Trường Cao đẳng - Khoa Điện - điện LỜI NÓI ĐẦU Giáo trình Điện Tử Công Suất biên soạn phục vụ giảng dạy môn học Điện Tử Công Suất cho sinh viên hệ Cao đẳng ngành Điện công nghiệp, nhằm cung cấp kiến thức liên quan đến biến đổi công suất Nội dung giảng môn học điện tử công suất bao gồm sáu bài: Bài 1: Tổng quan điện tử công suất, giới thiệu khái niệm, định nghĩa Phần linh kiện công suất giới thiệu số tính chất linh kiện thông dụng diode, BJT, MOSFET, IGBT, SCR, triac v.v Bài 2: Bộ chỉnh lưu, phân tích hoạt động chỉnh lưu gồm chỉnh lưu không điều khiển: chỉnh lưu cầu pha tia ba pha; chỉnh lưu điều khiển: chỉnh lưu tia ba pha, cầu ba pha, cầu pha Đồng thời trình bày phương pháp điều khiển chỉnh lưu, tính toán máy biến áp v.v Bài 3: Bộ biến đổi chiều, phân tích hoạt động hai biến đổi bản: giảm áp tăng áp Nội dung giảng đề cập đến phương pháp điều khiển biến đổi chiều Bài 4: Phương thức điều rộng xung, trình bày cấu trúc số mạch sử dụng phương thức điều rộng xung, phân tích tổn hao mạch biện pháp giảm tổn hao, vấn đề hài tần biện pháp giảm sóng hài Bài 5: Bộ biến tần, giới thiệu cấu hình biến tần gián tiếp trực tiếp, phân tích đặc tính biến tần, so sánh hai loại biến tần trực tiếp gián tiếp Bài 6: Bộ nghịch lưu, giới thiệu cấu trúc nghịch lưu ba pha, phân tích hoạt động nghịch lưu, phương pháp điều khiển nghịch lưu hài phát sinh nghịch lưu Nội dung sách tập trung trình bày vấn đề cốt lõi lĩnh vực điện tử công suất, không đặt nặng phần toán học Mỗi có số tập giải sẵn nhằm giúp người học thuận tiện trình làm Giáo trình môn điện tử công suất dùng cho sinh viên hệ cao đẳng nghề 110 Trường Cao đẳng - Khoa Điện - điện tập Để học tốt môn học này, sinh viên cần nắm vững lý thuyết mạch điện, kiến thức điện tử bản, lý thuyết điều khiển tự động máy điện Do lần biên soạn, nội dung tài liệu chắn nhiều sai sót, mong nhận đóng góp, phê bình bạn đồng nghiệp độc giả Mọi ý kiến đóng góp xin gửi khoa Điện – Điện tử, trường Cao Đẳng Nghề Số 8, thành phố Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai TRƯỜNG CAO ĐẲNG Giáo trình môn điện tử công suất dùng cho sinh viên hệ cao đẳng nghề 111 Trường Cao đẳng - Khoa Điện - điện Biên Soạn : Hàng Khắc Phục GIÀO TRÌNH Dùng cho lớp cao đẳng nghề điện Tài liệu tham khảo Bình Dương năm 2015 Giáo trình môn điện tử công suất dùng cho sinh viên hệ cao đẳng nghề 112 Trường Cao đẳng - Khoa Điện - điện BÀI 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CÁC HỆ THỨC VÀ KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Định nghĩa điện tử công suất Công nghệ chuyển đổi lượng điện từ dạng sang dạng khác nhờ ứng dụng linh kiện bán dẫn công suất 1.2 Đặc điểm linh kiện điện tử công suất Phát triển công nghệ chế tạo bán dẫn công suất lớn: diode, BJT, MOSFET, IGBT, GTO, SCR … Làm việc chế độ đóng ngắt Là thành phần chuyển đổi công suất Có nhiều ưu điểm so với chuyển mạch học: độ bền cao, độ xác cao, tần số chuyển mạch cao ứng dụng: dùng để điều khiển đại lượng ngõ ra: áp, dòng, tần số, công suất, dạng sóng Các biến đổi điện tử công suất: Bộ chỉnh lưu (rectifier): điều khiển biến đổi AC – DC Bộ biến đổi điện áp xoay chiều (AC voltage controller) biến đổi AC – AC Bộ biến đổi điện áp chiều (chopper): biến đổi DC – DC Bộ nghịch lưu biến tần (frequency