Giáo trình điện tử công suất

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT HUỲNH ĐỨC CHẤN Tháng 04/2015        LỜI NÓI ĐẦU Trong thời kỳ phát triển khoa học kỹ thuật, đặc biệt lĩnh vực điện tử Ngày có nhiều thiết bị bán dẫn đại xuất lĩnh vực sản xuất sinh hoạt Muốn tiếp cận, sử dụng vận hành tốt phương tiện kỹ thuật đại ứng dụng thực tế, sinh viên cần có hiểu biết kỹ thuật điện tử nói chung điện tử cơng suất nói riêng Giáo Trình Điện tử cơng suất tập thể giáo viên môn Kỹ Thuật Điện- Điện Tử, Khoa Cơ Điện- Điện Tử, Trường Đại Học Lạc Hồng, Biên Hoà- Đồng Nai biên soạn biên dịch Giáo trình sử dụng làm tài liệu học tập cho sinh viên khối ngành kỹ thuật ngành có liên quan đến kỹ thuật Nội dung giáo trình đề cặp cách có hệ thống tổng hợp kiến thức đại làm tảng cho việc học tập môn chuyên ngành Giáo trình biên soạn bổ sung hiệu đính với hổ trợ bạn đồng nghiệp dựa tài liệu tham khảo giảng thầy ThS Trần Dũng, Trường Đại Học Lạc Hồng, giáo trình Điện tử cơng suất PGS.TS Nguyễn Văn Nhờ Trường Đại Học Bách khoa TPHCM Hoàng Ngọc Văn, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM Giáo trình “Điện Tử Cơng Suất” trinh bày khái niệm, lĩnh vực điện tử công suất, mạch biến đổi điện như: Các mạch chỉnh lưu không điều khiển, mạch chỉnh lưu có điều khiển, mạch biến đổi, đóng ngắt điện áp xoay chiều, mạch biến đổi điện áp DC-DC, mạch nghịch lưu, biến tần…Giáo trình trình bày kiến thức sở lĩnh vực điện tử bán dẫn công suất Những vấn đề ứng dụng cụ thể chuyên sâu lĩnh vực điện tử cơng suất cơng nghiệp đời sống khơng trình bày tài liệu Theo chương trình đào tạo, số dành cho khâu lên lớp ít, biên soạn tác giả cố gắng trình bày phần lý thuyết bản, cốt yếu nhất, đọc sinh viên cần tìm hiểu, nắm vấn đề bản, không nên đầu tư nhiều thời gian vào vấn đề hạn hẹp phức tạp quỹ thời gian không cho phép, nhiên cần nghiên cứu sâu hơn, sinh viên tìm đọc tài liệu khác phần tài liệu tham khảo trang web Ngoài phần lý thuyết, chương cịn có số phần tập ví dụ tập cuối chương giúp cho sinh viên tự hệ thống kiến thức học Thay mặt nhóm biên soạn, tơi xin gửi lời cám ơn chân thành đến đồng nghiệp môn Kỹ Thuật Điện- Điện Tử, đặc biệt giảng viên ThS.Trần Dũng 3           giáo viên khoa Cơ Điện- Điện Tử, cựu sinh viên giúp đỡ tư vấn đóng góp nhiều ý kiến quý báu cho việc hoàn thành sách Do thời gian hạn chế, chắn sách không tránh khỏi sơ suất nhỏ Chúng mong nhận nhiều ý kiến đóng góp bạn đọc để tái tốt Địa liên hệ: Bộ Môn Kỹ Thuật Điện- Điện Tử, khoa Cơ Điện- Điện Tử Trường Đại Học Lạc Hồng, Biên Hoà- Đồng Nai Địa email: Huynhducchan@gmail.com Đồng Nai, tháng 04 năm 2015 Chủ biên ThS Huỳnh Đức Chấn   4    Chương   MỤC LỤC   CHƯƠNG 1: CÁC HỆ THỨC VÀ KHÁI NIỆM CƠ BẢN 18  1.1.  Khái niệm 18  1.2.  Đối tượng khảo sát và kết đạt được trong quá trình khảo sát 18  1.3.  Các đại lượng cơ bản và hệ thức liên quan 19  1.3.1.  Giá trị trung bình của một đại lượng 19  1.3.2.  Giá trị hiệu dụng của một đại lượng 20  1.4.  Những tải thường gặp cần xét đến 22  1.4.1.  1.4.2.  Tải R thuần 22  Tải L thuần 22  1.4.3.  1.4.4.  Tải RL (Tải R nối tiếp L) 22  Tải RLE nối tiếp 23  1.5.  Phân tích Fourier cho một đại lượng tuần hồn khơng sin thường áp dụng  trong điện tử cơng suất 23  1.6.  Một số vấn đề về công suất 24  1.7.  Các hệ số cần quan tâm 25  1.7.1.  Hệ số méo dạng, kí hiệu DF (Distortion Factor) 25  1.7.2.  Độ  méo  dạng  tổng  do  hài  gây  ra;  kí  hiệu  THD  (Total  Harmonic  Distortion)  25  CHƯƠNG 2:LINH  KIỆN  BÁN  DẪN  TRONG  LĨNH  VỰC  ĐIỆN  TỬ  CÔNG  SUẤT 29  2.1.  