Điện tử công suất gồm những thành phần nào? Điện tử công suất gồm hai thành phần là bộ biến đổi và bộ điều khiển và: Bộ biến đổi còn được gọi là bộ biến đổi tĩnh (static converter) để phân biệt với các máy điện truyền thống (electric machine) biến đổi điện dựa trên nguyên tắc biến đổi điện từ trường. gồm các linh kiện bán dẫn công suất được kết nối với nhau theo một cấu trúc nhất định để thực hiện việc chuyển đổi dòng điện từ nguồn thành dạng dòng điện phù hợp với phụ tải để cung cấp cho phụ tải. Bộ điều khiển có chức năng tạo ra các tín hiệu điều khiển cho phép các linh kiện bán dẫn trong bộ biến đổi đóng hay ngắt theo một qui trình nhất định hoặc theo một giải thuật đã được thiết kế trước để thực hiện nhiệm vụ biến đổi và điều tiết dòng năng lượng từ nguồn tới tải. Các lãnh vực sử dụng của điện tử công suất? là các lĩnh vực sau truyền động điện, giao thông đường sắt, nấu luyện thép, gia nhiệt cảm ứng, điện phân nhôm từ quặng mỏ, các quá trình điện phân trong công nghiệp hóa chất, trong rất nhiều các thiết bị công nghiệp và dân dụng khác nhau... Sơ đồ khối của bộ chuyển đổi công suất như thế nào? có thể biểu diễn dưới dạng text (ACDC . . .)
Trang 1GIỚI THIỆU MÔN HỌCĐiện tử công suất gồm những thành phần nào?
Điện tử công suất gồm hai thành phần là bộ biến đổi và bộ điều khiển và:
Bộ biến đổi còn được gọi là bộ biến đổi tĩnh (static converter) để phânbiệt với các máy điện truyền thống (electric machine) biến đổi điện dựa trên nguyên tắc biến đổi điện từ trường gồm các linh kiện bán dẫn công suất được kết nối với nhau theo một cấu trúc nhất định để thực hiện việc chuyển đổi dòng điện từ nguồn thành dạng dòng điện phù hợp với phụ tải để cung cấp cho phụ tải
Bộ điều khiển có chức năng tạo ra các tín hiệu điều khiển cho phép các linh kiện bán dẫn trong bộ biến đổi đóng hay ngắt theo một qui trình nhất định hoặc theo một giải thuật đã được thiết kế trước để thực hiện nhiệm vụ biến đổi và điều tiết dòng năng lượng từ nguồn tớitải
Các lãnh vực sử dụng của điện tử công suất?
là các lĩnh vực sau truyền động điện, giao thông đường sắt, nấu luyện thép, gia nhiệt cảm ứng, điện phân nhôm từ quặng mỏ, các quá trình điện phân trong công nghiệp hóa chất, trong rất nhiều các thiết bịcông nghiệp và dân dụng khác nhau
Sơ đồ khối của bộ chuyển đổi công suất như thế nào? có thể biểu diễn dưới dạng text (AC-DC )
là AC-DC đến DC-DC rồi DC-AC rồi AC-AC ạ hay chỉnh lưu-biến đổi điện áp 1 chiều-nghịch lưu-biến đổi điện áp 1 chiều ạ
UPS (Uninteruptible Power Supply) là gì? Các bạn cho biết ứng dụng của UPS ở đâu?
là hệ thống nguồn cung cấp liên tục hay đơn giản hơn là bộ lưu trữ điện dự phòng nhằm làm tăng độ tin cậy cung cấp điện cho hệ thống
Trang 2Và được ứng dụng để chỉnh lưu và nạp acqui để tích trữ điện năng khi làm việc bình thường Khi xảy ra sự cố, điện áp một chiều qua bộ nghịch lưu được biến thành điện áp xoay chiều và được cấp cho các tải ưu tiên Ưu điểm của UPS tĩnh là kích thước nhỏ gọn, đáp ứng nhanh, vận hành đơn giản, làm việc chắc chắn, dòng cho phép lớn.Ứng dụng của UPS để chống sét cho đường truyền internet hoặc đường dây điện thoại
Ứng dụng của UPS giúp bảo vệ các thiết bị điện khi nguồn điện không
ổn định
Ứng dụng của UPS giúp ngăn chặn các sự cố về nguồn điện
+ Ứng dụng trong ngành công nghiệp
+ Ứng dụng trong ngành Y tế
+ Ứng dụng trong ngành giáo dục
+ Ứng dụng trong ngành Ngân Hàng
+ Ứng dụng trong ngành an ninh, quốc phòng
Năng lượng tái tạo gồm những nguồn năng lượng nào?
