Đang tải... (xem toàn văn)
Giáo trình Điện tử công suất cung cấp cho người học những kiến thức như: Các phần tử bán dẫn công suất; Các mạch chỉnh lưu không điều khiển; Các mạch chỉnh lưu có điều khiển; Mạch nghịch lưu; Thiết bị biến tần; Bộ biến đổi xung áp. Mời các bạn cùng tham khảo!
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP VÀ THƯƠNG MẠI GIÁO TRÌNH Tên mơ đun: Điện tử cơng suất NGHỀ: ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP/CAO ĐẲNG NGHỀ Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-CĐCNPY, ngày tháng năm 2018 Hiệu trưởng trường Cao đẳng Công nghiệp Thương mại Vĩnh Phúc, năm 2018 Mục Lục Bài Các phần tử bán dẫn công suất 1.1 Diode 1.2 Transistor BJT 1.3 Transitor MOSFET 12 1.4 Transistor IGBT 17 1.5 Thyristor SCR 19 1.6 Triac 21 1.7 Gate Turn off Thysistor GTO 23 Bài Các mạch chỉnh lưu không điều khiển 27 2.1 Bộ chỉnh lưu pha 27 2.2 Bộ chỉnh lưu ba pha 39 Bài Các mạch chỉnh lưu có điều khiển 52 3.1 Bộ chỉnh lưu pha 52 3.2 Mạch chỉnh lưu cơng suất pha có điều khiển 58 Bài Mạch nghịch lưu 80 4.1 Khái niệm chung mạch nghịch lưu 80 4.2 Mạch nghịch áp 80 4.3 Nghịch lưu dòng điện 86 Bài Thiết bị biến tần 90 5.1 Khái niệm chung 90 5.2 Biến tần gián tiếp 90 5.3 Bộ biến tần trực tiếp 94 5.3.1 Nguyên lý biến tần trực tiếp 94 5.4 Các ứng dụng biến tần thực tế 96 Bài Bộ biến đổi xung áp 97 6.1 Khái niệm chung 97 6.2 Xung áp chiều nối tiếp 101 6.3 Xung áp chiều song song 103 6.4 Xung áp chiều đảo chiều 105 6.5 Xung áp xoay chiều pha 107 6.6 Xung áp xoay chiều ba pha 109 6.7 Khảo sát biến đổi xung áp chiều xoay chiều 110 CHƯƠNG TRÌNH MƠ ĐUN Tên mơ đun: Điện tử công suất Mã mô đun: MĐCC14020021 Thời gian thực mô đun: 60h (Lý thuyết: 30 h; Thực hành: 27 h; Kiểm tra 3h) VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MƠ ĐUN: - Vị trí: Mơ đun bố trí dạy sau mô đun: Kỹ thuật mạch điện tử 1, kỹ thuật mạch điện tử - Tính chất: mơ đun chun ngành I MỤC TIÊU MƠ ĐUN: - Về kiến thức: + Nêu cấu tạo, đặc điểm nhận dạng thông số linh kiện bán dẫn công suất + Nêu sơ đồ cấu tạo mạch chỉnh lưu có điều khiển, chỉnh lưu II không điều khiển, mạch nghịch lưu, mạch xung áp, thiết bị biến tần + Trình bày nguyên lý hoạt động mạch chỉnh lưu có điều khiển, chỉnh lưu không điều khiển, mạch nghịch lưu, mạch xung áp, thiết bị biến tần - Kỹ : + Đo kiểm tra chất lượng linh kiện bán dẫn công suất + Lắp ráp cân chỉnh mạch điện tử bản: mạch chỉnh lưu có điều khiển, mạch chỉnh lưu khơng điều khiển, mạch nghịch lưu, thiết bị biến tần, biến đổi xung áp Sửa chữa hư hỏng thường gỉp : mạch chỉnh lưu có điều khiển, mạch chỉnh lưu không điều khiển, mạch nghịch lưu, thiết bị biến tần, biến đổi xung áp - Năng lực tự chủ trách nhiệm + Nghiêm túc, cẩn thận, sáng tạo, đảm bảo an toàn cho người thiết bị trình học tập + Năng lực làm việc độc lập làm việc theo nhóm để giải vấn đề liên quan đến nội dung học tập III NỘI DUNG MÔ ĐUN: Nội dung tổng quát phân