Chương 1 cơ bản về điện tử công suất

9/8/2013 1 BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Giảng viên: TS. Khổng Cao Phong Mã môn học: 4090213-4090227 Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Bộ môn Tự động hóa xí nghiệp Mỏ - Dầu Khí T 1 u 2a T 3 Z u T T 4 T 6 T 5 T 2 u 2b u 2c u u d U d  u 2a u 2b u 2c u 2a u 2b u 2c CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Chương I 9/8/2013 2 Nội dung  1.1 Tổng quan về điện tử công suất  1.2 Các đại lượng cơ bản  1.3 Các linh kiện công suất (cấu tạo, đặc tính đóng cắt, …)  1.4 Các thông số cơ bản  1.5 Một số khái niệm trong DTCS 1.1 Tổng quan về DTCS Điện tử công suất (ĐTCS) là chuyên ngành nghiên cứu và ứng dụng phần tử bán dẫn công suất trong sơ đồ các bộ biến đổi nhằm biến đổi và khống chế nguồn năng lượng điện với các tham số không thể thay đổi được thành nguồn năng lượng điện có tham số thay đổi được cung cấp cho các phụ tải điện. •Điện tử công suất (lớn) •Kỹ thuật biến đổi điện năng •Kỹ thuật dòng điện mạnh • Các phần tử ĐTCS • Các bộ BĐCS (Chỉnh lưu, băm xung áp ) • Các mạch điều khiển  Khái niệm  Tên gọi  Đối tượng nghiên cứu  Các kỹ thuật liên quan  Ứng dụng •Truyền động điện •Giao thông đường sắt •Nấu luyện thép •Gia nhiệt cảm ứng, điện phân • 9/8/2013 3 1.2 Các đại lượng cơ bản  Các đại lượng tức thời  Các đại lượng trung bình  Các đại lượng hiệu dụng 1.3 Các linh kiện công suất 1. Đi-ốt (Diode) a. Cấu tạo – Ký hiệu 9/8/2013 4 1.3 Các linh kiện công suất a. Cấu tạo – Ký hiệu 1.3 Các linh kiện công suất b. Đặc tính V-A 9/8/2013 5 1.3 Các linh kiện công suất 2.Transistor công suất a. Cấu tạo và ký hiệu 1.3 Các linh kiện công suất b. Đặc tính vôn ampe của transistor CC CE C T V -U I = R 9/8/2013 6 1.3 Các linh kiện công suất c. Mở và khóa van transistor  Vùng an làm việc an toàn (khi chuyển mạch)  Chế độ làm việc (on-off)  Mở - khóa bằng dòng điều khiển  Tần số đóng mở - cao  Công suất đóng mở lớn 1.3 Các linh kiện công suất d. Các thông số kỹ thuật cơ bản của transistor  Giá trị trung bình dòng điện cho phép.  Tần số làm việc của transistor - Thời gian mở- khóa.  Điện áp làm việc của transistor  Hệ số khuếch đại của transistor 9/8/2013 7 1.3 Các linh kiện công suất 3.Thyristor a. Cấu tạo và ký hiệu 1.3 Các linh kiện công suất a. Cấu tạo và ký hiệu 9/8/2013 8 1.3 Các linh kiện công suất b. Đặc tính vôn ampe của thyristor. 1.3 Các linh kiện công suất c. Mở và khoá thyristor  Điều kiện mở của thyristor  Khoá thyristor  Giảm dòng điện làm việc xuống dưới giá trị dòng duy trì hoặc  Đặt một điện áp ngược lên thyristor. > A K V V > _ . ñk ñk g haïn i i 9/8/2013 9 1.3 Các linh kiện công suất 4. Triac a. Cấu tạo và ký hiệu p n p n n n T 1 T 2 G 1.3 Các linh kiện công suất b. Đặc tính V-A 9/8/2013 10 1.3 Các linh kiện công suất c. Khoá và mở triăc  Điều kiện khóa triac:  Điều kiện mở:  Ở góc phần tư I:  C1, dòng và áp cực điều khiển dương.  C2, dòng và áp cực điều khiển âm.  Ở góc phần tư thứ III:  C3, dòng và áp cực điểu khiển dương.  C4 dòng và áp cực điều khiển âm. < ( ) AK th ñk U U i 1.3 Các linh kiện công suất 5. GTO a. Cấu tạo và ký hiệu [...]... Các linh kiện khác a Tranzito MOS công suất (MOSFET) 1. 3 Các linh kiện công suất b IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 12 9/8/2 013 1. 3 Các linh kiện công suất b IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 1. 3 Các linh kiện công suất 13 9/8/2 013 1. 4 Các thông số cơ bản Các thông số cơ bản để chọn van: Dòng điện trung bình cho phép, Iv,tb (theo điều kiện làm mát) Điện áp ngược cho phép lớn nhất, Ung,max...9/8/2 013 1. 3 Các linh kiện công suất b Đặc tính V-A của GTO 1. 3 Các linh kiện công suất c Khóa và mở GTO Điều kiện mở giống Thyristor thông thường: VA > VK iñk > iñk _ g.haïn Điều kiện khóa: Giảm il.việc xuống dưới giá trị dòng duy trì hoặc Đặt một điện áp ngược lên thyristor hoặc, Dùng iđ.khiển đủ lớn để triệt tiêu iAK (1/ 3 IAK) 11 9/8/2 013 1. 