Điện tử công suất là một chuyên ngành của điện tử học nghiên cứu và ứng dụng các phần tử bán dẫn công suất trong sơ đồ các bộ biến đổi nhằm biến đổi và khống chế nguồn năng lượng điện với các tham số có thể thay đổi được, cung cấp cho các phụ tải điện.
0 un: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT BỘMĐ LAO Mã số mô đun: 18ĐỘNG THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ NGHỆ II Thời gian mô đun: 75 giờ;KHOA (Lý thuyết: 15g ; ThựcTỬ hành:57 g; kiểm tra: 3g) ĐIỆN – ĐIỆN I VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MƠ ĐUN: * Vị trí mơ đun: mơ đun thứ 18 chương trình đào tạo ngành điện tử cơng nghiệp * Tính chất mơ đun: Là mơ đun bắt buộc II MỤC TIÊU CỦA MƠ ĐUN: Sau học xong mô đun học viên có lực * Về kiến thức: - Giải thích được nguyên lý hoạt động linh kiện điện tử công suất - Tra cứu được thông số kỹ thuật linh kiện - Phân tích được nguyên lý làm việc mạch điện tử công suất * Về kỹ năng: - Kiểm tra được chất lượng linh kiện điện tử công suất - Lắp được mạch điện tử công suất ứng dụng công nghiệp ĐỀ đạt CƯƠNG GIẢNG MÔN: - Kiểm tra sửa chữa yêu cầu vềBÀI thời gian với độ xác - Thay linh kiện, mạch điện tử công suất hư hỏng - Nêu được ứng dụng mạch điện vào thực tế (Dùng cho trình độ Cao đẳng, Trung cấp liên thông) * Năng lực tự chủ chịu trách nhiệm: - Rèn luyện tính tỷ mỉ, xác an tồn vệ sinh cơng nghiệp III NỘI DUNG CHI TIẾT ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT GVBS: MAI THỊ BÍCH VÂN TPHCM, tháng 03 năm 2018 BÀI I: TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Mục tiêu bài: - Nhận dạng được linh kiện điện tử công suất dùng thiết bị điện, điện tử - Xác định được điện áp, dòng điện, cơng suất tải - Trình được nội dung thông số kỹ thuật linh kiện điện tử cơng suất Nội dung Giới thiệu: Điện tử công suất chuyên ngành điện tử học nghiên cứu ứng dụng phần tử bán dẫn công suất sơ đồ biến đổi nhằm biến đổi khống chế nguồn lượng điện với tham số thay đổi được, cung cấp cho phụ tải điện I TỔNG QUAN Nhiệm vụ điện tử công suất xử lý điều khiển dòng lượng điện cách cung cấp điện áp dịng điện dạng thích hợp cho tải Tải định thông số điện áp, dòng điện, tần số, số pha ngõ biến đổi Thông thường, điều khiển có hồi ngõ biến đổi cực tiểu sai lệch giá trị thực ngõ giá trị mong muốn (hay giá trị đặt) Các biến đổi bán dẫn đối tượng nghiên cứu bản điện tử công suất Trong biến đổi phần tử bán dẫn cơng suất được sử dụng khóa bán dẫn, gọi van bán dẫn, mở dẫn dịng nối tải vào nguồn, khóa khơng cho dịng điện chạy qua Khác với phần tử có tiếp điểm, van bán dẫn thực đóng cắt dịng điện mà khơng gây nên tia lửa điện, khơng bị mài mịn theo thời gian.Tuy đóng ngắt dịng điện lớn phần tử bán dẫn công suất lại được điều khiển tín hiệu điện cơng suất nhỏ, tạo mạch điện tử công suất nhỏ Quy luật nối tải vào nguồn phụ thuộc vào sơ đồ biến đổi phụ thuộc vào cách thức điều khiển van biến đổi Như trình biến đổi lượng được thực với hiệu suất cao tổn thất biến đổi tổn thất khóa điện tử, khơng đáng kể so với công suất điện cần biến đổi Không đạt được hiệu suất cao mà biến đổi có khả cung cấp cho phụ tải nguồn lượng với đặc tính theo yêu cầu, đáp ứng trình điều chỉnh, điều khiển thời gian ngắn nhất, với chất lượng phù hợp hệ thống tự động tự động hóa Đây đặc tính mà biến đổi có tiếp điểm kiểu điện từ khơng thể có được Các khái niệm bản Các thành phần công suất gồm có: Cơng suất biểu kiến: S = U.I Cơng suất thực: P = U.I.cosφ Công suất phản kháng: Q = U.I.sinφ Từ biểu thức ta có được mối quan hệ S U I P Q Vấn đề cần quan tâm đây, ứng dụng biến đổi thường cho dáng điệu dòng điện điện áp khơng sin, cần