TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH HÀ TĨNH TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH GIÁO TRÌNH Mô đun: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT NGHỀ: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (LƯU HÀNH NỘI BỘ) Tác giả: ThS: Lê Thị Lân Hà Tĩnh, năm 2017 ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 0 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH MỤC LỤC BÀI 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT. Nguyên tắc biến đổi tĩnh .3 Các van biến đổi. Cơ bản về điều khiển mạch hở .1 Khái niệm cơ bản .2 Các phương pháp điều khiển .3 Phần tử chấp hành. Điều khiển mạch kín .2 Hoạt động của vòng điều chỉnh .4 Khâu điều chỉnh dùng op-amp.
31 BÀI 2: CÔNG TẮC ĐIỆN TỬ (VAN BÁN DẪN ). Linh kiện điện tử công suất .1 Diode công suất .3 Triac và Diac.4 Transistor công suất. PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ DIODE SILIC .1 Bảo vệ quá áp.2 Bảo vệ quá dòng và ngắn mạch .3 Bảo vệ quá nhiệt. Công tắc xoay chiều ba pha .2 Công tắc xoay chiều.
75 ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 1 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH 3.3 Công tắc 3 pha. Công tắc một chiều .2 Rờ le bán dẫn .3 Công tắc DC dùng transistor. 89 BÀI 3 : CHỈNH LƯU CÔNG SUẤT KHÔNG ĐIỀU KHIỂN. Các khái niệm cơ bản.
Mạch chỉnh lưu công suất một pha không điều khiển.1 Chỉnh lưu công suất một nửa chu kỳ .2 Chỉnh lưu công suất hai nửa chu kỳ.3 Chỉnh lưu công suất cầu một pha (B2) .2 Mạch chỉnh lưu 3 pha hình tia (M3) .3 Mạch chỉnh lưu 3 pha hình cầu. 118 BÀI 4 : CHỈNH LƯU CÔNG SUẤT CÓ ĐIỀU KHIỂN. Tổng quan mạch điều khiển chỉnh lưu công suất.1 Nguyên tắc cơ bản.2 Điều khiển chuỗi xung .3 Điều khiển góc pha. Mạch chỉnh lưu công suất một pha có điều khiển.2 Mạch chỉnh lưu công suất hai nửa chu kỳ có điều khiển .3 Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha có điều khiển.4 Khảo sát mạch biến đổi công suất toàn phần (B2).
Mạch chỉnh lưu công suất 3 pha có điều khiển .1 Mạch chỉnh lưu 3 pha hình tia có điều khiển.2 Chỉnh lưu 3 pha hình cầu có điều khiển (B6). Thiết kế tính toán lắp mạch điều khiển. 152 BÀI 5: ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU. 170 ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 2 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH 2.
Điều khiển điện áp xoay chiều một pha .1 Điều khiển chuỗi xung với tải trở kháng và tải biến áp .2 Điều khiển góc pha .3 Mạch điều khiển công suất AC tải điện trở .4 Điều khiển công suất AC tải điện cảm.6 Mạch điều khiển kết hợp TCA 780.7 Điều khiển công suất phản kháng. Điều khiển điện áp xoay chiều 3 pha .3 Đường đặc tính điều khiển .2 Biến tần gián tiếp .3 Biến tần trực tiếp .4 Hướng dẫn sử dụng biến tần của Siemens. Các khái niệm và phân loại. Mạch nghịch lưu một pha: .1 Nghịch lưu phụ thuộc: .2 Nghịch lưu độc lập .1 Nghịch lưu 3 pha phụ thuộc.
253 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 258 ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 3 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH BÀI 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 1.1 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 lĩnh 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 dẫn 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 dẫn 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 ở hình 1. Hiện nay phương pháp này chỉ còn áp dụng trong kỹ thuật hàn điện.1 Nguyên lý hệ biến đổi quay ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 4 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH Hình 1.2 Dòng năng lượng trong hệ biến đổi tinh.