Năng lượng Mặt Trời
Năng lượng thủy triều
Năng lượng sóng
Năng lượng gió
Trang 3Trị hiệu dụng và trị trung bình được hiểu như thế nào? làm sao để xácđịnh?
Khi Bạn đi siêu thị kim khí điện máy, nhân viên phục vụ giới thiệu TV, máy lạnh tủ lạnh có công nghệ Inverter (tiết kiệm điện) Các bạn hiểu như thế nào về Inverter? khi nào cần sử dụng Inverter?
- Inverter được dịch Biến tần hoặc nghịch lưu (tùy theo ngữ cảnh) Hệthống làm việc thông qua tần số của các công suất bán dẫn (từ lưới điện 220V/50Hz cho ra 220V/nHz) Với công nghệ này hệ số cos(phi) gần bằng 1 Vì vậy, lượng tiêu thụ điện năng sẽ được tiết kiệm Lưới điện Quốc gia có Cos(phi)=0.9, bộ nghịch lưu có thể từ 0.95-1
Trang 4- Sử dụng Inverter khi thiết bị được sử dụng liên tục Ví dụ: Tủ lạnh, máy lạnh trong công nghiệp Ví dụ: Nếu sử dụng máy lạnh trong ngày 4 giờ chỉ tiết kiệm max 0.4k Với số tiên cho công nghệ rất cao
mà chỉ tiết kiệm quá ít không nên sử dụng Inverter
Hệ số cos(phi) là gì? để cải thiện cos(phi) thực hiện như thế nao?
Hệ số cos(phi) là tỷ số giữa công suất ngõ ra và công suất ngõ vào Nói cách khác hệ số cos(phi) càng cao hiệu suất càng cao (không haophí) Để cải thiện cos(phi) cần phải bù (bù tụ là bù thụ động, bù
inverter là bù tích cực) và lọc độ méo dạng hài tổng THD (sử dụng
Độ méo dạng hài tổng (THD) là gì? làm cách nào để cải thiện THD Hiện nay theo tiêu chuẩn THD bằng bao nhiêu?
THD là độ méo dạng hài tổng, THD thể hiện chất lượng điện áp ngõ
ra của hệ thống Để cải thiện THD có thể sử dụng các mạch lọc thụ động LC, LCL và mạch lọc tích cực (nghịch lưu đa bậc) Theo tiêu chuẩn của Việt Nam và thế giới THD <5%
Thời gian bây giờ cũng hết rồi, chúc mừng Các bạn đã thông qua bài giới thiệu môn học
Chào các bạn
LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Diode được chế tạo từ bán dẫn gì? Chất gì? Diode có mấy tiếp giáp PN? Khi sử dụng chúng cần quan tâm gì? Nêu điều kiện làm việc của Diode? Vẽ đường đặt tính Volt/Amper cho biết chúng dẫn dòng hay dẫn áp? Các bạn hãy cho một số ứng dụng của Diode?
Diode được chế tạo từ 2 bán dẫn: Bán dẫn P và bán dẫn N Chất Si hoặc Ge (thường sử dụng chất Si), Diode có 1 tiếp giáp PN Khi
sử dụng Diode người ta thường quan tâm hai thông số quan trọng nhất đó là: ID và VPIV Điều kiện để Diode làm việc: VA>VK Đặc tính Volt/Ample trong tài liệu Hình 2.6 trang 19, Diode dẫn dòng Ứng dụng chỉnh lưu, bộ biến đổi DC-DC Các bạn có thể trả lời câu hỏi 2 theo template câu 2
Trang 5BJT được chế tạo từ bán dẫn gì? Chất gì? BJT có mấy tiếp giáp PN?