phối thời gian: Thời gian Thực Số Tên mô đun Tổng Lý hành, Kiểm TT tra số thuyết thí nghiệm, + Bài Các phần tử bán dẫn công suất 1.1 Diode 1.2 Transistor BJT 1.3 Transistor MOSFET 1.4 1.5 1.6 1.7 thảo luận, tập Transistor IGBT Thyristor SCR Triac Gate Turn off Thyristor GTO Bài Các mạch chỉnh lưu không điều khiển 1.1 Bộ chỉnh lưu pha 1.2 Bộ chỉnh lưu ba pha 15 7 Bài Các mạch chỉnh lưu có điều 15 khiển 3.1 Bộ chỉnh lưu pha 3.2 Bộ chỉnh lưu ba pha Bài Mạch nghịch lưu 5.4 Khái niệm chung mạch nghịch lưu 5.5 Nghịch lưu áp 5.6 Nghịch lưu dòng điện 4 Bài Thiết bị biến tần 5.1 Khái niệm chung 5.2 Bộ biến tần gián tiếp 5.3 Bộ biến tần trực tiếp 5.4 Các ứng dụng biến tần thực tế 6 Bài Bộ biến đổi xung áp 1.1 Khái niệm chung 1.2 Xung áp chiều nối tiếp 1.3 Xung áp chiều song song 1.4 Xung áp chiều đảo chiều 1.5 Xung áp xoay chiều pha 1 1.6 Xung áp xoay chiều pha 1.7 Khảo sát biến đổi xung áp chiều xoay chiều Cộng 60 30 27 Bài Các phần tử bán dẫn công suất Giới thiệu Bài học giới thiệu nguyên lý đóng/cắt mạch điện xoay chiều chiều linh kiện bán dẫn công suất : Diode, BJT, VMOSFET, thyristor, ELR phương pháp dần thay thiết bị đóng/căt học có nhiều ưu điểm, đặc biệt ứng dụng yêu cầu tốc độ tần suất đóng/cắt cao Mục tiêu Kiến thức: Æ Phát biểu đặc tính, nguyên lý hoạt động linh kiện điện tử công suất theo nội dung học Ỉ Hiểu cấu tạo ngun lý hoạt động linh kiện điện tử công suất Kỹ năng: Ỉ Kiểm tra chất lượng linh kiện điện tử cơng suất u cầu kỹ thuật Ỉ Thực bảo vệ dòng, áp, nhiệt cho linh kiện công suất hoạt động thời gian lâu dài Thái độ: Ỉ Rèn luyện tính tư duy, sáng tạo, an toàn học tập Linh kiện điện tử cơng suất Mục tiêu Ỉ Phát biểu đặc tính, nguyên lý hoạt động linh kiện điện tử công suất theo nội dung học Æ Kiểm tra chất lượng linh kiện điện tử công suất yêu cầu kỹ thuật 1.1 Diode Khác với diode thường, mặt cấu tạo diode công suất bao gồm vùng bán dẫn silic với mật độ tạp chất khác gọi cấu trúc PsN, hai vùng bán dẫn PN vùng có mật độ tạp chất thấp (vùng S) (hình 2.1) Hình 2.1 Cấu tạo ký hiệu điện diode công suất PsN 1.1.1 Đặc tuyến V – A Đường đặc tính diode cơng suất gần với đặc tính lý tưởng (hình 2.2), đoạn đặc tính thuận có độ dốc thẳng đứng (hình 2.2b) vây, nhiệt độ diode xem không đổi, điện áp thuận diode tổng điện áp ngưỡng U (TO ) khơng phụ thuộc dịng điện với thành phần điện áp tỉ lệ với dòng điện thuận chảy qua diode Giả sử nhiệt độ số, điện áp thuận diode tính theo cơng thức gần sau : Với rF : Điện trở động theo chiều thuận rF = DU F DI F Các ký hiệu thường dùng thiết kế : F = Forward để trạng thái dẫn theo chiều thuận, R = Reverse để trạng thái khóa vùng nghịch Hình 2.2 a) Đặc tính diode lý tưởng ; b) đặc tính diode thực tế 1.1.2 Ví dụ Một diode cơng suất có đặc tính sau: Điện áp ngưỡng U(TO) = 0,85v Điện trở động rF = 8mΩ Với dòng chảy qua cố định I F = 50A, suy điện áp thuận diode là: U F = U (TO ) + rF I F = 0,85v + 8mΩ.50A = 