Chuong 1 khainiem chug BDDN

Nghiên cứu các phương pháp và các thiết bị dùng để biến đổi và điều khiển năng lượng điện ( tên gọi khác của điện tử công suất) Các thiết bị sản xuất của chúng ta sử dụng các loại năng lượng điện khác nhau Điều khiển nguồn năng lượng điện cấp cho các thiết bị. Biến đổi và điều khiển năng lượng điện là một nhiệm vụ hàng đầu trong tự động hoá sản xuất.

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

BÀI GIẢNG HỌC PHẦN

KHOA ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

BIẾN ĐỔI ĐIỆN NĂNG

Trang 2

Nội dung

Chương 1 – Khái niệm về mạch biến đổi điện năng

1.Quá trình phát triển

2.Nguyên tắc biến đổi tĩnh

3.Cơ bản về điều khiển mạch hở

4.Điều khiển mạch kín

Chương 2 – Linh kiện điện tử công suất

1 Linh kiện và mô đun

2 Phương pháp bảo vệ diot silic

3 Công tắc xoay chiều 3 pha

4 Công tắc 1 chiều

Chương 3 – Bộ biến đổi AC - DC

1 Đại cương

2 Chỉnh lưu bán kỳ 1 pha

3 Chỉnh lưu toàn kỳ 1 pha

4 Chỉnh lưu tia 3 pha

5 Chỉnh lưu cầu 3 pha

Chương 4: Bộ biến đổi AC-AC

1.Đại cương.

2 Bộ biến đổi AC-AC 1 pha

Chương 5: Bộ biến đổi DC-DC

1 Đại cương

2 Bộ biến đổi tăng áp

3 Bộ biến đổi giảm áp

4 Bộ biến đổi đảo áp

Chương 6: Bộ biến đổi DC-AC

2 Mạch điều khiển chỉnh một pha.

3 Mạch điều khiển chỉnh ba pha

4 Mạch kích Mosfet

5 Mạch tạo xung PWM

Trang 3

[ 1]Đề cương môđun/môn học nghề Sửa chữa thiết bị điện tử công nghiệp , Dự án Giáo dục kỹ thuật và Dạy nghề (VTEP), Tổng cục Dạy Nghề, Hà Nội

[2] Heinz- Piest, Power Electronic, Institut fur Handwekstechnik at the University of Hannover

[3] Rainer Felderhoff, Leistungelektronik

[4] Cyril W Lander, Điện tử công suất và điều khiển động cơ điện.

[5] Nguyễn Bính,Điện tử công suất , NXB Khoa học kỹ thuật

[6] Nguyễn Tấn Phước, Điện tử công suất , NXB khoa học kỹ thuật

Trang 4

Việc đánh giá môn học, mô-đun được thực hiện theo quy định tại thông tư số BLĐTBXH ngày 13/3/2017 của Bộ trưởng Bộ Lao động - Thương binh và Xã hội, cụ thể

09/2017/TT-như sau

2.1 Kiểm tra thường xuyên, kiểm tra định kỳ

- Kiểm tra thường xuyên: Có ít nhất 01 bài Hình thức kiểm tra: vấn đáp Hệ số 1.

- Kiểm tra định kỳ: 03 bài Hình thức kiểm tra: Viết Hệ số 2.

2.2 Thi kết thúc môn học, mô-đun:

- Điều kiện dự thi kết thúc môn học, mô-đun: sinh viên phải tham dự ít nhất 70% thời gian học lý thuyết và có điểm trung bình chung các điểm kiểm tra đạt từ 5,0 điểm trở lên theo

thang điểm 10.

- Hình thức thi: Bài tập lớn

Trang 5

Nội dung

Chương 1 – Khái niệm về mạch biến đổi điện năng

1.Quá trình phát triển

2.Nguyên tắc biến đổi tĩnh

3.Cơ bản về điều khiển mạch hở

4.Điều khiển mạch kín

Chương 2 – Linh kiện điện tử công suất

1 Linh kiện và mô đun

2 Phương pháp bảo vệ diot silic

3 Công tắc xoay chiều 3 pha

4 Công tắc 1 chiều

Chương 3 – Bộ biến đổi AC - DC

1 Đại cương

2 Chỉnh lưu bán kỳ 1 pha

3 Chỉnh lưu toàn kỳ 1 pha

4 Chỉnh lưu tia 3 pha

5 Chỉnh lưu cầu 3 pha

Chương 4: Bộ biến đổi AC-AC1 1.Đại cương.