Có mấy loại BJT? Vẽ sơ đồ tương đương của BJT (mô hình Diode)? Khi sử dụng chúng cần quan tâm gì? Nêu điều kiện làm việc của BJT? Vẽ đường đặt tính Volt/Amper cho biết chúng dẫn dòng hay dẫnáp?
BJT được chế tạo từ 2 bán dẫn: Bán dẫn P và bán dẫn N Chất Si Có
2 tiếp giáp PN Có 2 loại BJT: PNP và NPN Điện áp giữa các cặp cực, dòng Ib và hệ số khuếch đại, Với BJT NPN VC>VB>VE ngược lại với PNP Đặc tính Volt/Ample trong tài liệu Hình 2.12 trang 26, BJTdẫn dòng Ứng dụng trong các mạch khuếch đại, mạch công suất
Đối với BJT loại NPN tín hiệu điều khiển cho cực B là mức thấp hay mức cao? BJT có mấy chế độ làm việc? Có mấy cách ghép? Các bạnhãy cho một số ứng dụng của BJT?
BJT loại NPN tín hiệu điều khiển cho cực B là mức cao (có thể suy luận từ sơ đồ tương đương) BJT có 3 chế độ làm việc: ngắt/dẫn (0<VBE<0.4), chế độ khuếch đại (0.4<VBE<0.6) và chế độ bảo hòa
công suất âm thanh
SCR có mấy tiếp giáp PN? Vẽ sơ đồ tương đương của SCR (mô hìnhBJT)? Khi sử dụng chúng cần quan tâm gì? Nêu điều kiện làm việc của SCR? Vẽ đường đặt tính Volt/Amper cho biết chúng dẫn dòng hay dẫn áp? SCR dẫn dòng một chiều hay xoay chiều? Các bạn hãy cho một số ứng dụng của SCR?
4 lớp bán dẫn PN (tương đương 2 BJT PNP và NPN mắc đối song)
Sơ đồ tương đương trong Hình 2.24 trang 43 tài liệu chương 2 Khi
sử dụng nên quan tâm ISCR, VPIV, IG và dòng duy trì ĐK: VA>VK, VG>0 Đường đặc tính Volt/Amper Hình 2.25, trang 45, SCR dẫn dòng SCR dẫn dòng một chiều Chỉnh lưu có điều khiển
TRIAC có mấy tiếp giáp PN? Vẽ sơ đồ tương đương của TRIAC (mô hình BJT)? Khi sử dụng chúng cần quan tâm gì? Nêu điều kiện làm việc của TRIAC? Vẽ đường đặt tính Volt/Amper cho biết chúng dẫn
Trang 6dòng hay dẫn áp? TRIAC dẫn dòng một chiều hay xoay chiều? Các bạn hãy cho một số ứng dụng của TRIAC?
TRIAC tương đương 2 SCR mắc song song ngược chiều Sơ đồ tương đương trong Hình 2.27 trang 49 tài liệu chương 2 Khi sử dụng nên quan tâm ITRIAC, VPIV, IG và dòng duy trì ĐK: VT2>VT1, VG>0 và VT2<VT1,
dòng TRIAC dẫn dòng xoay chiều Chỉnh lưu có điều khiển
Các bạn hãy cho biết ưu nhược điểm khi sử dụng BJT?
Ưu điểm có thể dẫn dòng rất cao, tài nguyên sẵn có, Nhược điểm
do kích dòng nên tổn hao nhiều hiệu suất không cao
Có mấy loại MOSFET? Vẽ sơ đồ tương đương của MOSFET? Khi sửdụng chúng cần quan tâm gì? Nêu điều kiện làm việc của MOSFET?
Vẽ đường đặt tính Volt/Amper cho biết chúng dẫn dòng hay dẫn áp? Các bạn hãy cho một số ứng dụng của MOSFET?
Có 2 loại MOSFET: Kênh P và kênh N Điện áp giữa các cặp cực, điện áp VG và hệ số khuếch đại, Với MOSFET kênh N VD>VS VG>0 ngược lại với MOSFET kênh P Đặc tính Volt/Ample trong tài liệu Hình 2.16 trang 32, MOSFET kích áp Ứng dụng trong các mạch
nguồn xung
Các bạn hãy cho biết ưu nhược điểm khi sử dụng MOSFET?
