Điện tử công suất Tài liệu tham khảo

ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Tài liệu tham khảo • Điện tử công suất – Lê Văn Doanh • Giáo trình điện tử công suất – Nguyễn Văn Nhờ • Điện tử công suất – Nguyễn Bính Đoàn Quang Vinh dqvinh@dut.udn.vn 0903 586 586 CHƢƠNG MỞ ĐẦU – CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 1.1 Khái niệm chung Điện tử Công suất lớn Các linh kiện điện tử công suất sử dụng mạch động lực – công suất lớn Sự khác linh kiện điện tử ứng dụng (điện tử điều khiển) điện tử công suất • Công suất: nhỏ – lớn • Chức năng: điều khiển – đóng cắt dòng điện công suất lớn Điều khiển Động lực IC Các linh kiện điện tử công suất làm chức đóng cắt dòng điện – van IB • Thời điểm • Công suất Transistor điều khiển: Khuyếch đại IC R UCE = UCE1 iC U C iB b U R a U C E = U - R IC IB > IB A uC E B IB > A E uBE B IB = iE IB IB UCE1 U U BE < UCE Transistor công suất: đóng cắt dòng điện Đặc tính Volt – Ampe van công suất lý tƣởng i b i c điều khiển a u d u Đối tƣợng nghiên cứu điện tử công suất • Các biến đổi công suất • Các khóa điện tử công suất lớn Chỉnh lưu • BBĐ điện áp xoay chiều (BĐAX) • Biến tần BBĐ điện áp chiều (BĐXA) Nghịch lưu Các linh kiện điện tử công suất 1.2.1 Chất bán dẫn - Lớp tiếp giáp P - N Chất bán dẫn: Ở nhiệt độ bình thường có độ dẫn điện nằm chất dẫn điện chất cách điện Loại P: phần tử mang điện lỗ trống – mang điện tích dương Loại N: phần tử mang điện electron – mang điện tích âm J + + + + P P + + + + - - - - + + + + - - - - + + + - - - + + + - - - + + + - - - Miền bão hòa - Cách điện N N Phân cực ngƣợc N P - + + + - - - + + + - - - + + + - - - + Miền bão hòa - Cách điện N P - + - + - + - + Miền bão hòa - Cách điện Phân cực thuận N P + + + + - - - + + + - - - + + + - - - - Miền bão hòa - Cách điện - + i 1.2.2 Diode Cấu tạo, hoạt động uF iF A node A P N K ato d e K Hướng thuận A Hướng ngược K iR uR R: reverse – ngược F: forward – thuận 10 6.2 Biến tần trực tiếp Biến đổi trực tiếp điện áp xoay chiều thành điện áp xoay chiều có tần số khác i II* i I* LOG a II aI I f2 II Z u rI iZ u rII f1 f1 i II iI a) ur b) uZ i II* i I* LOG a II aI I f2 II Z u rI iZ u rII f1 f1 uZ i II iI ur a) b) Sgn ur Sgn urI Sgn urII i*I i*II aI aII + + - ≥0 0≤aI< /2 BLOCK - - + >0 /20 BLOCK /2 CHỈNH LƢU II Cf U d II NGHỊCH LƢU ÁP Cf, Lf: mạch lọc Mạch lọc với chỉnh lưu tạo thành nguồn áp chiều đầu vào • UdI > nghịch lưu áp • IdI > Cf: nhận dòng phản kháng  PI > Công suất đảo chiề Nguyên tắc điều khiển: • Nguyên tắc điều khiển tần số xung: f2: tần số xung phát vào nghịch lưu U2: sử dụng chỉnh lưu có điều khiển, sử dụng chỉnh lưu không điều biến đổi xung áp • Nguyên tắc PWM – chỉnh lưu cần không điều khiển 6.3.2 Biến tần nguồn dòng Lf: Mạch lọc Chỉnh lưu