intTypePromotion=1

Bài giảng Chương 1: Khái niệm cơ bản và các linh kiện bán dẫn công suất

Chia sẻ: Liêm Phan | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:96

0
149
lượt xem
19
download

Bài giảng Chương 1: Khái niệm cơ bản và các linh kiện bán dẫn công suất

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Vài nét về lịch sử phát triển điện tử công suất và các ứng dụng, điện tử công suất và các lãnh vực liên quan ngày nay, Sơ đồ khối một hệ thống điện tử công suất,... là những nội dung chính trong bài giảng chương 1 "Khái niệm cơ bản và các linh kiện bán dẫn công suất". Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Chương 1: Khái niệm cơ bản và các linh kiện bán dẫn công suất

  1. Chương 1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN & CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN CÔNG SUẤT 1
  2. Vài nét về lịch sử phát triển ĐTCS và các ứng dụng 1901: Peter Cooper Hewitt giới thiệu chỉnh lưu dùng đèn hơi thủy ngân (mercury­arc  rectifier)  1926: Đèn thyratron ra đời  1930: Chỉnh lưu dùng đèn hơi thủy ngân công suất 3MW được lắp đặt cho hệ thống tàu  điện ngầm New York (dùng đểđi   ều khiển động cơ DC của xe điện)  1931: Hệ thống cycloconverter dùng đèn hơi thủy ngân được ứng dụng trong hệ thống tàu  điện tại Đức  1948: Transistor được phát minh tại Bell Labs  1956: Diode công suất dùng bán dẫn Silic ra đời  1958: GE giới thiệu thyristor (SCR) thương phẩm đầu tiên  1971: Kỹ thuật điều khiển vector động cơ không đồng bộ (lý thuyết) được giới thiệu  2
  3. Vài nét về lịch sử phát triển ĐTCS và các ứng dụng 1975: Transistor luỡng cực (BJT) công suất lớn được chết   ạo bởi TOSHIBA  1980: GTO công suất lớn ra đời tại Nhật  1981: Cấu hình nghịch lưu đa bậc (diode clamped) ra đời  1983: IGBT ra đời  1983: Kỹ thuật điều rộng xung vector không gian (Space Vector PWM) ra đời  1986: Kỹ thuật điều khiển trực tiếp momen (Direct Torque Control – DTC) động cơ không  đồng bộ ra đời  1996: IGCT được giới thiệu lần đầu bởi ABB  3
  4. ĐTCS và các lãnh vực liên quan ngày nay CHỈNH LƯU HƠI THỦY NGÂN ĐÈN ĐIỆN TỬ KHUẾCH ĐẠI TỪ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT (POWER ELCTRONICS ) LINH KIỆN PHẦN MỀM BÁN DẪN VÀ PHẦN CỨNG CÔNG SUẤT CẤU TRÚC KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN KỸ THUẬT BỘ BIẾN ĐỔI GIẢI TÍCH VÀ MÔ PHỎNG 4
  5. Sơ đồ khối một hệ thống ĐTCS Pin Pout Mạch động lực Tải ui Uo Tín hiệu điều khiển Tín hiệu hồi tiếp Mạch điều khiển Tín hiệu đặt 5
  6. Sơ đồ khối một hệ thống ĐTCS Nhiệm vụ của một hệ thống điện tử công suất (ĐTCS) là kiểm soát và điều khiển dòng năng  lượng điện bằng cách cung cấp cho tải điện áp và dòng điện dưới dạng tối ưu nhất.   Ngõ vào của hệ thống ĐTCS thường là điện lưới một pha hoặc 3 pha, tần số 50 hoặc 60Hz.  Ngõ  ra (điện áp, tần số, dòng điện, số pha) thường được thiết kế để phù hợp với tải.   Phần mạch động lực sử dụng các linh kiện bán dẫn công suất. Phần mạch điều khiển sử dụng kỹ  thuật mạch tích hợp tuyến tính (linear integrated circuits) và/hoặc mạch xử lý số (digital signal  processor).  Trong những năm gần đây, lãnh vực điện tử công suất đã có những thành tựu lớn nhờ vào sự phát  triển của:  ­ Kỹ thuật vi điều khiển (microcontroller, digital signal processor ­ DSP)  ­ Kỹ thuật bán dẫn công suất lớn (power semiconductor)  6