Chức năng, phân loại linh kiện bán dẫn công suất 29  2.1.1.  2.1.2.  Chức năng linh kiện trong mạch công suất 29  Phân loại 29  2.2.  Khảo sát một số linh kiện điện tử công suất 30  2.2.1.  Diode 30  2.2.2.  2.2.3.  Transistor loại BJT 34  Transistor  loại  MOSFET  (Metal  Oxide  Semiconductor  Field  Effect  Transistor)  39  2.2.4.  Transitor loại hiện đại IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 42    2.2.5.  2.2.6.  2.2.7.  Thyristor (SCR: Silicon Controlled Rectifier) 43  SCS (Silicon Controlled Switching) 49  GTO (Gate Turn Off  SCR) 51  2.2.8.  2.2.9.  DIAC (Diode AC Semiconductor Switching) 53  TRIAC (Triode AC Semiconductor Switching) 55  8  Chương   2.2.10.  LASCR (Light Activated SCR) 57  CHƯƠNG 3: BỘ CHỈNH LƯU (RECTIFIER) 63  3.1.  Chức năng, phân loại và ứng dụng của các mạch chỉnh lưu 63  3.1.1.  3.1.2.  Chức năng bộ chỉnh lưu 63  Phân loại 63  3.1.3.  3.1.4.  Ứng dụng 64  Cơng thức tính giá trị trung bình 64  3.2.  Khảo sát các mạch chỉnh lưu không điều khiển (dùng diode) 64  3.2.1.  Mạch chỉnh lưu 1 pha 64  3.2.2.  Mạch chỉnh lưu 1 pha toàn kỳ (dùng diode) 67  3.3.  Mạch chỉnh lưu 3 pha 74  3.3.1.  Mạch chỉnh lưu 3 pha hình tia (dùng 3 diode) 74  3.3.2.  Mạch chỉnh lưu 3 pha cầu  (dùng 6 diode) 75  3.4.  Khảo sát các mạch chỉnh lưu có điều khiển (dùng SCR) 84  3.4.1.  3.4.2.  Tính chất của tải cảm và góc kích 84  Mạch chỉnh lưu 1 pha 85  3.4.3.  Mạch chỉnh lưu 3 pha 90  CHƯƠNG 4: BỘ BIẾN ĐỔI MỘT CHIỀU (DC) SANG MỘT CHIỀU (DC) 104  4.1.  Chức năng và ứng dụng 104  4.1.1.  Bộ biến đổi áp DC – DC  là gì 104  4.1.2.  Ứng dụng của bộ biến đổi 104  4.1.3.  4.1.4.  Ưu nhược điểm 104  Nhắc lại hai loại nguồn một chiều 105  4.2.  Khảo sát nguyên tắc hoạt động của bộ băm xung áp một chiều 105  4.2.1.  Bộ băm xung áp làm việc ở chế độ giảm áp 105  4.2.2.  Bộ băm xung áp  làm việc ở chế độ tăng áp 108  4.3.  Khảo sát bộ khoá điện tử H 108  4.4.  Các mạch điều khiển cơ bản 109  4.4.1.  4.4.2.  Mạch một kênh: Tạo sóng vng bằng Op-amp 109  Mạch dùng IC CMOS: Tạo sóng vng bằng cổng NAND 111  4.4.3.  Mạch dùng IC 555: Tạo sóng vng bằng IC 555 111  4.5.  Phương pháp điều khiển cơ bản 112  4.6.  Khảo sát một số mạch converter cơ bản 112  4.6.1.  Bộ biến đổi kép tổng quát dạng mạch cầu 112  4.6.2.  4.6.3.  Bộ biến đổi kép dạng đảo dòng 113  Bộ biến đổi kép dạng đảo áp 114  9    Chương   4.6.4.  Mạch converter dùng 1 BJT 116  4.6.5.  Mạch converter dùng bộ biến đổi đẩy kéo 119  4.7.  Mạch lọc cho bộ biến đổi điện áp một chiều 120  4.7.1.  4.7.2.  Mạch lọc điện áp ngõ vào 120  Mạch lọc điện áp ngõ ra 121  CHƯƠNG  5:  BỘ  BIẾN  ĐỔI  ĐIỆN  ÁP  XOAY  CHIỀU  SANG  XOAY  CHIỀU  (AC-AC) 129  5.1.  Chức năng và ứng dụng 129  5.1.1.  Bộ biến đổi điện áp AC – AC  là gì 129  5.1.2.  Ứng dụng 129  5.2.  Bộ biến đổi xoay chiều sang xoay chiều 129  5.2.1.  Bộ biến đổi xoay chiều một pha 129  5.2.2.  Bộ biến đổi xoay chiều ba pha 132  5.3.  Một số phương pháp điều khiển 134  5.3.1.  5.3.2.  Phương pháp điều khiển pha 134  Phương pháp điều khiển tỉ lệ thời gian 135  5.4.  Một số ứng dụng 135  5.4.1.  Relay bán dẫn SSR (Solid State Relay) dùng để đóng ngắt tải AC 135  5.4.2.  Điều chỉnh áp trên tải 136  CHƯƠNG 6: BỘ NGHỊCH LƯU VÀ BIẾN TẦN 144  6.1.  Khái niệm chung 144  6.1.1.  6.1.2.  Biến tần trực tiếp (còn gọi là biến tần phụ thuộc) 144  Biến tần gián tiếp (còn gọi là biến tần độc lập ) 144  6.1.3.  