Nội dung chương trình môn học điện tử công suất

Nội dung chương trình môn học Điện tử công suất. 1.LÝ THUYẾT . • Bài giảng ; • Sách “ Điện tử công suất”, TG : Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh. 2. BÀI TẬP. • Sách :“ Phân tích và giải mạch điện tử công suất” TG :Phạm Quốc Hải; Dương Văn Nghi. • Bài tập ôn tập thi. 3. THÍ NGHIỆM. Thực hiện tại phòng thí nghiệm bộ môn Tự động hóa,nhà C9 tầng 2,phòng 203. 4. ĐỒ ÁN. • Thực hiện theo đề tài giao cho từng người. • Sách: “Hướng dẫn thiết kế Điện tử công suất” TG: PQH 5. THI. 1/. nh÷ng vÊn ®Ò chung cña kü thuËt ®iªn tö : VÞ trÝ vµ môc ®Ých tÝn hiÖu : 1. Trung thùc 2. HiÖu suÊt N¨ng l­îng : 1. HiÖu suÊt. 2. Trung thùc Điện tử công suất là kỹ thuật biến đổi và điều khiển năng lượng điện víi hiệu quả cao nhất Các kiểu biến đổi và điều khiển năng lượng điện: • biến đổi AC DC : chỉnh lưu. • Biến đổi DC AC : nghịch lưu. • biến đổi tần số : AC (f1) AC(f2) : Biến tần. • điều chỉnh điện áp AC/AC: băm xung xoay chiều. • điều chỉnh điện áp DC/DC :băm xung một chiều. Điện tử công suất là ngành kỹ thuật phối hợp đa diện: C¸c nh¸nh kü thuËt hç trî §iÖn tö c«ng suÊt Yêu cầu cơ bản của thiết bị ĐTCS 1. Thiết bị phải có hiệu suất cao. 2. KÝch thước nhỏ, gän, giá rẻ và có tuổi thọ cao. Vấn đề 1 Vấn đề 2. CÊu tróc tæng qu¸t cña thiÕt bÞ ®iÖn tö c«ng suÊt. Van bán dẫn là phần tử hoạt động chủ yếu ở hai trạng thái. • Van dẫn dòng. • Van khoá (không dẫn dòng). Đặc điểm của van bán dẫn lý tưởng  Trạng thái dẫn: • Chịu được dòng Ion =∞; • Sụt áp trên van Uon= 0; • Điện trở khi dẫn Ron= 0;  Trạng thái khóa • Chịu điện áp cả hai dấu lớn: Uoff=∞; • Dòng rò nhỏ Ioff= 0; • Tổn thất khóa Poff= 0;  Đặc tính nhiệt: có điện trở nhiệt giữa tinh thể bán dẫn và môi trường nhỏ RJA= 0 để thoát nhiệt tốt.  Khả năng I2t lớn để chịu được các dòng sự cố lâu dài không hỏng.  Quá trình đóng/ngắt: • Về điều khiển: có thể mở van và khóa van bằng cực điều khiển; • Về đặc tính động: + thời gian mở nhỏ tON=0; + thời gian trễ khóa nhỏ tOFF=0; • Điện áp điều khiển nhỏ UG=0 • Dòng điện điều khiển nhỏ IG=0 • Công suất điều khiển nhỏ PG=0  Chịu được tốc độ biến thiên điện áp lớn du/dt = ∞;  Chịu được tốc độ biến thiên dòng điện qua van lớn di/dt = ∞; Các van bán dẫn công suất hiện nay 1. Van không điều khiển Điôt (1955) 2. Nhóm Transistor • BT hoặc BJT (1975) • MOSFET (1978) • IGBT (1985) • SIT (1986) 3. Nhóm Thyristor • Thyristor thường (1958) • GTO (1980) • MCT (1988) • LTT (1988) • TRIAC (1958) • IGCT (1996) Chia ba nhóm chính 2. C¸c van b¸n dÉn. 1. DIODE LùC (1955) sDD u sDD o T u sD Iiu eIiu Cq KJk q kTeIi T D T D        0 0 10.6,1 ;/10.38,1 ;)1( 19 23    Đặc điểm 2. Bipolar Transistor ( BT ); BiJunction Transistor (BJT) Bipolar Transistor Dalinhtơn BT 3. Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor (MOSFET -1978 ) 4. Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT – 1985 ) 5. THYRISTOR ( 1958 ) Tr¹ng th¸i van: Các tham số 6. Gate Turn-Off Thyristor ( GTO 1980 ) Tr¹ng th¸i van GTO: 7. MOS-Controlled Thyristor ( MCT 1988) 8. Light -Triggered Thyristor (LTT) 9. TRIODE ALTERNATIVE CURRENT (TRIAC-1958) 10. Intergrated Gate-Commutated Thyristor ( IGCT -1996) 11. Emitter Turn-0ff Thyristor (ETO) 12. C¸c van c¶m øng tÜnh SI: STATIC INDUCTION Vùng tham số ứng dụng của các van bán công suất dẫn hiện đại Phát nhiệt ở phần tử bán dẫn Thoát nhiệt làm mát van Ch­¬ng 1. thiÕt bÞ ChØnh l­u biÕn ®æi AC/DC 1. Giíi thiÖu chung 2. chØnh l­u kh«ng ®iÒu khiÓn. 3. chØnh l­u ®iÒu khiÓn víi c¸c d¹ng t¶I. 4. chØnh l­u b¸n ®iÒu khiÓn. 5. nghÞch l­u phô thuéc vµ chØnh l­u ®¶o chiÒu. 6. Mét sè vÊn ®Ò kh¸c. 7. §iÒu khiÓn chØnh l­u Giíi thiÖu chung. CÊu tróc chØnh l­u. Định nghĩa: chỉnh lưu là thiết bị để biến đổi năng lượng dòng điện xoay chiều thành năng lượng dòng điện một chiều. Phân loại 1. Chỉnh lưu không điều khiển 2. Chỉnh lưu điều khiển 3. Chỉnh lưu bán điều khiển 4. Chỉnh lưu tích cực 1.1.3. C¸c tham sè chØnh l­u 1.Tham sè đánh giá tải. • Ud - • Id - • Pd – • Uhd - • Ihd - • Phd – 2.Tham số tính chọn van • Itb - • Ungmax -. 3. Tham số công suất biÕn ¸p • Sba - Các hệ số khác 4. Các hệ số đánh giá bộ lọc một chiều k®m ksb 5. Hiệu suất: η 6. Hệ số méo tổng dòng điện vàoTHD 7. Hệ số công suất đầu vào PF 1.1.4. C¸c s¬ ®å chØnh l­u I.ChØnh l­ukh«ng ®iÒu khiÓn. Qui luËt chung : Udo = k s® U2 II. C¸c s¬ ®å chØnh l­u ®iÒu khiÓn vµ b¸n ®iÒu khiÓn. Qui luËt chung: Ud =Udo f(gãc®k) 1.1.5. C¸c d¹ng t¶i th«ng dông cña chØnh l­u 1. T¶i thuÇn trë Rd. 2. T¶i cã tÝnh c¶m kh¸ng (RdLd). 3. T¶i võa cã RL võa cã søc ®iÖn ®éng Ed ( gäi lµ t¶i RLE ). Ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch m¹ch chØnh l­u S¬ ®å ®Êu van thµnh m¹ch. 1. §Êu kiÓu katèt chung. 2. §Êu kiÓu an«t chung. Mạch bảo vệ chỉnh lưu 1.2.ChØnh l­u ®i«t. I. ChØnh l­u mét pha mét nöa chu kú, t¶i thuÇn trë II. ChØnh l­u h×nh tia hai pha, t¶i thuÇn trë III. ChØnh l­u h×nh tia ba pha, t¶i thuÇn trë BiÕn ¸p ®Êu Y/Y Nguyªn lý ho¹t ®éng : .)120sin(;)120sin( .)120sin(;)120sin( .sin;sin 21 21 21       mcmC mbmB mamA UuUu UuUu UuUu IV. ChØnh l­u h×nh tia 6 pha V. ChØnh l­u cÇu mét pha, t¶i thuÇn trë V. ChØnh l­u cÇu ba pha, t¶i thuÇn trë V. ChØnh l­u cÇu ba pha, t¶i thuÇn trë (3) 1.3. ChØnh l­u ®iÒu khiÓn