thiết phải đưa thêm số định nghĩa Thành phần dao động bản đóng góp vào cơng suất thực: P = U.I1.cosφ1 Do đó, thành phần công suất được mô tả vector được biểu diễn hình đây: Hình 1.1: Các thành phần công suất biến đổi chuyển mạch lưới II PHÂN LỌAI LINH KIỆN BÁN DẪN THEO KHẢ NĂNG ĐIỀU KHIỂN Các linh kiện được phân lọai theo hai chức bản: đóng ngắt dịng điện qua Trạng thái linh kiện đóng: có tác dụng điện trở bé Trạng thái linh kiện ngắt: có tác dụng điện trở lớn Dịng điện qua chúng khơng đáng kể Độ lớn điện áp đặt lên linh kiện phụ thuộc vào trạng thái họat động mạch điện bên ngịai Do đó, linh kiện bán dẫn họat động với hai chế độ làm việc đóng ngắt dòng điện được xem lý tưởng trạng thái dẫn điện có độ sụt áp trạng thái khơng dẫn điện, dịng điện qua Các linh kiện tự chuyển đổi trạng thái làm việc mình, chuyển từ trạng thái không dẫn sang trạng thái dẫn điện ngược lại thơng qua tác dụng kích thích tín hiệu lên cổng điều khiển linh kiện Ta gọi linh kiện có tính điều khiển Tín hiệu điều khiển tồn nhiều dạng: dịng điện, điện áp, ánh sáng với cơng suất nhỏ nhiều so với công suất nguồn tải Nếu linh kiện khơng chứa cổng điều khiển ta gọi linh kiện không điều khiển diode, diac Nếu thơng qua cổng điều khiển, tín hiệu tác động đến chức đóng dịng điện mà khơng thể tác động ngắt dịng điện qua nó, gọi linh kiện khơng có khả kích ngắt như: SCR, TRIAC Ngịai linh kiện có khả thay đổi trạng thái từ dẫn điện sang ngắt điện ngược lại thơng qua tác dụng tín hiệu điều khiển được gọi linh kiện có khả kích ngắt(tự chuyển mạch): BJT, MOSFET, IGBT, GTO,IGCT, MCT, MTO Với nhận xét , linh kiện bán dẫn cơng suất , theo chức đóng ngắt đóng ngắt dòng điện khả điều khiển chức này, chia làm nhóm : _Nhóm một: gồm linh kiện không điều khiển diode, diac _Nhóm hai : gơm linh kiện điều khiển kích đóng được thyristor, triac _Nhóm ba: gồm linh kiện điều khiển kích ngắt được transitor (BJT,MOSFET,IGBT)GTO Ngòai ra,dạng mạch phức tạp gồm SCR chuyển mạch có khả đóng ngắt dịng điện qua nhờ tác dụng tín hiệu điều khiển Về khía cạnh điều khiển ,mạch phức hợp với linh kiện nhóm ba tạo thành nhóm cơng tắc tự chuyển mạch DIODE Hình 1.2 hình dáng diode Power diodes: Hình 1.3 đặc tuyến diode Hình 1.4 Hình dáng học diode Mơ Tả Và Chức Năng Diode được cấu tạo thành mối nối p_n Lớp p thiếu điện tử chứa phần tử mang điện dạng lỗ trống Tương tự , lớp n thừa điện tử Các lớp p_n cấu trúc diode đạt được cách thêm tạp chất vào phiến silic Để tạo trình dẫn điện qua mối nối p_n ,các hạt mang điện được tạo thành tham gia trình dẫn điện , điện áp được áp dụng cho lớp p mắc vào cực dương lớp n vào cực âm Lực điện trường làm cho lỗ hổng từ lớp p di chuyển vựơt qua mối nối p_n để vào lớp n vào lớp p Trường hợp phân cực ngược lại, lỗ hổng điện tử bị kéo xa khỏi mối nối tạo thành sức điện động bên mối nối Sức điện động tác dụng không cho dịng điện tích qua dide diode bị ngắt Chiều thuận chiều nghịch :nếu diode trạng thái dẫn điện chịu tác dụng điện áp thuận dòng điện thuận qua Khả chịu tải địên áp định mức :được xác định điện nghịch cực đại Urrm thiết kế mạch bảo vệ chống lại áp nghịch ngẫu nhiên , ta dịnh mức theo điện nghịch lặp lại URSM Khi diode làm việc , ta không cho phép xuất áp lớn ursm Dòng điện định mức: diode hoạt động phát sinh tổn hao Tổn hao chủ yếu dòng điện thuận gây Tổn hao dịng nghịch gây khơng đáng kể cơng suất tổn hao q trình ngắt có độ lớn đáng kể tần số đóng ngắt lớn khoảng 400hz Công suất tổn hao tổng không được phép làm nóng mạch diode lên nhiệt độ cực đại,nếu không lớn PN bị phá hỏng Khả chịu q dịng thơng số khác ảnh hưởng lên khả dòng lượng tiêu hao, xác định