Ưu điểm do kích áp nên tổn hao ít hiệu suất cao Nhược điểm tài nguyên không sẵn có nên chi phí chế tạo rất cao,
Có mấy loại IGBT? Vẽ sơ đồ tương đương của IGBT? Khi sử dụng chúng cần quan tâm gì? Nêu điều kiện làm việc của IGBT? Vẽ đường đặt tính Volt/Amper cho biết chúng dẫn dòng hay dẫn áp? Các bạn hãy cho một số ứng dụng của IGBT?
Có 2 loại IGBT: Kênh P và kênh N Điện áp giữa các cặp cực, điện áp
VG và hệ số khuếch đại, Với IGBT kênh N VC>VE VG>0 ngược lại
Trang 7với IGBT kênh P Đặc tính Volt/Ample trong tài liệu Hình 2.21 trang
39, IGBT kích áp Ứng dụng trong các mạch nguồn xung, nghịch lưu, chỉnh lưu cos(phi) cao, biến đổi nguồn DC-DC
Linh kiện điện tử công suất theo chức năng đóng/ngắt và khả năng điều khiển có bao nhiêu nhóm? Bạn hãy mô tả chi tiết từng nhóm
Nhóm một: gồm các linh kiện không điều khiển: như diode, diac
Nhóm hai: gồm các linh kiện điều khiển kích đóng được như thyristor, triac Nhóm ba: gồm các linh kiện khiển kích ngắt được như transistor (BJT, MOSFET, IGBT), GTO
CHỈNH LƯU KHÔNG ĐIỀU KHIỂN
Tại sao phải chỉnh lưu? Các bạn thường thấy điện một chiều tích trữ dạng nào? Hãy vẽ sơ đồ khối một mạch chỉnh lưu và giải thích
nguyên lý hoạt động
Đa số các thiết bị điện tử đều sử dụng điện một chiều Điện một chiềuthường thấy nhiều như Pin, Acqui Tuy nhiên, giá thành cao, dung lượng ít không duy trì lâu Mặt khác, bán dẫn phát triển mạnh mẽ, giá thành thấp
Trang 8Năng lượng từ lưới điện được hạ thế sau đó qua mạch chỉnh lưu để biến đổi dòng xoay chiều thành dòng một chiều cung cấp cho tải Tùy theo loại tải khác nhau mà có sự ảnh hưởng.
Trong thực tế tải nguồn điện một chiều thường là các loại tải nào? Cho ví dụ của từng loại tải
Trong thực tế tải nguồn điện một chiều thường là các loại tải nào? Cho ví dụ của từng loại tải
máy phát
Trong điện tử dân dụng người ta thường sử dụng mạch chỉnh lưu nào? Tại sao Trong điện tử công nghiệp người ta thường sử dụng mạch chỉnh lưu nào? Tại sao?
Trang 10Một khách hàng yêu cầu thiết kế một bộ nguồn DC cho bảng quang báo (đèn ma trận led) Với điện áp ngõ ra (Vd) là 15Vdc, Điện trở dãy led là 10Ω.
a) Sinh viên cho biết nên chọn loại chỉnh lưu nào? Tại sao?
Trang 11b) Vẽ sơ đồ nguyên lý, dạng sóng ngõ vào VAC (U2) và dạng sóng điện áp ngõ ra (Vd) và xác định công thức Vd.