3 Bộ biến đổi AC-AC 3 pha Chương 5: Bộ biến đổi DC-DC

1 Đại cương

2 Bộ biến đổi tăng áp

3 Bộ biến đổi giảm áp

4 Bộ biến đổi đảo áp Chương 6: Bộ biến đổi DC-AC

1 Đại cương

2 Bộ nghịch lưu áp ra một pha

3 Bộ nghịch lưu áp ra ba pha Chương 7: Mạch điều khiển 1.Đại cương

2 Mạch điều khiển chỉnh một pha.

3 Mạch điều khiển chỉnh ba pha

4 Mạch kích Mosfet

5 Mạch tạo xung PWM

Trang 6

CHƯƠNG 1:

KHÁI NIỆM MẠCH BIẾN ĐỔI ĐIỆN NĂNG

BỘ MÔN: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

Trang 7

Nội dung bài học

1 Mục tiêu:

- Trình bày bản chất, yêu cầu của quá trình điều khiển theo nội dung đã học

- Giải thích được cấu trúc, đặc tính các khâu cơ bản trong hệ thống theo nội dung đã học

2.1 Quá trình phát triển 2.2 Nguyên tắc biến đổi tĩnh 2.3 Cơ bản về điều khiển mạch hở 2.4 Điều khiển mạch kín

2 Nội dung:

Trang 8

Khái niệm mạch biến đổi điện năng

- Nghiên cứu các phương pháp và các thiết bị dùng để biến đổi và điều khiển năng lượng điện ( tên gọi khác của điện tử công suất)

- Các thiết bị sản xuất của chúng ta sử dụng các loại năng lượng điện khác nhau

- Điều khiển nguồn năng lượng điện cấp cho các thiết bị

- Biến đổi và điều khiển năng lượng điện là một nhiệm vụ hàng đầu trong tự động hoá sản xuất.

- Trước đây chủ yếu sử dụng các relay (rơ-le), dựa vào việc đóng mở các relay mà có được nguồn điện năng theo ý muốn  Do yêu cầu ngày càng cao của thực tiến sản xuất, kèm theo đó là sự tiến bộ của công nghệ bán dẫn đã cho phép chế tạo các phần tử đóng cắt bán dẫn ( không tiếp điểm ) công suất lớn

nhằm thay thế các mạch relay tiếp điểm

 BĐ ĐN là dùng các linh kiện (thiết bị) điện tử có công suất lớn với các

Khái niệm

Trang 9

Nguyên tắc biến đổi tĩnh

-Biến đổi AC/DC : Các bộ Chỉnh lưu (Rectifier) điều khiển (dùng Thyristor) hoặc không điều khiển (dùng

Diode) tuỳ theo việc ta có cần điều khiển giá trị của dòng điện một chiều ở đầu ra hay không Nghiên cứu ở

chương 3

-Biến đổi DC/AC : Các bộ Nghịch lưu (Inverter) Các bộ nghịch lưu có khả năng biến một dòng điện một chiều thành một dòng điện xoay chiều có giá trị điện áp và tần số thay đổi được tuỳ vào luật đóng mở các van bán

dẫn Nghiên cứu ở chương 6

-Biến đổi DC/DC : Các bộ Băm xung một chiều (còn có tên là Điều áp một chiều, biến đổi điện áp một chiều –

DC to DC converter, DC chopper) Các bộ biến đổi này biến dòng điện một chiều có giá trị cố định thành dòng điện một chiều có giá trị điện áp, dòng điện điều khiển được Nghiên cứu ở chương 5

- Các bộ biến tần( AC/AC)- Frequency Driver trực tiếp(Cycloconverter) hoặc gián tiếp (Inverter) Các bộ biến tần có khả năng biến nguồn điện xoay chiều có giá trị dòng điện, điện áp và tần số cố định của lưới điện thành dòng điện xoay chiều có giá trị dòng, áp và tần số điều khiển được theo ý muốn Nghiên cứu ở chương 4

Trang 10

Phân loại

Phân loại mạch chỉnh lưu:

-Theo số pha: một pha, hai pha, ba pha, sáu pha

-Theo loại ngắt điện.