  7. Lãnh vực ứng dụng của ĐTCS 1. Bộ nguồn xung và bộ nguồn liên tục (UPS): Sự phát triển của kỹ thuật chế tạo vi mạch  dẫn đến sự phổ biến rộng rãi của các thiết bị điện tử như máy tính, thiết bị thông tin và  thiết bị điện tử dân dụng, tất cả đều cần cung cấp bằng nguồn một chiều (dc) ổn áp hoặc  trong nhiều ứng dụng còn đòi hỏi cấp nguồn liên tục.  2. Bộ biến đổi năng lượng: ứng dụng trong:  ­ Chiếu sáng: cung cấp cho đèn huỳnh quang (ballast điện tử), hoặc đèn LED.  ­ Điều khiển tốc độ động cơ: thay đổi lưu lượng lưu chất bằng cách thay đổi tốc độ  bơm/quạt, điều khiển tốc độ hoặc vị trí cho những ứng dụng công nghiệp nhằm tư động  hoá, nâng cao hiệu suất và sự linh hoạt trong sản xuất.  3. Giao thông vận tải: xe điện, tàu điện   4. Gia nhiệt công nghiệp: hàn điện, mạ điện, điện phân, gia nhiệt cao tần (tôi cao tần, lò cảm  ứng, v.v...)  5. Hệ thống điện (Utility): truyền tải điện DC cao áp (HVDC), các hệ thống bù tĩnh  (STATCOM – Static Compensator), bộ lọc công suất (Active Power Filer) dùng để lọc  sóng hài trên lưới điện, các ứng dụng trong lãnh vực năng lượng tái sinh (Renewable  Energy) như các hệ thống điện gió (wind­electric system) hoặc điện mặt trời (photovoltaic  system)  7
  8. Lãnh vực ứng dụng của ĐTCS 1. Các thiết bị gia dụng  4. Giao thông vận tải  Tủ lạnh, tủ đông  Điều khiển động cơ xe hơi điện  Gia nhiệt, sưởi  Nạp acquy xe hơi điện  Hệ thống điều hòa không khí  Các hệ thống tàu điện, tàu điện ngầm  Lò nấu    Chiếu sáng  5. Hệ thống điện  Các thiết bị điện tử dân dụng (TV, máy  Truyền tải điện DC cao áp (HVDC)  tính, các thiết bị nghe nhìn, giải trí…)  Bộ bù tĩnh    Hệ thống máy phát dùng nguồn năng  2. Trang thiết bị cho cao ốc  lượng tái sinh (renewable energy):  Các hệ thống sưởi, thông gió, điều hòa  năng lượng mặt trời, năng lượng  Hệ thống điều hòa trung tâm  gió…  Máy tính và các thiết bị văn phòng  Các hệ thống tích trữ năng lượng  UPS (Uninterruptible Power Supply)  (energy storage systems)  Thang máy      6. Hàng không  3. Công nghiệp  Hệ thống điện tàu con thoi   Bơm  Hệ thống điện của các vệ tinh  Máy nén  Hệ thống điện máy bay  Quạt gió    Máy công cụ  7. Viễn thông  Lò nấu hồ quang, Lò nấu cảm ứng  Bộ nạp bình acquy  Gia nhiệt cảm ứng (tôi cao tần…)  Bộ nguồn (DC, UPS)  Máy hàn điện    8  
  9. Ví dụ ứng dụng: So sánh ổn áp tuyến tính và ổn áp xung Bộ ổn áp tuyến tính Biến áp nguồn Mạch ud điều khiển Uo Tải Nguồn lưới Uo,ref Chỉnh lưu Tụ lọc a. Sơ đồ nguyên lý ud(t) Tầm thay đổi của ud u d,min Uo b. Dạng sóng điện áp ngõ vào ud và ngõ ra U o • Transistor công suất được điều khiển hoạt động tương tự như một điện trở biến đổi • Mạch có hiệu suất thấp và cồng kềnh 9
  10. Ví dụ ứng dụng: So sánh ổn áp tuyến tính và ổn áp xung Bộ ổn áp xung Mạch động lực Uo Tải ud Nguồn lưới Chỉnh lưu Mạch lọc Biến áp thông thấp tần số cao Chỉnh lưu Tụ lọc Mạch Uo điều khiển U o,ref a. Sơ đồ nguyên lý bộ ổn áp xung 10
  11. Ví dụ ứng dụng: So sánh ổn áp tuyến tính và ổn áp xung Bộ ổn áp xung Mạch động lực ud uoi Uo Tải Uo Tải ud uoi Uo =Uoi Mạch điều khiển Uo,ref c. Điện áp ngõ ra của bộ ổn áp xung b. Mạch tương đương của bộ ổn áp xung Transistor hoạt động như một khóa đóng ngắt  hiệu suất cao Biến áp, mạch lọc hoạt động ở tần số cao  kích thước nhỏ Điện áp ngõ ra thay đổi bằng cách điều khiển độ rộng xung (tỉ lệ ton/Ts) 11
