ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐÀ NẴNG GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Nghề: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Trình độ: CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết định số /QĐ-CĐN ngày tháng năm của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng nghề Đà Nẵng) Đà Nẵng, năm…. 1 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 1 LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình Điện tử công suất là giáo trình được biên soạn ở dạng cơ bản và tổng quát cho học sinh, sinh viên nghề Điện công nghiệp, Điện tử công nghiệp, Điện tử dân dụng từ kiến thức nền cho đến kiến thức chuyên sâu.
Giáo trình giúp học sinh, sinh viên có được kiến thức chung rất hữu ích khi cần phải nghiên cứu chuyên ngành sâu hơn. Mặc khác giáo trình cũng đã đưa vào các nội dung mang tính thực tế giúp học sinh, sinh viên gần gũi, dễ nắm bắt vấn đề khi va chạm trong thực tế. Trong quá trình biên soạn giáo trình, tác giả đã tham khảo rất nhiều các tài liệu của các tác giả khác nhau cả trong và ngoài nước. Tác giả cũng xin chân thành gởi lời cảm ơn đến lãnh đạo nhà trường Trường Cao đẳng nghề Đà Nẵng đã tạo điều kiện giúp đỡ tác giả hoàn thành giáo trình này.
Đặc biệt là sự giúp đỡ hỗ trợ nhiệt tình của tập thể giáo viên bộ môn Điện tử, khoa Điện – Điện tử của trường cũng như các bạn đồng nghiệp đã nhiệt tình đóng góp ý kiến trong quá trình biên soạn. Đà Nẵng, tháng Tham gia biên soạn Chủ biên: ThS. Nguyễn Thị Mỹ Dung 2 MỤC LỤC GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN. 5 BÀI 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT.
QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN. NGUYÊN TẮC BIẾN ĐỔI TĨNH. Các van biến đổi. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CƠ BẢN.
Trị trung bình (Average). Trị hiệu dụng (Root Mean Square-rms). Công suất trung bình. 13 BÀI 2: CÔNG TẮC ĐIỆN TỬ.
LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT. Diode công suất. BJT Công Suất (Bipolar Juntion Transistor). CÔNG TẮC XOAY CHIỀU.
Công tắc xoay chiều. CÔNG TẮC MỘT CHIỀU. Công tắc DC dùng transistor. Công tắc DC dùng GTO thyristor.
Công tắc DC dùng thyristor. 36 BÀI 3: CHỈNH LƯU CÔNG SUẤT KHÔNG ĐIỀU KHIỂN. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN. CHỈNH LƯU CÔNG SUẤT MỘT PHA KHÔNG ĐIỀU KHIỂN.
Chỉnh lưu công suất hai nửa chu kỳ. CHỈNH LƯU 3 PHA VỚI CÁC LOẠI TẢI. Chỉnh lưu 3 pha hình tia. Chỉnh lưu 3 pha cầu.
49 BÀI 4: MẠCH CHỈNH LƯU CÔNG SUẤT CÓ ĐIỀU KHIỂN. TỔNG QUAN MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHỈNH LƯU CÔNG SUẤT. CHỈNH LƯU CÔNG SUẤT MỘT PHA CÓ ĐIỀU KHIỂN. Chỉnh lưu công suất một nửa chu kỳ.
Chỉnh lưu công suất hai nửa chu kỳ có điều khiển. Chỉnh lưu công suất cầu một pha có điều khiển. CHỈNH LƯU CÔNG SUẤT BA PHA CÓ ĐIỀU KHIỂN. Chỉnh lưu 3 pha hình tia có điều khiển.
Chỉnh lưu 3 pha cầu có điều khiển. 65 BÀI 5: ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU. ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA. Trường hợp tải thuần trở.
Trường hợp tải L. Trường hợp tải RL. ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU BA PHA. Biến tần gián tiếp.
Biến tần trực tiếp. KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI. NGHỊCH LƯU ĐIỀU KHIỂN NGUỒN DÒNG. Bộ nghịch lưu dòng một pha.
Bộ nghịch lưu dòng ba pha. NGHỊCH LƯU ĐIỀU KHIỂN NGUỒN ÁP. Bộ nghịch lưu áp một pha. Bộ nghịch lưu áp ba pha.
Các phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu áp. 93 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO. 97 4 GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN Tên Mô đun: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Mã Mô đun: ĐCN13 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học/mô đun: - Vị trí: + Mô đun Điện tử công suất được bố trí sau khi hoàn thành các môn học thuộc nhóm môn cơ sở. + Mô đun này có ý nghĩa bổ trợ các kiển thức cần thiết về lĩnh vực điện tử cho học viên ngành điện.
làm cơ sơ để tiếp thu các môn học, mô đun khác như: PLC cơ bản, kỹ thuật cảm biến. - Tính chất: + Là môn học chuyên môn trong chương trình đào tạo. Mục tiêu của môn học/mô đun: - Trình bày được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các linh kiện điện tử công suất - Giải thích được các thông số kỹ thuật của linh kiện. - Phân biệt được các bộ biến đổi công suất.
- Phân tích được nguyên lý làm việc của mạch điện tử công suất. - Kiểm tra được chất lượng các linh kiện điện tử công suất. - Lắp được các mạch điện tử công suất ứng dụng trong công nghiệp. - Kiểm tra sửa chữa đạt yêu cầu về thời gian với độ chính xác.
- Thay thế các linh kiện, mạch điện tử công suất hư hỏng. - Có ý thức tự giác, tính kỷ luật cao, tinh thần trách nhiệm trong công việc. - Tuân thủ các quy tắc an toàn khi lắp đặt các mạch điện, điện tử. - Sử dụng được các thiết bị đo lường điện điện tử.
