Bài giảng điện tử công suất trường đh tôn đức thắng

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ MÔN HỌC: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT MÃ MÔN HỌC : 403005 GV ĐINH HOÀNG BÁCH 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Điện Tử Công Suất , TS Nguyễn Văn Nhờ , ĐHBK TP.HCM [2] Ned Mohan, Tore M Underland, Robbins: Power Electronics, 1989 [3] M.Rashid: Power Electronics [4] M.Rashid: Spice for Power Electronics and Electric Power, 1993 [5] Matlab Guide: Power System Blockset, 1998 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất ĐÁNH GIÁ MÔN HỌC Thi kì: 20% Kiểm tra lớp: 10% Thi cuối kì: 70% 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất CHƯƠNG I: Giới thiệu linh kiện điện tử công suất 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất Các linh kiện ĐTCS     Các linh kiện không điều khiển: DIOD, DIAC Các linh kiện điều khiển đóng được: SCR, TRIAC Các linh kiện điều khiển đóng ngắt được: BJT, MOSFET, IGBT, GTO Các linh kiện khác (R,L,C) 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất DIOD - Ký hiệu - Đặc tính Volt-Ampere (đặc tính tĩnh) - Cấu trúc p-n Đặc tính đóng-ngắt (đặc tính động) + Khi dòng thuận qua diode giảm nhanh, diode không ngắt theo đặc tính V-A; + Khi dòng thuận giảm tới 0, diode không ngắt mà dẫn theo chiều ngược lại; + Sau thời gian ngắn dòng giảm nhanh giá trị dòng nghịch Lúc điện trở nghịch diode phục hồi diode có khả chịu áp nghịch 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất DIAC - Đặc tính Volt-Ampere (đặc tính tĩnh) + Khi áp nằm khoảng -UBO, +UBO diac không dẫn; + Khi áp lớn +UBO nhỏ -UBO diac dẫn - Ký hiệu - Cấu trúc p-n + lớp tiếp giáp p-n; - Đặc điểm + Dẫn dòng theo chiều Khi dẫn điện áp Diac nhỏ, dòng qua lớn theo chiều thuận nghịch 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất THYRISTOR (SCR) - Ký Hiệu - Cấu trúc p-n - Đặc tính Volt-Ampere (đặc tính tĩnh) + Nhánh thuận: thyristor đóng, điện áp thyristor gần 0; + Nhánh nghịch: thyristor ngắt, chịu áp nghịch dòng gần 0; + Trạng thái khóa: thyristor ngắt chịu áp thuận 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất THYRISTOR (SCR) - Đặc điểm + Thyristor đóng có điều kiện: I/ Thyristor trạng thái khóa; II/ Có xung dòng kích IG>0 đủ lớn + Quá trình ngắt Thyristor qua giai đoạn: I/ Dòng thuận giảm xuống thấp dòng trì (bằng cách thay đổi điện trở hay điện áp Thyristor); II/ Thyristor phục hồi khả khóa (duy trì áp ngược) Giai đoạn đầu trình ngắt Thyristor tương tự Diode Tuy nhiên sau phục hồi điện trở nghịch, cần có thêm thời gian để khả khóa Thyristor phục hồi 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất THYRISTOR (SCR) - Các thông số + Điện áp nghịch cực đại lặp lại URRM; + Điện áp khóa cực đại lặp lại UDRM; + Điện áp nghịch cực đại không lặp lại URSM; + Độ tăng điện áp khóa cho phép (du/dt)crit (V/µ s) ; + Độ tăng dòng điện cho phép (di/dt)crit (A/µ s) ; + Điện áp kích VG; + Dòng kích IG; + Dòng hiệu dụng ITRMS; + Dòng trung bình ITAV; + Độ sụt áp theo chiều thuận VT; + Dòng trì IH; + Thời gian ngắt tối thiểu (duy trì áp ngược để phục hồi khả khóa) tq 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất 10 CHƯƠNG IV: GIỚI THIỆU BỘ NGHỊCH LƯU 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất 33 Chức năng, đặc điểm, ứng dụng mạch nghịch lưu Biến đổi nguồn chiều thành xoay chiều;  Nguồn nguồn áp hay nguồn dòng, ngõ điều khiển điện áp hay dòng điện;  Là thành phần quan trọng biến tần Có thể ứng dụng điều khiển động AC, lưu điện, nguồn gia dụng, bù công suất phản kháng, lò cảm ứng,  02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất 34 Phân loại 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất 35 Bộ nghịch lưu áp pha cầu Ut (1) Ut(n) (2) THD (3) U 2 U nπ 48.3% , n lẻ 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất 36 Bộ nghịch lưu áp pha bán cầu Ut (1) Ut(n) (2) THD (3) U/2 U nπ 48.3% , n lẻ 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất 37 Bộ nghịch lưu áp pha cầu 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất Ut (1) Ut(n) (2) THD (3) U U nπ 31.1% , n lẻ 38 Bộ nghịch lưu áp đa bậc 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất Ut (1) Ut(n) (2) THD (3) 19 U U nπ 21.1% , n lẻ 39 Bộ nghịch lưu dòng pha 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất 40 Bộ nghịch lưu dòng pha 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất 41 Bài tập áp dụng  Xem ví dụ 5.6, 5.7, 5.9 5.10 tài liệu [1] 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất 42 CHƯƠNG V: GIỚI THIỆU BỘ BIẾN TẦN 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất 43 Chức năng, đặc điểm, ứng dụng   Biến đổi điện áp / dòng xoay chiều từ tần số này thành tần số khác, số pha cũng có thể thay đổi; Dùng để điều khiển tốc độ động AC đồng bộ hay không đồng bộ, điều khiển lượng cung cấp cho lò cảm ứng 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất 44 Phân loại biến tần 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất 45 Bộ biến tần gián tiếp    Bộ chỉnh lưu (có điều khiển hay không điều khiển): dùng để biến đổi điện áp xoay chiều tần số không đổi hay pha thành điện áp hay dòng chiều Khâu trung gian chiều: là nguồn cho bộ nghịch lưu, gồm cuộn cảm L và tụ lọc C có giá trị lớn (vài ngàn µ F) nếu bộ biến tần có chứa bộ nghịch lưu áp Nếu bộ biến tần có chứa bộ nghịch lưu dòng thì khâu trung gian chiều chỉ có cuộn cảm L (vài mH) Bộ nghịch lưu biến điện áp / dòng điện chiều thành điện áp / dòng điện xoay chiều hay pha với tần số thay đổi được ở ngõ 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất 46 Bộ biến tần trực tiếp      Có cấu tạo giống bộ chỉnh lưu kép; Tạo điện áp tải bằng các phần của điện áp nguồn, không qua khâu trung gian; Khác với bộ chỉnh lưu kép, bộ biến tần trực tiếp có điện áp tải thay đổi tuần hoàn với tần số thấp tần số của điện áp nguồn; Có thể điều khiển các bộ chỉnh lưu bộ biến tần trực tiếp theo phương pháp điều khiển riêng hay phương pháp điều khiển đồng thời; Sơ đồ mạch và qui luật điều khiển phức tạp bộ biến tần gián tiếp; 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất 47 [...]... điều khiển điện áp hay dòng điện;  Là thành phần quan trọng trong bộ biến tần Có thể ứng dụng trong điều khiển động cơ AC, bộ lưu điện, nguồn gia dụng, bù công suất phản kháng, lò cảm ứng,  02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất 34 Phân loại 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất 35 Bộ nghịch lưu áp 1 pha cầu Ut (1) Ut(n) (2) THD (3) U 2 2 U nπ 48.3% , n lẻ 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất 36... điện áp xoay chiều với góc kích α luôn bằng 0; Ngắt công tắc: khóa kích đồng thời tất cả các thyristor 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất 31 Bài tập áp dụng  Xem các ví dụ 3.1, 3.2, 3.5 và 3.6 trong tài liệu [1] 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất 32 CHƯƠNG IV: GIỚI THIỆU BỘ NGHỊCH LƯU 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất 33 Chức năng, đặc điểm, ứng dụng của mạch nghịch lưu... dòng điện: IBM, ICM, IEM; + Công suất giới hạn cho phép: chủ yếu do tổn hao công suất ở ngõ ra PC = UCE*IC; + Thời gian trễ đóng, ngắt ton, toff 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất 14 MOSFET - Ký hiệu - Cấu trúc p-n - Đặc tính Volt-Ampere (đặc tính tĩnh) - Đặc điểm + Là transistor hiệu ứng trường, dẫn điện chỉ bằng 1 loại hạt dẫn; + Đóng ngắt nhanh, tổn hao đóng ngắt thấp; + Điện trở khi dẫn điện. .. trở nên khó hiệu chỉnh nên cần hạn chế vùng