Bài giảng Điện tử công suất tài liệu tham khảo

Chia sẻ: thaiban_051088

Các linh kiện điện tử công suất được sử dụng trong các mạch động lực – công suất lớn Sự khác nhau giữa các linh kiện điện tử ứng dụng và điện tử công suất: Công suất: nhỏ – lớn;điều khiển – đóng cắt dòng điện công suất lớn; Các linh kiện điện tử công suất chỉ làm chức năng đóng cắt dòng điện

Bạn đang xem 10 trang mẫu tài liệu này, vui lòng download file gốc để xem toàn bộ.

Nội dung Text: Bài giảng Điện tử công suất tài liệu tham khảo

ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Tài liệu tham khảo
• Điện tử công suất – Lê Văn Doanh
• Giáo trình điện tử công suất – Nguyễn Văn Nhờ
• Điện tử công suất – Nguyễn Bính

dqvinh@dng.vnn.vn
0903 586 586
CHƯƠNG 1
MỞ ĐẦU – CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

1.1 Khái niệm chung


Điện tử Công suất lớn




Các linh kiện điện tử công suất được sử dụng
trong các mạch động lực – công suất lớn
Sự khác nhau giữa các linh kiện điện tử ứng dụng
(điện tử điều khiển) và điện tử công suất

• Công suất: nhỏ – lớn
• Chức năng: điều khiển – đóng cắt dòng điện công suất lớn


Các linh kiện điện tử
Điều khiển Động lực công suất chỉ làm
chức năng đóng cắt
IC dòng điện – các van




IB
• Thời điểm
• Công suất
Transistor điều khiển: Khuyếch đại




IC

R
UCE = UCE1 B
iC U
R

b a
C U
iB UCE = U - RIC IB2 > IB1
uCE A
B A IB1 > 0
E IB = 0
uBE iE


IB2 UCE1 U
IB UBE < 0 UCE




Transistor công suất: đóng cắt dòng điện
Đặc tính Volt – Ampe của van công suất lý tưởng


i
i b



c a
điều khiển
u
d

u
Đối tượng nghiên cứu của điện tử công suất

• Các bộ biến đổi công suất
• Các bộ khóa điện tử công suất lớn
Chỉnh lưu




• BBĐ điện áp BBĐ điện áp
xoay chiều (BĐAX) một chiều
• Biến tần (BĐXA)




Nghịch lưu
1. 2. Các linh kiện điện tử công suất
1.2.1 Chất bán dẫn - Lớp tiếp giáp P - N
Chất bán dẫn:
Ở nhiệt độ bình thường có độ dẫn điện nằm giữa chất dẫn điện và chất cách điện
Loại P: phần tử mang điện là lỗ trống – mang điện tích dương
Loại N: phần tử mang điện là các electron – mang điện tích âm
J
+ + + + - - - -
P + + + + - - - - N

+ + + + - - - -


+ + + - - -

P + + + - - - N
+ + + - - -
Miền bão hòa
- Cách điện
Phân cực ngược


P N
+ + + - - -
- + + + - - -
+

+ + + - - -
Miền bão hòa
- Cách điện


P N
+ -
- + -
+

+ -

Miền bão hòa - Cách điện
Phân cực thuận


P N
+ + + - - -
+
+ + + - - -
-
+ + + - - -
Miền bão hòa
- Cách điện




+ -

i
1.2.2 Diode

Cấu tạo, hoạt động


uF
iF
Hướng thuận
Anode Katode
P N A K
A K iR
Hướng ngược
uR




R: reverse – ngược
F: forward – thuận
Đặc tính V – A
i
Diode lý tưởng Nhánh thuận – mở

Hai trạng thái: mở – đóng I F [A]

Nhánh ngược u
– đóng
Diode thực tế 100


Nhánh thuận – mở
50

U[BR] UR [V] UF [V]

800 400 0 1 1,5


Nhánh ngược
– đóng o UTO: điện áp rơi trên diode
dU R T = 160 C 20
rR = j
o
dU F
rF =
T = 30 C
dI R j
URRM
30

điện trở ngược trong diode dI F
IR [mA]
URSM
điện trở thuận trong diode
UBR: điện áp đánh thủng
Đặc tính động của diode
I

• UK: Điện áp chuyển mạch L
• trr: Thời gian phục hồi khả năng đóng
UK S
• irr: Dòng điện chuyển mạch – phục hồi
- +
t rr

Qr = ∫ irr dt




Ðóng S
: điện tích chuyển mạch
0 iF
iF




iF = I
trr
0,1 irrM
O t
irr
Quá áp trong iR




irrM
iR

irr Qr

uF
t
O Uk uR = Uk


uR uRM
Bảo vệ chống quá áp trong



V
Mở Đóng
R C
t
O
iRC
uR
V L
irr iRC

iL O t
Uk
irr
Uk
- + i L = irr + i RC u = U − L diL
R k
dt
Các thông số chính của diode

IF [A]
Điện áp:
100
• Giá trị điện áp đánh thủng UBR
• Giá trị cực đại điện áp ngược lập lại: Nhánh thuận – mở
URRM 50