- Kiểm tra và thử mạch. Phát hiện được sự cố và có biện pháp khắc phục. - Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, chính xác, tư duy khoa học và sáng tạo trong học tập. - Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị.
5 Nội dung của mô đun: Thời gian Thực Số hành, thí Tên bài/mục Tổng Lý TT nghiệm , Kiểm tra số thuyết thảo luận, Bài tập 1 Tổng quan về điện tử công 3 3 0 0 suất 2 Công tắc điện tử (van bán 12 4 8 0 dẫn công suất) 3 Chỉnh lưu công suất không 15 2 12 1 điều khiển 4 Chỉnh lưu công suất có 15 2 13 0 điều khiển 5 Điều chỉnh điện áp xoay 15 2 12 1 chiều 6 Nghịch lưu 15 2 12 1 Cộng 75 15 57 3 6 BÀI 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Mục tiêu: - Trình bày được 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. - Chủ động, sáng tạo trong học tập. Nội dung chính: 1.
Quá trình phát triển 2. Nguyên tắc biến đổi tĩnh 3. Các đại lượng điện cơ bản I. QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN Điện tử công suất có thể được xếp vào phạm vi các môn thuộc về kỹ thuật năng lượng của ngành kỹ thuật điện nói chung.
Tuy nhiên việc nghiên cứu không chỉ dừng lại ở phần công suất mà còn được ứng dụng trong các lỉnh vực điều khiển khác Kể từ khi hiệu ứng nắn điện của miền tiếp xúc PN được công bố bởi Shockley vào năm 1949 thì ứng dụng của chất bán dẩn càng ngày càng đi sâu vào các lĩnh vực chuyên môn của ngành kỹ thuật điện và từ đó phát triển thành ngành điện tử công suất chuyên nghiên cứu về khả năng ứng dụng của chất bán dẩn trong lĩnh vực năng lượng Với sự thành công trong việc truyền tải dòng điện 3 pha vào năm 1891, dòng điện một chiều được thay thế bởi dòng điện xoay chiều trong việc sản xuất điện năng, do đó để cung cấp cho các tải một chiều cần thiết phải biến đổi từ dòng điện xoay chiều thành một chiều, yêu cầu này có thể được thực hiện bằng hệ thống máy phát - động cơ như vẻ ở hình 1. Hiện nay phương pháp này chỉ còn áp dụng trong kỹ thuật hàn điện. Nguyên lý hệ biến đổi quay Thay thế cho hệ thống máy điện quay nói trên là việc ứng dụng đèn hơi thủy ngân để nắn điện kéo dài trong vòng 50 năm và sau đó chấm dứt bởi sự ra đời của thyristor. Điện tử công suất nghiên cứu về các phương pháp biến đổi dòng 7 điện và cả các yêu cầu đóng/ngắt và điều khiển, trong đó chủ yếu là kỹ thuật đóng/ngắt trong mạch điện một chiều và xoay chiều, điều khiển dòng một chiều, xoay chiều, các hệ thống chỉnh lưu, nghịch lưu nhằm biến đổi điện áp và tần số của nguồn năng lượng ban đầu sang các giá trị khác theo yêu cầu (hình 1.
Dòng năng lượng trong hệ biến đổi tĩnh Ưu điểm của các mạch biến đổi điện tử so với các phương pháp biến đổi khác được liệt kê ra như sau: - Hiệu suất làm việc cao - Kích thước nhỏ gọn - Có tính kinh tế cao - Vận hành và bảo trì dể dàng - Không bị ảnh hưỡng bởi khí hậu, độ ẫm nhờ các linh kiện đều được bọc trong vỏ kín - Làm việc ổn định với các biến động của điện áp nguồn cung cấp - Dễ dự phòng, thay thế - Tuổi thọ cao - Không có phần tử chuyển động trong điều kiện tỏa nhiệt tự nhiên, có thể làm mát bằng quạt gió để kéo dài tuổi thọ - Đáp ứng được các giá trị điện áp và dòng điện theo yêu cầu bằng cách ráp song song và nối tiếp các thyristor lại với nhau. - Chịu được chấn động cao, thích hợp cho các thiết bị lưu động - Phạm vi nhiệt độ làm việc rộng, thông số ít thay đổi theo nhiệt độ - Đặc tính điều khiển có nhiều ưu điểm 8 II. NGUYÊN TẮC BIẾN ĐỔI TĨNH 1. Sơ đồ khối Trong lỉnh vực điện tử công suất, để biểu diễn các khối chức năng người ta dùng các ký hiệu sơ đồ khối, điện năng truyền từ nguồn (có chỉ số 1) đến tải (có chỉ số 2) 1.1 Chỉnh lưu Nhiệm vụ của mạch chỉnh lưu nhằm biến đổi năng lượng nguồn xoay chiều một pha hoặc ba pha sang dạng năng lượng một chiều (hình 1.
Sơ đồ khối hệ chỉnh lưu 1.2 Nghịch lưu Nhiệm vụ mạch nghịch lưu nhằm biến đổi năng lượng dòng một chiều thành năng lượng xoay chiều một pha hoặc ba pha (hình 1. Sơ đồ khối hệ nghịch lưu 1.3 Các hệ biến đổi Các mạch biến đổi nhằm thay đổi dòng xoay chiều có điện áp, tần số và số pha xác định sang các giá trị khác (hình 1. Sơ đồ khối hệ biến đổi Dòng một chiều có điện áp xác định sang dòng một chiều có giá trị điện áp khác (converter DC to DC) Mạch biến đổi thường là sự kết hợp từ mạch chỉnh lưu và mạch nghịch lưu. Do đó, lại được chia làm hai loại: Biến đổi trực tiếp và biến đổi có khâu trung gian 2.