Ứng dụng của bộ nghịch lưu và biến tần 145  6.2.  Phân loại bộ nghich lưu 145  6.3.  Khảo sát về bộ nghịch lưu 146  6.3.1.  Nghịch lưu 1 pha 146  6.3.2.  Nghịch lưu 3 pha 148  6.4.  Phân tích bộ nghịch lưu áp 148  6.4.1.  Phân tích điện áp bộ nghịch lưu áp ba pha 148  6.4.2.  Phân tích bộ nghịch lưu áp 1 pha 151  6.5.  Các phương pháp điều chế dùng cho biến tần 2 bậc 159  6.5.1.  6.5.2.  Phương pháp điều chế theo bề rộng xung truyền thống (PWM) 159  Phương pháp điều khiển sáu bước 160  6.5.3.  Phương pháp điều chế vector không gian 161  6.6.  Khảo sát sơ đồ biến tần áp gián tiếp 3 pha 168  10    Chương   6.6.1.  Sơ đồ khối tổng quan của một biến tần 3 pha 168  6.6.2.  6.6.3.  Sơ chi tiết  của một biến tần 3 pha 169  Giải thích chức năng của các khối 170    11    Chương   DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ   Hình 1.1: Dạng sóng điện áp u(t) 19  Hình 1.2: Dạng sóng điện áp chỉnh lưu 20  Hình 1.3:  Q trình dịng điện 21  Hình 1.4: Dạng sóng điện áp chỉnh lưu 22  Hình 1.5: Mơ tả các thành phần thường tồn tại trong hệ thống tín hiệu, chuổi Fourier  của tín hiệu dao động tuần hồn 23  Hình 2.1: Biểu diễn trạng thái làm việc của linh kiện bán dẫn 29  Hình 2.2: Mơ tả cấu tạo và mạch tương đương của diode 30  Hình 2.3: Minh họa hình dạng thực tế của diode loại đơn 30  Hình 2.4: Minh họa hình dạng thực tế của diode cầu  loại 1 pha 30  Hình 2.5: Hình dạng thực tế của diode cầu loại 3 pha và bảng thơng số 31  Hình 2.6: Cách kết nối bên trong của diode 3 pha 31  Hình 2.7: Đặc tuyến Volt-Amp tĩnh và mơ tả phân cực của diode 31  Hình 2.8: Mơ tả thời gian phục hồi khi diode đổi trạng thái 32  Hình 2.9: Dạng sóng dịng và áp trên diode trong q trình đóng ngắt 33  Hình 2.10: Cấu tạo và ký hiệu transistor NPN và PNP 34  Hình 2.11: Hình dạng thực tế tượng trưng cho Transistor 35  Hình 2.12: Đặc tuyến V-A khi BJT phân cực 35  Hình 2.13: Mơ tả dạng sóng điện áp và dịng của BJT đóng cắt theo thời gian 36  Hình 2.14: Mạch tăng cường kích đóng 37  Hình 2.15: Mơ tả mạch kích ngắt cho BJT 38  Hình 2.16: Minh họa mạch bảo vệ cho BJT 38  Hình 2.17: Mạch cách ly dùng máy biến áp xung 38  Hình 2.18: Mạch cách ly dùng optron 39  Hình 2.19: Cấu tạo FET 39  Hình 2.20: Phân loại FET 40  Hình 2.21: Ký hiệu các loại FET 40  Hình 2.22: Ảnh thực tế của MOSFET 40  Hình 2.23: Mạch phân cực của FET 41  Hình 2.24: Họ đặc tuyến của FET 41  Hình 2.25: Mạch kích đóng 41  Hình 2.26: Mạch kích ngắt 42  Hình 2.27: Ký hiệu và mạch tương đương của IGBT 42  Hình 2.28: Hình ảnh tượng trưng của IC tích hợp 43  12    Chương   Hình 2.29: Mơ tả cấu tạo, kí hiệu và mạch tương đương của  SCR 43  Hình 2.30: Hình dạng thực tế và các thơng số của linh kiện SCR  44  Hình 2.31: Đặc tính tĩnh V-A của SCR 44  Hình 2.32: Mơ tả đặc tính động (thời gian đóng và thời gian ngắt của SCR) 46  Hình 2.33: Mạch bảo vệ cho SCR 47  Hình 2.34: Mơ tả mạch kích dùng máy biến áp xung 47  Hình 2.35: Mơ tả mạch kích có bộ phận cách ly cho SCR 47  Hình 2.36: Mơ tả mạch kích SCR trực tiếp 48  Hình 2.37: Mơ tả cấu tạo, kí hiệu, mạch tương đương của SCS 49  Hình 2.38: Mạch dao động tích thốt 50  Hình 2.39: Mơ tả  kí hiệu và mạch tương đương của GTO 51  Hình 2.40: Đặc tuyến V-A của GTO 52  Hình 2.41: Mạch tương đương của GTO 52  Hình 2.42: Mạch bảo vệ cho GTO 52  Hình 2.43: Mạch bảo vệ dịng sự cố ngắn mạch 53  Hình 2.44: Mơ tả kí hiệu, mạch tương của Triac 55  Hình 2.45: Mơ tả đặc tính V-A của TRIAC 56  Hình 2.46: Mơ tả cấu tạo, kí hiệu, mạch