tích phân theo thời gian, lượng lượng tỉ lệ với lượng tiêu mà bản bán dẫn có khả hấp thụ dạng nhiệt thời gian qui định (khoảng 10ms) mà không bị hỏng Các Diode Đặc Biệt Schottky diode:độ sụt áp theo chiều thuận thấp (khoảng 0,3v) Do ,nó được sử dụng cho mạch điện áp thấp Điện áp ngược chịu được khoảng 50100v VD: MBR6030L (Uđm max=30v, Iđm tb=60A) Diode phục hồi nhanh: áp dụng mạch hoạt động tần số cao Khả chịu áp khoảng vài volt dòng vài trăm ampere, thời gian phục hồi khoảng vài nguy giây VD: 1N3913 (Uđm max=400v, Iđm tb=30A) Diode tần số công nghiệp: diode tần số công nghiệp được chế tạo để đạt độ sụt áp thấp dẫn điện Hệ quả ,thời gian phục hồi tăng lên khả chịu áp chúng khoảng vài KV dòng điện vài kiloampere TRANSISTOR Mạch mắc chung cực E Mạch mắc chung cực C Hình 1.5 phân cực hình dáng trans Có lớp p_n, dựa theo cấu tạo lớp ta phân biệt hai loại transistor: transistor p_n_p transistor n_p_n Các lớp p_n điện cực được gọi lớp emitter lớp collector Mỗi lớp được phân cực theo chiều thuận, chiều nghịch tác dụng điện Sự dịch chuyển dòng collector Ic qua lớp bị phân cực nghịch chịu ảnh hưởng lớn dònG I b dẫn qua lớp phân cực thuận Hiện tượng tạo thành tính chất bản được sử dụng nhiều transistor được gọi tượng điều chế độ dẫn điện lớp bị phân cực nghịch Trong lãnh vực điện tử công suất, transittor BJT được sử dụng cơng tắc (khố) đóng ngắt mạch điện phần lớn được mắc theo dạng mạch có chung emitter Trên điện cực BE điện áp điều khiển UBE Các điện cực CE được sử dụng làm công tắc đóng mở mạch cơng suất Điện điều khiển phải tác dụng tạo dòng Ib đủ lớn để điện áp cổng CE đạt giá trị đặc tính ngõ transistor mắc chung cực emetter Các tính chất động Khảo sát cac tượng độ đóng ngắt transistor có ý nghĩa quan trọng Q trình dịng collecotor Ic kích đóng có dạng xung vng.Thời gian đóng Ton kéo dài khoảng vài nguy giây,thời gian ngắt t off vượt 10 nguy giây Một hệ quả bất lợi tượng độ việc tạo nên công suất tổn hao đóng ngắt transistor Cơng suất tổn hao làm giới hạn dảy tần số hoạt động transistor Gía trị tức thời cơng tổn hao q trình đóng ngắt tương đối lớn, dịng điện qua transistor lớn điện áp transistor trạng thái cao Để theo dõi cách đơn giản , ta hình dung q trình đóng ngắt chuyển đổi điểm làm việc từ vị trí ngắt đến vị trí đóng Khả chịu tải Cơng suất hao tổn :công suất tổn hao tạo nên hoạt động transistor khơng được phép làm nóng bán dẫn vượt giá trị nhiệt độ cho phép 150 oc Vì ,cần làm mát transistor tồn cơng suất hao tổn phải nhỏ.Công suất tổn hao chủ yếu công suất tổn hao collector ,Pc =Uce.I MOSFET Cấu tạo : * Ký hiệu * Đặc tính V-A Hình 1.6 cấu tạo, ký hiệu đặc tuyến diode Loại transistor có khả đóng ngắt nhanh tổn hao đóng ngắt thấp được gọi metal-oxede-semiconductor field emffect transistor với công điều khiển điện trường (điện áp) MOSFET được sử dụng nhiều ứng dụng công suất nhỏ (vài kw) không thích hợp để sử dụng cho cơng suất lớn Tuy nhiên, linh kiện MOTFET kết hợp với công nghệ linh kiện GTO lại phát huy hiệu quả cao chúng kết hợp với tạo nên linh kiện MTO có ứng dụng cho tải cơng suất lớn Linh kiện MOSFETcó thể cấu trúc pnp npn Giữa kim loại mạch cổng mối nối n p có lớp điện mơi silicon oxid SiO Điểm thuận lợi bản MOSFET khả điều khiển kích đóng ngắt linh kiện xung điện áp mạch cổng Khi điện áp dương áp đặt lên cổng G Source (emitter ) tác dụng điện trường(FET) kéo electron từ lớp n+và lớp p tạo điều kiện hình thành mơt kênh nối gần cổng ,cho phép dòng điện dẫn từ cực drain (collector) tới cực Source (emiter) MOSFETđịi hỏi cơng suất tiêu thụ mạch cơng kích thấp ,tốc độ kích đóng nhanh tổn hao đóng ngắt thấp Tuy