  12. Ví dụ ứng dụng: điều khiển lưu lượng bơm bằng cách điều khiển tốc độ của bơm • Với bơm (quạt) ly tâm, lưu lượng bơm tỉ lệ với tốc độ (Q ω), và công suất bơm tỉ lệ với lập phương tốc độ (P ω3 ) • Hệ thống bơm kiểu truyền thống: tốc độ động cơ không đổi, điều chỉnh lưu lượng bằng van tiết lưu  tổn hao công suất trên van • Hệ thống bơm có điều chỉnh tốc độ: lưu lượng bơm điều chỉnh bằng cách thay đội tốc độ động cơ, không dùng van tiết lưu  tiết kiệm năng lượng Van tiết lưu Bộ điều Động khiển cơ tốc độ Nguồn Nguồn + lưới lưới Động cơ Bơm Bơm a. Hệ thống bơm kiểu truyền thống b. Hệ thống bơm có điều chỉnh tốc độ Tiết kiệm năng lượng tiêu thụ của hệ thống bơm khi điều chỉnh lưu lượng bằng bộ điều khiển tốc độ động cơ thay cho van tiết lưu 12
  13. Ví dụ ứng dụng: Tiết kiệm năng lượng với bộ biến tần điều khiển bơm nước Tổn hao trên toàn hệ thống với bơm điều chỉnh lưu lượng dùng van tiết lưu 13
  14. Ví dụ ứng dụng: Tiết kiệm năng lượng với bộ biến tần điều khiển bơm nước (t-t) Tổn hao trên toàn hệ thống với bơm điều chỉnh lưu lượng dùng biến tần 14
  15. Phân loại bộ biến đổi công suất Phân loại theo tần số điện áp ngõ vào và ngõ ra: các bộ biến đổi công suất (converter) cơ bản (gọi  tắt là bộ biến đổi – BBĐ) bao gồm:  1. ac  dc (chỉnh lưu – rectifier)  2. dc  ac (nghịch lưu – inverter)  3. dc  dc  4. ac  ac   Trong thực tế, một bộ biến đổi công suất có thể bao gồm nhiều bộ biến đổi cơ bản va các thành  phần trữ năng lượng (tụ điện, cuộn cảm).  Chiều truyền công suất của bộ biến đổi có thể là một chiều (nguồn  tải hoặc tải  nguồn) hoặc  hai chiều  15
  16. Phân loại bộ biến đổi công suất Chế độ chỉnh lưu Bộ biến đổi Chế độ nghịch lưu Bộ biến đổi 1 Bộ biến đổi 2 Nguồn lưới 16
  17. Phân loại bộ biến đổi công suất Phân loại theo tần số hoạt động:  1. Bộ biến đổi tần số lưới (chuyển mạch tự nhiên – naturally commutated converters): ngõ vào  hoặc ngõ ra của bộ biến đổi loại này được cung cấp từ lưới, và các khoá bán dẫn được tắt nhờ  cực tính của điện áp lưới thay đổi (ví dụ: chỉnh lưu có điều khiển, bộ biến đổi điện áp xoay  chiều...). Tần số đóng ngắt của linh kiện phụ thuộc vào tần số lưới (50 hoặc 60Hz).  2. Bộ biến đổi chuyển mạch cuỡng bức (force­commutated converters): tần số đóng ngắt của các  khoá bán dẫn không phụ thuộc và cao hơn nhiều so với tần số lưới.  3. Bộ biến đổi cộng hưởng hoặc tựa cộng hưởng (resonant or quasi­resonant converters): các  khoá bán dẫn đóng và/hoặc ngắt tại điện áp và/hoặc dòng điện bằng zero.  17
  18. Các khái niệm cơ bản Giá trị trung bình của đại lượng i:  Tp 1 I AV i (t )dt   Tp 0 Hoặc:    2 1 I AV i (t )d ( t )   2 0   Giá trị hiệu dụng của đại lượng i:  Tp 2 1 1 I I RMS i 2 (t )dt i 2 (t )d ( t )   Tp 0 2 0   Tp : chu kỳ của đại luợng i  18
  19. Các khái niệm cơ bản Công suất tức thời:  p (t ) v(t ).i(t )     Công suất trung bình:  Tp 2 1 1 PAV p (t )dt p (t )d ( t )   Tp 0 2 0 Tuïñieä n vaøcuoä n khaù ng laøcaù c phaà n töûkhoâ ng tieâ u hao coâ ng suaá t. Taû i L: PAV=0  Taû i C: PAV=0 19
  20. Ví dụ tính toán Ví dụ 0.1:  Xeùt quaùtrình doø ng ñieä n treâ n hình sau: Tròtrung bình doø ng ñieä n cho bôû i heäthöù c: 0.5 0.3 1 1 Id i (t )dt 10dt 6[ A]   0.5 0 0.5 0 20
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2