1,25v 1.1.3 Hệ số hình dáng Độ tin cậy diode đánh giá qua khả chịu tải chế độ làm việc dài hạn với tần số lưới điện 50-60Hz nhiệt độ mối nối phụ thuộc lớn vào công suất tiêu tán, nhiệt trở điều kiện tỏa nhiệt diode Trong ví dụ 1.2.2, dịng qua diode có giá trị cố định trường hợp xảy Trên thực tế, dòng qua diode có dạng xung gồm hai giá trị: Giá trị hiệu dụng giá trị trung bình, trường hợp chỉnh lưu pha bán kỳ (M3) thời gian dẫn diode T/3 Hình 2.3 trình bày giá trị i đo dụng cụ đo thị kim Hình 2.3 Đồ thị thời gian dịng thuận dioe, giá trị trung bình hiệu dụng Trong số tay tra cứu thường cho giá trị trung bình I FAV diode Hình 2.3 cho thấy giá trị tính từ chuỗi xung dịng qua diode Mặt khác giá trị hiệu dụng I FRMS đo đồng hồ Sự khác dòng điện đo đồng hồ với dịng tính tốn thể F, tỉ số giá trị hiệu dụng với giá trị trung bình Theo hình 2.3 Vì hệ số giá trị F thuộc vào dạng dịng điện nên thực tế dạng tín hiệu thông dụng biết F hai giá trị, tìm giá trị cịn lại cách dễ dàng (hình 2.4) Hình 2.4 Hệ số hình dáng dạng dịng điện quan trọng 1.1.4 Công suất diode dẫn điện Công suất rơi diode tính theo cơng thức 1.1.5 Ví dụ Một diode cơng suất có: IFAV = 25A, IFRMS = 48A, U(TO) = 0,75v rF = 8mΩ xử dụng mạch chỉnh lưu cầu với tải điện trở có Id = 40A Kiểm tra khả chịu đựng diode Cả hai giá trị dòng điện nhỏ trị số cho phép, công suất rơi diode tính sau: 1.1.6 Điều kiện chuyển mạch điện áp nghịch Một diode điều khiển dẫn hay tắt cực tính điện áp đặt nó, diode chuyển sang trạng thái tắt dịng qua diode (hình 2.5) Hình 2.5 Diode công tắc điều khiển điện áp Trong hình trình bày cơng tắc diode lý tưởng đáp ứng điều kiện sau: - Công tắc hở U < 0v - Cơng tắc đóng U > 0v - Công tắc hở IF < 0A Trong trình làm việc thường xuất xung nhiễu làm cho điện áp nghịch tức thời đặt lên diode tăng không vượt trị số cho phép URRM, mạch chỉnh lưu trị số chọn với hệ số an toàn từ 1,5 Do đó: URRM » (1,5 2) U Nếu ngõ mạch chỉnh lưu có dùng tụ lọc điện áp nghịch đặt diode lần giá trị đỉnh điện áp xoay chiều ngõ vào Ù URRM » (1,5 2) u 1.1.7 Phân loại diode công suất Dựa lĩnh vực ứng dụng, diode công suất chia thành loại sau: Ỉ Diode tiêu chuẩn (tốc độ chậm) dùng cho yêu cầu thông thường với tần số làm việc từ 50 60Hz Ỉ Diode cơng suất lớn với dịng cho phép đến 1,5KA Æ Diode điện áp cao với điện áp nghịch cho phép đến 5KV Ỉ Diode tốc độ nhanh với thời gian trì hỗn ngắn, có đặc tính động hiệu suất cao 105 220 V Ưu điểm phương pháp đồ thị xác định kết dễ dàng nhanh chóng V.D hai tập phần 6.4 Xung áp chiều đảo chiều a) Mạch W1 tải điện trở a) Mạch W1 tải điện trở b) Đặc tính dịng áp với α = b) Đặc tính dịng áp với α = 0 c)Đặc tính dịng áp với α = 1200 c)Đặc tính dịng áp với α = 1200 d) Đặc tính cơng suất với α = 120 d) Đặc tính cơng suất với α = 1200 106 Hinh 5.10 Hình 5.11 a) Tạo V1 với α = 900 b) Tạo V1 với α = 900 c) Kết với uα = uα1 + uα2 iα = iα1 +iα2 Hình 5.12 Đồ thị dịng điện