dòng gián đoạn 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất 23 Bài tập áp dụng  Xem các Ví dụ 2.1, 2.2, 2.5, 2.7, 2.17 trong tài liệu [1] 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất 24 CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU BỘ BIẾN ĐỔI ÁP XOAY CHIỀU 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất 25 Chức năng, đặc điểm, ứng dụng     Với nguồn điện áp ngõ vào có giá... ngắt lớn hơn lúc kích đóng gấp nhiều lần, quá trình kích ngắt chậm; + Ứng dụng trong các mạch công suất lớn 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất 17 CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU BỘ CHỈNH LƯU 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất 18 Phân loại 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất 19 Phân loại (tt) Mạch Pha Điều khiển Tia 1 (1) Góc α Ud IV1 I1 (0,π ) 2 2 cos α U π Id/2 Id 2 2 cos α U π Id/2 Id Id/2 π... 2011 403005 – Điện tử công suất 29 Bộ biến đổi xoay chiều 3 pha + Gồm 3 công tắc bán dẫn mắc vào 3 pha của nguồn, nếu tải có công suất nhỏ thì có thể thay bằng Triac; + Góc kích thay đổi trong khoảng 0 < α < 5π /6; + Việc mô tả các quá trình điện áp và dòng điện được thực hiện bằng cách mô phỏng trên máy tính 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất 30 Công tắc xoay... thấp; + Điện trở khi dẫn điện lớn nên tổn hao công suất khi dẫn lớn; + Điều khiển bằng điện áp cổng uGS, để MOSFET dẫn điện 02 Janáp 2011 403005 – Điện 15 này phải tác động liên tục .tử công suất IGBT - Ký hiệu - Cấu trúc p-n - Đặc tính Volt-Ampere (đặc tính tĩnh) - Đặc điểm + Là transistor được điều khiển bởi MOSFET ở ngõ vào, đóng ngắt bằng điện áp uGE; + Có điện áp và dòng định mức lớn; + Đóng ngắt nhanh,... 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất 27 Các tham số Loại tải R L Góc điều khiển 0< α < π Ut / U α sin 2α 1− + π 2π Tải đương tương R R(α ) = 1− α sin 2α + π 2π 0< α < π /2 1 ZL=ω L π /2 < α < π 2α sin 2α 2− + π π ωL Z L (α ) = 2α sin 2α 2− + π π Điều khiển áp Được tải Không được Được Dòng tải Liên tục Gián đoạn 02 Jan 2011 Gián đoạn 403005 – Điện tử công suất 28 Đặc tính điều... có điện áp khác 0, đóng Triac được thực hiện bằng xung IG có chiều bất kỳ Tuy nhiên độ nhạy sẽ cao hơn khi kích thuận (dòng kích dương khi dòng qua Triac dương và ngược lại); + Không điều khiển ngắt Triac Triac ngắt theo nguyên tắc của Thyristor 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất 11 TRIAC - Các thông số cơ bản + Điện áp nghịch cực đại lặp lại URRM; + Điện áp khóa cực đại lặp lại UDRM; + Độ tăng điện. .. (3) - điều khiển bán phần không đối xứng 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất 20 Phân loại (tt) Mạch Pha Điều khiển Tia 3 (1) Góc α Ud IV1 I1 (0,π ) 3 6 cos α U 2π Id/3 Id 3 Cầu 3 (1) (0,π ) 3 6 cos α U π Id/3 Cầu 3 (2) (0,π ) 3 6 (1 + cos α ) U 2π Id/3 2 Id 3 •α < π : 3 2 Id 3 π : 3 π −α Id π •α > 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất 21 Các chế độ làm việc Tham số \ PP điều khiển ĐK hoàn ... dụng mạch công suất lớn 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất 17 CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU BỘ CHỈNH LƯU 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất 18 Phân loại 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất 19... 403005 – Điện tử công suất 40 Bộ nghịch lưu dòng pha 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất 41 Bài tập áp dụng  Xem ví dụ 5.6, 5.7, 5.9 5.10 tài liệu [1] 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất 42... – Điện tử công suất 31 Bài tập áp dụng  Xem ví dụ 3.1, 3.2, 3.5 3.6 tài liệu [1] 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công suất 32 CHƯƠNG IV: GIỚI THIỆU BỘ NGHỊCH LƯU 02 Jan 2011 403005 – Điện tử công