c) Tính Vd, ILed, ID (dòng điện qua diode), dòng điện ngõ vào IAC (I2), công suất biểu kiến SBA và hệ số cosφ (là tỷ số của công suất ngõ ra
và ngõ vào)
Điều kiện để Diode Phân cực thuận: VA > VK, u2 > E
Giai đoạn 1 (GĐ1): Trong khoảng từ 0 ÷ θ1, VA > VK, u2 < E; D1, D3 PCN
Trang 12Giai đoạn 5(GĐ5): Trong khoảng từ (π+θ1) ÷ (π+θ2), VA > VK,
u2 > E => D2, D4 PCT => Ud có dạng sóng như dạng sóng ngõ vào
Giai đoạn 6 (GĐ6): Trong khoảng từ (π+θ2 ) ÷ 2π, VA>VK , u2 <E =>
Điều kiện để Diode Phân cực thuận: VA > VK
Giai đoạn 1 (GĐ1): Trong khoảng từ 0 ÷ π/6, ua, ub, uc < 0 => D1, D2,
Giai đoạn 2 (GĐ2): Trong khoảng từ π/6 ÷ 5π/6, ua > 0 => D1 PCT
Giai đoạn 3 (GĐ3): Trong khoảng từ 5π/6 ÷ 9π/6, ub > 0 => D2 PCT
Giai đoạn 4 (GĐ4): Trong khoảng từ 9π/6 ÷ 13π/6, uc > 0 => D3 PCT
Trang 13Điều kiện để Diode Phân cực thuận: VA > VK
Giai đoạn 1 (GĐ1): Trong khoảng từ π/6 ÷ 3π/6, uab > 0 => D1, D6 PCT
vào bằng áp ra, bỏ qua điện áp rơi trên Diode)
Giai đoạn 2 (GĐ2): Trong khoảng từ 3π/6 ÷ 5π/6, uac > 0 => D1,
ngõ vào uac
Giai đoạn 3 (GĐ3): Trong khoảng từ 5π/6 ÷ 7π/6, ubc > 0 => D2, D3 PCT
Giai đoạn 4 (GĐ4): Trong khoảng từ 7π/6 ÷ 9π/6, uba > 0 => D3,
vào uba
Giai đoạn 5 (GĐ5): Trong khoảng từ 9π/6 ÷ 11π/6, uca > 0 => D4,
uca
Trang 14Giai đoạn 6 (GĐ6): Trong khoảng từ 11π/6 ÷ 13π/6, ucb > 0 => D5,
vào ucb
Sinh viên hãy vẽ (vẽ tay và chụp hình) dạng sóng tia 3 pha ngõ vào Va, Vb,
Vc và điện áp ngõ ra Vd trên cùng đồ thị (tải R) Chú ý phải tự vẽ lấy không được copy của bạn Bạn nào vi phạm sẽ bị trừ điểm
Sinh viên hãy vẽ (vẽ tay và chụp hình) dạng sóng cầu 3 pha ngõ vào
Va, Vb, Vc và điện áp ngõ ra Vd trên cùng đồ thị (tải R)
Trang 15Cho mạch chỉnh lưu cầu 1 pha dùng diode chế tạo từ Si Biết giá trị hiệu dụng của điện áp nguồn xoay chiều là U = 24V Tải là R, có dòngđiện trung bình Id = 12A.
a Sinh viên hãy vẽ sơ đồ nguyên lý, (vẽ tay và chụp hình) dạng
sóng ngõ vào Va-a’ và điện áp ngõ ra Vd trên cùng đồ thị
b Hãy tính công suất tiêu trên tải và các thông số để lựa chọn
diode
c Vẽ sơ đồ mạch, dạng sóng điện áp trước sau chỉnh lưu và dạng
sóng dòng điện trên tải
Trang 16Người ta dùng thiết bị chỉnh lưu cầu 1 pha để nạp điện cho ắc quy, có
E = 110V, dòng nạp Id = 50A, điện áp nguồn xoay chiều là u =
311Sin314t
a Sinh viên hãy vẽ sơ đồ nguyên lý, (vẽ tay và chụp hình) dạng
sóng ngõ vào Va-a’ và điện áp ngõ ra Vd trên cùng đồ thị
b Tính t1 tại thời điểm thiết bị chỉnh lưu bắt đầu dòng nạp cho ắc quy trong từng nửa chu kỳ, Tô thời gian dẫn dòng của mỗi diode trongmột chu kỳ
c Điện trở R phải bằng bao nhiêu để đảm bảo dòng nạp yêu cầu.