điện áp Trong trường hợp đặc biệt tải điện cảm tức số thời gian lớn, tỉ lệ lượng nhận phát điện cảm khác với trường hợp tải trở Trong trường hợp lý tưởng thyristor sau kích tiếp tục dẫn điện IT = A Do đó, mạch điều khiển cơng suất xoay chiều thay đổi góc kích tải điện cảm từ giá trị α > 900 107 Để giải thích rõ điều này, trước tiên quan sát phạm vi kích từ 90 1800, hình 5.10 5.11 trình bày hai trường hợp đặc biệt tải trở tải cảm Khi α = 00 (thuần trở) α = 900 (thuần cảm) lúc tồn điện áp lưới đặt hết lên tải, dòng điện áp tải trở đồng pha với tải cảm dịng chậm 900 tượng tích trữ lượng điện cảm Tại α = 120 dòng điện điện áp qua tải điện cảm khơng cịn hình sin, dịng qua điện cảm ln biến thiên chậm nên sau α = 180 đạt đến cực đại trở khoảng từ 180 270 Vì dịng điện có giá trị dương nên thyristor trì trạng thái dẫn điện điện áp có giá trị âm, góc dẫn δ trường hợp tải điện cảm có giá trị gấp đơi so với tải trở Đồ thị hình 5.11d tích số p = Uα.Iα cho thấy phần diện tích dương (nhận lượng) phần diện tích âm (phóng lượng) có giá trị nhau, hình 5.12 cho thấy điện áp dòng điện tạo nên từ hai thyristor α = 900 Trong phạm vi từ 00 900 giống công tắc điện tử, mạch điều khiển tải điện cảm không thay đổi điện áp tải, hình 5.13 đường đặc tính điều khiển tương ứng Hình 5.13 Đặc tính mạch điều khiển công suất AC tải cảm 6.5 Xung áp xoay chiều pha Điện trở đèn dây tóc loại tải trở, ngược lại với động đèn huỳnh quang loại tải trở kháng nên dịng áp qua chúng khơng cịn đồng pha với nhau, dòng điện chậm pha điện áp giá trị trung bình hệ số cơng suất thường khoảng từ cosϕ = 0,5 đến cosϕ = 0,8 Vì dịng điện trở chậm điện áp thyristor trì trạng thái dẫn điện dịng điện qua 0, điện áp tải 108 khoảng thời gian đảo chiều thyristor ghép ngược chiều kích trở lại dịng qua thyristor dần trở Nếu mạch kích tạo xung kích có bề rộng hẹp xảy tượng có vùng kích khơng tác dụng dẫn đến kết thyristor dẫn điện không bán kỳ lưới điện làm phát sinh thành phần chiều, tải mạch biến áp thành phần chiều làm biến áp bảo hịa dẫn đến ngắn mạch Nhằm hạn chế tượng mạch kích phải có khả tạo xung đủ rộng chuổi xung thay xung Trong trường hợp tải trở kháng phạm vi điều khiển phụ thuộc vào số thời gian τ = L/R đường đặc tính điều khiển trình bày hình 5.14 nằm vùng gạch chéo đường điều khiển tải trở cảm Hình 5.14 Phạm vi điều khiển với tải trở kháng vùng giới hạn vùng trở với cảm 109 Hình 5.15 Dạng sóng mạch điều khiển công suất AC tải trở kháng 6.6 Xung áp xoay chiều ba pha Mạch điều khiển thực linh kiện rời vi mạch, phần giới thiệu mạch điều khiển dùng vi mạch TC780, cấu tạo bên vi mạch phức tạp thực tế xử dụng điều khơng quan trọng, hình 5.16 mơ tả sơ đồ khối hình 5.17 dạng xung tương ứng 110 Hình 5.16 Sơ đồ khối vi mạch TCA 780 6.7 Khảo sát biến đổi xung áp chiều xoay chiều Vi mạch TCA 780 sản phẩm hãng Siemens, nguyên lý làm việc trình bày sau: Tín hiệu đồng (Usyn) lấy từ điện áp lưới ngang