converter): biến đổi AC – DC – AC 1.3 Trị trung bình đại lượng Xét dòng điện i(t) chu kỳ T T 1 I dc = ∫ i ( t ) dt = T0 2π 2π ∫ i( ωt ) dt Ví dụ: với áp DC: i(t) = 5(A) suy Idc = 5(A) Với áp AC: i(t) = Imsin ω t suy Idc = 1.4 Công suất trung bình Công suất tức thời: Giáo trình môn điện tử công suất dùng cho sinh viên hệ cao đẳng nghề 113 Trường Cao đẳng - Khoa Điện - điện P(t) = u(t).i(t) Công suất trung bình: T PAV T 1 = ∫ p( t ) dt = ∫ u ( t ).i ( t ) dt T0 T0 Nếu dòng tải không đổi theo thời gian: PAV = UAV.I Nếu điện áp tải không đổi theo thời gian: PAV = U.IAV 1.5 Trị hiệu dụng đại lượng T I RMS = Ví dụ: i ( t ) dt = ∫ T0 2π I RMS = 2π ∫ i ( ωt ) dωt Im 1.6 Hệ số công suất λ = PF = P S Muốn tăng hệ số công suất, sử dụng biện pháp: Giảm công suất phản kháng Q hài tức bù công suất phản kháng: bù tụ điện, bù máy bù đồng kích thích dùng thiết bị bù bán dẫn đại (SVC – static var compensator) Giảm công suất phản kháng D hài bậc cao: tùy theo phạm vi hoạt động dãy tần số sóng hài bù, ta phân biệt biện pháp sau đây: a Lọc sóng hài: áp dụng cho sóng hài bậc cao lớn sóng hài đến giá trị khoảng kHz Có thể sử dụng mạch lọc cộng hưởng LC Ví dụ dùng mạch lọc LC cộng hưởng với bậc 5, 7, 11, mắc song song với nguồn cần lọc Giáo trình môn điện tử công suất dùng cho sinh viên hệ cao đẳng nghề 114 Trường Cao đẳng - Khoa Điện - điện b Khử nhiễu: áp dụng cho sóng bậc cao có tần số khoảng kHz đến hàng MHz Các sóng tần số cao phát sinh từ mạch điều khiển phát sóng tần số cao trình đóng ngắt linh kiện côn suất, sóng hoạt động mạch điện tử có khả phát sóng điện từ lan truyền vào môi trường gây nhiễu cho thiết bị xung quanh thân thiết bị công suất Một biện pháp sử dụng dùng tụ, dùng bọc kim dây dẫn dùng lưới chống nhiễu 1.7 Phân tích Fourier Đối với tín hiệu biến thiên theo thời gian, ta khai triển theo biểu thức: ∞ a0 ∞ + ∑ a n cos ωt + ∑ bn sin ωt n=1 n =1 v0 ( t ) = Trong đó: n: bậc hài với n = hài a0/2: trị trung bình T 2π a0 = v0 ( t ) dt = ∫ v0 ( ωt ) dωt ∫ T0 π an = v0 ( t ) cos nωt.dt = ∫ v0 ( ωt ) cos nωt.dt ∫ T0 π 2π T T 2π bn = ∫ v0 ( t ) sin nωt.dt = ∫ v0 ( ωt ).sin nωt.dt T0 π 1.8 Hệ số méo hài (distortion factor) Được định nghĩa tỉ số trị hiệu dụng thành phần hài trị hiệu dụng đại lượng dòng điện: DF = I ( 1) I 1.9 Độ méo dạng tổng sóng hài (total harmonic distortion - THD): Là đại lượng để đánh giá tác dụng song hài bậc cao xuất nguồn điện: Giáo trình môn điện tử công suất dùng cho sinh viên hệ cao đẳng nghề 115 Trường Cao đẳng - Khoa Điện - điện ∞ ∑ I( j) j =1 THDI = I ( 1) Trường hợp đại lượng I không chứa thành phần DC, ta có: ∞ THDI = ∑ I( ) j j =2 I ( 1) = I − I (21) I (1) Quan hệ DF THD: DF = + ( THD ) 1.10 Tính chất tĩnh tính chất động Tính chất tĩnh: tổn hao công suất nhiệt linh kiện xảy khóa công suất đóng ngắt hoàn toàn Đối với linh kiện công suất lý tưởng, tổn hao không tồn tại, linh kiện điện tử công suất tồn hai trạng thái tổn hao: Sụt áp hai đầu linh kiện đóng: - Linh kiện lý tưởng: p f = v f i f = - Linh kiện công suất thực tế: tồn vf nên pf khác Dòng rò qua linh kiện ngắt: - Linh kiện lý tưởng: ir = nên pr = - Linh kiện CS thực tế có tồn dòng rò nên pr ≠ Tính chất động: - Linh kiện CS lý tưởng: thời gian chuyển mạch 0, nên công suất tổn hao chuyển mạch