nhiên , MOSFETcó điện trở dẫn điện lớn Do cơng suất tổn hao dẫn điện lớn làm phát triển thành linh kiện công suất lớn Với tốc độ đóng ngắt nhanh, tổn hao thấp với mức điện áp từ 300v 400v, f = vài chục hz Mosfet có nhiều ưu điểm BJT Thông số kỹ thuật mosfet: Điện áp cực đại: 1000v Dòng điện cực đại vài chục ampere Điện áp điều khiển tối đa 20v Loại Điện áp định mức Dịng điện trung cực đại bình định mức IRFZ48 60 50 IRF510 100 5.6 IRF540 100 28 IRF740 400 10 APT 5025BN 500 23 IGBT Ký hiệu Hình 1.7 cấu tạo IGBT IGBT transistor cơng suất đại, có khả chịu đựng được điện áp dòng điện cao độ sụt áp vừa phải dẫn điện Việc kích dẫn IGBT được thực xung điện áp đưa vào cực kích G Ưu điểm loại linh kiện khả đóng ngắt nhanh, được sử dụng biến đổi điều chế độ rộng xung có tần số cao IGBT được ứng dụng nhiều công nghiệp với cơng suất lên đến 10MW So với SCR thời gian đóng ngắt IGBT nhanh, khoảng vài nguy giây khả chịu tải lên đến 4,5kv, 2000A IGBT có khả hoạt động tốt khơng cần mạch bảo vệ Mạch kích cho IGBT tương tự mạch kích cho MOSFET Các thơng số kỹ thuật: Loại Điện áp định Dòng điện trung Thời gian mở ( 140 cho phép nghịch lưu họat động với thời gian chuyển đổi 10ms( không đáp ứng được cho tải có độ nhạy cao máy tính) Công suất tải cho phép < 2kvA UPS trực tiếp (on line) Hình 6.9 sơ đồ UPS gián tiếp Trong UPS trực tiếp, nghịch lưu được chèn vào hệ thống cung cấp tải Năng lượng cung cấp qua tải phải qua nghịch lưu đảm bảo tính liên tục điện Khi có nhu cầu sửa chữa bảo dưỡng nghịch lưu hay accqy hệ thống sử dụng chuyển mạch tĩnh để cung cấp điện cho tải Công suất tải cho phép 40 kvA Những ứng dụng nguồn UPS Những ứng Thiết bị được bảo Bảo vệ chống lại dụng vệ Ngừng Ngừng Các Thay hđ hđ cố đổi phần tòan khác tần số Hệ thống máy Máy tính, mạng x x x X tính nói chung máy tính Máy in,vẽ đồ thị, x bàn phím, thiết bị đầu cuối Hệ thống máy Hệ thống điều x x x tính cơng khiển lập trình, nghiệp điều khiển số, giám sát, robo… Viễn thông Tổng đài điện x x x 140 141 thoại, truyền liệu, hệ thống rada Y tế công Dụng cụ y tế, x nghiệp thang máy, thiết bị điều chỉnh xác, thiết bị đo nhiệt độ Chiếu sáng Đường hầm, đường băng, sân bay… x x X x V BỘ BIẾN TẦN 1.Khái niệm biến tần Bộ biến tần dùng để chuyển đổi điện áp dòng điện xoay chiều đầu vào từ tần số thành điện áp dịng điện có tần số khác đầu Với chức vậy,bộ biến tần thường được sử dụng để điều khiển vận tốc động xoay chiều theo phương pháp điều khiển tần số,theo tần số lưới nguồn thay đổi thành tần số biến thiên Ngoài việc thay đổi tần số cịn có thay đổi tổng số pha.Từ nguồn lưới pha,với giúp đỡ biến tần ta mắc vào tải động ba pha Bộ biến tần được sử dụng rộng rải kĩ thuật nhiệt điện Bộ biến tần trường hợp cung cấp lượng cho lò cảm ứng Phân loại a.Theo tổng số pha, có biến tần sau: - Một pha - Ba pha - m pha b.Theo cấu trúc mạch điện, có biến tần: Bộ biến tần gián tiếp (mạch chứa khâu trung gian chiều), ta phân biệt biến tần dùng nghịch lưu áp biến tần dùng nghịch lưu dòng với trình chuyển mạch phụ thuộc mạch nguồn với trình chuyển mạch cưỡng Bộ biến tần trực tiếp (khơng chứa khâu trung gian chiều) Nó hoạt động với trình chuyển mạch phụ thuộc bên ngồi, với tín hiệu điều khiển có dạng hình thang dạng điều hoà Ngoài ra, biến tần trực tiếp cịn 141 hoạt động với q trình chuyển mạch cưỡng 142 Bộ biến tần trực tiếp Bộ biến tần trực tiếp tạo nên điện áp xoay chiều ngõ với trị hiệu dụng tần số điều khiển được Nguồn điện áp xoay chiều với tần số không thay đổi cung cấp lượng cho biến tần trực tiếp Bộ biến tần trực tiếp được sử dụng để điều khiển truyền động động điện ac Theo trình chuển mạch biến