tương đương của Diac 54  Hình 2.47: Mơ tả đặc tuyến V-A của Diac 54  Hình 2.48: Mơ tả mạch ứng dụng của Diac 55  Hình 3.1: Phân loại bộ chỉnh lưu 63  Hình 3.2: Sơ đồ chỉnh lưu một pha bán kỳ dùng 1 diode 65  Hình 3.3: Dạng sóng chỉnh lưu được mơ phỏng bằng phần mềm PSIM từ hình 3.2 khi  đã gắn tụ lọc và tải là thuần trở 65  Hình 3.4: Dạng sóng chỉnh lưu được mơ phỏng bằng phần mềm PSIM từ hình 3.2 khi  chưa gắn tụ lọc và tải là thuần trở 66  Hình 3.5: Sơ đồ chỉnh lưu một pha tồn kỳ dùng 2 diode 67  Hình 3.6: Dạng sóng chỉnh lưu được mơ phỏng bằng phần mềm PSIM từ hình 3.5 khi  chưa gắn tụ lọc và tải sử dụng là thuần trở 68  Hình 3.7: Sơ đồ chỉnh lưu một pha cầu dùng diode 69  Hình 3.8: Dạng sóng chỉnh lưu được từ hình 3.7 khi chưa gắn tụ lọc 69  Hình 3.9: Dạng sóng chỉnh lưu được từ hình 3.7 khi đã gắn tụ lọc 69  Hình 3.10: Dạng sóng chỉnh lưu đối với tải RE khi có E =50v, R =100  70  Hình 3.11: Dạng sóng chỉnh lưu đối với tải RLE khi có E =50v, L=0.05H, R =100  70  Hình 3.12: Dạng sóng chỉnh lưu đối với tải RLE khi có E =50v, L=0.11H 71  Hình 3.13:  Sơ đồ chỉnh lưu ba pha cầu dùng 3 diode 74  13    Chương   Hình 3.14: Dạng sóng chỉnh lưu được từ hình 3.13 khi chưa gắn tụ lọc 74  Hình 3.15: Sơ đồ chỉnh lưu ba pha cầu dùng diode 76  Hình 3.16: Dạng sóng chỉnh lưu được từ hình 3.15 khi chưa gắn tụ lọc 77  Hình 3.17: Sơ đồ chỉnh lưu một pha bán kỳ dùng 1 SCR 85  Hình 3.18: Dạng sóng chỉnh lưu được từ hình 3.17 khi chưa gắn tụ lọc 85  Hình 3.19: Sơ đồ chỉnh lưu một pha cầu dùng 4 SCR 86  Hình 3.20: Dạng sóng chỉnh lưu được từ hình 3.19 khi chưa gắn tụ lọc 87  Hình 3.21: Sơ đồ chỉnh lưu 3 pha hình tia dùng SCR 90  Hình 3.22: Dạng sóng chỉnh lưu được từ hình 3.21 khi chưa gắn tụ lọc 90  Hình 3.23: Sơ đồ chỉnh lưu ba pha cầu dùng SCR 91  Hình 3.24: Dạng sóng chỉnh lưu được từ hình 3.23 khi chưa gắn tụ lọc 92  Hình 3.25: Sơ đồ chỉnh lưu ba pha cầu khơng đối xứng 92  Hình 3.26: Dạng sóng chỉnh lưu được từ hình 3.25 khi chưa gắn tụ lọc 93  Hình 4.1: Mơ tả sơ đồ khối của bộ biến đổi DC-DC 104  Hình 4.2: Mơ tả giá trị cơng suất của các loại mạch 104  Hình 4.3: Mơ tả nguồn dc loại nguồn dịng và nguồn áp 105  Hình 4.4: Sơ đồ khối của mạch giảm áp 106  Hình 4.5: Mơ tả chu kỳ làm việc của mạch điều khiển 106  Hình 4.6: Mơ tả mạch làm việc ở chế độ tăng áp 108  Hình 4.7: Mơ tả cấu tạo của bộ H 108  Hình 4.8: Mơ tả hai dạng sóng tạo ra từ mạch kích dùng để kích cho SP, SC  của mạch ở  hình 4.7 109  Hình 4.9: Mạch tạo sóng vng bằng Op-Amp 110  Hình 4.10: Sơ đồ mạch tương đương của R4 110  Hình 4.11: Mạch tạo sóng vng bằng cổng NAND 111  Hình 4.12: Mạch tạo sóng vng bằng IC 555 111  Hình 4.13: Sơ đồ ngun lý  và giản đồ kích đóng bộ biến đổi kép dạng mạch cầu 112  Hình 4.14: Dạng sóng áp và dịng điện khi được kích cơng tắc theo giản đồ hình 4.13 113  Hình 4.15: Sơ đồ ngun lý bộ biến đổi kép dạng đảo dịng 114  Hình 4.16: Dạng sóng điện áp và dịng điện của giản đồ đóng kích cơng tắc S1, S4 114  Hình 4.17: Sơ đồ ngun lý bộ biến đổi kép dạng đảo áp 115  Hình 4.18: Giản đồ kích đóng các cơng tắc và đồ thị điện áp trên tải 115  Hình 4.19: Sơ đồ ngun lý  của bộ biến đổi cơng suất 116  Hình 4.20: Mạch converter dùng bộ biến đổi đẩy kéo 119  Hình 4.21: Mạch lọc điện áp ngõ vào 120  14    Chương   6.6.3 Giải thích chức khối [1] Ngõ vào ba pha (tần số f): Đây là ngõ vào ba pha (U1-V1-W1) cung cấp nguồn cho  bộ chỉnh lưu ba pha. Trong thực tế cũng có biến tần được cấp nguồn  xoay chiều 1 pha  cho bộ chỉnh lưu.  