Giao trinh Dien tu cong suat tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả các lĩnh vực...
V0121 Giáo Trình Thí nghiệm Điện Tử Công Suất TTCN Điện - 58 - 1. Giới thiệu Điện tử công suất là một ngành mới của Điện tử. Trong một thời gian dài, thuật ngữ “điện tử” được nói đến chỉ về khía cạnh điều khiển hệ thống. Lý do của vấn đề nầy là vì các đèn điện tử ban đầu giá thành thấp không có khả năng cấp đủ dòng cho tải hoạt động. Điều nầy có nghĩa là về phương diện điều khiển hệ thống đã giảm được giá thành và tiết kiệm được khoảng không gian chiếm chỗ nhưng về phương diện dòng tải vẫn phải được thiết lập dựa trên sự”biến đổi về điện”. Đến năm 1949, chuyển tiếp PN mới của bán dẫn được phát minh. Điều nầy đã giúp hoàn tất khả năng tạo được dòng tải lớn về phương diện điện. Từ đây nó đã cho ra đời một lĩnh vực mới : Điện tử công suất.Tuy nhiên điều nầy không chỉ khẳng định về mặt năng lượng mà còn cả về mặt điện tử điều khiển tương ứng. Một cách cơ bản có thể nói rằng Điện tử công suất là những gì dùng để biến đổi, hòa trộn và phân phối năng lượng điện bằng công cụ điện tử. Những bộ phân phối hoặc chuyển tải năng lượng có thể được sắp xếp phân chia như sau: Hình 1.1.1 Hình trình bày dòng năng lượng qua sự chuyển đổi của các bộ chuyển đổi năng lượng điện ( S = nguồn , L = tải ) V0121 Giáo Trình Thí nghiệm Điện Tử Công Suất TTCN Điện - 59 - Nếu bạn muốn một tải DC hoạt động trên nguồn AC chính của chúng tôi bạn cần một tầng giữa nguồn năng lượng và tải, nó đã chuyển đổi dòng xoay chiều nghĩa là chỉnh lưu. Chúng ta gọi tầng nầy là bộ chỉnh lưu. Trường hợp ngược lại khi bạn muốn một tải AC hoạt động( ví dụ như motor ) từ nguồn cung cấp là DC. Điều nầy có nghĩa là bạn phải chuyển đổi thành dòng điện AC.Hệ thống bạn mong muốn để thực hiện việc nầy được gọi là Inverter ( bộ nghịch lưu ).Bộ inverter nầy có thể thay đổi được cả biên độ và tần số. Đối với một động cơ không động bộ, điều nầy sẽ dẫn đến việc có thể thay đổi được cả dòng điện ( ngẩu lực) và tốc độ. Đối với nguồn AC, ta có thể thay đổi biên độ và tần số từ nguồn AC này sang nguồn AC khác bằng bộ chuyển đổi AC ( AC converter). Trong trường hợp tần số vào f1 bằng tần số ra f2 gọi là bộ biến đổi AC trực tiếp. Đối với nguồn DC, ta có thể thay đổi biên độ và cực tính của nguồn DC bằng bộ chuyển đổi DC ( DC converter). Trong trường hợp nếu chuyển đổi trực tiếp từ điện áp DC U1 thành điện áp DC U2 mà không qua hệ thống điện áp AC thì được xem là bộ chuyển đổi trực tiếp DC. Những chú ý cho phần kỹ thuật đo lường Chiều của dòng điện và điện áp: Chiều của dòng điện và điện áp trong các mạch đo luôn thì luôn luôn được vẽ từ một điểm đến điểm tham chiếu. Điểm tham chiếu thường được ký hiệu là điểm nối đất. Đo dòng: Dòng điện được đo gián tiếp thông qua điện áp rơi trên điện trở. Thang đo dòng điện cần phải tính toán tương ứng với thang đo của điện áp. Tất cả các điện trở được đo có giá trị 0,5Ω với dung sai ± 10%. Thang đo thời gian của máy hiện sóng: Trong việc hiển thị sự liên quan AC, trục thời gian được xác định theo một góc đo. Máy hiện sóng có thể được điều chỉnh tương