Bài giảng : điện tử công suất - Chương 0&1

tài liệu “Giáo trình điện tử công suất” được dùng để giảng dạy và học tập trong các trường THCN ở Hà Nội, đồng thời là tài liệu tham khảo hữu ích cho các trường có đào tạo các ngành kỹ

Chương 0

CÁC HỆ THỨC

VÀ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Các khái niệm cơ bản

Giá trị trung bình của đại lượng i:

1

( ) ( ) 2

Các khái niệm cơ bản

Công suất tức thời:

Mạch một pha với dòng, áp dạng sin

Mạch một pha với dòng, áp dạng sin và ở chế độ xác lậpNguồn Tải

Mạch một pha với dòng, áp dạng sin

0

2 cos

2 cos

j j

Mạch ba pha cân bằng (dòng, áp dạng sin)

Mạch 3 pha với dòng, áp dạng sin và ở chế độ xác lập

Mạch ba pha cân bằng (dòng, áp dạng sin)

Mạch ba pha cân bằng (dòng, áp dạng sin)

Công suất trên 1 pha:

Cuộn dây L – Tụ điện C

Chế độ xác lập với dòng, áp không sin

Dạng sóng điển hình của một bộ biến tần 3 pha

a Điện áp (pha) ngõ ra của bộ biến tần

b Điện áp và dòng ngõ vào của bộ biến tần

Ví dụ: Dạng sóng

điện áp ngõ ra và

dạng sóng dòng-áp

ngõ vào của một bộ

biến tần 3-pha kiểu

điều rông xung

(PWM) điển hình.

Phân tích Fourier

Đại lượng f(t) tuần hoàn, không sin, biến thiên có chu kỳ

có thể triển khai thành tổng các đại lượng sin theo hệ thức:

0 2

0

1

( ) ( ) 2

Phân tích Fourier

Thành phần sóng hài bậc n: ( ) f tn  An sin( n t  )  Bn cos( n t  )

Sóng hài bậc n có thể biểu diễn qua giá trị hiệu dụng và dưới dạng:

2 arctan

n

j n

n

n n

I THD

Chương 1

CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN

Lãnh vực ứng dụng của ĐTCS

1 Các thiết bị gia dụng

 Tủ lạnh, tủ đông

 Gia nhiệt, sưởi

 Hệ thống điều hòa không khí

 Lò nấu

 Chiếu sáng

 Các thiết bị điện tử dân dụng (TV, máy

tính, các thiết bị nghe nhìn, giải trí…)

2 Trang thiết bị cho cao ốc

 Các hệ thống sưởi, thông gió, điều hòa

 Hệ thống điều hòa trung tâm

 Máy tính và các thiết bị văn phòng

 UPS (Uninterruptible Power Supply)

 Lò nấu hồ quang, Lò nấu cảm ứng

 Gia nhiệt cảm ứng (tôi cao tần…)

 Máy hàn điện

4 Giao thông vận tải

 Điều khiển động cơ xe hơi điện

 Nạp acquy xe hơi điện

 Các hệ thống tàu điện, tàu điện ngầm

6 Hàng không

 Hệ thống điện tàu con thoi

 Hệ thống điện của các vệ tinh

 Hệ thống điện máy bay

7 Viễn thông

 Bộ nạp bình acquy

 Bộ nguồn (DC, UPS)

Ví dụ ứng dụng của bộ biến đổi ĐTCS

• Ứng dụng các bộ biến đổi ĐTCS giúp tiết kiệm năng

lượng, nâng cao chất lượng đáp ứng của thiết bị.

Tiết kiệm năng lượng tiêu thụ của hệ thống bơm khi điều chỉnh lưu lượng bằng

bộ điều khiển tốc độ động cơ thay cho van tiết lưu

Nguồn

lưới

Nguồn lưới

Động cơ

Bơm

Van tiết lưu

Bộ điều khiển tốc độ+Động cơ

Sơ đồ khối Bộ biến đổi

điều khiển

Mạch động lực

Lưu ý là các mạch ĐTCS hoạt động theo chế độ đóng-ngắt (switch-mode), khác với các mạch điện tử hoạt động ở chế độ tuyến tính (linear mode)  Hiệu suất mạch ĐTCS cao hơn mạch điện tử chế độ tuyến tính.

Chỉnh lưu Tụ lọc

Biến áp nguồn Nguồn lưới

Tầm thay đổi của v d

Tải

a Sơ đồ nguyên lý

b Dạng sóng điện áp ngõ vào v d và ngõ ra v o

Chỉnh lưu Mạch lọc

thông thấp

Tải

Mạch điều khiểnMạch động lực

V o = V oi

v oi

Tải

c Điện áp ngõ ra của bộ ổn áp xung

Transistor hoạt động như một khóa đóng ngắt  hiệu suất cao

Biến áp, mạch lọc hoạt động ở tần số cao  kích thước nhỏ

Điện áp ngõ ra thay đổi bằng cách điều khiển độ rộng xung (tỉ lệ ton/Ts)

Chế độ hoạt động của BBĐ

Chế độ chỉnh lưu

Bộ biến đổi

Chế độ nghịch lưu

Nguồn

lưới

Giới thiệu các linh kiện ĐTCS thông dụng

Miền khóa ngược

a Ký hiệu

V đm

Điện áp khóa ngược

Thyristor (SCR)

Miền khóa ngược

Điện áp khóa ngược

Điện áp khóa thuận

Tắt

Dẫn

Tắtà Dẫn khi có xung kích i G

Miền khóa ngược Miền khóa thuận

BJT (Bipolar Junction Transistor)

BJT (Bipolar Junction Transistor)

Transistor ghép Darlington

GTO (Gate Turn-Off Thyristor)

GTO (Gate-Turn Off)

GTO (Gate Turn-Off Thyristor)

Mạch đệm (snubber)

để giảm dv/dt khi tắt dòng

Mạch

kích

a GTO và mạch đệm b Chuyển trạng thái dẫn à tắt của GTO

IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)

MCT (MOS-Controlled Thyristor)

Khả năng tải & đóng cắt của các linh kiện

ĐTCS hiện nay