không tồn - Linh kiện CS thực tế: tồn thời gian chuyển mạch (t on, toff khác 0) nên công suất tổn hao chuyển mạch khác 0, đồng thời thời gian chuyển mạch làm hạn chế tần số làm việc linh kiện U I Giáo trình môn điện tử công suất dùng cho sinh viên hệ cao đẳng t nghề ton toff 116 Trường Cao đẳng - Khoa Điện - điện 1.11 Quá trình độ trạng thái xác lập - Quá trình độ liên quan đến đặc tính động linh kiện CS, thời gian khóa chuyển từ đóng – ngắt ngược lại Quá trình tương đối ngắn - Trạng thái xác lập: khóa trạng thái đóng ngắt hoàn toàn, trạng thái tồn tương đối dài so với thời gina độ 1.12 Chế độ dòng liện tục gián đoạn Khi dòng qua khóa > ta có chế độ dòng liện tục, dòng qua khóa giảm ta có chế độ dòng gián đoạn id id CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN 2.1 Diode Cấu tạo: Diode cấu tạo thành mối nối p-n để chế tạo diode người ta khuếch tán bán dẫn tạp chất loại p vào phiến bán dẫn silic loại n, sau nối cực A K A K Ký hiệu: Giáo trình môn điện tử công suất dùng cho sinh viên hệ cao đẳng nghề 117 Trường Cao đẳng - Khoa Điện - điện Khi cấp VAK > 0, diode cho dòng if qua, diode phân cực thuận Nếu diode ngắt, ta có dòng ir bé Diện tích, tiết diện phiến bán dẫn qui định khả chịu dòng Điện trở nguyên liệu ban đầu bề dày phiến bán dẫn định khả chịu áp Dòng: từ vài A đến vài kA Áp: từ vài chục V đến vài kV Thời gian phục hồi tính nghịch t rr: để diode phục hồi khả khóa sau dẫn thuận chấm dứt có hai loại: nhanh chậm tương ứng với tần số cao thấp Đặc tuyến V-A diode if VBR vr -400 -200 0,5 vf ir vto: điện áp mở rf : điện trở vi sai thuận (forward) Giáo trình môn điện tử công suất dùng cho sinh viên hệ cao đẳng nghề 118 Trường Cao đẳng - Khoa Điện - điện rf = dv f di f vBR: điện áp đánh thủng (break down): điện áp đánh thủng diode rr: điện trở vi sai nghịch (reverse) rr = dvr dir Đặc tính đóng ngắt: * Đóng: if lớn, vf bé * Ngắt: dòng rò ir bé, vr lớn tượng độ, trình ngắt diode trình quan trọng ir A if L K D S iD if t0 t1 t2 t t3 Irrmax Giáo trình môn điện tử công suất dùng cho sinh viên hệ cao đẳng nghề 119 Trường Cao đẳng - Khoa Điện - điện * Tải đấu dạng tam giác: Điện áp tải ut12 biểu diễn dạng: (6.41) Biên độ thành phần sóng hài bậc n điện áp pha tải: (6.42) Với n = 1, biên độ thành phần hài điện áp tải: (6.43) Trị hiệu dung điện áp pha có độ lớn: (6.44) Sóng hài bậc cao xuất dạng điện áp tải cao, hạn chế phạm vi sử dụng phương pháp điều biên, tần số thấp Giáo trình môn điện tử công suất dùng cho sinh viên hệ cao đẳng nghề 231 Trường Cao đẳng - Khoa Điện - điện Nếu sử dụng thyristor kết hợp với chuyển mạch làm chức công tắc nghịch lưu áp, chuyển mạch làm việc phụ thuộc vào độ lớn nguồn áp chiều, phương pháp điều biên rõ ràng không phù hợp để điều khiển điện áp tải phạm vi áp nhỏ Ngoại trừ trường hợp điều khiển theo biên độ đòi hỏi nguồn DC điều khiển được, phương pháp khác dựa vào kỹ thuật PWM sử dụng nguồn điện áp DC không đổi Trong trường hợp này, nguồn DC tạo nên từ lưới điện ac qua chỉnh lưu không điều khiển mạch lọc chứa tụ trực tiếp từ nguồn dự trữ dạng pin, aquy 3.3.2 Phương pháp điều chế độ rộng xung sin (SIN PWM) Về nguyên lý, phương pháp thực dựa vào kỹ thuật analog Giản đồ kích đóng công tắc nghịch lưu dựa sở so sánh hai tín hiệu bản: - Sóng