- Mạch chỉ dùng toàn Diode là chỉnh lưu không điều khiển.

- Mạch chỉ dùng toàn Thyristor là chỉnh lưu có điều khiển.

- Mạch chỉnh lưu dùng Diode kết hợp với Thyristor là chỉnh lưu bán điều khiển (chỉnh lưu điều khiển không đối xứng).

- Phân loại theo sơ đồ mắc.

- Phân loại theo công suất.

- Phân loại biến tần:

- Biến tần quay: biến tần quay là máy phát điện xoay chiều.

- Biến tần tĩnh: là loại biến tần được chế tạo từ các linh kiện bán dẫn công suất Có 2 loại biến tần tĩnh thường gặp: biến tần trực tiếp và biến tần độc lập.

Trang 11

Sự khác nhau giữa các linh kiện điện tử ứng dụng (điện tử điều khiển) và điện tử công suất

Trang 12

Đặc tính Volt – Ampe của van công suất lý tưởng

i

u điều khiển

i

a c

b

u d

Trang 13

Transistor điều khiển: Khuếch đại

Transistor công suất: đóng cắt dòng điện

B

I C

U R

Trang 14

Chỉnh lưu

Đối tượng nghiên cứu của điện tử công suất

• Các bộ biến đổi công suất

• Các bộ khóa điện tử công suất lớn

Trang 15

1 Bộ chỉnh lưu: Biến đổi dòng điện xoay

chiều thành dòng một chiều AC-DC.

2 Bộ nghịch lưu: Biến đổi dòng một chiều

thành dòng xoay chiều DC-AC.

3 Bộ băm: Biến đổi điện áp một chiều

thành điện áp một chiều DC-DC.

4 Bộ điều áp xoay chiều: Biến đổi điện áp

xoay chiều thành địên áp xoay chiều tần

số không đổi AC-AC

5 Bộ biến tần: Biến đổi dòng điện xoay

chiều về tần số và điện áp AC-AC.

Trang 16

Trang 17

1.2 Nhịp và sự chuyển mạch

Nhánh chính – Nhánh phụ

Linh kiện ĐTCS chính – Linh kiện ĐTCS phụ

Nhịp là khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp thay đổi trạng thái của

linh kiện điện tử công suất trong mạch Tên của nhịp là tên của linh

kiện đang dẫn điện

Chuyển mạch là trạng thái điện từ xảy ra trong mạch bộ biến đổi,

được đặc trưng bằng việc dòng điện trong một nhánh chuyển sang

một nhánh khác trong khi dòng điện tổng chảy ra từ nút giữa hai

nhánh vẫn không đổi.

Trang 18

Trang 19

Đặc tính ngoài (Đặc tính tải): Mối quan hệ giữa điện áp đầu ra và dòng điện đầu ra của bộ biến đổi

Đặc tính điều khiển: Mối quan hệ giữa điện áp đầu ra và đại lượng điều khiển của bộ biến đổi

Trang 20

m: số pha

U: Giá trị hiệu dụng điện áp điều hòa của pha

I(1): Giá trị hiệu dụng của thành phần bậc 1 dòng điện pha

(1): Góc chậm pha của thành phần bậc 1 dòng điện pha so với điện áp

mUI(1): Công suất biểu kiến của thành phần bậc 1

Q(1): Công suất phản kháng của thành phần bậc 1

Trang 21

… Độ méo dạng tổng THD (Total Harmonic Distortion)

… Hệ số méo dạng DF (Distortion Factor)

… Hệ số công suất PF (Power Factor)



THD  n 2

… Hệ số công suất chuyển dịch DPF (Displacement Power Factor)

Trang 22

Giá trị trung bình của hàm f(t): 1 T

Giá trị hiệu dụng của hàm f(t):

Trang 23

Cho dòng điện i(t) và điện áp

u(t) có chu kỳ T Trị trung bình

của dòng và áp được tính bằng

công thức:

Ở chế độ xác lập trị trung bình điện áp trên L bằng 0 Vì thế trị trung bình dòng không phụ thuộc vào giá trị L mà chỉ phụ thuộc vào R và dòng trung bình qua tải được tính bằng công thức:

Trang 24

định trị trung bình và trị hiệu dụng của dòng điện.