qua điện trở có giá trị lớn, mạch nhận dạng điểm phát điểm cung cấp cho nhớ đồng để điều khiển mạch tạo xung cưa có điện dung C10 nạp điện từ nguồn dòng xác định điện trở R9, U10 lớn điện áp điều khiển U11 (điểm chuyển mạch c) tạo tín hiệu đến mạch logic Tại ngõ A1 A2 xuất xung dương bề rộng khoảng 30μs tương ứng với bán kỳ điện áp lưới, bề rộng xung kéo dài đến 180 tụ C12, nối chân 12 xuống masse xung có bề rộng ϕ đến 180 111 Tại ngõ A1 A2 xung ngược pha với xung A1 A2, chân tín hiệu ϕ + 1800 dùng để điều khiển mạch logic ráp thêm bên ngồi Tín hiệu ngõ Z (chân 7) kết NOR A1 với A2, khóa ngõ A1, A2 A1, A2 tín hiệu ngõ vào khóa (inhibit input) hình 5.16 mơ tả ứng dụng điều khiển tồn sóng dùng TCA 780 Hình 5.17 Dạng xung TCA 780 112 Hình 5.18 Điều khiển cơng suất AC dùng TCA 780 Trong sơ đồ vi mạch TCA 780 dùng để điều khiển hai thyristor ghép song song ngược chiều, pha xung kích thay đổi từ 00 1800 biến trở 5KΩ, khoảng thời gian bán kỳ âm điện áp lưới xung kích xuất chân 14 khoảng thời gian bán kỳ dương chân 15 2.6.3 Thông số kỹ thuật Trong thực hành, giá trị giới hạn thơng số kỷ thuật linh kiện có ý nghĩa quan trọng, hình 5.19 kích thước vi mạch, hình 5.20 cho biết trị số giới hạn hình 5.21 thơng số kỹ thuật Hình 5.19 Kích thước TCA 780 113 Thơng số giới hạn Nguồn ni US Dịng cực đại, chân 14,15 IQ Điện áp khóa U6 Điện áp điều khiển U11 Điện áp, xung ngắn U13 Dòng vào đồng IS Điện áp cực đại, chân 14, 15 Nhiệt độ mối nối TJ Nhiệt độ lưu trữ TSW Nhiệt trở RthSA Phạm vi hoạt động Nguồn nuôi US Tần số f Nhiệt độ môi trường Tamb 18 55 US US UQ V mA V US - V V 200 μA US V 150 C -140 C 120 K/W đến 18 V 10 đến 100 Hz đến 70 0C Hình 5.20 Thơng số giới hạn TCA 780 Đăc tính (Us = 15 V, T Dịng tiêu thụ (khơng tải Đồng bộ, chân Dịng vào Điện áp bù = 150C) IS Min IS ΔUS Ngõ vào điều khiển, chân 11 Điện áp điều khiển U11 Điện trở vào Ri Kích tức thời tZ Typ 10 Max mA 200 30 75 μA mV 15 US2 V KΩ - Tạo xung cưa Dòng nạp cực đại Dòng nạp Điện áp cưa Điện áp cưa cực đại I10 I10 U10 U10 Điện áp tụ Điện trở cưa Tụ Thời gian hồi cưa (C10 = 47 nF) U10 R9 C10 Khóa, chân Khóa ngõ Cho phép ngõ U6H Dòng vào U6 = 10 V I6H Dòng vào U6 = 1,7 V I6L 30 μA - 20 tf Us-2 V 100 500 mV KΩ μF 0.5 25 U6L 100 100 Chuyển mạch xung rộng (1800 = α), chân V μA μA μS V μA 114 13 U13 Xung ngắn ngõ Xung rộng ngõ Dòng vào U13 = 10 V U13 H U13L - V V μA - 100 μA 100 μA V Ngõ ra, chân 2,3,4,7 Dòng nghịch, UQ = US = 15 V ICEO Điện áp bảo hòa, I = 1,5 mA U Usat Ngõ ra, chân 14,15 Điện áp mức cao, IQ = 50 mA U14 U Điện áp mức thấp, IQ = 1,5 mA Bề rộng xung (xung ngắn) khơng có C12 Ổn áp Điện áp chuẩn Dung sai Khả tải, ghép song song 10 IC V 15H S- V μS 15L 43 Uref 3, Iref V % ±1 mA Hình 5.21 Đặc tính TCA 780 Vi mạch dùng mạch thay đổi góc pha để điều khiển thyristor, triac, transistor Như nói xung điều khiển dịch pha khoảng 00 ≤ α ≤ 180 tính từ điểm điện áp lưới, ưu điểm dùng vi mạch : - Việc dị điểm có độ tin cậy cao - Tương thích với LSL - Cho phép điều khiển pha IC Các ứng dụng điển hình vi mạch : - Các mạch biến đổi công suất - Các mạch điều khiển công suất AC - Điều khiển pha - Chuyển mạch điểm 3.6.4 Các ứng dụng điều khiển công suất AC điển hình Trong ứng dụng cơng nghiệp thường dùng hệ SIVOLT-A (Siemens) giới thiệu phần trước, thiết bị chế tạo dạng khối nhỏ gọn, nguyên lý làm việc mô tả sau 115 Thiết bị SIVOLT-A gồm hai thrystor ghép song song ngược chiều nối tiếp với tải bên đưa vào lưới điện, điện áp tải thay đổi theo phương pháp thay đổi góc pha, thyristor điều khiển bán kỳ điện áp lưới Trong trường hợp tải trở, toàn điện áp lưới đặt lên tải góc kích α = 00, tải điện cảm tồn điện áp lưới đặt lên tải α = 900 điện áp tải giảm tăng góc kích lớn 900, α = 180 điện áp tải Xung kích cho thyristor tạo từ khối điều khiển, khối quan trọng SIVOLT-A, đặt điện áp chiều thay đổi từ -10 V V vào ngõ vào khối điều khiển thay đổi góc kích cách liên tục từ 00 - 1800 Trong khối điều khiển xử dụng vi mạch chuyên dùng hoạt động theo phương pháp thay đổi góc pha, xung kích trì khoảng thời gian 210mS sau điện áp lưới, rờ le dùng để xóa xung kích làm việc cách tác động tiếp điểm nối thêm bên ngồi, để tăng cơng suất ghép song song hai thiết bị điều khiển công suất SIVOLT-A Khối điều khiển gồm hai mạch khuếch đại điều chỉnh được, cách nối dây thích hợp, hai mạch có chức mạch tự động điều chỉnh, mạch tăng tốc đảo pha tín hiệu Để điều chỉnh dịng điện trung bình điện áp trung bình khối biến đổi trị số tức thời thay đổi tín hiệu có cực tính thích hợp đặt vào ngõ vào mạch khuếch đại, chênh lệch trị số tức thời với trị số đặt trước tạo tín hiệu điều khiển cho khối điều khiển Hình 5.22 sơ đồ khối thiết bị ổn định dùng điều khiển công suất Hình 5.22 Sơ đồ khối mạch tự động điều chỉnh dòng điện 116 Biến trở giá trị đặt (1 KW) tín hiệu nối tiếp ngõ mạch Tạo xung cưa Điều khiển giá trị trung bình Nguồn ni Khối điều khiển Biến áp xung Khối nén xung Biến đổi dịng điện thực tế Quạt làm nguội (chỉ có dòng ≥ 120 A) R1 Tải (điện trở điện cảm ) F Cầu chì T1 Biến dịng V1, V2 Thyristor 2.7 Điều khiển công suất phản kháng 2.7.1 Đại cương Khác với công tắc xoay chiều điện tử phương pháp điều khiển chuổi xung, phương pháp thay đổi góc pha tạo dịng điện khơng sin điện áp lưới hình sin, kết công suất phản kháng tồn tải trở, tượng xảy với biến đổi cơng suất có điều khiển 2.7.2 Xác định công suất phản kháng mạch W1 tải trở Cơng suất phản kháng xác định mạch thí nghiệm dùng thực tập chỉnh lưu-biến đổi SR6 (hình 5.23) Hình 5.23 Khối công suất mạch W1 với đồng hồ đo hiệu dụng 117 Như biết, điện áp dịng điện điện trở tỉ lệ đồng pha với nhau, điều áp dụng tải trở mạch điều khiển cơng suất AC Hình 5.24 trình bày đường đặc tính tương ứng với α = 900 Áp dụng định luật Ohm giá trị tức thời điện áp dịng điện khơng hình sin Cơng suất tác dụng P tính từ giá trị hiệu