tần trực tiếp được phân biệt làm hai loại:biến tần có q trình chuyển mạch phụ thuộc chuyển mạch cưỡng Bộ biến tần với trình chuyển mạch cưỡng chứa linh kiện tự chuyển mạch GTO, trans Biến tần có q trình chuyển mạch phụ thuộc được sử dụng nhiều công nghiệp Tính phụ thuộc biểu khả ngắt dòng điện qua linh kiện thực nhờ tác dụng điện áp nguồn xoay chiều sức điện động xoay chiều tải.vì mạch sử dụng SCR thông thường Do phụ thuộc vào điện áp xoay chiều nguồn nên tần số điện áp ngõ bị giới hạn mức thấp tần số điện áp nguồn Bộ biến tần loại được dùng để truyền động động công suất lớn với tốc độ chậm Sơ đồ cấu tạo biến tần trực tiếp với trình chuyển mạch phụ thuộc điện áp nguồn xoay chiều pha hình 7.1 Hình 7.1 Sơ đồ cấu tạo biến tần trực tiếp Bộ biến tần có cấu tạo giống chỉnh lưu kép Vì phân tích ngun lý hoạt động giống chỉnh lưu kép, nhiên có khác biệt điện áp chỉnh lưu tải đổi dấu cách liên tục tuần hoàn Dạng sóng dịng điện áp tải: hình 7.2 142 143 Hình 7.2 Dạng sóng dịng điện áp tải Sơ đồ biến tần trực tiếp pha chuyển mạch điện áp nguồn Ưu điểm:mạch cần SCR thơng thường, tổn hao phát sinh đóng ngắt thấp, không cần mạch lọc trung gian nên hiệu suất cao Khuyết điểm: số linh kiện sử dụng nhiều mạch điều khiển phức tạp, hệ số cơng suất thấp Hình 7.3 Sơ đồ biến tần trực tiếp pha chuyển mạch điện áp nguồn Bộ biến tần gián tiếp Cấu tạo: Cấu tạo biến tần gián tiếp gồm có chỉnh lưu với chức chỉnh lưu điện áp xoay chiều với tần số cố định ngõ vào nghịch lưu thực việc chuyển đổi điện áp ( dòng điện) chỉnh lưu sang dạng áp dòng xoay chiều ngõ Bằng cấu trúc trên, ta điều khiển tần số đầu cách độc lập không phụ thuộc tần số vào Các biến tần gián tiếp thường hoạt động với công suất khoảng từ vài kW đến vài trăm kW Phạm vi hoạt động tần số khoảng vài phần chục Hz đến vài trăm Hz Công suất tối đa chúng lên đến vài trăm MW tần số tối đa khoảng vài chục kHz Cấu trúc mạch sau: a Bộ chỉnh lưu 143 144 Có nhiều dạng khác nhau, mạch tia, mạch cầu pha ba pha Thông thường ta gặp mạch cầu ba pha Nếu chỉnh lưu pha nghịch lưu ba pha, biến tần thực cả chức biến đổi tổng số pha Hình 7.4 biến tần gián tiếp pha b Mạch trung gian chiều Có chứa tụ lọc với điện dung lớn Cf ( khoảng vài ngàn F ) mắc vào ngõ vào nghịch lưu Điều giúp cho mạch trung gian hoạt động nguồn điện áp Tụ điện với cuộn cảm Lf mạch trung gian tạo thành mạch lọc nắn điện áp chỉnh lưu Cuộn kháng Lf có nhiệm vụ nắn dịng điện chỉnh lưu Trong nhiều trường hợp cuộn kháng Lf không xuất cấu trúc mạch tác dụng nắn dòng được thay cảm kháng tản máy biến áp cấp nguồn cho chỉnh lưu Do tác dụng diode nghịch đảo nghịch lưu, điện áp đặt tụ đạt giá trị dương Tụ điện thực chức trao đổi lượng ảo tải nghịch lưu mạch trung gian c Bộ nghịch lưu áp Có dạng pha ba pha Quá trình chuyển mạch nghịch lưu áp thường trình chuyển đổi cưỡng Trong trường hợp đặc biệt, nghịch lưu làm việc khơng có q trình chuyển mạch với q trình chuyển mạch phụ thuộc bên ngồi Từ ta có hai trường hợp biến tần với trình chuyển mạch độc lập trình chuyển mạch phụ thuộc bên Như vậy, nghịch lưu có vai trị quan trọng biến tần Bằng cách nghiên cứu phát triển nghịch lưu có nhiều biến tần tối ưu Ngày nay, nghịch lưu áp hai thường được sử dụng ưu điểm vượt trội với công suất nhỏ vài kw Những biến tần sử dụng nghịch lưu áp hai bậc gọi tắt biến tần hai bậc 144 145 So sánh biến tần trực tiếp biến tần gián tiếp Biến tần trực tiếp Biến tần gián tiếp Phạm vi họat Tương đối nhỏ( đến Cao ( vài hz đến động điện áp 25hz) ngàn hz) Dạng sóng Điều khiển khó khăn Dễ dàng điều điện áp khiển để có dạng áp gần sin Phương pháp Thuận lơi hơn, đạt Cơng suất MW chuyển