Đang tải... (xem toàn văn)
Giáo trình Điện tử công suất được biên soạn trên cơ sở chương trình khung của nghề Điện công nghiệp, viết cho đối tượng đào tạo hệ Cao đẳng nghề và trung cấp nghề ở sơ cấp nghề có thể sử dụng được. Phần 1 giáo trình gồm nội dung 3 bài học đầu tiên. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
LỜI NĨI ĐẦU Giáo trình Điện tử cơng suất biên soạn sở chương trình khung nghề điện CN, giáo trình giảng viết cho đối tượng đào tạo hệ Cao đẳng nghề trung cấp nghề sơ cấp nghề sử dụng Chương trình khung đào tào nghề Điện cơng nghiệp năm 2011 Tổng cục Dạy nghề ban hành cho phép sử dụng giáo trình Điện tử cơng suất giáo trình chun mơn nghề quan trọng chương trình đào tạo hệ Cao đẳng nghề trung cấp nghề Vì giáo trình bám sát chương trình khung nghề nhằm đạt mục tiêu đào tạo nghề đồng thời tạo điều kiện cho người sử dụng tài liệu tốt hiệu Giáo trình Điện tử công suất xây dựng với tham gia giáo viên khoa Điện- Trường Cao đẳng nghề Yên Bái Tập giảng dùng làm tài liệu giảng dạy học tập cho giáo viên sinh viên, học sinh hệ cao đẳng nghề trung cấp nghề điện công nghiệp Đồng thời tài liệu tham khảo cho giaó viên học sinh ngành điện giảng dạy học tập hệ đào tạo ngắn hạn trường Giáo trình thức áp dụng hệ thống đào tạo trường cao đẳng nghề Yên Bái Bài mở đầu: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Trị trung bình đại lượng * Trị số dòng điện ứng với thời điểm t gọi trị số tức thời Ký hiệu : i, e, u * Trị số tức thời lớn gọi trị số cực đại: Im,Um.Em hay gọi giá trị biên độ đại lượng xoay chiều hình sin * Trị số trung bình đại lượng giá trị trung bình đại lượng tính chu kỳ T Cơng suất trung bình Trị số tức thời đại lượng xoay chiều hình sin đặc trưng cho tác dụng trị lượng hình sin thời điểm Cịn đặc trưng cho tác dụng trung bình đại lượng xoay chiều hình sin tồn chu kỳ mặt lượng, người ta dùng khái niệm số hiệu dùng đại lượng xoay chiều hình sin Trị hiệu dụng đại lượng -.Trị số hiệu dụng đại lượng đại lượng xoay chiều hình sin có giá trị tương đương với dịng chiều chúng qua điện trở, đơn vị thời gian chu kỳ toả nhiệt lượng - Ký hiệu : I, U, E - Phương pháp tính trị số hiệu dụng Tìm trị số hiệu dụng , góc lệch pha vận tốc góc đại lượng hình sin sau: ) e1 = 156 sin (t + V e2 = 311 sin (t + )V Biết f = 50 Hz Giải Em * Trị số hiệu dụng : E1 = 156 0,707.15 110 V E m 311 0,707.311 220 V 2 E2 = 30 6 * Góc lệch pha: = 1 - 2 = * Tốc độ góc : = 2 f = 3,14 50 = 214 rad/giây Hệ số công suất P = S.cos = UICos Do cơng suất lớn P lớn Khi cos = P = S nghĩa cơng suất tác dụng phụ thuộc vào hệ số cos * Hệ số cos gọi hệ số công suất mạch điện xoay chiều Cos = R Z R R (X L X C ) Như : Cos hệ số phụ thuộc vào thành phần trở kháng mạch, mà thành phần trở kháng phụ thuộc vào kết cấu mạch ta nói cos phụ thuộc vào kết cấu mạch điện Như mạch điện có phụ tải chiếu sáng đèn sợi đốt, lị điện, bếp điện có cos = Trong mạch cảm kháng R Cos = mạch xoay chiều nói chung cos < * ý nghĩa * Hệ số cos có ý nghĩa