ứng với các góc đo dựa vào trục toạ độ gốc. V012TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐẮK LẮK KHOA ĐIỆN - Đ GIÁO TRÌNH ắk Lắ k - ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH CỠ NHỎ đẳ ng ng Mã mơ đun: MĐ27 NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP Tr ườ n g C ao Trình độ: Cao đẳng nghề/ Trung cấp nghề Biên soạn: ThS Nguyễn Văn Ban Lưu hành nội bộ, 2014 g Tr ườ n C ao ng đẳ ng ắk Đ Lắ k ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ắk Lắ k Chương 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Khái niệm điện tử công suất Ngắt điện điện tử (NĐĐT) hay Bán dẫn (NĐBD) Khảo sát mạch ĐTCS Các hệ thức khái niệm 4.1 Trị trung bình đại lượng 4.2 Trị hiệu dụng đại lượng 4.3 Công suất 10 4.4 Hệ số công suất 12 Tính chọn ngắt điện điện tử 14 5.1 Tính chọn định mức áp linh kiện .14 5.2 Tính chọn định mức dòng cơng suất linh kiện 14 Bài tập 16 Tr ườ ng C ao đẳ ng ng Đ Chương 2: CÁC LINH KIỆN CÔNG SUẤT 21 Phân loại 21 DIODE 22 2.1 Đặc tính, phân loại .22 2.2 Đặc tính phục hồi (Recovery) Diode 22 Transistor BJT .24 3.1 Đặc tính đóng ngắt Transistor .25 3.2 Đặc tính đóng ngắt MOSFET, IGBT .26 3.3 Vùng hoạt động an toàn BJT (Safe Operating Area) 26 IGBT .27 4.1 Giới thiệu 27 4.2 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động 27 4.3 Đặc tính đóng cắt IGBT 27 4.4 Vùng làm việc an toàn (Safe Operating Area) 28 4.5 Vấn đề bảo vệ IGBT 28 SCR (Thyristor) .28 5.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động 29 5.2 Đặc tính tĩnh (Volt – Ampe) 29 5.3 Các thông số kỹ thuật SCR 30 5.4 Ứng dụng SCR 31 5.5 Đặc tính động (đóng ngắt) 31 5.6 Đặc tính cổng (hay kích khởi cổng) 33 5.7 Các linh kiện khác họ Thyristor .33 TRIAC 35 6.1 Mô tả chức 35 6.2 Đặc tính V-A 35 6.3 Khả chịu tải .36 GTO (Gate Turn – Off Switch) 37 Trang ThS NGUYỄN VĂN BAN Đ ắk Lắ k Các linh kiện công suất 38 8.1 PUT (Programmable Unijunction Transistor) 38 8.2 SCS (Silicon – Controlled Switch) 39 8.3 IGCT (Integrated Gate Commutated Thyristor) 40 8.4 MCT 41 8.5 MTO (MOS Turn Off Thyristor) 43 8.6 ETO (Emitter Turn-Off Thyristor) 44 1.1 So sánh khả họat động linh kiện 45 Mạch lái ngắt điện bán dẫn 46 9.1 Mạch lái BJT công suất 47 9.2 Mạch lái MOSFET công suất IGBT 48 9.3 Mạch lái SCR Thyristor 49 9.4 Mạch lái MOSFET cơng suất có bảo vệ dòng 51 9.5 Vi mạch lái ½ cầu MOSFET 52 10 Bảo vệ biến đổi ngắt điện bán dẫn 52 10.1 Bảo vệ dòng 52 10.2 Bảo vệ áp 53 Tr ườ ng C ao đẳ ng ng Chương 3: BỘ CHỈNH LƯU 55 Bộ chỉnh lưu pha 55 1.1 Chỉnh lưu không điều khiển 55 1.2 Chỉnh lưu điều khiển pha 61 1.3 Khảo sát số sơ đồ chỉnh lưu điều khiển pha 69 1.4 Ứng dụng 71 Bộ chỉnh lưu pha 72 2.1 Chỉnh lưu mạch tia pha không điều khiển 72 2.2 Chỉnh lưu pha điều khiển điều khiển pha 74 Chỉnh lưu hỗn hợp SCR DIODE 79 3.1 Các sơ đồ 79 3.2 Khảo sát sơ đồ chỉnh lưu pha 79 3.3 Khảo sát sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha hỗn hợp 81 Các chế độ làm việc chỉnh lưu hệ 82 4.1 Chế độ chỉnh lưu chế độ nghịch lưu 82 4.2 Chế độ dòng liên tục chế độ dòng điện gián đoạn 84 4.3 Mạch phát xung điều khiển pha 86 4.4 Ứng dụng chỉnh