Điện tử công suất là công nghệ biến đổi điện năng từ dạng này sang dạng khác trong đó các phần tử bán dẫn công suất đóng vai trò trung tâm. Bộ biến đổi điện tử công suất còn được gọi là bộ biến đổi tĩnh (static converter) để phân biệt với các máy điện truyền thống (electric machine) biến đổi điện dựa trên nguyên tắc biến đổi điện từ trường.
BÀI BÁO CÁO Biến Đổi AC- AC một pha tải R và R+L BÀI BÁO CÁO Biến Đổi AC-AC một pha tải R và R+L Giới thiệu chung về môn Điện tử công suất - Điện tử công suất là gì ? Điện tử công suất là công nghệ biến đổi điện năng từ dạng này sang dạng khác trong đó các phần tử bán dẫn công suất đóng vai trò trung tâm Bộ biến đổi điện tử công suất còn được gọi là bộ biến đổi tĩnh (static converter) để phân biệt với các máy điện truyền thống (electric machine) biến đổi điện dựa trên nguyên tắc biến đổi điện từ trường - Giới thiệu: - Theo nghĩa rộng, nhiệm vụ của điện tử công suất là xử lý và điều khiển dòng năng lượng điện bằng cách cung cấp điện áp và dòng điện ở dạng thích hợp cho các tải Tải sẽ quyết định các thông số về điện áp, dòng điện, tần số, và số pha tại ngõ ra của bộ biến đổi Thông thường, một bộ điều khiển có hồi tiếp sẽ theo dõi ngõ ra của bộ biến đổi và cực tiểu hóa sai lệch giữa giá trị thực của ngõ ra và giá trị mong muốn (hay giá trị đặt) Các bộ biến đổi bán dẫn là đối tượng nghiên cứu cơ bản của điện tử công suất Trong các bộ biến đổi các phần tử bán dẫn công suất được sử dụng như những khóa bán dẫn, còn gọi là van bán dẫn, khi mở dẫn dòng thì nối tải vào nguồn, khi khóa thì không cho dòng điện chạy qua Khác với các phần tử có tiếp điểm, các van bán dẫn thực hiện đóng cắt dòng điện mà không gây nên tia lửa điện, không bị mài mòn theo thời gian.Tuy có thể đóng ngắt các dòng điện lớn nhưng các phần tử bán dẫn công suất lại được điều khiển bởi các tín hiệu điện công suất nhỏ, tạo bởi các mạch điện tử công suất nhỏ Quy luật nối tải vào nguồn phụ thuộc vào các sơ đồ của bộ biến đổi và phụ thuộc vào cách thức điều khiển các van trong bộ biến đổi Như vậy quá trình biến đổi năng lượng được thực hiện với hiệu suất cao vì tổn thất trong bộ biến đổi chỉ là tổn thất trên các khóa điện tử, không đáng kể so với công suất điện cần biến đổi.Không những đạt được hiệu suất cao mà các bộ biến đổi còn có khả năng cung cấp cho phụ tải nguồn năng lượng với các đặc tính theo yêu cầu, đáp ứng các quá trình điều chỉnh, điều khiển trong một thời gian ngắn nhất, với chất lượng phù hợp trong các hệ thống tự động hoặc tự động hóa Đây là đặc tính mà các bộ biến đổi có tiếp điểm hoặc kiểu điện từ không thể có được Với đối tượng nghiên cứu là các bộ biến đổi bán dẫn công suất, Điện tử công suất còn có tên gọi là "Kỹ thuật biến đổi điện năng" Để phân biệt với các chuyên ngành khác của kỹ thuật điện tử liên quan đến quá trình xử lý tín hiệu với mức điện áp thấp và dòng điện nhỏ, Điện tử công suất còn được gọi là "Kỹ thuật dòng điện mạnh" Tuy nhiên Điện tử công suất cũng nghiên cứu các sơ đồ mạch điều khiển các van bán dẫn công suất bằng các phần tử bán dẫn công suất nhỏ, vì vậy các tên gọi trên đây chỉ phản ánh một phần phạm vi nghiên cứu của lĩnh vực này - Ứng dụng: Điện tử công suất được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp hiện đại Có thể kể đến các ngành kỹ thuật mà trong đó có những ứng dụng tiêu biểu của các bộ biến đổi bán dẫn công suất như truyền động điện, giao thông đường sắt, nấu luyện thép, gia nhiệt cảm ứng, điện phân nhôm từ quặng mỏ, các quá trình điện phân trong công nghiệp hóa chất, trong rất nhiều các thiết bị công nghiệp và dân dụng khác nhau Trong những năm gần đây công nghệ chế tạo các phần tử bán dẫn công suất đã có những tiến bộ vượt bậc và ngày càng trở nên hoàn thiện dẫn đến việc chế tạo các bộ biến dổi ngày càng nhỏ gọn, nhiều tính năng và sử dụng ngày càng dễ dàng hơn - Phân loại: Ta có thể phân loại các hệ thống biến đổi điện tử công suất dựa vào tín hiệu vào và ra là xoay chiều hay một chiều: Bộ chỉnh lưu (AC -> DC) Bộ nghịch lưu (DC -> AC) Bộ biến đổi điện áp xoay chiều (AC -> AC) Bộ biến đổi điện áp 1 chiều (DC -> DC) I Giới thiệu 1 Chức năng: • Biến đổi điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng không đổi thành điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng thay đổi được ( tần số không thay đổi ) 2 Ứng dụng -Cung cấp điện áp cho các thiết bị nhiệt điện: lò điện, điều khiển nhiệt độ lò, máy nước nóng… - Điều khiển động cơ không đồng bộ công suất nhỏ và trung bình : máy bơm… - Điều khiển độ sáng của bóng đèn ( đèn quảng cáo ), đóng ngắt điện -Bù nhuyễn công suất phản kháng ( động cơ KĐB ) 3 Phân loại 1.Theo số pha: - BBĐ điện áp xoay chiều 1 pha - BBĐ điện áp xoay chiều 3 pha 2 Theo dạng mạch -Đối xứng -Không đối xứng 3 Nguyên tắc điều khiển - Điều khiển toàn phần - Điều khiển bán phần 4 Phương pháp điều khiển a Điều khiển pha - Trong phương pháp này tín hiệu điều khiển được đưa vào cực điều khiển của linh kiện tại vị trí trễ so với vị trí bắt đầu xuất hiện điện áp phân cực thuận cho linh kiện 1 góc α theo từng cho kỳ của tín hiệu nguồn - Điện áp xoay chiều đóng vai trò là điện áp chuyển mạch của linh kiện -Tín hiệu xoay chiều ngõ ra có chứa các thành phần hài cơ bản với độ lớn phụ thuộc vào góc điều khiển α b Điều khiển theo tỉ lệ thời gian: - Trong phương pháp này tín hiệu điều khiển được đưa vào cực điều khiển của linh kiện liên tục trong 1 khoảng thời gian bằng 1 số nguyên lần chu kỳ của tín hiệu nguồn, sau đó ngắt tín hiệu điều khiển trong 1 khoảng thời gian cũng bằng 1 số nguyên lần chu kỳ của tín hiệu nguồn -Phương pháp này không dùng cho tải có quán tính nhỏ như: bóng đèn sợi tóc, các động cơ có mômen quán tính nhỏ mà thường được dùng cho loại tải có quán tính lớn như: lò nhiệt, bếp điện, máy nước nóng, động cơ có mômen quán tính lớn… tín hiệu xoay chiều