mang up (carrier signal) tần số cao - Sóng điều khiển ur - reference signal (hoặc sóng điều chế - modulating signal) dạng sin Ví dụ: công tắc lẻ kích đóng sóng điều khiển lớn sóng mang (ur>up) Trong trường hợp ngược lại, công tắc chẵn kích đóng Sóng mang up dạng tam giác Tần số sóng mang cao, lượng sóng hài bậc cao bị khử bớt nhiều Tuy nhiên, tần số đóng ngắt cao làm cho tổn hao phát sinh trình đóng ngắt công tắc tăng theo Ngoài ra, linh kiện đòi hỏi có thời gian đóng t on, ngắt toff định Các yếu tố làm hạn chế việc chọn tần số sóng mang Giáo trình môn điện tử công suất dùng cho sinh viên hệ cao đẳng nghề 232 Trường Cao đẳng - Khoa Điện - điện Sóng điều khiển ur mang thông tin độ lớn trị hiệu dụng tần số sóng hài điện áp ngõ Trong trường hợp nghịch lưu áp ba pha, ba sóng điều khiển ba pha phải tạo lệch pha 1/3 chu kỳ Trong trường hợp nghịch lưu áp pha, tương ứng với hai pha tải tưởng tượng hình (H5.6), ta cần tạo hai sóng điều khiển lệch pha 1/2 chu kỳ (tức chúng ngược pha nhau) Để đơn giản mạch kích nữa, ta sử dụng sóng điều khiển để kích đóng, ví dụ: cặp công tắc (S1S4) kích đóng theo quan hệ sóng điều khiển sóng mang, cặp (S3S2) kích đóng ngược lại với chúng Lúc đó, hình thành trạng thái kích đóng (S1S2) (S3S4) Gọi mf tỉ số điều chế tần số (Frequency modulation ratio): (6.45) Việc tăng giá trị mf dẫn đến việc tăng giá trị tần số sóng hài xuất Điểm bất lợi việc tăng tần số sóng mang vấn đề tổn hao đóng ngắt lớn Tương tự, gọi ma tỉ số điều chế biên độ (Amplitude modulation ratio) : (6.46) Giáo trình môn điện tử công suất dùng cho sinh viên hệ cao đẳng nghề 233 Trường Cao đẳng - Khoa Điện - điện Nếu (biên độ sóng sin nhỏ biên độ sóng mang) quan hệ biên độ thành phần áp áp điều khiển tuyến tính Đối với nghịch lưu áp pha: (6.47) Đối với nghịch lưu áp ba pha, biên độ áp pha hài bản: (6.48) Khi giá trị ma >1, biên độ tín hiệu điều chế lớn biên độ sóng mang biên độ hài điện áp tăng không tuyến tính theo biến m a Lúc này, bắt đầu xuất lượng sóng hài bậc cao tăng dần đạt mức giới hạn cho phương pháp bước Trường hợp gọi điều chế (overmodulation) điều chế mở rộng Trong trường hợp nghịch lưu áp ba pha, thành phần sóng hài bậc cao giảm đến cực tiểu giá trị m f chọn số lẻ bội ba Nếu để ý đến hệ thức tính số điều chế, ta thấy phương pháp SPWM đạt số lớn vùng tuyến tính biên độ sóng điều chế với biên độ sóng mang Lúc đó, ta có: Giáo trình môn điện tử công suất dùng cho sinh viên hệ cao đẳng nghề 234 Trường Cao đẳng - Khoa Điện - điện (6.49) BỘ NGHỊCH LƯU DÒNG Bộ nghịch lưu có nguồn chiều nguồn dòng điện Bộ nghịch lưu dòng sử dụng lãnh vực truyền động động điện xoay chiều, cho cảm ứng Tương tự nghịch lưu áp, ta phân biệt nghịch lưu dòng với trình chuyển mạch cưỡng nghịch lưu dòng với trình chuyển mạch tự nhiên (phụ thuộc) Bộ nghịch lưu dòng có trình chuyển mạch cưỡng áp dụng cho tải tổng quát Trong trường hợp tải mang tính dung kháng, nghịch lưu sử dụng với trình chuyển mạch phụ thuộc sử dụng linh kiện bán dẫn thyristor 3.1 Bộ nghịch lưu dòng pha Sơ đồ nguyên lý hoạt động nghịch lưu dòng pha sau: Giáo trình môn điện tử công suất dùng cho sinh viên hệ cao đẳng nghề 235 Trường Cao đẳng - Khoa Điện - điện Trong trường hợp tải tổng quát (R,RL,RLỵ), linh kiện phải có khả điều