Khối chỉnh lưu bao gồm các thành phần sau:  Lọc nhiễu AC: Lọc nhiễu AC gồm các thiết bị: tụ xoay chiều, cuộn kháng AC và  board mạch Varitor. Chức năng của phần này là chỉ cho tín hiệu có tần số 50hz hoặc  60hz vào biến tần. Các tín hiệu có tần số khác sẽ bị loại cản lại. Do đó tín hiệu vào  biến tần sẽ là chuẩn 50hz hoặc 60hz. Cùng với board varitor giúp bảo vệ cho biến tần  chống quá áp ở ngõ vào.    a) Các tụ xoay chiều   b) Board mạch Varitor   c) Cuộn kháng AC Hình 6.21: Bộ lọc nhiễu AC Chỉnh lưu ba pha: Đây  là  phần  chỉnh  lưu  cầu  ba  pha  được  tích  hợp  trong  một  khối. Dùng để chuyển điện áp xoay chiều ba pha thành điện áp một chiều.  170    Chương     a) Chỉnh lưu cầu ba pha b) Sơ đồ nguyên lý Hình 6.22: Bộ chỉnh lưu pha ngõ vào Lọc nhiễu DC: Tín hiệu điện áp ở ngõ ra của bộ chỉnh lưu ba pha hay ở ngõ vào  điện áp DC có thể là khơng thật sự bằng phẳng. Nên buộc phải dùng bộ lọc DC gồm  các điện trở và các tụ điện nhằm mục đích sang bằng dạng sóng điện áp.    +   R R   R + R + R   R a) Bộ điện trở b) Chỉ mạch kết nối tụ điện trở   c) Hình ảnh tụ lọc thực tế.  Hình 6.23: Bộ lọc nhiễu DC Ngõ vào điện áp chiều (DC – Direct Current): Khi biến tần không được cấp  171    Chương   nguồn bởi ngõ vào ba pha, thì ngõ vào điện áp DC có thể cấp nguồn cho biến tần. Điện  áp ở ngõ này phải là điện áp DC và có giá trị tương đương với giá trị điện áp ở ngõ ra  của bộ chỉnh lưu ba pha là trong khoảng 889 VDC  – 1170 VDC. Bởi vì: Điện áp ra của  bộ chỉnh lưu cầu ba pha là: U chinhluu 2.34 U AC (6.36) ViUAC=(380ữ500)VAC NờnUchnhlu=2.34ì(380ữ500)=889ữ1170VDC Khinghchlubaogmcỏcthnhphnsau: Phần nghịch lưu:  Đây  là  phần  chuyển  từ  điện  áp  một  chiều  sang  điện  áp  xoay  chiều  với  tần  số  thay  đổi  được.  Khối  nghịch  lưu  sử  dụng  6  IGBT  (Insulated  Gate  Bipolar Transistor) được tích hợp trong một khối.  + G1 G3 G5 E1 E3 E5 B A G2 G4 E2 C G6 E4 E6 -   a) Sơ đồ nguyên lý.    b) Hình ảnh thực tế khối nghịch lưu Hình 6.24: Bộ nghịch lưu Lọc nhiễu AC ngõ ra: Lọc nhiễu AC ngõ ra cũng dùng các tụ xoay chiều và được  đặt trên ba pha.  172    Chương     Hình 6.25: Các tụ lọc nhiễu AC ngõ Ngõ ba pha có tần số thay đổi: Đây là ngõ ra của biến tần, được nối đến động  cơ cần điều khiển.  Khối xử lý điều khiển: Khối xử lý và điều khiển là phần quan trọng của biến  tần, vì nó nhận và lưu trữ dữ liệu điều khiển, so sánh dữ liệu thực tế với dữ liệu cài đặt,  điều khiển các hoạt động của biến tần thơng qua các ngõ vào / ra và các ngõ hồi tiếp.    Hình 6.26: Board nguồn Board kích cho nghịch lưu Hình 6.27: Board xử lý điều khiển, board vào/ra Khối vào /ra ( I /O card): Đây là khối kết nối giữa biến tần với các ngõ vào điều  khiển, ngõ ra báo tác động, các bus kết nối giữa nhiều biến tần với nhau, bus kết nối để  Download chương trình xuống biến tần.    173    Chương   BÀI TẬP CHƯƠNG Câu 6.1: Bộ nghịch lưu là gì? Phân loại và trình bày phương pháp điều khiển 6 bước?  Câu 6.2: Hãy phân loại và trình bày chức năng của một bộ biến tần?  Câu 6.3: Nêu ngun lý hoạt động của bộ biến tần gián tiếp (hay bộ biến tần có khâu  trung gian một chiều)?  Câu 6.3: Vẽ sơ đồ khối của một bộ biến tần 3 pha và trình bày chức năng của các khối.  Cầu 6.4: Cho mạch điện như hình vẽ sau:    a Hãy vẽ mạch điều khiển nào đó để tạo xung kích cho linh kiện S1,S4.  