lưu điều khiển pha 91 Chương 4: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU 95 Nguyên lý đóng ngắt 95 1.1 Đóng ngắt điện AC 95 1.2 Điều khiển On–Off 96 1.3 Ứng dụng điều khiển ON – OFF 96 Bộ biến đổi điện áp xoay chiều 97 Trang ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 2.1 Bộ đổi điện áp xoay chiều pha 98 2.2 Bộ biến đổi áp xoay chiều ba pha 102 Ứng dụng biến đổi áp xoay chiều 103 Đ ắk Lắ k Chương 5: BỘ BIẾN ĐỔI ÁP MỘT CHIỀU 105 Bộ giảm áp 105 Bộ tăng áp 105 Các phương pháp điều khiển biến đổi điện áp chiều 106 3.1 Mạch phát xung điều khiển BBĐ áp chiều 106 3.2 Mạch điều rộng xung loại dòng điện 107 3.3 Mạch lái nửa cầu Transistor 108 3.4 Mạch lái sơ đồ cầu 110 Ứng dụng 111 4.1 Nguyên lý điều khiển biến đổi 111 4.2 Điều khiển động chiều 112 4.3 Các nguồn chiều - cấp điện hay ổn áp xung 112 4.4 Nghịch lưu 113 Tr ườ ng C ao đẳ ng ng Chương 6: BỘ NGHỊCH LƯU VÀ BỘ BIẾN TẦN 115 Bộ nghịch lưu áp pha 115 Bộ nghịch lưu áp ba pha 116 2.1 Sơ đồ 116 2.2 Phân tích điện áp nghịch lưu áp pha 117 Các phương pháp điều khiển nghịch lưu áp 119 3.1 Phương pháp điều khiển theo biên độ 119 3.2 Phương pháp điều chế độ rộng xung sin (SIN PWM) 120 3.3 Phương pháp điều biên 121 3.4 Phương pháp điều chế độ rộng xung 121 Bộ nghịch lưu dòng điện ... V0121 Giáo Trình Thí nghiệm Điện Tử Công Suất TTCN Điện - 58 - 1. Giới thiệu Điện tử công suất là một ngành mới của Điện tử. Trong một thời gian dài, thuật ngữ “điện tử” được nói đến chỉ về khía cạnh điều khiển hệ thống. Lý do của vấn đề nầy là vì các đèn điện tử ban đầu giá thành thấp không có khả năng cấp đủ dòng cho tải hoạt động. Điều nầy có nghĩa là về phương diện điều khiển hệ thống đã giảm được giá thành và tiết kiệm được khoảng không gian chiếm chỗ nhưng về phương diện dòng tải vẫn phải được thiết lập dựa trên sự”biến đổi về điện”. Đến năm 1949, chuyển tiếp PN mới của bán dẫn được phát minh. Điều nầy đã giúp hoàn tất khả năng tạo được dòng tải lớn về phương diện điện. Từ đây nó đã cho ra đời một lĩnh vực mới : Điện tử công suất.Tuy nhiên điều nầy không chỉ khẳng định về mặt năng lượng mà còn cả về mặt điện tử điều khiển tương ứng. Một cách cơ bản có thể nói rằng Điện tử công suất là những gì dùng để biến đổi, hòa trộn và phân phối năng lượng điện bằng công cụ điện tử. Những bộ phân phối hoặc chuyển tải năng lượng có thể được sắp xếp phân chia như sau: Hình 1.1.1 Hình trình bày dòng năng lượng qua sự chuyển đổi của các bộ chuyển đổi năng lượng điện ( S = nguồn , L = tải ) V0121 Giáo Trình Thí nghiệm Điện Tử Công Suất TTCN Điện - 59 - Nếu bạn muốn một tải DC hoạt động trên nguồn AC chính của chúng tôi bạn cần một tầng giữa nguồn năng lượng và tải, nó đã chuyển đổi dòng xoay chiều Dàn bài điện tử cơng suất 1 Trang 1/ Chương 1_Mở đầu © Huỳnh Văn Kiểm Môn học ĐIỆN TƯÛ CÔNG SUẤT ( Mạch điện tử công suất, điều khiển và ứng dụng ) Tài liệu tham khaœo: - tiếng Anh : - POWER ELECTRONICS – Circuits, devices and applications , M.H. Rashid Pearson Education Inc. Pearson Prentice Hall 2004. - tiếng Việt : - Bài giảng Điện tủ công suất 1 & Bài tập, PTS. Nguyễn văn Nhờ, Khoa Điện & Điện