Trang 25

Trang 28

• Diode công suất, thyristor công suất SCR (Silicon Controlled Rectifier),

Transistor),

• TRIAC (Triode Alternative Current),

Các phần tử bán dẫn công suất điển hình được dùng trong các bộ biến đổi công suất :

Trang 29

Các đặc tính cơ bản của các phần tử bán dẫn công suất :

1 Diode công suất : có dòng điện định mức tới 5000A, điện áp định mức tới 10kV , thời gian chuyển mạchnhanh nhất tới 20ns Chủ yếu được dùng trong chỉnh lưu, biến đổi DC-DC

2 Transistor lưỡng cực công suất BJT: dẫn dòng một chiều khi có dòng bazơ thích hợp Dòng điện địnhmức 0,5-500A và lớn hơn, điện áp định mức tới 1200V, thời gian chuyển mạch từ 0,5-100µs Chức năngchủ yếu là biến đổi DC-DC, phối hợp với diode trong nghịch lưu BJT đang được thay thế bởi FET vàIGBT

3 Transistor trường công suất FET: dẫn dòng điện máng (Drain) khi có điện áp cổng thích hợp Dòng điệnđịnh mức 1 – 100A, điện áp định mức 30-1000V, thời gian chuyển mạch rất nhanh 50-200ns Chức năngchủ yếu là biến đổi DC-DC và nghịch lưu

4 Transistor lưỡng cực cổng cách điện IGBT: là FET đặc biệt có chức năng của BJT và điều khiển cổngbằng FET Nhờ vậy IGBT nhanh hơn và dễ sử dụng hơn BJT khi cùng công suất Dòng điện định mức 10-600A, điện áp định mức 600-1700V Được sử dụng chủ yếu trong nghịch lưu công suất từ 1-100KW

Trang 30

Các đặc tính cơ bản của các phần tử bán dẫn công suất :

5 Thyristor (Thyristor): dẫn điện tương tự như diode sau khi nhận được xung mồi thích hợp và trở về trạng thái bị khoá khi dòng điện bằng không Sau khi đã dẫn, cực điều khiển không còn tác dụng nữa Dòng điện định mức 10-5000A, điện

áp định mức 200V-6kV, thời gian chuyển mạch 1-200µs Là linh kiện điện tử công suất chủ yếu, được ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của điện tử công suất.

6 Thyristor khoá bằng cực điều khiển GTO: là thyristor đặc biệt có thể khóa được bằng cách đặt xung âm vào cực điều khiển Thay thế cho các BJT trong các ứng dụng đòi hỏi công suất lớn Các đại lượng định mức tương tự như thyristor và được ứng dụng trong các bộ nghịch lưu trên 100KW.

7 TRIAC: là linh kiện phối hợp hai thyristor nối song song ngược và chỉ có một cực điều khiển Dòng điện định mức 50A, điện áp định mức 200-800V Ứng dụng chủ yếu trong các bộ biến đổi điện áp xoay chiều, điều khiển đèn, thiết bị điện gia dụng.

2-8 Thyristor điều khiển bằng MOSFET MCT: là thyristor đặc biệt có chức năng của GTO nhưng điều khiển bằng FET vì thế nhanh và dễ sử dụng hơn GTO.

9 Linh kiện cảm ứng tĩnh SID: là linh kiện được chuyển mạch bằng cách điều khiển hàng rào thế ở cổng Công suất 100KW ở tần số 100kHZ Ưu điểm chủ yếu là có tốc độ chuyển mạch cao, điện áp ngược lớn, điện áp rơi thuận rất nhỏ

Trang 31

Tính năng của các phần tử bán dẫn công suất

Trang 32

Ưu điểm của các phần tử bán dẫn công suất:

- Đóng cắt dòng điện không gây ra tia lửa điện.

- Không bị mài mòn theo thời gian.

- Được điều khiển bởi các tín hiệu công suất nhỏ.

- Hiệu suất biến đổi điện năng cao.

- Cung cấp cho phụ tải được nguồn năng lượng theo yêu cầu.

- Đáp ứng nhanh.

Trang 33

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ

LOGO KHOA

TỔNG KẾT BÀI

có điều khiển và bán điều khiển

Định dạng
Số trang	33
Dung lượng	1,74 MB