ngõ ra hầu như không chứa thành phần hài bậc cao 2.Bộ điểu khiển điện áp xoay chiều 1 pha(Điểu khiển pha) Bộ điều khiển điện áp xoay chiều một pha gồm 2 SCR mắc song song ngược nhau.Khi tải có công suất nhỏ có thể thay 2 SCR bằng một TRIAC 2.1 Tải R Điều kiện dẫn của SCR : - VA>VK - VG>0 a.Giải thích: +(0 ÷ α và π ÷ π +α): Chưa có xung kích SCR1,SCR2 chưa dẫn nên Ur=0 + (α ÷ π ): Khi kích SCR1 trong bán kỳ dương với góc trễ α thì Ur= Umsinωt=Umsinθ + (π +α ÷ 2 π ): Khi kích SCR2 trong bán kì âm với góc trễ α thì Ur= Umsinωt=Umsinθ -Tóm lại: Do 2SCR mắc ngược chiều nhau nên USCR1= - USCR2 khi có 1 trong 2 con dẫn Khi đó: + Ur= Um sinωt khi SCR1 hoặc SCR2 dẫn + Ur= 0 khi SCR1 và SCR2 không dẫn + USCR1= - USCR2=0 khi SCR1 hoặc SCR2 dẫn (khi dẫn gần giống như Diode có sụt áp trên nó Vγ (coi không đáng kể) + USCR1= - USCR2 = Umsinωt khi SCR1 và SCR2 không dẫn (Khi chưa dẫn SCR pải chịu áp do nguồn xoay chiều đặt vào cho đến khi kích góc dẫn) + USCR1= - USCR2= Um khi SCR1 hoặc SCR2 không dẫn (điện áp ngược đặt lên SCR) c.Dạng sóng c.Xác định công thức : 2.1.Tải R,L *Trường hợp 1: Góc kích α >φ a.Giải thích -Giải thích công thức ixl,itd: + Khi kích SCR1 với góc kíchα >φ Ixl > 0 do đó i(td)φ khi phụ tải có thành phần cảm kháng,bộ điều chỉnh làm việc bình thường dòng qua bộ điều chỉnh không liên tục 2 khoảng trong mỗi chu kỳ Do đó không phù hợp với phụ tải yêu cầu dòng sine như biến áp,động cơ không đồng bộ.Với phụ tải là điện trở phát nhiệt thì dòng không liên tục này vẫn đạt yêu cầu.c.Xác định công thức -Giá trị trung bình của điện áp: -Giá trị trung bình của dòng điện: Ta có: Ur=R.Ir nên : *Trường hợp 2 : Góc kích α=φ a.Giải thích : + ( 0÷ π ) : Chưa có xung kích SCR1 chưa dẫn nên Ur =0 + (α ÷ π ) : Khi kích SCR1 trong bán kỳ dương với góc trễ : SCR1 dẫn đồng thời L nạp thì Ur= Umsinωt=Umsinθ + ( π ÷ π +α ) : Ở bán kì âm: L xả năng lượng đã nạp ở bán kì dương với góc trễ α đồng thời khi đó năng lượng do L xả vừa tới góc kích α ,SCR2 được kích dẫn nên Ur= Umsinωt=Umsinθ (trong đó τ = π +α ,với α=φ¿.Tương tự như vậy trong những thời gian tiếp theo Giải thích theo công thức ixl,itd : Khi góc kích α giảm dần xuống còn bằng φ=arctg LωR ,điểm θ0 tiến đến θxl0 ,khoảng cách i gián đoạn giảm dần giá trị bằng 0, thành phần itd =0.Phụ tải coi như nối tiếp với điện áp Ur=Umsinθ b.Dạng sóng Như vậy khi góc kích cho SCR α=φ=arctg RLω , L và R là thành phần cảm kháng và điện trở của phụ tải,dòng điện qua tải là dòng hình sin không trải qua giai đoạn quá độ mà đạ t ngay giá trị xác lập i = ZU sin(θ−φ ).Đây là điểm được lưu ý và ứng dụng khi cần dòng điện trải qua thời kỳ quá độ như trường hợp máy hàn điểm(hàn điện trở) công suất lớn để có điẹn năng xác định cho mỗi điểm hàn Trị hiệu dụng của dòng điện qua tải : I=U/Z c.Xác định công thức -Giá trị trung bình của điện áp Ur : -Giá trị trung bình của dòng điện qua tải : *Trường hợp 3: Góc kích α