b Vẽ dạng sóng kích cho linh kiện S1, S4  c Nêu ứng dụng của mạch đã cho.  d Giải thích ngun lý của mạch đã cho.  e Những trường hợp nào sẽ gây hư hỏng linh kiện S1, S4   Câu 6.5: Cho mạch điện như hình vẽ sau:    a Đây là mạch gì?   b Hãy giải thích ngun lý hoạt động   c Vẽ dạng sóng điều khiển (kích) cho IGBT1 và IGBT4 và dạng sóng điện áp  trên tải?  d  Vẽ mạch điện tử tạo xung kích cho IGBT1 và IGBT4  Câu 6.6: Cho mạch điện như hình vẽ sau:  174    Chương     a Hãy vẽ mạch điều khiển cho linh kiện S1,S2,S3,S4.  b Vẽ dạng sóng điều khiển cho linh kiện S1,S2,S3,S4  c Nêu ứng dụng của mạch đã cho.  d Giải thích ngun lý của mạch đã cho.  Câu 6.7: Cho sơ đồ kích như hình vẽ sau:  a Hãy vẽ mạch điện tử cơng suất phù hợp với dạng sóng điều khiển và sóng điện  áp ngõ ra như hình sau.  b Giải thích ngun lý của mạch mà anh (chị) vẽ được.  c Vẽ mạch điện tử tạo xung kích cho S1 và S4.  d Vẽ mạch điện tử cơng suất khác có chức năng và ngun lý như mạch điện tử  cơng suất đã vẽ trên.   Câu 6.8: Cho mạch điện như hình vẽ với nguồn 3 pha theo tiêu chuẩn Việt Nam  a Trình bày cách vẽ dạng sóng ba pha của mạch chỉnh lưu, (khơng xét đến yếu tố  tụ lọc C).  b Tính điện áp trung bình chỉnh lưu và điện áp ngược cực đại mà diode chỉnh lưu  chịu đựng.   c Vẽ dạng sóng điện áp nghịch lưu theo phương pháp 6 bước với thời điểm bắt  đầu từ linh kiện IGBT 1,2,3; sau đó IGBT 2,3,4….    175    Chương     d Điện áp pha hiệu dụng đo được trên mỗi pha của tải là  70 vơn AC, tìm điện  áp một chiều cung cấp cho khâu nghịch lưu.  e Nêu các khả năng có thể dẫn đến việc hư hỏng diode chỉnh lưu.  Câu 6.9: Cho mạch điện như hình vẽ với nguồn cung cấp là nguồn ba pha cân bằng có  điện áp hiệu dụng 220Vac, tần số góc    314 rad/s    a Mạch cho trên có bao nhiêu bộ phận? Nêu nhiệm vụ của từng bộ phân.  b Tìm điện áp trung bình chỉnh lưu lớn nhất của mạch và dịng điện qua mỗi SCR  bằng bao nhiêu? Biết tổng trở tải 20.  c Tìm và chọn điện áp ngược lớn nhất mà các SCR chịu đựng.  d Biết dịng trung bình qua mỗi SCR là 10Amper, hỏi dịng trung bình qua điểm  A là bao nhiêu?   e Trong  một  chu  kỳ  làm  việc,  người  ta  muốn  đảo  chiều  động  cơ  DC  như  sau:  chiều thuận động cơ làm việc trong 10 giây, chiều ngược động cơ  làm việc trong 10  giây. Hãy vẽ dạng sóng điện áp kích cho bốn IGBT và dạng sóng áp ra trên tải.  f  Hãy vẽ dạng sóng điện áp chỉnh lưu trên tải trở (tải được nối vào hai điểm AB   ( khơng tính đến tụ lọc) biết góc kích bằng  30 0C   g Khi  dịng  tải  (động  cơ  tăng  vọt  đáng  kể,  hãy  dự  toán  các  trường  hợp  gây  hư  hỏng mạch đã cho.  176    Chương   Câu  6.10:  Một  biến  tần  gián  tiếp  ba  pha  nguồn  áp  gồm  có:bộ  chỉnh  lưu  ba  pha  cầu  dùng 6SCR được cấp nguồn ba pha cần bằng có điện áp hiệu dụng 220V/50Hz; bộ lọc  dùng tụ và các diode chuyển mạch; bộ nghịch lưu dùng 6 SCR, 6 diode và 6 tụ điện để  chuyển mạch. u cầu   a Hãy vẽ mạch điện theo u cầu của đề bài.  b Tính điện áp trung bình chỉnh lưu lớn nhất và điện áp trung bình chỉnh lưu khi   = /4?   c Tính điện áp ngược cực đại mà mỗi SCR ở bộ chỉnh lưu chịu đựng, sau đó cho  biết giá trị chọn điện áp ngược cho SCR ở bộ chỉnh lưu   d Vẽ dạng sóng điện áp chỉnh lưu với tải trở (khơng xét đến yếu tố tụ lọc C), biết  góc mở  = /3.  e Tính  dịng  điện  hiệu  dụng  qua  mỗi  pha  của  tải  (tải  xoay  chiều  ba  pha  là  một  động  cơ  có  tổng  trở  pha  là  20  ,  biết  điện  áp  một  chiều  cấp  cho  bộ  nghịch  lưu  là  300Vdc.  f Hãy phân tích và vẽ dạng sóng nghịch lưu áp theo phương pháp nghịch lưu 6  bước?   