mạch được công suất lớn hàng Chuyển mạch độc chục mw lập địi hỏi chi Cần nhiều chi tiết bán tiết bán dẫn dẫn Ví dụ chỉnh lưu xung cần 36 SCR Hệ số công suất Thấp Cao phương pháp điều khiển độ rộng xung điện áp VI.BIẾN TẦN LEZER Máy điện đồng chuyển mạch điện tử máy điện ba pha dây mang thuộc tính máy điện chiều khơng có tổn hao lỗi gây chuyển mạch khí Việc điều khiển được thực từ trường quay kích thích tần số xác định tạo nhiều chuyển mạch điện tử Ở ta sử dụng thiết bị biến tần (bộ biến đổi tần số) để điều khiển tốc độ máy điện không đồng pha Với phương thức trên, tốc độ (độ trượt) máy phụ thuộc vào tải Đối với hệ thống thí nghiệm sử dụng máy điện đồng với chuyển mạch điện tử, ảnh hưởng tải được giảm nhiều Như phần tử chuyển mạch được bổi xung, máy điện đồng chuyển mạch điện tử cần dùng sensor cảm biến bị trí trục truyền động Vị trí trục (được sử dụng thí nghiệm) được điều chỉnh tương ứng với cuộn dây stator dải rộng 145 146 Quá trình điều khiển máy điện được dựa lý thuyết điều chế vector không gian Để minh họa ứng dụng lý thuyết này, hai chương trình đặc biệt được xây dựng Thí nghiệm máy điện đồng chuyển mạch điện tử được chia làm ba phần • Mơ tả q trình chuyển mạch điện tử điều chế vector khơng gian sử dụng chương trình ‘VC-Train’ (SO6006 - 1) • Sử dụng phần mềm ‘EC-Train’ (SO6006 - 1) để điều chỉnh góc dịch chuyển tối ưu rotor (góc tải) mơ tả q trình dịch chuyển cổ góp( “brush shifting”) điện tử • Sử dụng phần mềm Active ASMA để ghi lại đặc tính máy điện Nguy hiểm Trong tất cả thí nghiệm sử dụng điện áp tồn điện áp cao nguy hiểm Vì lẽ đó, cần phải sử dụng đầu nối an toàn phải đảm bảo không xảy ngắn mạch Kiểm tra kỹ dây nối module làm việc trước cấp nguồn Nếu có thể, sử dụng đồng hồ ampe-mét tương tự mạch Để bảo vệ phận quay động cơ, sử dụng thiết bị bảo hiểm cạnh sắc khớp nối Các thiết bị đo thành phần cần dùng Số lượng Mô tả SO3636-1A Bộ điều khiển số đa SO3636-1R Bộ biến đổi tĩnh với SO3636-1S Bộ bọc cho thiết bị DC IGBT SO3636-2A với IGBT Tải RLC với nhiệt kế (2 bộ) Biến áp pha 300VA đèncách hiểnlythị kèm nguồn chiều SO3636-2G SO3636-2V đạiDC) sai lệch (tối đaKhuếch 220V/6A Dây nối dài 2m (kết nối khuếch kênh đại sai lệch LM6119 SE2662-3M Động đồng pha cực đ SE2662-6L Chỉ thị lồi, 0,3KW ivị trí rotor, SO3538-8D Nguồn chiều, ±15 0.1/0.3kW ề SO3212-5K Biến áp/ V/2kích A thích cách ly khả u SO5127-1L Đồng hồ đo RMS dải biến 0-230V SO6006-1T Phần mềm rộng VC-TRAIN EC1 k SO3636-6R BộTRAIN điều khiển số cho điều 1.0 (GB) 146 h0,3KW servo, SE2663-6A khiển/phanhĐộng servocơ/phanh 0,3KWi ể n 147 Module giao diện RS232/485 dành cho biến tần LM8925 LM9028 Cápđại kếtđiều nốikhiển máy tính giao khuếch servo SE2662-2A ỐngRS232/485 bọc cao su diện SE2662-2B B SO6006-4A Phần mềm ả Active ASMA LM9040 Cáp kết nốio giao diện nối (GB) SO5148-1F đầu nối an toàn 4mm tiếp Bộ chân SO5126-9X Giắc cắm (47 chiêc) v an toàn SO5126-9Z Giắc 19/4mm, cắm an toàn 19/4mm, ệ màu trắng màu trắng, được SH5007-3H Sách bọc hướng dẫn sử dụng Qui trình thực m 1 2 1 20 10 Kết nối điều khiển sơ ố đồ đấu dây(Fig 7.5) thêm vào ampemet tương tự (ví idụ SO5127 – 1L) để theo dõi Trong sơ đồ đấu dây(Fig 7.5), động được đấu theo sơ đồ tam giác Các đặc tính máy được ghi nlại phần mềm độc lập, ActiveASMA (SO6006 – 4A) Phần mềm ố có khả vẽ nhiều loại tham số theo thời gian Với mục đích này, mơ i men động được thay đổi theo bước module tải Phần mềm SO6006 – 1T với thành phần VC-Train EC-Train mô tả việc điều khiển điện tử động với phương pháp điều chế vector không gian để tạo tần số biến đổi Cài đặt sơ đồ đấu dây: 147 148 Fig 7.5 Sơ đồ đấu dây 148 Trang 149 