dụng đo U, I phạm vi kích 00 ≤ α ≤ 1800 P = Pα = Uα x Iα Hình 5.24 Dạng sóng mạch thí nghiêm W1 Tại ngõ vào mạch điều khiển công suất AC điện áp lưới có dạng hình sin, dịng xoay chiều mạch lại khơng phải hình sin (I = Iα) Kết đo ngõ vào mạch cho thấy P < S = U.Iα, cơng suất biểu kiến lớn công suất tác dụng nên phải xuất thành phần công suất phản kháng theo công thức 2.7.3 Sóng hài dịng điện Tại góc kích α > 00, dịng điện khơng cịn hình sin nên việc tính toán giá trị hiệu dụng từ giá trị đỉnh trở nên phức tạp Trong phương pháp toán học người ta thường dùng định lý Fourrier để phân tích dịng điện tuần hồn thành sóng thành phần sóng hài Hình 2.25 trình bày kết phân tích góc kích α = 600 Để đơn giản, hình quan tâm đến ba thành phần hình sin chuỗi phân tích Fourrier I1, I2 I3, cộng ba thành phần với tạo dịng điện có dạng gần với thực tế 118 Hình 5.25 Phân tích gần thành thành phần hình sin Thành phần dịng điện I1 sóng có tần số với tần số ḍng tải Kết phân tích tốn học cho thấy sóng hài có bậc cao th́ biên độ chúng nhỏ trưòng hợp có sóng hài bậc lẻ Có nghĩa với f1 = 50Hz f3 = f1 = 150Hz f5 = f1 = 250Hz Vì dịng tải khơng hình sin nên dịng dây dẫn tạo nên nhiễu sóng hài bậc cao lưới điện tượng gọi “nhiễu lưới” 2.7.4 Hệ số cơng suất tổng Từ hình 2.25 cho thấy sóng I1 lệch pha so với điện áp lưới U góc ϕ1 hệ số cơng suất tương ứng cos 1, chứng minh sóng hài bậc cao tạo nên cơng suất phản kháng riêng sóng cịn có thành phần cơng suất tác dụng có giá trị phụ thuộc theo góc kích Ptot = U I1 cosϕ1 Nếu bỏ qua tiêu hao mạch cơng suất tác dụng ngõ vào với công suất Uα Iα Vì khó xác định giá trị đỉnh i1 giá trị hiệu dụng I1 nên kỹ thuật chỉnh lưu thường dùng khái niệm hệ số công suất tổng λ = P/S = Uα Iα/ U I = U I1 cos ϕ1/ U I = Uα/U Suy ra: P = λ S Uα = λ U 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đề cương môđun/môn học nghề Sửa chữa thiết bị điện tử công nghiệp”, Dự án Giáo dục kỹ thuật Dạy nghề (VTEP), Tổng cục Dạy Nghề, Hà Nội, 2003 [2] Power electronic - Heinz- Piest-Institut fur Handwekstechnik at the University of Hannover [3] Leistungelektronik - Rainer Felderhoff [4] Điện tử công suất điều khiển động điện Cyril W Lander [5] Nguyễn Bính: Điện tử công suất NXB Khoa học kỹ thuật 2005 [6] Nguyễn Tấn Phước: điện tử công suất nxb khoa học kỹ thuật 2004 ... 220 V, công suất rơi điện trở Nếu nối điện trở vào điện áp nối tiếp với diode có 50% cơng suất 242 W rơi điện trở Cơng suất chiều tính sau : Trong trường hợp này, công suất sai biệt công suất dư... cơng nghiệp 2.1 Bộ chỉnh lưu pha 2.1.1 Chỉnh lưu công suất nửa chu kỳ Mục tiêu - Biết nguyên lý mạch chỉnh lưu công suất nửa chu kỳ - Biết nguyên lý mạch chỉnh lưu công suất hai nửa chu kỳ - Mạch... tập Linh kiện điện tử cơng suất Mục tiêu Ỉ Phát biểu đặc tính, nguyên lý hoạt động linh kiện điện tử công suất theo nội dung học Ỉ Kiểm tra chất lượng linh kiện điện tử công suất yêu cầu kỹ thuật