khiển ngắt dòng điện Có thể sử dụng IGBT mắc nối tiếp với diode cao áp sử dụng linh kiện công suất GTO Giả sử dòng dẫn qua S 1D1S2D2 tải, dòng điện tải i t = I Để đảo chiều dòng điện tải, xung kích đóng đưa vào S 1S2 và kích ngắt S3S4 Dòng qua tải giảm nhanh đảo chiều it = - I Do tải mang tính cảm kháng, đảo chiều nhanh dòng điện gây điện áp đăt lên công tắc Nếu tải có độ tự cảm L nhỏ, mạch mắc nối tiếp công tắc với diode chịu điện áp cao; tải có L lớn, cần phải thay đổi cấu hình nghịch lưu dòng Chẳng hạn mắc tụ song song với tải (hình b) dùng mạch tích lượng (hình c) Tác dụng mạch phụ nầy làm dòng tải trình đổi dấu không thay đổi đột ngột không gây áp áp phản kháng Cấu trúc dùng tụ xoay chiều mắc rẻ nhánh với tải làm xuất dao động dòng điện điện áp tương tác tụ điện với cảm kháng tải Tụ điện tính toán cho biên độ thành phần dòng điện dẫn qua tụ có giá trị không lớn độ dao động điện áp sóng hài bậc cao tải nằm phạm vi cho phép Cấu trúc dùng mạch tích lượng có khả khắc phục nhược điểm Tuy nhiên, hệ thống mạch công suất trở nên phức tạp sử dụng mạch chỉnh lưu cầu diode phía mạch dc phải có phần tử có khả dự trữ lượng Mỗi lần dòng điện tải đổi chiều, mạch dc nạp lượng dòng tải Phần tử tích điện tụ điện, để điện áp tụ không tăng, ta cần Giáo trình môn điện tử công suất dùng cho sinh viên hệ cao đẳng nghề 236 Trường Cao đẳng - Khoa Điện - điện thực điều khiển xả lượng tụ điều khiển lượng tụ trả lưới điện xoay chiều qua mạch bán dẫn công suất (ví dụ điều khiển chỉnh lưu chế độ nghịch lưu) Mặc khác, tác dụng mạch tích lượng làm dòng điện thực tế qua tải bị lệch pha so với dòng điện lý tưởng yêu cầu 3.2 Bộ nghịch lưu dòng ba pha Bộ nghịch lưu dòng ba pha có cấu trúc cho hình sau: Tương tự trường hợp nghịch lưu dòng pha, cấu tạo nghịch lưu dòng ba pha gồm dạng: mạch chứa diode cao áp bảo vệ, mạch chứa tụ chuyển mạch mạch chứa tụ tích lượng Khi tải có công suất lớn, sử dụng nghịch lưu dòng với linh kiện thyristor mạch tắt cưỡng Các ưu nhược điểm cấu trúc mạch nêu phần nghịch lưu dòng pha Đồ thị trình điện áp dòng điện phần tử mạch minh họa hình vẽ cạnh sơ đồ tương ứng Giáo trình môn điện tử công suất dùng cho sinh viên hệ cao đẳng nghề 237 Trường Cao đẳng - Khoa Điện - điện Đối với nghịch lưu dòng điện ba pha Tại thời điểm có công tắc nhánh dẫn công tắc nhánh dẫn Mỗi công tắt dẫn điện thời gian 1/3 chu kỳ Bỏ qua thời gian chuyển mạch nhánh, đồ thị dòng điện qua tải vẽ hình 5.50 cho trường hợp điều khiển bước Dòng điện qua tải có dạng không sin TÁC DỤNG CỦA SÓNG HÀI BẬC CAO Ảnh hưởng sóng hài bậc cao minh họa qua ví dụ tải động xoay chiều Giáo trình môn điện tử công suất dùng cho sinh viên hệ cao đẳng nghề 238 Trường Cao đẳng - Khoa Điện - điện  Khi động cấp nguồn không sin, tổn hao phát sinh lớn so với trường hợp nguồn dạng sin, gây tác dụng sóng hài bậc cao áp nguồn  Tổn hao cuộn stator rotor thành phần hài tăng lên tác dụng sóng hài bậc cao làm tăng dòng điện từ hóa  Hiệu ứng bề mặt làm tăng điện trở mạch rotor  Tổn hao cuộn rotor nguyên nhân chủ yếu làm giảm hiệu suất động không đồng mắc vào nguồn điện áp không sin  Ngoài ra, phận sắt có tổn hao tăng lên tác động nguồn không sin, tổn hao bao gồm tổn hao dòng điện xoáy tổn hao mạch từ trễ  Các hài bậc cao tạo nên thành