• Giá trị cực đại điện áp ngược không lập U[BR] UR [V] UF [V]

lại: URSM 800 400 0 1 1,5


Nhánh ngược
Dòng điện - nhiệt độ làm việc – đóng o
T = 160 C 20
j
• Giá trị trung bình cực đại dòng điện o
T = 30 C
j 30
URRM
thuận: IF(AV)M
IR [mA]
• Giá trị cực đại dòng điện thuận không URSM

lập lại: IFSM
Diode thực tế: IDB30E60 – Infineon Technologies
1.2.3 Transistor lưỡng cực (BT)
(Bipolar Transistor)

Cấu tạo, hoạt động
C
C

P
N
B
B N
P
P
N

E
E R R

iC iC

U C U
iB C iB

uCE uEC
B B
E E
iE uEB iE
uBE
Đặc tính Volt – Ampe


Miền mở bão hòa

IC


UCE = UCE1
U B Mở
R

b a

• Đặc tính ngoài IC = f(UCE) UCE = U - RIC IB2 > IB1
A
• Đặc tính điều khiển IC = f(IB) A IB1 > 0

IB = 0
Đóng

IB2 UCE1 U
IB UBE < 0 UCE
Miền đóng bão hòa
ICE a)


IB = 0 UBR(CE0)

ICE0 UBR(CER)
ICER UBR(CES)
ICES UBR(CEU)
ICEU
O UCE0 UCES UCE
UCER UCEU
b) c)

RB RB
ICEU
+ - +
-IB UBE -IB UBE
- + -


• 0 … Hở mạch B – E (IB = 0)
• R … Mạch B – E theo hình b)
• S … Ngắn mạch B – E (RB →0)
• U … Mạch B – E theo hình c)
Quá trình quá độ của transistor


iB
IB
0.1IB 0.9IB

O t
td tr
ts tf
iC

uCE
0.1IC 0.9IC IC 0.1IC


O
ton toff
Mạch trợ giúp đóng mở Các thông số chính

Điện áp:

• Giá trị cực đại điện áp
colector – emitor UCE0M khi
IB = 0
• Giá trị cực đại điện áp
emitor – bazơ UEB0M khi IC
=0


Dòng điện: Giá trị cực đại
của các dòng điện IC, IB, IE


(Điện tử công suất – Nguyễn Bính)
Transistor thực tế - MJW3281A (NPN) – ON Semiconductor
1.2.4 Transistor trường MOSFET
(Metal Oxid Semiconductor Field Effect Transistor)

D D


N iD N

P P
N N



S S G OXID
G OXID
uGS
D
D iD

G uDS G

uGS
S
S
Đặc tính động
CGD D R
iD +
RG
on G
CDS
+ -
CGS uGS S uDS
off U
UG -
GS

0.9UG
UG
UGS(th)
0.1UG
t
uDS
0.9U iD 0.9U
U
0.1U

tr tf
td(on) td(off)

ton toff
MOSFET thực tế - 19MT050XF – International Rectifier
1.2.5 Transistor lưỡng cực cổng cách ly - IGBT
Insulated Gate Bipolar Transistor


C
C


G
G


E
E
iC
Đặc tính động R
C

on RG U
G

E
off
uCE
UG uGE




UG 0.9UG
uGE UGE(th)
0.1UCM
t
uCE iC
U 0.9ICM ICT
0.1ICM ICM
0.1ICM

tr tf
td(on) td(off)

ton toff
IGBT thực tế
1MB-30-060 – Fuji Electric
1.2.6 Thyristor
Cấu tạo – Hoạt động



A A A
i i1
P P
J1 u
N G N N R
G J2 G i2
P P P
J3
N N iG uAK
K K K
Trạng thái:
• Mở
• Đóng
uR
• Khóa iR
Hướng ngược iG
Ký hiệu • T: Thuận
uG • D: Khóa
A K
• R: Ngược
iT
iD Hướng thuận
uT
uD
Điều kiện để mở Thyristor
• UAK > 0
• Xung điều khiển đưa vào cực điều khiển.

Điều kiện để đóng Thyristor
Đặt điện áp ngược lên A – K
Đặc tính Volt - Ampe
i
Thyristor lý tưởng Nhánh thuận – mở

Ba trạng thái: đóng – mở – khóa
u
Nhánh ngược Nhánh khóa
Thyristor thực tế – đóng – khóa


UBR: điện áp ngược đánh thủng
2
[A] 10
IT Nhánh thuận
UBO: điện áp tự mở của thyristor ID
10
– mở
UTO: điện áp rơi trên Thyristor 1 Nhánh khóa –
IL 10
-1 khóa
IH: Dòng duy trì (holding) IN
-2 IG = 0
10
IL: Latching UR [V]
-3 IG = 25 mA
10
2
10 3 10 10 1 U[BR]
Các thông số chính U[BR] 1 10 10
2
10 3
IG = 0
-3
10
U[TD]
Tương tự như diode.
UT UD [V]
-2
IG = 25 mA 10
URRM = UDRM -1 IR [A]
10
Nhánh ngược
– đóng
Đặc tính điều khiển của thyristor:

iG Ψ
40
iG IG
UG[V]
2π ωt
R 30
U uG
(PGM)Ψ=π/12
20
(PGM)Ψ=π/6
UG=U-RIG

iG -400C
UGT
O 1 2
IGT IG[A]