Câu 6.11: Cho mạch như hình vẽ sau:    Biết điện áp hiệu dụng thứ cấp của máy biến áp là 110Vac, tần số 50hz. u cầu:  a Mạch đã cho có bao nhiêu bộ phận? Nêu nhiệm vụ của các bộ phận đó.  b Vẽ dạng sóng kích được cung cấp từ mạch kích 1 và 2.  c Tính điện áp chỉnh lưu lớn nhất và điện áp chỉnh lưu khi góc kích  = /6.  d Tính điện áp ngược cực đại mà mỗi SCR chịu đựng. Nếu chọn thơng số điện áp  cho SCR thì giá trí đó bằng bao nhiêu?   e Vẽ dạng sóng chỉnh lưu trên tải trở khi góc kích  = /6, (khơng xét đến tụ lọc).  177    Chương   f Khi điện áp trên hai đầu tụ điện là 82Vdc và lúc này IGBT1 và IGBT2 dẫn bảo  hịa (biết Vcesat =1Vdc, tổng trở 20 ). Hỏi dịng điện qua cực C của IGBT1 và IGBT2  là bao nhiêu?  Câu 6.12: Cho một bộ biến đổi xoay chiều 1 pha sử dụng hai SCR. Bộ này dùng để cấp  nguồn cho tải thuần trở có giá trị 20. Nguồn cung cấp cho bộ biến đổi này là  (220V/  50hz). Góc điều khiển     rad.  a Hãy vẽ mạch điện đã cho? Vẽ dạng sóng điện áp, dịng điện trên linh kiện SCR  (V1)? Vẽ dạng sóng điện áp trên tải.   b Tính giá trị hiệu dụng điện áp của tải.  c Tính cơng suất tiêu thụ của tải.  d Tính hệ số cơng suất.  e Để đạt được cơng suất của tải là 4Kw thì điện áp trên tải bằng bao nhiêu?  f  Chọn các thơng số cho SCR theo thực nghiệm.  Câu 6.13: Cho mạch điện như hình vẽ:    Biết điện áp hiệu dụng thứ cấp của máy biến áp là 220Vac, tần số 50hz. u cầu:   a Mạch trên có bao nhiêu bộ phận? Nêu nhiệm vụ của các bộ phận đó .  b Vẽ dạng sóng kích của S1, S2 để kích cho mạch chỉnh lưu.   c Tính điện áp chỉnh lưu lớn nhất và điện áp chỉnh lưu khi góc kích  = /3.  d Tính điện áp ngược cực đại mà mỗi SCR chịu đựng. Sau đó chọn thơng số điện  áp cho SCR và diode chỉnh lưu?   e Vẽ dạng sóng chỉnh lưu trên tải trở khi  = /6, (khơng xét đến tụ lọc C).  f Khi điện áp trên hai đầu tụ điện là 98Vdc và lúc này IGBT1 và IGBT2 dẫn bảo  hịa (biết Vcesat =1Vdc, tổng trở 20 ). Hỏi dịng điện qua cực C của IGBT1 và IGBT2  là bao nhiêu?  Câu 6.14: Cho mạch điện như hình vẽ:  178    Chương     Nguồn ba pha cân bằng theo tiêu chuẩn Việt Nam, linh kiện lý tưởng.   a Vẽ dạng sóng của tín hiệu kích (Vkích-IGBT), biết dạng sóng điều chỉnh và sóng  mang (carrier wave) tam giác như hình vẽ sau.    b Mạch đã cho có bao nhiêu bộ phận? Nêu chức năng các bộ phận trong mạch.  c Hỏi dịng điện trung bình qua mỗi diode chỉnh lưu, biết dịng điện tại điểm A là  36Amper.  d Tìm dịng điện chính (cực C) của IGBT, biết điện áp trên hai đầu AD là 20V và  điện áp trên hai đầu AC là 1V, tổng trở cuộn dây L2 là 1.  e Trình bày dạng sóng kích cho các linh kiện F1 đến F6 và điện áp trên mỗi pha  của tải theo phương pháp nghịch lưu sáu bước.   f Nếu điện áp trên hai đầu DE là 100Vdc thì điện áp pha trên mỗi pha của tải bằng  bao nhiêu?   Câu 6.15: Cho mạch như hình vẽ sau:    179    Chương   Cho biết:  Va, Vb, Vc  được cung cấp nguồn điện theo tiêu chuẩn của Việt Nam.    a Đây là mạch gì? Hãy nêu các khâu (bộ phận) có trong  mạch? Nêu chức năng  của mỗi khâu   b.   Tính điện áp trung bình giữa hai điểm A,B như trong sơ đồ với góc mở  = /4.  Sau đó tính dịng qua mỗi diode và qua mỗi SCR. Biết tổng trở trên hai điểm AB là  20   c Giả sử trên hai điểm AB gắn tải thuần trở, hãy vẽ dạng sóng điện áp chỉnh lưu.  Biết góc mở  = /4 (khơng xét đến yếu tố tụ lọc C)  d Nếu dịng qua điểm A là 36Amper thì  mỗi linh kiện diode và SCR chịu dịng  điện là bao nhiêu?   e Giả sử điện áp trung bình cấp cho khâu nghịch lưu là 300 VDC, hãy tính điện áp  hiệu dụng và dịng điện pha của tải. Biết tải ba pha nối sao có tổng trở pha là 10.   