phần moment phụ bao gồm moment dạng không xung moment dạng xung Moment dạng không xung có độ lớn không đáng kể so với moment hài Moment dạng không xung tạo thành tương tác hài bậc từ thông qua khe hở không khí dòng rotor  Moment dạng xung tác dụng hài khác bậc từ thông dòng điện rotor tạo nên Trị trung bình moment không Thành phần moment xung hài từ thông hài bậc cao dòng rotor có tác dụng chủ yếu  Các moment xung tác động làm thay đổi vận tốc tức thời động Ở vận tốc thấp, động chạy không êm moment xung làm giới hạn phạm vi điều chỉnh vận tốc động Moment xung gây hỏng hóc phận khí truyền động động chạy vận tốc thấp moment xung có tần số gần với tần số cộng hưởng phận khí Do đó, thành phần sóng hài áp cần hạn chế đến mức tối đa Điều thực cách chọn cấu hình nghịch lưu thích hợp, kỹ thuật điều chế độ rộng xung, tăng số pha ngõ Giáo trình môn điện tử công suất dùng cho sinh viên hệ cao đẳng nghề 239 Trường Cao đẳng - Khoa Điện - điện MỤC LỤC trang LỜI NÓI ĐẦU BÀI 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CÁC HỆ THỨC VÀ KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Định nghĩa điện tử công suất 1.2 Đặc điểm linh kiện điện tử công suất 1.3 Trị trung bình đại lượng 1.4 Công suất trung bình 1.5 Trị hiệu dụng đại lượng 1.6 Hệ số công suất 1.7 Phân tích Fourier 1.8 Hệ số méo hài 1.9 Độ méo dạng tổng sóng hài 1.10 Tính chất tĩnh tính chất động 1.11 Quá trình độ trạng thái xác lập 1.12 Chế độ dòng liện tục gián đoạn CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN 2.1 Diode 2.2 Diac 10 2.3 Transistor công suất 11 2.4 MOSFET 15 2.5 IGBT 19 2.6 Thyristor 21 2.7 GTO 26 2.8 Triac 29 BÀI 2: BỘ CHỈNH LƯU 30 Giáo trình môn điện tử công suất dùng cho sinh viên hệ cao đẳng nghề 240 Trường Cao đẳng - Khoa Điện - điện CHỨC NĂNG 30 ỨNG DỤNG 30 PHÂN LOẠI 30 3.1 Theo tính điều khiển 30 3.2 Theo dạng mạch 30 3.3 Theo số pha 31 BỘ CHỈNH LƯU TIA BA PHA KHÔNG ĐIỀU KHIỂN 31 4.1 Sơ đồ cấu trúc 31 4.2 Các giả thiết 31 4.3 Phân tích 32 4.4 Các hệ 33 BỘ CHỈNH LƯU TIA BA PHA ĐIỀU KHIỂN 34 5.1 Sơ đồ cấu trúc 34 5.2 Các giả thiết 34 5.3 Phân tích 34 5.4 Hệ 35 5.5 Hiện tượng chuyển mạch 36 5.6 Chế độ chỉnh lưu nghịch lưu 37 5.7 Góc an toàn γ 37 BỘ CHỈNH LƯU TIA BA PHA VỚI DIODE KHÔNG (V0) 40 6.1 Sơ đồ mạch 40 6.2 Hệ 41 6.3 Các tác dụng V0 41 BỘ CHỈNH LƯU CẦU BA PHA ĐIỀU KHIỂN HOÀN TOÀN 42 7.1 Sơ đồ 42 7.2 Phân tích 42 7.3 Các giản đồ dòng áp 43 Giáo trình môn điện tử công suất dùng cho sinh viên hệ cao đẳng nghề 241 Trường Cao đẳng - Khoa Điện - điện 7.4 Hệ 44 BỘ CHỈNH LƯU BA PHA ĐIỀU KHIỂN BÁN PHẦN 46 8.1 Sơ đồ: 47 8.2 Phân tích 47 8.3 Hệ 47 BỘ CHỈNH LƯU CẦU MỘT PHA ĐIỀU KHIỂN HOÀN TOÀN 47 9.1 Sơ đồ 47 9.2 Phân tích 48 9.3 Đồ thị dòng áp 49 9.4 Các hệ 49 10 BỘ CHỈNH LƯU CẦU MỘT PHA ĐIỀU KHIỂN BÁN PHẦN 50 10.1 Sơ đồ 50 10.2 Phân tích 50 10.3 Giản đồ áp dòng 51 10.4 Hệ 51 11 CHẾ ĐỘ DÒNG LIÊN TỤC & CHẾ ĐỘ DÒNG GIÁN ĐOẠN 52 12 MẠCH LỌC ÁP TẢI VÀ DÒNG TẢI 52 13 HIỆN TƯỢNG CHUYỂN MẠCH 53 14 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỘ CHỈNH LƯU 56 15 MẮC NỐI TIẾP HAI BỘ CHỈNH LƯU CẦU PHA – BỘ CHỈNH LƯU 12 XUNG 61 16 MÁY BIẾN ÁP CẤP NGUỒN CHO CÁC BỘ CHỈNH LƯU 63 16.1 Chức máy biến áp 63 16.2 Tính toán máy biến áp 64 17 TRUYỀN TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU 69 18 BỘ CHỈNH LƯU KÉP 70 BÀI 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU 73 BỘ GIẢM ÁP 73 Giáo trình môn điện tử công suất dùng cho sinh viên hệ cao đẳng nghề 242 Trường Cao đẳng Nghề số - Khoa Điện - điện tử Nguyễn Minh Châu BỘ TĂNG ÁP 77 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU 79 3.1 Điều khiển với tần số đóng ngắt không đổi 79 3.2 Điều khiển theo dòng điện tải yêu cầu 80 MẠCH LỌC CHO BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU 81 4.1 Mạch lọc điện áp ngõ vào 81 4.2 Mạch lọc điện áp ngõ 83 BÀI : PHƯƠNG THỨC ĐIỀU RỘNG XUNG 89 CẤU HÌNH MẠCH SỬ DỤNG PHƯƠNG THỨC ĐIỀU RỘNG XUNG 89 1.1 Mạch chỉnh lưu 89 1.2 Mạch biển đổi điện áp DC – DC 91 TỔN HAO TRONG MẠCH ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG 93 2.1 Tổn hao tĩnh 93 2.2 Tổn hao động 94 2.3 Ảnh hưởng tần số chuyển mạch 2.4 Cực tiểu tổn thất trình chuyển mạch 94 95 SÓNG HÀI TRONG CÁC BỘ BIẾN ĐỔI SỬ DỤNG PHƯƠNG THỨC ĐIỀU RỘNG XUNG 95 3.1 Hài phát sinh trình chuyển mạch 95 3.2 Tác dụng sóng hài 96 3.3 Các biện pháp giảm thiểu sóng hài 96 BÀI 5: BỘ BIẾN TẦN 98 BỘ BIẾN TẦN GIÁN TIẾP 98 BỘ BIẾN TẦN TRỰC TIẾP 102 2.1 Bộ biến tần trực tiếp pha 103 2.2 Bộ biến tần trực tiếp ba pha 107 SO SÁNH BỘ BIẾN TẦN TRỰC TIẾP VÀ BỘ BIẾN TẦN GIÁN TIẾP 108 BÀI 6: BỘ NGHỊCH LƯU 110 BỘ NGHỊCH LƯU ÁP 110 Giáo trình môn điện tử công suất dùng cho sinh viên hệ cao đẳng nghề 243 Trường Cao đẳng Nghề số - Khoa Điện - điện tử Nguyễn Minh Châu Bộ nghịch lưu áp pha 111 1.2 Bộ nghịch lưu áp ba pha 112 1.3 Bộ nghịch lưu áp đa bậc 112 PHÂN TÍCH BỘ NGHỊCH LƯU ÁP 115 2.1 Phân tích nghịch lưu áp ba pha 115 2.2 Phân tích nghịch lưu áp pha 118 2.3 Các phương pháp điều khiển nghịch lưu áp 122 BỘ NGHỊCH LƯU DÒNG 129 3.1 Bộ nghịch lưu dòng pha 129 3.2 Bộ nghịch lưu dòng ba pha 130 TÁC DỤNG CỦA SÓNG HÀI BẬC CAO 132 MỤC LỤC 133 TÀI LIỆU HAM KHẢO 139 Giáo trình môn điện tử công suất dùng cho sinh viên hệ cao đẳng nghề 244 Trường Cao đẳng Nghề số - Khoa Điện - điện tử Nguyễn Minh Châu TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình điện tử công suất – TS Nguyễn Văn Nhờ - NXB Đại Học Quốc Gia TP HCM, 2002 Điện tử công suất tập – GS Nguyễn Bính – NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật Điện tử công suất – PTS Đỗ Xuân Tùng, PTS Trương Tri Ngộ - NXB Xây Dựng, 1999 Giáo trình môn điện tử công suất dùng cho sinh viên hệ cao đẳng nghề 245 [...]... Trong công nghiệp cần sử dụng các diode chuyên dùng có tần số đóng mở cao, điện áp cao 2.2 Diac Cấu tạo: là một diode dẫn hai chiều, ký hiệu: A2 n1 p1 A1 n2 n3 A2 p2 A1 Đặc tính V-A: gồm hai nhánh nghịch Giáo trình môn điện tử công suất dùng cho sinh viên hệ cao đẳng nghề 121 Trường Cao đẳng - Khoa Điện - điện IA1 UCĐ UCĐ U IA2 2.3 Transistor công suất (Bipolar Junction Transistor) Cấu tạo Giáo trình môn. .. giảm tổn thất công suất Cách ly mạch điều khiển và mạch công suất bằng biến áp xung hay optocoupler MẠCH KHUẾCH ĐẠI Mạch bảo vệ BJT: Giáo trình môn điện tử công suất dùng cho sinh viên hệ cao đẳng nghề 125 Trường Cao đẳng - Khoa Điện - điện Bảo vệ BJT khỏi hiện tượng quá áp khi đóng ngắt * Khi đóng: Do iC lớn và thời gian t bé nên L diC lớn, dẫn đến phá hỏng dt BJT Tác dụng của các phần tử:  Nhiệm vụ... ba cực ngoài: G, C, E Mạch