lớn sản xuất , truyền tải cung cấp điện Như ta biết máy phát điện máy biến áp chế tạo với công suất biểu kiến địng mức (Sđm) Từ máy cung cấp cơng suất tác dụng : P = Sđm cos * Nếu cos = P = Sđm, có giá trị lớn mà máy cung cấp Nếu cos nhỏ khả phát công suất tác dụng máy nhỏ Do muốn tận dụng khả làm việc máy điện thiết bị điện hệ số cos phải lớn Mỗi hộ tiêu thụ điện yêu cầu cơng suất tác dụng P xác định Khi dòng điện truyền tải qua đường dây là: P P = U I cos I = U cos * Nếu cos nhỏ dịng điện lớn dẫn đến + Dòng điện lớn nên dây dẫn truyền tải lớn, điều yêu cầu làm vật liệu dây dẫn lớn, dẫn đến tốn kim loại màu vốn đầu tư xây dựng lớn + Tổn thất điện đường dây lớn: A = I2RI Vì vậy: Việc nâng cao hệ số cos có ý nghĩa lớn hiệu kinh tế giảm vốn đầu tư Xây dựng đường dây giảm tổn thất điện chuyển tải Do người ta ln nghiên cứu biện pháp nâng cao cos Câu hỏi tập: Câu1: Nêu phương pháp tính giá trị trung bình, hiệu dụng đại lượng điện? Câu 2: Hệ số cơng suất gì? Ý nghĩa hệ số công suất? BÀI 1: CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Phân lọai Theo khả điều khiển đóng cắt van: - Van khơng điều khiển - Van điều khiển khơng hồn tồn - Van điều khiển hoàn toàn Theo nguyên lý làm việc: - Điốt - Tranzitor - Thyristor -… 1.1 Diode a Cấu tạo nguyên lý hoạt động - Diode linh kiện bán dẫn ứng dụng điện tử cơng suất (ĐTCS) có cấu tạo đơn giản nhất, bao gồm điện cực Anode (A) K (Cathode) có chứa lớp tiếp xúc p-n Diode- l linh kiện bán dẫn không điều khiển Khi điện cực Anode lớn so với điện cực Cathode, lớp tiếp xúc phân cực thuận dòng điện thuận IF chạy theo chiều hình vẽ, lúc điện áp linh kiện có giá trị nhỏ (Rhc) Rhc 10V D uV uR RT 0V t -10V Hình Câu 2: Mạch chỉnh lưu pha hai nửa chu kỳ hình tia dùng đi-ốt cung cấp cho tải trở, điện áp nguồn tác động hình sin có giá trị hiệu dụng thứ cấp máy biến áp: U2= 200V Tính giá trị điện áp trung bình tải Câu : Mạch chỉnh lưu cầu pha dùng đi-ốt cung cấp cho tải trở R = 7Ω, dùng đồng hồ đo điện áp trung bình tải 180V Tính công suất máy biến áp? Câu : Mạch biến đổi điện áp xoay chiều dùng Triac điện áp hiệu dụng đầu vào mạch biến đổi có giá trị 220V cung cấp cho tải trở có giá trị R=15 Tính cơng suất tiêu thụ tải góc mở α= 450 Câu 5: So sánh mạch chỉnh lưu pha hai nửa chu kỳ hình tia dùng Thyristor với mạch chỉnh lưu cầu pha dùng Thyristor cung cấp cho loại tải 48 Câu 6: Vẽ sơ đồ, dạng điện áp ngõ vào, ngõ tải trình bày nguyên lý hoạt động mạch chỉnh lưu cầu pha có điều khiển trường hợp tải trở góc kích 600 Bài : BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU Bộ biến đổi điện áp xoay chiều sử dụng để thay đổi trị hiệu dụng điện áp ngõ Nó mắc vào nguồn xoay chiều dạng Sin với tần số trị hiệu dụng không đổi tạo ngõ điện áp xoay chiều có tần số trị hiệu dụng điều khiển Bộ biến đổi điện áp xoay chiều có tính giống máy biến điều khiển sơ cấp Điện áp đáp ứng ngõ thay đổi nhanh liên tục 3.1 Bộ biến đổi điện áp xoay chiều pha D T T2 D Z H3.1 Một số biến đổi