3 Các linh kiện công suất 6 Các linh kiện... tăng điện áp cho phép, du/dt (V/µs) Tốc độ tăng dòng điện cho phép, di/dt (A/µs) 1. 4 Các thông số cơ bản Các thông số khác: Điện áp rơi trên van Điện áp điều khiển Dòng điều khiển 14 9/8/2 013 1. 5 Một số KN trong ĐTCS 1. Các BBĐ và các bộ khóa a Các bộ biến đổi Chỉnh lưu Bộ băm xung áp xoay chiều (BĐXA) Biến tần Bộ băm xung áp một chiều (BĐXA) Nghịch lưu 1. 5 Một số KN trong ĐTCS b Các bộ khóa điện tử công. .. (đo lường, bảo vệ…) Gây nhiễm điện Đẩy mạnh quá trình oxy hóa, ăn mòn 21 9/8/2 013 1. 5 Một số KN trong ĐTCS 5 Công cụ mô phỏng Pspice, Electronic work bench, Circuit maker PSim Matlab … 1. 6 Câu hỏi thảo luận Sự khác nhau chính của các linh kiện ĐT – ĐTCS? Các đặc tính V-A và đặc tính V-A lý tưởng? Các điều kiện mở - khóa của các phần tử điện tử công suất? 22 9/8/2 013 1. 6 Câu hỏi thảo luận Nêu các BBĐ... 0 + an cos 2πf0 nt 2 n =1   T   T   2 n =1 ∑( T/2 a0 = ( T/2 1 ∫ x(t)dt T − T/2 an = 2 ∫ x(t)cos ( 2πf0 nt ) dt T − T/2 ) + bn sin ( 2πf0 nt ) ) T/2 bn = 2 ∫ x(t)sin ( 2πf0 nt ) dt T − T/2 1. 5 Một số KN trong ĐTCS Tác động Hướng truyền công suất xác định bởi Cực tính của điện áp Chiều của dòng điện 19 9/8/2 013 1. 5 Một số KN trong ĐTCS Trạng thái ổn định của tải xoay chiều 1. 5 Một số KN trong ĐTCS... số đóng-cắt, Thời gian đóng cắt 17 9/8/2 013 1. 5 Một số KN trong ĐTCS 3.Các đường đặc tính Đặc tính ngoài (đặc tính tải - RLC): là quan hệ điện áp đầu ra và dòng điện đầu ra của BBĐ Đặc tính điều khiển: là quan hệ giữa điện áp đầu ra và lượng điều khiển của BBĐ 1. 5 Một số KN trong ĐTCS 4.Sóng hài bậc cao Nguyên nhân Do quá trình điều chế Do tải phi tuyến 18 9/8/2 013 1. 5 Một số KN trong ĐTCS Phân tích... trạng thái khóa 1. 5 Một số KN trong ĐTCS 2.Quá trình chuyển mạch Một số khái niệm: Nhánh chính – Nhánh phụ Linh kiện ĐTCS chính –phụ Chuyển mạch Nhịp chuyển mạch 16 9/8/2 013 1. 5 Một số KN trong ĐTCS Các vấn đề khi chuyển mạch: Điện áp CM Tổn thất CM CM trong – ngoài CM trực tiếp – gián tiếp CM nhiều tầng Thời gian - góc CM Chuyển mạch tức thời 1. 5 Một số KN trong ĐTCS Tổn thất công suất trong quá trình... một chiều (BĐXA) Nghịch lưu 1. 5 Một số KN trong ĐTCS b Các bộ khóa điện tử công suất 15 9/8/2 013 1. 5 Một số KN trong ĐTCS Ưu điểm Nhược điểm Tần số đóng cắt cao Công suất điều khiển nhỏ Tuổi thọ làm việc lớn Sạch - Không tiếng ồn Không gây tia lửa điện Kích thước nhỏ gọn Ít chịu tác động của môi trường Đặc tính V/A kém Điện trở khi đóng lớn Khi khóa dòng rò lớn hơn Đ tính V/A không tuyến tính Phải... 1. 6 Câu hỏi thảo luận Nêu các BBĐ trong thực tế mà bạn biết? Hãy tìm hiểu giải pháp để giảm tổn thất chuyển mạch Hệ số biến dạng có ảnh hưởng gì đến tải – lưới trong điện tử công suất? Tìm hiểu một phần mềm mô phỏng cho mạch điện tử công suất 23 ... 9/8/2 013 1. 5 Một số KN trong ĐTCS ia = 2U2 sin ( ωt )  2π  ib = 2U2 sin  ωt-  3   4π  ic = 2U2 sin  ωt-  3  iΣ = ia + ib + ic = 0 ia2 = 2U2 sin ( 2 ×ωt )  2 × 2π  ib2 = 2U2 sin  2 ×ωt 3    2 × 4π  ic2 = 2U2 sin  2 ×ωt 3   iΣ = ia2 + ib2 + ic 2 = 0 ia3 = 2U2 sin ( 3×ωt )  3× 2π  ib3 = 2U2 sin  3×ωt 3    3× 4π  ic3 = 2U2 sin  3×ωt 3   iΣ = ia3 + ib3 + ic3 = 3ia3 1. 5 . Chương I 9/8/2 013 2 Nội dung  1. 1 Tổng quan về điện tử công suất  1. 2 Các đại lượng cơ bản  1. 3 Các linh kiện công suất (cấu tạo, đặc tính đóng cắt, …)  1. 4 Các thông số cơ bản  1. 5 Một số. . ñk ñk g haïn i i 9/8/2 013 9 1. 3 Các linh kiện công suất 4. Triac a. Cấu tạo và ký hiệu p n p n n n T 1 T 2 G 1. 3 Các linh kiện công suất b. Đặc tính V-A 9/8/2 013 10 1. 3 Các linh kiện công suất c (Insulated Gate Bipolar Transistor) 9/8/2 013 13 1. 3 Các linh kiện công suất b. IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 1. 3 Các linh kiện công suất 9/8/2 013 14 1. 4 Các thông số cơ bản Các thông số