thiết kế hệ thống điều khiển điện tử công suất

MÔN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Khoa Điện NỘI DUNG MÔN HỌC I Đặc điểm van bán dẫn II Thiết bị điện tử công suất loại điều khiển tần số phụ thuộc III Thiết bị điện tử công suất loại điều khiển tần số độc lập TÀI LIỆU THAM KHẢO Phạm Quốc Hải: “Hướng dẫn thiết kế Điện tử công suất” Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2009 Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh: “Điện tử công suất” Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2004 Trần Văn Thịnh: “Tính tốn thiết kế thiết bị Điện tử công suất” Nhà xuất giáo dục, Hà Nội, 2009 Điện tử công suất kỹ thuật biến đổi điều khiển lượng điện víi hiệu cao Cấu trúc thiết bị điện tử công suất sensors Đầu vào :nguồn - AC - DC cố định, không điều khiển sensors Mạch lực Mạch điều khiển Tải Đầu ra: - AC - DC Được điều khiển Tín hiệu đặt theo luật điều khiển công nghệ Phần lực chủng loại thiết bị điện tử công suất – dạng biến đổi lượng điện Các BBĐ xung áp DC Biến tần, BBĐ xung áp AC Chỉnh lưu Nghịch lưu Phần điều khiển thiết bị điện tử công suất Van sử dụng bán điều khiển – Thyristor, TRIAC Van điều khiển hồn tồn (cả q trình mở khóa): BT, MOSFET, IGBT , MCT, IGCT… Ứng dụng thiết bị: • Chỉnh lưu • Điều áp xoay chiều • Nghịch lưu phụ thuộc • Biến tần trực tiếp Ứng dụng thiết bị: • Băm xung chiều • Nghịch lưu độc lập điện áp • Chỉnh lưu tích cực Đặc điểm chung: Chủ yếu làm việc với điện áp lưới xoay chiều => phát xung mở van Thyristor dựa vào tần số lưới điện, Đặc điểm chung: Làm việc không phụ thuộc vào nguồn lưới điện, tần số hoạt động tùy chọn mạch điều khiển định => Hệ điều khiển phụ thuộc lưới điện => Hệ điều khiển tần số độc lập I Đặc điểm van bán dẫn công suất Phần lực sử dụng van bán dẫn đấu thành mạch thực trình biến đổi lượng điện Van bán dẫn phần tử hoạt động có hai trạng thái chính: • Van dẫn dòng: cho dòng điện qua đưa lượng điện tải với sụt áp van nhỏ (lý tưởng ) • Van khố (khơng dẫn dòng), khơng cho dòng điện qua, lý tưởng dòng khơng Các van bán dẫn cơng suất Van không điều khiển Chia ba nhóm Nhóm Thyristor • Thyristor thường (1958) • GTO (1980) • MCT (1988) • LTT (1988) • TRIAC (1958) • IGCT (1996) Điơt (1955) Nhóm Transistor • BT BJT (1975) • MOSFET (1978) • IGBT (1985) Bipolar Transistor lùc (1975) Trạng thái van bóng BT loại n-p-n • làm việc với Uce>0 • dẫn dòng Ube>0 ; bão hồ ib ≥ ic/β; • khơng dẫn dòng Ube ≤ 0; BT - BJT Hiện chế tạo BT với tham số cao nhất: 1000A x 1000V loại dalinhtơn (4 transistor, sụt áp dẫn 4V) 10 4.3 NGHỊCH LƯU ĐỘC LẬP ĐIỆN ÁP BA PHA 4.3.1 Các đặc điểm Để tạo hệ điện áp xoay chiều ba pha từ nguồn sức điện động E, cần sử dụng ba nhóm van đấu theo mạch cầu hình, điểm nhánh van thẳng hàng điểm nối với phụ tải ba pha đấu tam giác 172 4.3 NGHỊCH LƯU ĐỘC LẬP ĐIỆN ÁP BA PHA 4.3.1 Các đặc điểm Sơ đồ điều khiển hai luật dẫn van khác nhau: Góc dẫn van λ=180o (hình a), luật điều khiển giống NLĐL pha hai van nhánh thay dẫn chu kỳ Góc dẫn van λ=120o (hình b), luật hai van khơng thay dẫn mà có đoạn nghỉ 60o chúng a) b) 173 4.3 NGHỊCH LƯU ĐỘC LẬP ĐIỆN ÁP BA PHA 4.3.1 Các đặc điểm Sơ đồ điều khiển hai luật dẫn van khác nhau: Góc dẫn van λ=180o (hình a), luật điều khiển giống NLĐL pha hai van nhánh thay dẫn chu kỳ Góc dẫn van λ=120o (hình b), luật hai van khơng thay dẫn mà có đoạn nghỉ 60o chúng a) b) 174 4.3.2 NLĐL điện áp ba pha (cầu bán cầu) với SPWM 175 4.4 ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU - Phát xung chủ đạo, để tạo tín hiệu đồng cho tồn hệ thống có tần số tỉ lệ với sóng hài với điện áp - Bộ phân phối tín hiệu xung vào van lực riêng biệt theo thứ tự làm việc chúng theo nguyên lý hoạt động - Khâu xác định khoảng dẫn cho van thực theo phương pháp điều khiển cụ thể - Bộ khuếch đại xung: tăng đủ cơng suất để đóng/mở van lực 176 4.4 ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU ĐIỆN ÁP 4.4.1 Điều khiển nghịch lưu điện áp đơn giản - Điều khiển nghịch lưu điện áp pha 177 4.4 ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU ĐIỆN ÁP 4.4.1 Điều khiển nghịch lưu điện áp đơn giản - Điều khiển nghịch lưu điện áp pha 178 4.4 ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU ĐIỆN ÁP 4.4.1 Điều khiển nghịch lưu điện áp đơn giản - Điều khiển nghịch lưu điện áp ba pha 179 4.4 ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU ĐIỆN ÁP 4.4.2 Điều khiển nghịch lưu điện áp với SPWM Để thực phương pháp SPWM hợp lý sử dụng kỹ thuật số, tần số thay đổi phạm vi rộng Tuy nhiên đề cập nguyên lý SPWM sử dụng kỹ thuật tương tự hạn chế nghịch lưu với tần số không đổi để làm rõ nguyên tắc điều khiển chung 180 4.4 ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU ĐIỆN ÁP 4.4.2 Điều khiển nghịch lưu điện áp với SPWM 181 ĐIỀU KHIỂN BIẾN TẦN Điều khiển biến tần gián tiếp điều khiển chỉnh lu, điều khiển băm xung chiều, điều khiển nghịch lu độc lập Điều khiển biến tần trực tiếp Mạch điều khiển biến tần gián tiếp thực chất điều khiển chỉnh lu 182 M RỘNG Trang 183 Điều khiển biến đổi phụ thuộc lưới điện sử dụng kỹ thuật số Cấu trúc phần cứng mạch điều khiển số : Một/nhiềuVi điều khiển , DSP, FPGA,… Giao diện người dùng Điều khiển trung tâm Truyền thông Mạch khuếch đại xung cách li BBĐ ADC Mạch khuếch đại cách li SENSOR Cấu trúc phần cứng điều khiển BBD sử dụng kĩ thuật số 184 Cấu trúc phần cứng mạch điều khiển số biến đổi phụ thuộc điều khiển theo hệ đồng bộ: Tạo n hiệu đ ng ộ Tín hiệu đ ng ộ HMI Vi điều hiển huếch đại xung c ch li huếch đại c ch li n hiệu Sensor Tru ền thông Điều khiển c c van n n T ộ iến đ i Cấu trúc tối giản số linh kiện sử dụng, linh hoạt, thực nhiều chức điều khiển khác 185 phần cứng Cấu trúc phần cứng mạch điều khiển số biến đổi phụ thuộc điều khiển theo hệ đồng bộ: 186 ... II Thiết bị điện tử công suất loại điều khiển tần số phụ thuộc III Thiết bị điện tử công suất loại điều khiển tần số độc lập TÀI LIỆU THAM KHẢO Phạm Quốc Hải: “Hướng dẫn thiết kế Điện tử công suất ... Trọng Minh: Điện tử công suất Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2004 Trần Văn Thịnh: “Tính tốn thiết kế thiết bị Điện tử công suất Nhà xuất giáo dục, Hà Nội, 2009 Điện tử công suất kỹ thuật... điều khiển lượng điện víi hiệu cao Cấu trúc thiết bị điện tử công suất sensors Đầu vào :nguồn - AC - DC cố định, không điều khiển sensors Mạch lực Mạch điều khiển Tải Đầu ra: - AC - DC Được điều