Điều chế vector không gian Phần mềm VC-Train cung cấp mơ tả q trình điều khiển động đồng pha thông qua biến đổi tĩnh IGBT (SE2662-3M) tần số làm việc cố định Bằng cách lựa chọn cài đặt "View | Circuit diagram", hệ thống chuyển mạch biến đổi được mô tả dạng sơ đồ nguyên lý phía bên phải hình Màu chuyển mạch thị trạng thái nó: đen tắt cịn có màu mở Màu trung gian thể thay đổi liên tục cách nhanh chóng trạng thái chuyển mạch trình tái tạo vector trung gian q trình điều chế vector khơng gian Nếu lựa chọn "View | Vector chart", sơ đồ nguyên lý được thay sơ đồ vị trí vector khơng gian với vector bản cần thiết cả vector trung gian Ở phía tay trái hình hình ảnh vector bản kích hoạt U, V W chu kỳ (có thể hơn, lựa chọn "View | X-axis") Phía chúng vector trung gian được tạo Ở cuối hình biên độ vector được tạo ra, kết quả biên độ theo phần trăm cửa sổ điều chỉnh ‘Amp’ nhỏ biên độ tương đối vector trung gian được đặt người sử dụng Qua menu "View | Properties | Interm vector", ta chọn vị trí vector trung gian (từ 0o – 60o) tab ‘Amplitude’có thể đặt khoảng phần trăm phụ chúng Sau lần khởi động mới, chương trình VC-Train chạy mặc định khơng có vector trung gian (lựa chọn "View | Circuit diagram”) Để lựa chọn khoảng thời gian hiển thị mặc định, thiết lập menu "View | X-axis" Trước hết, không được khởi động điều khiển mà phải điều chỉnh vị trí máy cảm biến vị trí rotor cách độc lập Có thể tạo trỏ dạng đường thẳng theo phương thẳng đứng cách nhấn nút trỏ biểu đồ thời gian (cửa sổ bên trái) di chuyển trực tiếp trỏ chuột chủ ý đến thay đổi chuyển mạch trỏ qua đường thẳng màu xám Trong bảng sau trạng thái chuyển mạch quãng thời gian cho (mỗi quãng 60O) Chuyển mạch được đánh dấu X mở 149 Trang 150 Chuyển tới "View | Vector chart", điều chỉnh biên độ đến 20% lặp lại tồn q trình Thay đổi giá trị biên độ theo dõi thay đổi vector thông số bản Tiếp theo, chọn "Settings | Presets | Interm vector", tạo vị trí vector 0O tăng theo bước 10o (biên độ tương đối vector trung gian được đạt mặc định mức 100%) Đặt biên độ bản 100% Lặp lại bước với bậc di chuyển trỏ thời gian thí nghiệm quan sát thay đổi vector chủ động Đánh dấu trường thứ tư cho vector trung gian (30o) Các vector bản kết hợp để tạo vector trung gian chủ động? Gắn nhãn vector chủ động theo sơ đồ vector Chỉ rõ chiều dài tương đối thành phần vector bản: Vector trung gian tạo từ tổng thành phần U+/2 V-/2 vector U+ V- Xác định giá trị thành phần (theo đơn vị 1/6) vector trung gian: 0° /6 0° /6 0° /6 3 0° /6 0° /6 /6 /6 /6 /6 /6 Đỉnh vector không gian trung gian vẽ nên hình gì? Dạng hình gọi đường cong giới hạn điện áp điện áp làm việc biến đổi tĩnh tận dụng tối đa Đỉnh vector không gian trung gian coi hình lục giác Các vector không gian trung gian phải vẽ nên hình để có điều khiển tối ưu máy tức mặt vật lý, sử dụng tối ưu tính chất từ vật liệu? Các vector khơng gian trung gian phải có giá trị khơng đổi theo 150 thời gian; nói cách khác, chúng phải vẽ nên đường tròn Trang 151 Làm cách để tạo dạng hình mô tả trên, đường cong giới hạn điều chế vector không gian? Sự bất biến biên độ vector tạo nhờ phép điều chế phụ biên độ vector không gian PWM Hình 7.6: sơ đồ vevtor khơng gian Vector trung gian với góc 30° nằm lục giác vector khơng gian, vng góc với cạnh (ở vành ngoài) lục giác Các vector trung gian khác với vector cạnh lục giác tạo tam giác vuông Từ tam giác này, suy hệ số giảm cần thiết vector để đạt được đường cong giới hạn điều chế độ vector không gian Vector không gian cần phải giảm lần để tiến tới giá trị vector trung gian góc α? Vector khơng gian cần phải giảm cos(30°-α) lần Lựa chọn "Settings | Presets | Amplitude", nhập hệ số chuẩn hóa cho vector trung gian lặp lại bước dịch chuyển trỏ quãng thời gian nghiên cứu (xem trang trước) Kích hoạt dịng kích thích cho máy đặt mức 0.5A Sau đó, hộp thoại điều chỉnh tần số VC-Train, đặt tần số giá trị thấp Khơng sử dụng đến cảm biến vị trí rotor, khởi động điều khiển qua menu "Settings | Switch on control unit" sử dụng nút Start/Stop quan sát thay đổi vector không gian máy điện đồng 151 Trang 152 Trong vòng quay trục truyền động, với máy điện sử dụng vịng quay vector khơng gian thực nào? Có thể rút kết luận số cặp cực p? Trong vòng quay trục, vector khơng gian quay vịng, p = Tắt điều khiển 152 Trang 153 ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN MƠ ĐUN: Lớp học/ Phịng thực hành Lớp học được tổ chức xưởng thực hành chuyên môn hóa có đầy đủ trang thiết bị cho mơ đun Trang thiết bị máy móc: + Máy tính, máy chiếu + Các linh kiện điện tử thực tế, OSC + Các thiết bị đo điện, đồng hồ VOM, mỏ hàn, chì hàn, nhựa thơng, mạch in + Board mạch phục vụ cho mô đun điện tử công suất: mạch chỉnh lưu, mạch điều khiển SCR, TRIAC , dây kết nối, tải đèn, động DC, AC Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu : + Giáo trình, giáo án, sổ lên lớp, sổ tay giáo viên + Phần mềm chuyên dụng NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ: Nội dung *Kiến thức - Được đánh giá hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm theo yêu cầu 3,5,6 *Kỹ năng: - Thiết kế, lắp ráp, cân chỉnh, đo được thông số mạch: AC-DC, AC-AC, DC-DC, DC-AC - Phân tích cố hỏng hóc, xử lý thay linh kiện linh kiện tương đương - Ứng dụng công việc được học vào thực tế - Bài kiểm tra 1,2,3: kiểm tra thiết kế, lắp ráp, cân chỉnh, đo được thông số mạch Đánh giá kết quả đạt được 3,4,6 *Năng lực tự chủ trách nhiệm: Đánh giá phong cách học tập thể tỉ mỉ, cẩn thận xác Đánh giá - Thực hành đánh giá theo lực cá nhân học viên Đánh giá trực tiếp sản phẩm tập ứng dụng - Kiểm tra kết thúc mô đun: thực cuối mô đun nhằm đánh giá tổng 153 quát kết quả đạt được Trang 154 HƯỚNG DẪN THỰC HIỆN MÔ ĐUN: Phạm vi áp dụng chương trình Chương trình mơ đun được sử dụng để giảng dạy cho sinh viên ngành điện tử cơng nghiệp, CDT trình độ cao đẳng, TC, LT Hướng dẫn phương pháp giảng dạy mô đun đào tạo: Đối với giáo viên: Chủ yếu sử dụng phương pháp giảng giải kết hợp với số hình vẽ minh hoạ, mơ phỏng, nêu vấn đề, phân tích đến kết luận Thao tác mẫu hướng dẫn sinh viên làm theo Giải cố xảy trình giảng dạy Đối với học viên: Thực hành thiết bị thực tế.Thảo luận nhóm, làm việc nhóm Thực hành theo lực cá nhân TÀI LIỆU THAM KHẢO Mạch điện – Phạm Thị Cư (chủ biên) – Nhà xuất bản giáo dục - 1996 Điện tử công suất – Nguyễn Văn Nhờ - Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật Điện tử cơng suất – Nguyễn Bính – Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật 1993 Power Electronics Handbook; ; Timothy L Skvarenina; CRC 2002 Hướng dẫn sử dụng với giải pháp dành cho giáo viên SH5007-3A; 3F;3C- Gs Schauer 154 ...1 BÀI I: TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Mục tiêu bài: - Nhận dạng được linh kiện điện tử công suất dùng thiết bị điện, điện tử - Xác định được điện áp, dòng điện, cơng suất tải - Trình. .. cung cấp cho phụ tải điện I TỔNG QUAN Nhiệm vụ điện tử công suất xử lý điều khiển dòng lượng điện cách cung cấp điện áp dịng điện dạng thích hợp cho tải Tải định thông số điện áp, dòng điện, ... linh kiện điện tử cơng suất Nội dung Giới thiệu: Điện tử công suất chuyên ngành điện tử học nghiên cứu ứng dụng phần tử bán dẫn công suất sơ đồ biến đổi nhằm biến đổi khống chế nguồn lượng điện với