Giao trinh bai tap ch2 5786

Slides ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi / 30 ch1 mo dau ppt.doc ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi Điện Tử Công Suất Bộ Biến Đổi: - Các tên gọi: Môn học ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ỨNG DỤNG ( Mạch điện tử công suất, điều khiển ứng dụng ) Điện tử công suất (Power Electronics) Điện tử công suất lớn Kỹ thuật biến đổi điện BBĐ - ĐTCS: phận Điện tử ứng dụng hay Điện tử công nghiệp - Phân loại Biến Đổi (BBĐ - Converter) theo mục đích: AC > DC: chỉnh lưu AC > AC: BBĐ áp AC, Biến tần DC > DC: BBĐ áp DC DC > AC: Nghòch lưu - Bộ Biến Đổi = Mạch ĐTCS + ĐIỀU KHIỂN - Tải: Các thiết bò, mạch sử dụng lượng điện: R, RL, động / 30 ch1 mo dau ppt.doc ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi VAI TRÒ CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT: / 30 ch1 mo dau ppt.doc ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi - Cung cấp, biến đổi lượng: Năng lượng mặt trời, gió, accu (hóa năng) Đèn LED, huỳnh quang (neon) Bộ nguồn chiều (DC) - Bộ phận chấp hành cho HT điều khiển: Nhiệt độ Động cơ: công nghiệp, robot CÁC BÀI TOÁN: - Điều khiển ngỏ ra: Áp dòng Ỉ đặc tính tải (tốc độ, vò trí, nhiệt độ…) - Hiệu suất biến đổi lượng Tài liệu tham khaœo: - tiếng Anh: - M.H Rashid, POWER ELECTRONICS – Circuits, devices and applications, Pearson Education Inc., Pearson Prentice Hall 2004 - tiếng Việt: - PTS Nguyễn văn Nhờ, Điện tủ công suất & Bài tập, ĐHBK TP HCM - NGUYỄN BÍNH, Điện tủ công suất, Hànội, nhà xuất KHKT - Điện tử công suất điều khiển động điện, (dòch từ tiếng Anh) / 30 ch1 mo dau ppt.doc ĐTCS&ƯD Nội dung: Được phép mang vào phòng thi Chương 1: Mở đầu Chương 2: Linh kiện điện tử công suất Chương 3: BBĐ điều khiển pha Chương 4: BBĐ áp chiều Chương 5: Nghòch lưu biến tần nguồn áp Chương 6: Bộ nguồn chiều Chương 7: Điều khiển động - tải tài liệu tham khảo, softwares: http://www.4shared.com/account/dir/1CcVzXvw/sharing.html - chương trình mô PSIMDEMO (mới nhất): http://www.powersimtech.com/index.php?name=download - BKel môn học: Bài giảng – slides môn học, Bài tập / 30 ch1 mo dau ppt.doc ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔN HỌC: Bài thi cuối kỳ 60% Kiểm tra kỳ 20% Bài tập : 20% / 30 ch1 mo dau ppt.doc ĐTCS&ƯD Chương 1: Mở đầu Được phép mang vào phòng thi 1.1 Khái niệm chung: Bộ biến đổi ngắt điện điện tử 1.2 Nội dung phương pháp khảo sát mạch điện tử công suất 1.3 Tính chọn linh kiện công suất 1.4 Bảo vệ linh kiện công suất biến đổi / 30 ch1 mo dau ppt.doc ĐTCS&ƯD I.1 CÁC KHÁI NIỆM: Được phép mang vào phòng thi Bộ Biến Đổi: - Mạch ĐTCS sử dụng Ngắt Điện Bán Dẫn NĐBD (Ngắt Điện Điện Tử – SEMICONDUCTOR SWITCH) Ví dụ Ngắt Điện Điện Tử: Diod, Transistor, SCR - BBĐ phân loại theo phương thức hoạt động NĐBD Ngắt điện bán dẫn: Là linh kiện điện tử: - Làm việc chế độ đóng ngắt - Được lý tưởng hóa để khảo sát mạch ĐTCS có giá trò tổng quát 9 / 30 ch1 mo dau ppt.doc ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi - DIODE ( chỉnh lưu ): ON : phân cực thuận: VAK > 0, sụt áp thuận VF = 0, dòng phụ thuộc mạch OFF : phân cực ngược: VAK < 0, hở mạch 10 / 30 ch1 mo dau ppt.doc ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi - SCR ( Chỉnh lưu có điều khiển ): OFF : Có thể ngắt mạch hai chiều ( VAK > VAK < ) G = ON : Dẫn điện (đóng mạch) G ≠ phân cực thuận VAK > SCR có khả tự giữ trạng thái dẫn điện: ON, SCR OFF IA -> G Diode NDBDMC G SCR Diode NDBDMC SCR 11 / 30 ch1 mo dau ppt.doc ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi - Ngắt điện bán dẫn chiều (NĐBDMC) - gọi tắt ngắt điện hay TRANSISTOR: VS luôn > : không phân cực ngược 12 / 30 ch1 mo dau ppt.doc ĐTCS&ƯD I.2 NỘI DUNG KHẢO SÁT MẠCH ĐTCS: Được phép mang vào phòng thi Đầu vào khảo sát : Mạch ĐTCS + tín hiệu điều khiển NĐBD + tải Đầu ra: hoạt động mạch: u(t), i(t) phần tử OFF : Ngắt mạch G = Số đo => Các đặc trưng áp, dòng, công suất ON : Dẫn điện (đóng mạch) G ≠ Các đặc trưng áp, dòng: Có hai loại : BJT (G dòng cực B), MOSFET công suất (G áp VGS) - Giá trò cực đại: Trong thực tế, NGẮT ĐIỆN linh kiện hay tổ hợp linh kiện điện tử - Giá trò trung bình VO, IO - Giá trò hiệu dụng VR, IR Các biểu thức cho dòng điện trung bình hiệu dụng: G Diode IO = NDBDMC SCR 1 ⎡⎣i(t) ⎤⎦ dt i(t)dt ; I R = ∫ ∫ T T T T Biểu thức cho điện áp VO, VR có dạng tương tự - Một số nhận xét qua hệ HD TB 13 / 30 ch1 mo dau ppt.doc ĐTCS&ƯD Sóng hài bậc cao hệ số hình dáng: Được phép mang vào phòng thi 14 / 30 ch1 mo dau ppt.doc ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi Phân tích thành phần Fourier tín cưa (o) Sóng hài bậc (cơ bản) (a), bậc (b), bậc (c) tổng (d) = (a)+(b)+c) Tổng hợp thành phần Fourier xung vuông đến sóng hài (harmonics) khác 15 / 30 ch1 mo dau ppt.doc ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi Khai triễn FOURIER dạng áp (làm việc có chu kỳ): ∞ ∞ n=1 n=1 v(t) = VO + ∑ ( An sin nω t +Bn cos nω t) = VO + ∑ với An = v(t) ⋅ sin nω t ⋅ dt T ∫T Vn = A + B n n Bn = ⎡A ⎤ ϕn = tg ⎢ n ⎥ ⎣ Bn ⎦ −1 = Vn sin(nω t − ϕn ) v(t) ⋅ cos nω t ⋅ dt T ∫T ∞ VR = V + ∑ Vn2 n=1 o : V0 : trò số trung bình ( thành phần chiều ) v(t) ω : tần số góc v(t), chu kỳ T=ω/2π vn: sóng hài bậc n – có tần số nω An , Bn : thành phần sin, cos sóng hài bậc n Vn , ϕn : biên độ lệch pha sóng hài bậc n VR : Trò hiệu dụng v(t) 16 / 30 ch1 mo dau ppt.doc ĐTCS&ƯD Hệ số hình dạng (form factor): Được phép mang vào phòng thi Giá trò hữu dụng: tỉ số giá trò hữu dụng DC: trò số trung bình UO giá trò hiệu dụng AC: trò số hiệu dụng hài bậc U1R thường tính cho biến đổi có ngỏ xoay chiều: KFAC = U1R UR U1R : trò số hiệu dụng sóng hài bậc (cơ bản) áp UR : trò số hiệu dụng áp Độ biến dạng (THD - TOTAL HARMONIC DISTORTION): Độ biến dạng thường biểu diễn theo % U R2 − U12R THD = U1R Ta đònh nghiã tương tự với biến đổi có ngỏ chiều: U UO : trò số trung bình áp KFDC = o U R UR : trò số hiệu dụng áp THD = U R2 − U o2 Uo 17 / 30 ch1 mo dau ppt.doc ĐTCS&ƯD Công suất hệ số công suất: Được phép mang vào phòng thi - Công suất tác dụng (trung bình) P hay PO : lượng sử dụng đơn vò thời gian 18 / 30 ch1 mo dau ppt.doc ĐTCS&ƯD Phương pháp nghiên cứu mạch: Mạch điện tử công suất = tổ hợp nhiều mạch tuyến tính thay đổi theo trạng thái ngắt điện - Công suất biểu kiến S : tích số giá trò hiệu dụng dòng áp Ví dụ 0: Khảo sát chỉnh lưu diod tải RL có D phóng điện - Hệ số công suất HSCS hay cos ϕ : cho biết hiệu sử dụng lượng P= T ∫T v(t ) ⋅ i(t ) ⋅ dt S = VR ⋅ I R P HSCS = cos ϕ = S => có tải trở có HSCS Được phép mang vào phòng thi i o D1 D2 v o v (a) i o R L v v o i o R L (b) Mạch chỉnh lưu Ở bán kỳ v > 0, bán sóng có diod D1 dẫn dòng iO phóng điện D2, v > nguồn xoay chiều v o i o R L v o R L (c) (d) Khi D2 dẫn điện, D1 không dẫn: v < dòng iO > Khi dòng iO = tương ứng diod dẫn điện 19 / 30 ch1 mo dau ppt.doc ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi b Giải mạch ĐTCS PT vi phân hay biến đổi Laplace: Giải mạch điện theo t (lưu ý trạng thái ngắt điện) Áp nguồn v = 2V sin wt , điều kiện đầu t = 0; iO = − ωt = : v > 0, D1 dẫn điện, mạch điện hình (b): phương trình vi phân: di v = R.io + L o điều kiện đầu io = dt −t ⎤ V 2⎡ τ => io = ⎢sin(ω t − φ ) + sin φ ⋅ e ⎥ Z ⎣ ⎦ v dio điều kiện đầu io (0) = Io dt (lấy lại gốc thời gian) i o v o R R L L (c) (b) => io = Io e wL với τ = L R , tổng trở tải Z = R + (ω L ) ,góc pha φ = tg-1 R v o Được phép mang vào phòng thi − ωt = π : dòng io = Io > phóng qua diod phóng điện D2 : = R.io + L i o Ví dụ1: Giải ví dụ để mô tả hoạt động mạch 20 / 30 ch1 mo dau ppt.doc ĐTCS&ƯD −t τ Ở đầu chu kỳ kế io = Io e −π wτ = I1 > Chu kỳ điễn tương tự với dòng ban đầu iO = I1 > đạt chế độ xác lập (TỰA XÁC LẬP) TỰA XÁC LẬP: Khi dòng áp thay đổi có chu kỳ, giá trò đầu giá trò cuối chu kỳ 21 / 30 ch1 mo dau ppt.doc ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi b Giải chu kỳ tựa xác lập mạch ĐTCS PT vi phân hay biến đổi Laplace: 22 / 30 ch1 mo dau ppt.doc ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi Ví dụ 2: Giải tiếp tục ví dụ chế độ tựa xác lập R1 i o i o D1 100 ohm v C1 R2 microF 100 ohm Hình vd2: Mạch RC cung cấp xung vuông - Khảo sát hoạt động chu kỳ với giả sử giá trò ban đầu biến trạng thái mạch biết - Nhận hệ phương trình để tính thông số cuả dạng dòng/áp v o D2 v (a) R L v v o R L (b) t = : D1 dẫn điện, phương trình vi phân mô tả mạch điện là: v = R.io + L dio điều kiện đầu io = I1 dt ⎡ ⎤ −τt V V sin(ω t − φ ) + ⎢ I1 − sin φ ⎥ ⋅ e => io = Z Z ⎣ ⎦ 23 / 30 ch1 mo dau ppt.doc ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi Ở bán kỳ kế, D2 dẫn điện: di = R.io + L o điều kiện đầu io (0) = Io dt với Io = v (a) −t => io = Io.e τ cuối chu kỳ I1 = Io e v o D2 ⎡ ⎤ −π V V sin(π − φ ) + ⎢ I1 − sin φ ⎥ ⋅ e wτ Z Z ⎣ ⎦ −π wτ i o i o D1 R L v o 24 / 30 ch1 mo dau ppt.doc ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi c Khảo sát dòng áp tải nguyên lý xếp chồng: Nguyên lý xếp chồng: khai triển Fourier + tính chất tuyến tính R L (c) Hệ tuyến tính: f ( x1 + x2 ) = f ( x1 ) + f ( x2 ) => Giá trò trung bình dòng qua tải tổng: - dòng chiều thành phần trung bình áp tải - dòng điện hình sin sóng hài bậc cao , cho phép ta tính I1 Io từ vẽ dạng dòng iO Nhận xét: việc rút đặc trưng dòng, áp từ KQ khó khăn Thực tế ta cần tính tác dụng thành phần có ảnh hưởng lớn (một chiều hay tần số bản) 25 / 30 ch1 mo dau ppt.doc ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi Ví dụ 3: Tính dòng áp trung bình qua điện trở R2 mạch điện hình Vd2, áp nguồn v có dạng hình Vd2.a, V = 200 volt Giải: Trò trung bình áp ra: Vo = T 1 v.dt = ∫ T0 T 2T / ∫ V dt = V => trò trung bình dòng IO = (200/3)/200 = 1/3 A trò trung bình áp điện trở tải Vo1 = Vo/ = 33.3 V Io v V Vo t T R1 100 ohm R2 100 ohm Vo1 Hình Vd2.a: dạng áp nguồn tính Hình Vd2.b: Mạch tương đương với số thành phần chiều 26 / 30 ch1 mo dau ppt.doc ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi f Khảo sát mô hình toán mạch ĐTCS máy tính (dùng chương trình mô phỏng) hay khảo sát mô hình thực tế phòng thí nghiệm: Thuật toán tổng quát để khảo sát mạch ĐTCS máy tính: Bước mở đầu: Xác đònh dòng áp qua phần tử thời gian t = 0+ Bước 1: Dựa vào tín hiệu điều khiển dòng, áp qua ngắt điện, tìm ngắt điện ON Bước 2: Thành lập phương trình mô tả mạch Bước 3: Giải phương trình mô tả mạch để tìm dòng áp qua phần tử t = t + Δ t Bước 4: Khai thác số liệu tính, tăng thời gian t Å t + Δ t Bước 5: Kiểm tra điều kiện kết thúc khảo sát: thỏa qua bước 6, không trở bước Bước 6: Dừng chương trình Nhận xét: Việc khảo sát máy tính ứng dụng phương pháp số để giải phương trình vi phân cho ta dòng áp qua phần tử theo sai phân thời gian Δ t 27 / 30 ch1 mo dau ppt.doc ĐTCS&ƯD I.3 TÍNH CHỌN NGẮT ĐIỆN ĐIỆN TỬ: Đònh mức áp: Được phép mang vào phòng thi VDRM > katV * Vlvmax Vlvmax : Áp làm việc max VDRM : Áp khóa katV : hệ số an toàn áp ≥ 2 Đònh mức dòng: Cơ sở tính phát nóng linh kiện: Nhiệt độ mối nối θJ < Nhiệt độ cho phép θcp mối nối θJ Ỉ vỏ SCR θC Ỉ tản nhiệt θH Ỉ môi trường θA tương ứng phương trình: θ J − θ A = ΔP ⋅ (R JC + R CH + R HA ) + RJC: điện trở nhiệt mối nối (Junction) – vỏ (Case) + RCH: điện trở nhiệt vỏ – tản nhiệt (Heatsink) + RHA: điện trở nhiệt tản nhiệt – môi trường (Ambience) Giải mạch ĐTCS => tổn hao công suất ΔP Tính toán nhiệt => θJ 28 / 30 ch1 mo dau ppt.doc ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi - Gần đúng: tính dòng trung bình IO hay hiệu dụng IR kiểm tra nhiệt độ vỏ linh kiện IO < đònh mức trung bình IAVE Hay IR < đònh mức hiệu dụng IRMS D hay SCR: IRMS = 1.57 IAVE BJT, MosFET: IRMS , IAVE hàm số dạng dòng điện Hệ số an toàn dòng 1.3 – - Sử dụng dòng điện làm việc max Cách lắp linh kiện công suất vỏ TO220AB vào tản nhiệt Câu hỏi: - Các yếu tố ảnh hưởng đến khả tải dòng linh kiện công suất? 29 / 30 ch1 mo dau ppt.doc ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi I.4 BẢO VỆ LINH KIỆN VÀ BBĐ: 1.Bảo vệ dòng: + Bảo vệ dòng cực đại ( ngắn mạch – dòng tức thời): thông sốø ∫T i 30 / 30 ch1 mo dau ppt.doc ĐTCS&ƯD Bảo vệ áp: (quá áp dạng xung) Được phép mang vào phòng thi R4 10k 260v C 103 FR105 T dt Cầu chì tác động nhanh, Cầu chì thông thường CB ( ngắt mạch tự động – Aptomat ) + Bảo vệ tải ( dòng có thời gian ): CB ( ngắt mạch tự động – Aptomat ), Rơ le nhiệt, Mạch hạn dòng điều khiển vòng kín IRF450 ... công nghiệp, robot CÁC BÀI TOÁN: - Điều khiển ngỏ ra: Áp dòng Ỉ đặc tính tải (tốc độ, vò trí, nhiệt độ…) - Hiệu suất biến đổi lượng Tài liệu tham khaœo: - tiếng Anh: - M.H Rashid, POWER ELECTRONICS... Inc., Pearson Prentice Hall 2004 - tiếng Việt: - PTS Nguyễn văn Nhờ, Điện tủ công suất & Bài tập, ĐHBK TP HCM - NGUYỄN BÍNH, Điện tủ công suất, Hànội, nhà xuất KHKT - Điện tử công suất điều khiển... động - tải tài liệu tham khảo, softwares: http://www.4shared.com/account/dir/1CcVzXvw/sharing.html - chương trình mô PSIMDEMO (mới nhất): http://www.powersimtech.com/index.php?name=download - BKel