t¶i R. 1.3.1. Kh¸i niÖm vÒ gãc ®iÒu khiÓn. Tia ba pha Cầu ba pha 1.3.2. ChØnh l­u ®iÒu khiÓn t¶i thuÇn trë I. ChØnh l­u h×nh tia mét pha. 1.3.2. ChØnh l­u ®iÒu khiÓn t¶i thuÇn trë II. ChØnh l­u h×nh tia hai pha. III. ChØnh l­u cÇu mét pha. 1.3.2. ChØnh l­u ®iÒu khiÓn t¶i thuÇn trë IV. ChØnh l­u h×nh tia ba pha. IV. ChØnh l­u h×nh tia ba pha, c¸c chÕ ®é dßng ®iÖn. điều khiển chỉnh lưu cầu ba pha bằng xung kép Các dạng xung điều khiển mạch chỉnh lưu 1.3.3. chØnh l­u ®iÒu khiÓn t¶i RL Tải có thêm điện cảm Tải thuần trở II. chØnh l­u ®iÒu khiÓn h×nh tia hai pha t¶i RL II. chØnh l­u ®iÒu khiÓn h×nh tia hai pha t¶i RL chÕ ®é dßng ®iÖn liªn tôc. ChØnh l­u tia ba pha : • §å thÞ ë chÕ ®é dßng liªn tôc ChØnh l­u cÇu ba pha : • §å thÞ ë chÕ ®é dßng liªn tôc 1.3.4. ChØnh l­u ®iÒu khiÓn t¶i RLE 1.3.4. ChØnh l­u ®iÒu khiÓn t¶i RLE Chinh l­u h×nh tia hai pha 1.3.4. ChØnh l­u ®iÒu khiÓn t¶i RLE S¬ ®å h×nh tia ba pha. 1.3.4. ChØnh l­u ®iÒu khiÓn t¶i RLE S¬ ®å cÇu ba pha. 1.3.5. Qu¸ tr×nh chuyÓn m¹ch m¹ch van. I. ChuyÓn m¹ch van khi nguån lý t­ëng Sơ đồ thay thế Sơ đồ thay thế nguồn thực II. Qui luËt chuyÓn m¹ch van trïng dÉn Chuyển mạch ở chỉnh lưu tia hai pha Chuyển mạch ở cầu một pha Chuyển mạch ở tia ba pha Chuyển mạch ở cầu ba pha 1.4. ChØnh l­u b¸n ®iÒu khiÓn Ph©n lo¹i 1.4. ChØnh l­u b¸n ®iÒu khiÓn 1.4.1. ChØnh l­u b¸n ®iÒu khiÓn mét pha, thyristor m¾c th¼ng hµng 1.4.2. s¬ ®å b¸n ®iÒu khiÓn, thyristor m¾c kat«t chung 1.4.3. ChØnh l­u b¸n ®iÒu khiÓn ba pha 1.4.4. ChØnh l­u ®iÒu khiÓn cã ®i«t ®Öm Do 1.5. NghÞch l­u phô thuéc vµ chØnh l­u ®¶o chiÒu Nguyªn lý nghÞch l­u Kh¸i niÖm vÒ nghÞch l­u 1.5.2. NghÞch l­u phô thuéc I. ChØnh l­u h×nh tia hai pha II. Chỉnh lưu cầu một pha 1.5.2. NghÞch l­u phô thuéc III. Sơ đồ h×nh tia ba pha IV. Sơ đồ cầu ba pha 1.5.3.ChØnh l­u ®¶o chiÒu Nguyªn lý chung. 1. Nguyên lý điều khiển riêng 1.5.3.ChØnh l­u ®¶o chiÒu 2. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn chung : 1.6.1.§Êu c¸c m¹ch chØnh l­u víi nhau 1. Đấu nối tiếp các van 2. Đấu nối tiếp mạch van II. §Êu song song. 1. Đấu song song cácvan 2. Đấu song song các mạch van III. ChØnh l­u 6 pha cã cuén kh¸ng c©n b»ng Đặc điểm làm việc của Lcb 1.6.2. Läc san b»ng ( läc mét chiÒu ) 1.6.3. §Æc tÝnh ngoµi cña chØnh l­u §iÒu khiÓn chØnh l­u Bé chØnh l­u cã chøc n¨ng : hÖ xung – pha. C¸c nhiÖm vô chÝnh lµ : ®iÒu khiÓn chØnh l­u Phân loại hệ điều khiển Phân loại theo nguyên lý Chức năng hệ điều khiển ®iÒu khiÓn chØnh l­u ®iÒu khiÓn theo nguyªn lý ngang ®iÒu khiÓn theo nguyªn lý däc Thí dụ về mạch điều khiển của chỉnh lưu một pha sử dụng phương pháp phát xung chùm