Q: Nguồn ; V: Tải 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 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 1.2) 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 dễ dàng Không bị ảnh hưởng bởi khí hậu, độ ẩm 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 ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 5 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH Phạm vi nhiệt độ làm việc rộng, thông số ít thay đổi theo nhiệt độ Đặc tính điều khiển có nhiều ưu điểm 2. Nguyên tắc biến đổi tĩnh 2.1 Sơ đồ khối Trong lĩnh vực điện tử công suất, để biểu diển các khối chức năng ngườii ta dùng các ký hiệu sơ đồ khối, điện năng truyền từ nguồn (có chỉ số 1) đến tải (có chỉ số 2) a.
Khối chỉnh lưu Hình 1.3 Sơ đồ khối hệ 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. Khối 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 1.4 Sơ đồ khối hệ nghịch lưu c. 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 1.5) ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 6 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH Hình 1.5 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 2.2 Các loại tải Tính chất của tải có ảnh hưởng rất quan trọng đến chế độ làm việc của các mạch đổi điện, người ta chia tải thành các loại như sau: 2.1 Tải thụ động Tải thuần trở chỉ bao gồm các điện trở thuần, đây là loại tải đơn giản nhất, dòng điện qua tải và điện áp rơi trên tải cùng pha với nhau.
Loại này được ứng dụng chủ yếu trong lĩnh vực chiếu sáng và trong các lò nung. Tải cảm kháng có đặc tính lưu trữ năng lượng, tính chất này được thể hiện ở hiện tượng san bằng thành phần gợn sóng có trong điện áp một chiều ở ngõ ra của mạch nắn điện và xung điện áp cao xuất hiện tại thời điểm cắt tải Các ứng dụng quan trọng của loại tải này là: Các cuộn kích từ trong máy điện (tạo ra từ trường), trong các thiết bị nung cảm ứng và các lò tôi cao tần. Trong các trường hợp này điện cảm thường được mắc song song với điện dung để tạo thành một khung cộng hưởng song song 2.2 Tải tích cực Các loại tải này thường có kèm theo một nguồn điện áp (hình 1.6) như các van chỉnh lưu ở chế độ phân cực nghịch. Ví dụ: Quá trình nạp điện bình ắc quy và sức phản điện của động cơ điện.
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 7 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH Hình 1.6 Sơ đồ tương đương của một tải trở kháng với sức phản điện 2.3 Các van biến đổi Các van điện là những phần tử chỉ cho dòng điện chảy qua theo một chiều nhất định. Trong lĩnh vực điện tử công suất đó chính là các diode bán dẫn và thyristor kể cả những transistor công suất 2.1 Van không điều khiển được (diode) Một diode lý tưởng chỉ cho dòng điện chạy qua nó khi điện áp anode dương hơn cathode, điện áp ngõ ra của diode chỉ phụ thuộc theo điện áp ngõ vào của diode đó 2.2 Van điều khiển được (thyristor) Môt chỉnh lưu có điều khiển lý tưởng vẫn không dẫn điện mặc dù giữa anode và cathode được phân cực thuận (anode dương hơn cathode). Điều kiện để các van này dẫn điện là đồng thời với chế độ phân cực thuận phải có thêm xung kích tại cực cổng (UAK dương và UGK dương). Điện áp ngõ ra không những phụ thuộc theo điện áp vào mà còn phụ thuộc theo thời điểm xuất hiện xung kích (đặc trưng bởi góc kích α) 3.
Cơ bản về điều khiển mạch hở 3.1 Khái niệm cơ bản Vào thế kỷ trước đây, nhờ ứng dụng của cơ khí hóa vào kỹ thuật mà sự phát triển lúc bấy giờ chủ yếu là hướng về khả năng tự động hóa. Tự động hóa một quá trình có nghĩa là quá trình đó sẽ tự thực hiện theo một chương trình đặt sẳn nào đó nều hội đủ một số điều kiện cho trước không cần sự tham gia của con người. Ưu điểm của kỹ thuật tự động hóa là độ an toàn, độ chính xác và tính kinh tế rất cao. Kỹ thuật tự động hóa được phân thành hai chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và kỹ thuật điều chỉnh.
Tuy nhiên, trong thực tế cũng thường gặp trường hợp kết hợp cả hai.