tử, ĐHBK TP HCM - Điện tủ công suất, NGUYỄN BÍNH, Hànội, nhà xuất bản KHKT - Điện tử công suất và điều khiển động cơ điện, ( dòch từ tiếng Anh ) Chương 1 : MƠÛ ĐẦU I.1 CÁC KHÁI NIỆM: - Các tên gọi của môn học: Điện tử công suất (Power Electronics) Điện tử công suất lớn. Kỹ thuật biến đổi điện năng. - ĐTCS là một bộ phận của Điện tử ứng dụng hay Điện tử công nghiệp. Hình 1.0 : Sơ đồ khối thiết bò ĐTCS - Phân loại các bộ 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 + bộ ĐIỀU KHIỂN Mạch ĐTCS giới hạn ở các sơ đồ sử dụng linh kiện điện tử làm việc ở chế độ đóng ngắt, gọi là Ngắt Điện Điện Tử (NĐBD) hay Bán Dẫn dùng cho biến đổi năng lượng điện. Bộ ĐIỀU KHIỂN = Mạch điều khiển vòng kín (nếu có) + Mạch phát xung. Mạch phát xung cung cấp dòng, áp điều khiển các NĐBD để chúng có thể đóng ngắt theo trình tự mong muốn. Ví dụ Ngắt Điện Bán Dẫn: Diod, Transistor, SCR . - BBĐ còn có thể phân loại theo phương thức hoạt động của NĐBD. I.2 NGẮT ĐIỆN BÁN DẪN: Còn gọi là ngắt điện điện tử ( NĐĐT ), là các linh kiện điện tử dùng trong mạch ĐTCS được lý tưởng hóa để các khảo sát của mạch ĐTCS có giá trò tổng quát bao gồm ( hình 1.1 ): - DIODE ( chỉnh lưu ): Phần tử dẫn điện một chiều có hai trạng thái: BBĐ http://www.ebook.edu.vn Học kì 2 năm học 2004-2005 Trang 2/ Chương 1_Mở đầu ON : khi phân cực thuận: V AK > 0, có thể xem sụt áp thuận V F = 0, dòng qua mạch phụ thuộc nguồn và các phần tử thụ động khác. OFF : khi phân cực ngược: V AK < 0, có thể xem như hở mạch. Diode NDBDMC SCR Hình 1.1: Các loại ngắt điện bán dẫn. - SCR ( Chỉnh lưu có điều khiển ): Hoạt động như sau: OFF : Có thể ngắt mạch cả hai chiều ( VAK > 0 và VAK < 0 ) khi không có tín hiệu điều khiển : G = 0. ON : SCR trở nên dẫn điện ( đóng mạch ) khi có tín hiệu điều khiển: G ≠ 0 và phân cực thuận VAK > 0. Điểm đặt biệt là SCR có khả năng tự giữ trạng thái dẫn điện: nó không cần tín hiệu G khi đã ON, SCR chỉ trở về trạng thái ngắt khi dòng qua nó giảm về 0. - Ngắt điện bán dẫn một chiều ( NĐBDMC ), gọi tắt là ngắt điện hay TRANSISTOR có hoạt động như sau: OFF : Ngắt mạch khi không có tín hiệu điều khiển : G = 0. Cũng như các TRANSISTOR, NĐBDMC không cho phép phân cực ngược ( VS luôn luôn > 0 ) . ON : NĐBDMC trở nên dẫn điện ( đóng mạch ) khi có tín hiệu điều khiển: G ≠ 0 và trở về trạng thái ngắt mạch khi mất tín hiệu G. NĐBDMC có hai loại chính : BJT tương ứng tín hiệu G là dòng cực B, và MOSFET công suất với G là áp V GS . Các NĐBD lý thuyết trên chỉ làm việc với một chiều của dòng điện, trong khi các linh kiện điện tử ... Gate Commutated Thyristor) 40 8.4 MCT 41 8.5 MTO (MOS Turn Off Thyristor) 43 8.6 ETO (Emitter Turn-Off Thyristor) 44 1.1 So sánh khả họat động linh kiện ... tải; m tổng số pha Các biến đổi công suất thiết bị có tính phi tuyến Giả sử nguồn điện áp cung cấp có dạng sin dòng điện qua có dạng tu n hồn khơng sin Dựa vào phân tích Fourier áp dụng cho dòng... mắc song song với phần tử Tuy nhiên mạch dập làm tăng kích thước giảm độ tin cậy thiết bị Giải pháp tối ưu đưa làm chậm lại q trình khóa IGBT, hay gọi khóa mềm (soft turn-off) phát có cố dòng