f Hãy dự đốn các khả năng mà các IGBT có thể bị hỏng Câu 6.16: Cho mạch như hình vẽ với Uac = 220Vac, tần số góc    314 rad/s.  a Tìm điện áp trung bình chỉnh lưu lớn nhất và điện áp ngược đặt trên mỗi SCR b Giả sử trên hai điểm A, B là tải thuần, hãy trình bày và vẽ dạng sóng điện áp  chỉnh lưu, biết góc mở  = /3 (khơng xét đến yếu tố tụ lọc C).  c Tìm giá trị dịng điện qua mỗi SCR và chọn các thơng số của SCR, biết dịng  điện tại điểm A là 10A d Tính điện áp xoay chiều và dịng điện trên mỗi pha của tải là bao nhiêu? biết  điện áp trên hai đầu tụ lọc là 300Vdc và tổng trở pha của tải là 20.  e Hãy  trình  bày  nghịch  lưu  áp  bằng  phương  pháp  6  bước  trong  một  chu  kỳ  bắt  đầu linh kiện F1, F2, F3 dẫn trước f Nêu chức năng của L và C trong mạch? Cuộn L và tụ C sẽ bị hư hỏng xảy ra  trong những trường hợp nào? Câu 6.16: Cho sơ đồ nguyên lý mạch điện inverter như sau:  180    Chương     Yêu cầu:  a.  Trình bày chức năng của các linh kiện: Hai transistor Q1-Q2, Hai SCR1-SCR2,  tụ điện Co, máy biến áp T.  b.  Giải thích ngun lý hoạt động của mạch điện inverter trên.  Câu 6.17: Cho sơ đồ ngun lý bộ inverter như sau.   u cầu:  a.   Trình bày chức năng của các linh kiện: IC1 CD4047, MOSFET T1-T2 và máy  biến áp X2.   b.   Giải thích ngun lý hoạt động của mạch điện inverter trên.      Câu 6.18: Cho sơ đồ ngun lý bộ inverter như sau. u cầu:  181    Chương   a. Trình bày chức năng của các linh kiện: IC1 4069UB, IC2 78L05, hai transistor  TR1-TR2, MOSFET TR3-TR4, MOSFET TR5-TR6 và máy biến áp T1.  b. Giải thích ngun lý hoạt động của mạch điện inverter trên.    Câu 6.19: Cho sơ đồ ngun lý bộ inverter như sau:  u cầu:  a. Trình bày chức năng của các linh kiện: Hai transistor Q1-Q2, hai transistor Q3Q5, hai transistor Q4-Q6 và máy biến áp T1.  b. Giải thích ngun lý hoạt động của mạch điện inverter trên.     Câu 6.20: Cho sơ đồ ngun lý mạch Inverter như sau:  182    Chương     u cầu:  a.  Trình bày chức năng của các linh kiện: IC 555, hai transistor Q1_Q2, và máy  biến áp T1.   b.  Giải thích ngun lý hoạt động của mạch điện inverter trên.           183    TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Th.S Trần Dũng, Bài giảng điện tử công suất, Đại Học Lạc Hồng, Đồng Nai, 2009 [2] PGS TS Nguyễn Văn Nhờ, Giáo trình Điện Tử Cơng Suất 1, Nhà xuất ĐHQG, 2002 [3] Hồng Ngọc Văn, Điện Tử Cơng Suất, Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM, 2007 [4] Bernard Gorb; Electronics circuits and Applications; NXB Mc Graw Hill, 1982 [5] Donald A Neamen, Electronics circuit Analysis and Design, NXB Mc Graw Hill, 2001 [6] Theodore F Bogart, JR, Electronics devices and circuits, Maxwell Macmillan, 1991 209 ... Fourier cho đại lượng tu? ??n hồn khơng sin thường áp dụng điện tử công suất [2], [3]   Hình 1.5: Mơ tả thành phần thường tồn hệ thống tín hiệu, chuổi Fourier tín hiệu dao động tu? ??n hồn Giả  sử  đại ... bên diode pha 2.2.1.3 Đặc tuyến Volt-Amp tĩnh mô tả phân cực diode [1], [2], [3] Có 2 trạng thái phân cực    U  PCT  If  Ur max    0  Uf  UDmax  UD  PCN   Hình 2.7: Đặc tuyến Volt-Amp tĩnh mô tả... Thực tế hình dạng của Transistor rất đa dạng: Hình 2.11: Hình dạng thực tế tượng trưng cho Transistor 2.2.2.3 Đặc tuyến Volt-Amp [1], [2], [3] Hình 2.12: Đặc tuyến V-A BJT phân cực Theo hình 2.12 ta xét như sau:  Q là điểm làm việc của Transistor BJT có tọa độ (uCE, iC ) thuộc trong đoạn ad. Tùy