc biệt nhờ dạng xung điều khiển tuyệt đối đối xứng khoảng dẫn van xác định xác, kể thời gian trễ van ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 256 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH pha để tránh dịng xun giao hai van Hình 6.13 mơ tả cấu trúc hệ thống biến điệu bề rộng xung ba pha Phát sin chuẩn Sin Sin Sin Phát xung cưa ụ V ụ V ụ V ụ V ụ V ụ V Hình 6.13: Hệ thống biến điệu bề rộng xung ba pha ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 257 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đề cương môđun/môn học nghề Sửa chữa thiết bị điện tử công nghiệp”, Dự án Giáo dục kỹ thuật Dạy nghề (VTEP), Tổng cục Dạy Nghề, Hà Nội, 2003 [2] Power electronic - Heinz- Piest-Institut fur Handwekstechnik at the University of Hannover [3] Leistungelektronik - Rainer Felderhoff [4] Điện tử công suất điều khiển động điện Cyril W Lander [5] Nguyễn Bính: Điện tử cơng suất NXB Khoa học kỹ thuật 2005 [6] Nguyễn Tấn Phước: điện tử công suất nxb khoa học kỹ thuật 2004 ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 258 ... LIỆU THAM KHẢO 258 ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH BÀI 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 1.1 Quá trình phát triển Điện tử cơng suất xếp vào phạm vi môn thuộc... ví dụ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 26 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 27 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH Hình 1.26b Các khâu điều khiển : Đặc tính ví dụ ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT... chỉnh ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 40 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH Hình 1.41 Khâu PID dùng op-amp có thơng số chỉnh BÀI 2: CƠNG TẮC ĐIỆN TỬ (VAN BÁN DẪN ) Linh kiện điện tử công suất 1.1 Diode công