điện ỏp xoay chiu mt pha Sơ đồ điều áp xoay chiỊu mét pha b»ng b¸n dÉn a b»ng hai tiristor song song ngỵc; b b»ng triac; c b»ng mét tiristor mét diod *Bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều pha dùng SCR Bộ điều chỉnh điện áp cung cấp gồm hai SCR giống đấu song song ngược chiều nhau, tuỳ thuộc vào điện áp kích mở cổng cho SCR sớm hay trễ mà ta có điện áp trung bình cấp cho tải thay đổi Z H.3.2 Bộ biến đổi điện áp xoay chiều pha dùng SCR song song ngược chiều Trường hợp tải R: 49 mạch tải Khi T1 mở phần nửa chu kỳ dương điện áp nguồn đặt lên Khi T2 mở phần nửa chu kỳ âm u đặt lên mạch tải H3.3 Sơ đồ tín hiệu với tải R Tại thời điểm 1, 2, có xung điều khiển thyristor T1, T2, thyristor dẫn Nếu bỏ qua sụt áp thyristor,điện áp tải có dạng hình vẽ Dịng điện tải đồng dạng điện áp tính: Khi thyristor dẫn: Khi thyristor khóa: i=0 Trị hiệu dụng điện áp tải: Ut 2U sin d U m 2 2 sin 2 2 Trị hiệu dụng dịng tải: sin t R Cơng suất tác dụng cung cấp cho mạch tải: i U m U 2 2 sin 2 Pt U t I t m R 2 Như vậy, cách làm biến đổi góc từ ÷ , người ta điều chỉnh công suất tác dụng từ trị cực đại P = U2/R đến Dòng điện trung bình qua SCR: I SCR Um (1 cos ) 2R Trường hợp tải RL: 50 Ut¶ i 2 1 b U H3.4 Sơ đồ tín hiệu với tải RL 3.2 Bộ biến đổi điện áp xoay chiều ba pha - Gồm cặp SCR song song ngược Mỗi cặp nối tiếp với pha tải - Mạch tải đấu kiểu “Y” “Δ” - Một số sơ đồ mạch lực hình H3.5 Một số sơ đồ mạch lực đấu Sao có trung tính, khơng có trung tính đấu Tam giác sử dụng SCR Triắc a b c 51 A B C H3.6 Sơ đồ điều khiển đảo chiều quay đông KĐB ba pha A B C t XT1 /2 X61 X1 T1 X3 X2 XT2 X3 XT3 XT4 X14 X23 X52 X5 X6 t X4 XT5 XT6 T2 T3 T4 X36 X45 X14 T5 t t t T6 t H3.7 Sơ đồ điều Tínkhiển hiệu rabộbộbiến biến đổi áp ba chiều pha pha 3.3 phương pháp điều đổiđiện áp xoay Với phương pháp điều khiển pha thông thường: Điện áp ngõ chứa thành phần hài có tần số tần số áp nguồn thành phần bậc cao khác Điều khiển pha: Với phương pháp chuyển mạch cưỡng bức: Điều khiển vị trí kích đóng dịng điện đồng thời điều khiển ca vị trí ngắt dịng tải Điện áp ngõ có dạng đối xứng Điều khiển tỉ lệ thời gian: Cho xung kích đóng linh kiện liên tục thời gian số nguyên lần (m) chu kỳ điện áp nguồn sau ngắt (khóa) xung kích liên tục số nguyên lần chu kỳ(n) Không sử dụng phương pháp tải có số thời gian đáp ứng tương đương với chu kỳ áp nguồn xoay chiều Tóm tắt ý chương 52 ... dẫn điện n dòng điện ID bị giảm xuống điện trở kênh dẫn điện tăng lên +3V +2V +1V VGS = 0V -1 V -2 V -3 V -4 V ID (mA) IDSS ID (mA) IDSS VDS -VPO -4 -3 -2 -1 0V +1 +2 Hình 1. 11 VPO Khi tăng điện. .. đại lượng hình sin sau: ) e1 = 15 6 sin (t + V e2 = 311 sin (t + )V Biết f = 50 Hz Giải Em * Trị số hiệu dụng : E1 = 15 6 0,707 .15 11 0 V E m 311 0,707. 311 220 V 2 E2 = ... làm việc: - Điốt - Tranzitor - Thyristor -? ?? 1. 1 Diode a Cấu tạo nguyên lý hoạt động - Diode linh kiện bán dẫn ứng dụng điện tử công suất (ĐTCS) có cấu tạo đơn giản nhất, bao gồm điện cực Anode