0 t
Đặc tính động




Tổn thất
công suất khi mở
thyristor

Mở thyristor
Khóa thyristor


A uD
+

P
J1
N O t
G J2 C uD
P
J3 iC
N iC

-
iC O t
K
Đóng thyristor




toff




• Bảo vệ quá áp trong
• Thời gian đóng thyristor – Góc an toàn
Thyristor thực tế - 22RIA SERIES – International Rectifier
1.2.7 GTO
Gate Turn Off Thyristor
A
A


P
J1
N iFG G
J2
J3 P
N ur
G iRG uFG ir (uD)
(iD)
iRG K uRG
K
Đặc tính động
Mở GTO

tgd
tgr
uD
ir


UD 0.9UD
0.1UD
t
O tgt
IFG÷10Α
iFG
0.2IFG
O
Đóng GTO
tgs
iT tgf
uD


IT=I

Mạch trợ giúp 0.9IT
ITQ
UDP

iD
O t
uD
I tgq
ttq
L
iT
iRG O


iRG
uRG
IRG
uRG iRG uRG
QGQ
GTO thực tế - FG3000FX-90DA – Misubishi Electric
1.2.8 Triac




Điện áp thuận
Điện áp khóa
Dòng điện thuận
Hướng ngược
Dòng điện khóa
Dòng điện và điện áp
cực điều khiển


Dòng điện thuận Hướng thuận
Dòng điện khóa
Điện áp thuận
Điện áp khóa
Đặc tính Volt - Ampe
Nhánh mở

UG > 0; IG > 0
UD > 0 Nhánh khóa
UG < 0; IG < 0



UG > 0; IG > 0
UDR > 0
UG < 0; IG < 0
Nhánh khóa


Nhánh mở
Triac thực tế - 2N6344 - ON Semiconductor
CHƯƠNG 2: MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
TRONG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
2.1 Năng lượng tích lũy vào cuộn kháng
và giải phóng từ cuộn kháng




t0




t0


dΨL
t1
di
∫ uL dt = QL (t0 , t1 ); uL =
t0
dt
=L L
dt
Ψ L ( t1 ) iL ( t1 )

QL (t0 , t1 ) = ∫ dΨL = L ∫ diL = Ψ L (t1 ) − Ψ L (t0 ) = L [iL (t1 ) − iL (t0 ) ]
Ψ L ( t0 ) iL ( t0 )
2.2 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 vấn không đổi.
Nhánh chính




• Điện áp chuyển mạch
Nhánh phụ
• Chuyển mạch ngoài –
Chuyển mạch tự nhiên
• Chuyển mạch trong
• Chuyển mạch trực tiếp Nhánh chính
Nhánh chính
• Chuyển mạch gián tiếp
• Chuyển mạch nhiều tầng
• Thời gian chuyển mạch –
Góc chuyển mạch
• Chuyển mạch tức thời
2.3 Các đường đặc tính
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

2.4 Hệ số công suất của bộ biến đổi

P
λ= … Hệ số công suất PF (Power Factor)
S

P: Công suất hữu công
S: Công suất biểu kiến
P = mUI(1)cosϕ(1)

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

S = mUI

I: Giá trị hiệu dụng dòng điện pha I 2 = ∑ I (2n )
n =1
∞ ∞
S 2 = m 2U 2 ∑ I (2n ) = m 2U 2 I (1) + m 2U 2 ∑ I (2n )
2

n =1 n=2


S(1) = m 2U 2 I (1) = m 2U 2 I (1) cos 2 ϕ(1) + m 2U 2 I (1) sin 2 ϕ(1) = P 2 + Q(1)
2 2 2 2 2



mUI(1): Công suất biểu kiến của thành phần bậc 1
Q(1): Công suất phản kháng của thành phần bậc 1
S 2 = P 2 + Q(1) + D 2
2



D = mU ∑ I (2n )
n=2

D: Công suất phản kháng biến dạng
P
λ= = υ cos ϕ(1) … Hệ số công suất PF (Power Factor)
P +Q + D
2 2
(1)
2


I (1)
υ= … Hệ số méo dạng DF (Distortion Factor)
I


∑ I (2n )
n=2
THDI = … Độ méo dạng tổng THD (Total Harmonic Distortion)
I (1)
Đề thi vào lớp 10 môn Toán |  Đáp án đề thi tốt nghiệp |  Đề thi Đại học |  Đề thi thử đại học môn Hóa |  Mẫu đơn xin việc |  Bài tiểu luận mẫu |  Ôn thi cao học 2014 |  Nghiên cứu khoa học |  Lập kế hoạch kinh doanh |  Bảng cân đối kế toán |  Đề thi chứng chỉ Tin học |  Tư tưởng Hồ Chí Minh |  Đề thi chứng chỉ Tiếng anh
Theo dõi chúng tôi
Đồng bộ tài khoản