Trang 17Cho mạch chỉnh lưu tia 3 pha không điều khiển, cấp dòng cho một mạch tải gồm bộ ắc quy có E = 120V, R = 2ohm, giá trị hiệu dụng của điện áp pha là U = 220V, tần số nguồn điện xoay chiều là f = 50 Hz.
a Sinh viên hãy vẽ sơ đồ nguyên lý, (vẽ tay và chụp hình) dạng
sóng tia 3 pha ngõ vào Va, Vb, Vc và điện áp ngõ ra Vd trên cùng đồ thị (tải R)
b Tính dòng điện trung bình qua tải, dòng hiệu dụng cuộn thứ cấp
I2 và dòng trung bình qua mỗi diode;
c Tính điện áp ngược lớn nhất trên mỗi diode;
Trang 18d Tính dòng điện trung bình qua tải và qua mỗi diode khi ắc quy
nạp tới trị số E = 170V, vẽ dạng sóng điện áp và dòng điện trên tải trong trường hợp này
Trang 20Cho mạch chỉnh lưu cầu 3 pha không điều khiển được cấp dòng từ máy biến áp 3 pha nối / , biết điện áp hiệu dụng nguồn cuộn dây
sơ cấp là 660V, thứ cấp là 400V, tải R = 10
a Sinh viên hãy vẽ sơ đồ nguyên lý, (vẽ tay và chụp hình) dạng
sóng cầu 3 pha ngõ vào Va, Vb, Vc và điện áp ngõ ra Vd trên cùng đồ thị(tải R)
b Tính dòng điện trung bình qua tải, qua mỗi diode, điện áp ngược
lớn nhất mà mỗi diode phải chịu dòng, tính I1, I2 và Sba;
Giả sử khi có thêm tải E = 100V thì các thông số trên thay đổi như thế nào?
Trang 22CHỈNH LƯU TIA CÓ ĐIỀU KHIỂN
Phạm vi góc điều khiển cho SCR, TRIAC là bao nhiêu độ? Tại sao?
ĐIỀU KHIỂN TƯƠNG TỰ :ĐIỀU KHIỂN KO ĐỒNG BỘ ít sử dụng
Ngõ vào của mạch tích phân và vi phân là tín hiệu xung vuông, ngõ racủa chúng là tín hiệu gì? Hãy vẽ tín hiệu đó
Ngõ ra của mạch tích phân là xung răng cưa
ngõ ra của mạch vi phân là xung gai mà ở bán kì dương do chiệu ảnhhưởng của diode nên mất đi bán kì âm
Trang 23Khi sử dụng xung kích để điều khiển cho SCR, TRIAC tại so người ta
sử dụng xung có độ rộng hẹp mà không sử dụng xung có động rộng rộng?
để ít tiếu tốn năng lương và để tăng tuổi thọ cho mạch Driver
Trang 24Tính liên tục và gián đoạn phụ thuộc vào những yếu tố nào? Đọc tài liệu chương chỉnh lưu có điều khiển file pdf.
Phụ thuộc vào góc anpha và giá trị của cuộn dây
Phạm vi góc điều khiển của chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển toàn phần
là bao nhiêu độ?
TỪ 0 ĐẾN PI ạ
Phạm vi góc điều khiển của chỉnh lưu tia 3 pha là bao nhiêu độ?
π/6 +anpha đến 5π/6+anpha.anpha đến 5π/6+anpha.π/6+anpha đến 5π/6+anpha.anpha.
Điểm chuyển mạch tự nhiên của chỉnh lưu tia 3 pha là bao nhiêu độ?
Pha A π/6, pha B 5π/6, pha C 9π/6 và quay lại chu kì pha A là 13π/6
Phạm vi góc điều khiển của chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển toàn phần
là bao nhiêu độ?
nếu liên tục thì từ
π/6 +anpha đến 5π/6+anpha.anpha đến 3π/6+anpha đến 5π/6+anpha.anpha.
nếu gián đoạn là từ
π/6 +anpha đến 5π/6+anpha.anpha đến 5π/6+anpha.π/6
Điểm chuyển mạch tự nhiên của chỉnh lưu cầu 3 pha là bao nhiêu độ?Uab π/6, Uac 3π/6, Ubc 5π/6+anpha.π/6, Uba 7π/6, Uca 9π/6, Ucb 11π/6.π/6, Uca 9π/6, Ucb 11π/6.π/6, Ucb 11π/6.
Phạm vi góc điều khiển của chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển bán phần
là bao nhiêu độ?
π/6+anpha đến 5π/6+anpha.anpha đến 7π/6, Uca 9π/6, Ucb 11π/6.π/6.
Nghịch lưu phụ thuộc là gì? Nêu điều kiện xảy ra nghịch lưu phụ
thuộc