mạch lọc phải có tính chất nguồn dòng chiềuf id U dI • Id > • UdI > <  Công suất đảo chiều f2 Lf CHỈNH LƢU Nguyên tắc điều khiển: f2: tần số xung phát vào nghịch lưu I2: sử dụng chỉnh lưu có điều khiển U d II NGHỊCH LƢU DÕNG Chƣơng Bộ khóa xoay chiều thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều 7.1 Khái niệm chung – Phân loại Bộ khóa xoay chiều: đóng, cắt dòng xoay chiều Thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều: thay đổi giá trị điện áp xoay chiều • Phân loại theo số lượng pha - Một pha - Ba pha - m-pha • Phân loại theo sơ đồ - Cơ - Tiết kiệm • Phân loại theo phương pháp điều khiển - Điều khiển hoàn toàn - Bán điều khiển 7.2 Bộ khóa xoay chiều 7.2.1 Bộ khóa xoay chiều pha iG ON iG uV1 diZ RiZ  L  u  U m sin  d iZ V1 iV Z Z: góc bắt đầu iz(z) = V2 Z  R   L ; j  arctan OFF 2 Um Um iZ  sin(  j )  e Z Z f1()  L L R R uZ u R (  Z ) L sin( f2() z j) V1 u V2 V2 j V1 V2 iG uZ f 1(  f (  V1 Um ON iG iZ uV1 Z OFF iZ V1   t iV iG = iG Z V2 L R j u uV1 = - uV2  uZ 7.2.2 Bộ khóa xoay chiều ba pha Gồm khóa pha u1 u2 S1 uV1 u1 u3 S2 V4 V3 u3 S3 V6 V1 u2 V6 V4 V2 V1 V5 V3 V2 V5 iV Z1 uZ1 Z2 u3 u1 u2 Z1 Z1 Z2 Z3 iZ u2 u1 Z1 Z3 Z2 Z3 u3 Z2 Z3 V1 V2 Um= U 7.3 Thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều u V1 a 7.3.1 Thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều pha R iZ  Tải trở R V1 iG ur a uV1 iG iG iV iV iZ iG  a iV iV V2 Z u V = -u V u uZ  V2 V1 V2 a Tải R, L: u uZ  Q L =  Q 'L • Khi j < a <  Z = a  R ( a ) L sin(a  k R iZ Z a Um iZ  sin(  j )  Z Um  e Z iG j) • Khi < a < j Không điều khiển điện áp Thiết bị làm việc khóa xoay chiều iG u V = -u V u  V2 V1 a Tải L u • Khi  < a <  uZ iZ j = /2 Um iZ  (cos a  cos ) L • Khi  < a <  V2  a  2  Q L =  Q 'L Không điều khiển điện áp Thiết bị làm việc khóa xoay chiều 7.3.2 Thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều ba pha Gồm có ba biến đổi điện áp xoay pha mắc với ur V5 V3 V1 a u3 u2 u1 S3 S2 S1 uS u Z 12 V2 V6 V4 u Z 23 u Z 31 uZ1 Z3 Z2 Z1 iZ uZ2 uZ3 [...]... ngược Điện áp thuận Điện áp khóa Dòng điện thuận Dòng điện khóa Dòng điện và điện áp cực điều khiển Dòng điện thuận Dòng điện khóa Hướng thuận Điện áp thuận Điện áp khóa 29 Đặc tính Volt - Ampe Nhánh mở UG > 0; IG > 0 UD > 0 Nhánh khóa UG < 0; IG < 0 UG > 0; IG > 0 UDR > 0 UG < 0; IG < 0 Nhánh khóa Nhánh mở 30 Triac thực tế - 2N6344 - ON Semiconductor 31 CHƯƠNG 2: MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG ĐIỆN TỬ CÔNG... 35 2.3 Các đƣờng đặc tính Đặc tính ngoài (Đặc tính tải): Mối quan hệ giữa điện áp đầu ra và dòng điện đầu ra của bộ biến đổi Đặc tính điều khiển: Mối quan hệ giữa điện áp đầu ra và đại lượng điều khiển của bộ biến đổi 2.4 Hệ số công suất của bộ biến đổi P  S … Hệ số công suất PF (Power