công suất mắc giữa hai cực C và E Mạch kích mắc giữa hai cực G và E Điều kiện để IGBT dẫn là VCE > 0 và VGE > 0 Khi VGE = 0 thì IGBT ngắt Giáo trình môn điện tử công suất dùng cho sinh viên hệ cao đẳng nghề 131 Trường Cao đẳng - Khoa Điện - điện Ký hiệu: C G E Đặc điểm: Giống như MOSFET, linh kiện IGBT có điện trở mạch cổng lớn làm hạn chế công suất tổn hao khi đóng và ngắt... xứng Giáo trình môn điện tử công suất dùng cho sinh viên hệ cao đẳng nghề 143 Trường Cao đẳng - Khoa Điện - điện Mạch cầu 3.3 Theo số pha: Chỉnh lưu 1 pha Chỉnh lưu 3 pha Chỉnh lưu n pha 4 BỘ CHỈNH LƯU TIA BA PHA KHÔNG ĐIỀU KHIỂN 4.1 Sơ đồ cấu trúc Nguồn xoay chiều 3 pha: U 1 = U m sin ωt 2π   U 2 = U m sin  ωt −  3   2π   U 3 = U m sin ωt +  3   Linh kiện gồm 3 diode Giáo trình môn điện tử. .. trên hai cực DS khi dẫn quan hệ theo hàm: Uf = RDS(on) ID - Công suất tổn hao nhiệt trên Mosfet tính theo hàm: P = RDS ID2 Công suất này tương đối lớn Vùng dẫn VGS4 > VGS3 ID VGS3 > VGS2 VGS2 > VGS1 VGS1 > VGS0 VGS0 = 0 0 Vùng ngắt Giáo trình môn điện tử công suất dùng cho sinh viên hệ cao đẳng nghề 129 VDS Trường Cao đẳng - Khoa Điện - điện Mạch kích MOSFET: Phải đảm bảo yêu cầu tần số cao D G R... công suất (Bipolar Junction Transistor) Cấu tạo Giáo trình môn điện tử công suất dùng cho sinh viên hệ cao đẳng nghề 122 Trường Cao đẳng - Khoa Điện - điện Gồm hai mối nối p-n, và ba điện cực Có hai loại: thuận pnp và nghịch npn Mạch công suất nối giữa C và E Mạch điều khiển nối giữa B và E BJT công suất chỉ làm việc như một khóa công suất đống ngắt và không làm việc ở chế độ khuếch đại Khả năng chịu... phạm vi từ 10 đến 100 A/µs Mạch bảo vệ quá áp: Giáo trình môn điện tử công suất dùng cho sinh viên hệ cao đẳng nghề 137 Trường Cao đẳng - Khoa Điện - điện Mạch bảo vệ quá dòng: Mạch kích SCR 2.7 GTO (Gate Turn Off Thyristor) Cấu tạo: Giáo trình môn điện tử công suất dùng cho sinh viên hệ cao đẳng nghề 138 Trường Cao đẳng - Khoa Điện - điện Do SCR không có khóa năng kích ngắt nên người ta chế tạo ra GTO... (Mitsubishi 1998) Điện áp đặt trên GTO khi dẫn điện thường cao hơn SCR (2-3V) Tốc độ đóng ngắt từ vài µs đến 25µs Tần số đóng ngắt khoảng 100Hz đến 10kHz 2.8 Triac M1 M2 Giáo trình môn điện tử công suất dùng cho sinh viên hệ cao đẳng nghề G141 Trường Cao đẳng - Khoa Điện - điện Cấu tạo: Triac là linh kiện có thể dẫn dòng điện theo cả hai chiều Việc kích dẫn triac được thực hiện nhờ xung dòng điện đưa vào... iVM Thường được định nghĩa cho dòng điện hình sin đối với nhiệt độ cho trước và chế độ làm mát cho trước BÀI 2: BỘ CHỈNH LƯU 1 CHỨC NĂNG: Giáo trình môn điện tử công suất dùng cho sinh viên hệ cao đẳng nghề 142 Trường Cao đẳng - Khoa Điện - điện Biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều BỘ CHỈNH LƯU AC DC (điều khiển được) 2 ỨNG DỤNG Trong turyền động điện dùng để điều khiển vận tốc động... − L diL dt Giáo trình môn điện tử công suất dùng cho sinh viên hệ cao đẳng nghề 120 t Trường Cao đẳng - Khoa Điện - điện Hiện tượng quá áp xảy ra khi dir/dt lớn, làm thủng diode Do vậy, cần trang bị mạch bảo vệ diode công suất: Mạch này có tác dụng làm giảm tốc độ tăng dòng và giảm tốc độ tăng áp khóa, quá trình tắt dòng sẽ diễn ra chậm hơn Các vấn đề phụ: Khả năng chịu tải, dòng tải: nếu điện áp lớn