Factor) P: Công suất hữu công S: Công suất biểu kiến 36 ... lần liên tiếp thay đổi trạng thái của linh kiện điện tử công suất trong mạch Tên của nhịp là tên của linh kiện đang dẫn điện Chuyển mạch là trạng thái điện từ xảy ra trong mạch bộ biến đổi, được đặc trưng bằng việc dòng điện trong một nhánh chuyển sang một nhánh khác trong khi dòng điện tổng chảy ra từ nút giữa hai nhánh vẫn không đổi 34 Nhánh chính • Điện áp chuyển mạch • Chuyển mạch ngoài – Chuyển... dU R rR  dI R điện trở động ngược UBR: điện áp đánh thủng 400 U F [V ] 1 0 1 ,5 UTO UTO: điện áp rơi trên diode o T = 160 C j 20 o T = 30 C j U RRM U RSM dU F dI F điện trở động thuận rF  30 I R [m A ] 11 Các thông số chính của diode I F [A ] Điện áp: • Giá trị điện áp đánh thủng UBR • Giá trị cực đại điện áp ngược lập lại: URRM • Giá trị cực đại điện áp ngược không lập lại: URSM Dòng điện - nhiệt... Ngược • UAK > 0 • Xung điều khiển đưa vào cực điều khiển Điều kiện để đóng Thyristor Đặt điện áp ngược lên A – K 23 Đặc tính Volt - Ampe i Thyristor lý tưởng Nhánh thuận – mở Ba trạng thái: đóng – mở – khóa Nhánh ngược – đóng Thyristor thực tế UBR: điện áp ngược đánh thủng UBO: điện áp tự mở của thyristor UTO: điện áp rơi trên Thyristor [A] 10 IT IH: Dòng duy trì (holding) IL: Latching Nhánh khóa –... áp đánh thủng UBR • Giá trị cực đại điện áp ngược lập lại: URRM • Giá trị cực đại điện áp ngược không lập lại: URSM Dòng điện - nhiệt độ làm việc • Giá trị trung bình cực đại dòng điện thuận: IF(AV)M • Giá trị cực đại dòng điện thuận không lập lại: IFSM 100 Nhánh thuận – mở 50 U [B R ] Nhánh ngược – đóng U R [V ] 800 400 U F [V ] 1 0 1 ,5 o T = 160 C j 20 o T = 30 C j 30 U RRM U RSM I R [m A ] 12 Diode... 0; IG > 0 UD > 0 Nhánh khóa UG < 0; IG < 0 UG > 0; IG > 0 UDR > 0 UG < 0; IG < 0 Nhánh khóa Nhánh mở 30 Triac thực tế - 2N6344 - ON Semiconductor 31 CHƯƠNG 2: MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 32 2.1 Năng lƣợng tích lũy vào cuộn kháng và giải phóng từ cuộn kháng uL uL QL(0,t1) QL(0,1) 0 t0 t t1 Q'L(t1,t2) 0 t0 t1  uL dt  QL (t0 , t1 ); uL  t0 QL (t0 , t1 )   L ( t1 )   L ( t0 ) ... KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 1.1 Khái niệm chung Điện tử Công suất lớn Các linh kiện điện tử công suất sử dụng mạch động lực – công suất lớn Sự khác linh kiện điện tử ứng dụng (điện tử điều khiển) điện. .. dòng điện Đặc tính Volt – Ampe van công suất lý tƣởng i b i c điều khiển a u d u Đối tƣợng nghiên cứu điện tử công suất • Các biến đổi công suất • Các khóa điện tử công suất lớn Chỉnh lưu • BBĐ điện. .. khiển) điện tử công suất • Công suất: nhỏ – lớn • Chức năng: điều khiển – đóng cắt dòng điện công suất lớn Điều khiển Động lực IC Các linh kiện điện tử công suất làm chức đóng cắt dòng điện – van