M  Đ UỞ Ầ

CÁC HỆ THỨC

VÀ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1

Các khái niệm cơ bản

2

Các khái niệm cơ bản

3

Mạch một pha với dòng, áp dạng sin

4

Mạch một pha với dòng, áp dạng sin

5

Mạch ba pha cân bằng (dòng, áp dạng sin)

6

Mạch ba pha cân bằng (dòng, áp dạng sin)

j

j

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

e

Ie

(cid:0)

I

a

j

(cid:0)

j

2

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

­b­c:  j 0 V Z j (

2

3)

(cid:0) (cid:0)

Ie

ứ ự Th  t  pha: a Ve V a Ze Z (cid:0) 3 e I

I

b

a

(cid:0)

(cid:0)

j

j

2

3

(

2

3)

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

e

Ie

I

c

a

ệ

ệ

(cid:0)

ệ ữ V 3

I   Liên h  gi a đi n áp pha và đi n áp dây: LLV

7

Mạch ba pha cân bằng (dòng, áp dạng sin)

:

ấ VI

VI

P

v à

cos

phase

phase

ấ ổ

ằ

ạ

ớ

(cid:0) (cid:0) (cid:0)

Công su t trên 1 pha S   ở   V i m ch 3 pha cân b ng, công su t t ng trên 3 pha tính b i: S

S

VI 3

3

V I 3 LL

phase

phase

3

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

P

3

VI 3

cos

cos

phase

phase

V I 3 LL

P 3

8

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

Cuộn dây L – Tụ điện C

9

Chế độ xác lập với dòng, áp không sin

Ví dụ: Dạng sóng điện áp ngõ ra và dạng sóng dòng-áp ngõ vào của một bộ biến tần 3-pha kiểu điều rông xung (PWM) điển hình.

a. Điện áp (pha) ngõ ra của bộ biến tần

b. Điện áp và dòng ngõ vào của bộ biến tần 10

Dạng sóng điển hình của một bộ biến tần 3 pha

Phân tích Fourier

• Phân tích Fourier • Hệ số méo dạng (%THD) • Hệ số công suất

ni

Dòng và áp ngõ vào của bộ chỉnh lưu một pha có tụ lọc ở ngõ ra

11

(cid:0)

Phân tích Fourier

ạ ượ bi n thiên

ể ể ổ ầ ng f(t) tu n hoàn, không sin,  Đ i l có th  tri n khai thành t ng các đ i l có chu kỳ  ế ệ ứ   ạ ượ ng sin theo h  th c: (cid:0) (cid:0)

AV

n

AV

n

n

1

1

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) f F f F (cid:0) n t (cid:0) n t t ( ) t ( ) sin( ) cos( ) A n B n (cid:0) (cid:0)

(cid:0)

2

V i:ớ

AV

(cid:0) F f t (cid:0) t d ( ) ( ) (cid:0)

0

(cid:0)

2

1 (cid:0) 2

0 (cid:0)

2

(cid:0) (cid:0) f t n t ( ) sin( (cid:0) (cid:0) n t d ) ( ), 1, 2,3... (cid:0) A n 1 (cid:0)

0

12

(cid:0) (cid:0) f t ( ) cos( (cid:0) (cid:0) n t d ) ( t n ), 1, 2,3... (cid:0) B n 1 (cid:0)

Phân tích Fourier

f

(cid:0) n t

(cid:0) n t

t ( )

sin(

)

cos(

)

n

A n

B n

ể ể

ị ệ ụ

ễ  qua giá tr  hi u d ng và

d

ướ ạ   i d ng:

(cid:0) nj

(cid:0) (cid:0)

F e n

Thành ph nầ  sóng hài b c n:ậ   Sóng hài b c ậ n có th  bi u di n nF

(cid:0)

2 A n

2 B n

F n

2

(cid:0) (cid:0)

(cid:0)

arctan

n

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

B n A n

ủ

ị

AVF

Tr  trung bình c a f(t):

(cid:0) (cid:0)

(cid:0)

ị ệ ụ

ủ

F F

F

Tr  hi u d ng c a f(t):

RMS

2 AV

2 F n

1

13

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

Méo dạng do sóng hài

ni

Dòng và áp ngõ vào của bộ chỉnh lưu một pha có tụ lọc ở ngõ ra

14

(cid:0)

Méo dạng do sóng hài

Dòng ngõ vào is(t) qua phân tích Fourier:

(cid:0)

t ( )

i s

i n

i 1

(cid:0) (cid:0) (cid:0)

n

1

ệ ố

ạ  (distortion factor ­ DF):

(cid:0)

DF

H  s  méo d ng 1I I

ạ

ổ

ộ

Đ  méo d ng t ng do hài (Total harmonic distortion

– THD):

(cid:0)

(cid:0)

I

2 n

(cid:0)

n

THD

1 I 1

15

(cid:0) (cid:0)

Chương 1

CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN

16

Lãnh vực ứng dụng của ĐTCS

ơ xe h i ơ đi nệ

h i ơ đi nệ

4. Giao thông v n t i ậ ả   (cid:0) Đi u khi ộ nể  đ ng c   ề (cid:0) N p acquy xe  ạ (cid:0) Các h  th ng

ệ ố tàu đi nệ , tàu đi nệ  ng mầ

cao áp (HVDC)

ụ

ế ị ệ ử ế ị

1. Các thi t b  ế ị gia d ngụ   (cid:0) T  l nh, t  đông ủ ủ ạ   (cid:0) Gia nhi t, s ệ ưở   i (cid:0) H  th ng đi u hòa không khí ề ệ ố (cid:0) Lò n uấ   (cid:0) Chi u sáng ế   (cid:0) Các thi t b  đi n t  dân d ng (TV, máy  ả …)  tính, các thi t b  nghe nhìn, gi i trí

ồ

5. H  th ng đi n ệ   ệ ố (cid:0) Truy n t i đi n DC  ề ả ệ (cid:0) B  bù tĩnh ộ   (cid:0) H  th ng máy phát dùng  ệ ố

ngu n năng

ượ

ng

ưở

ề

lượng tái sinh (renewable energy):  ặ ờ năng lượng m t tr i, năng l gió…

i, thông gió, đi u hòa

ệ ố

ữ

ượ

ng

ế ị

(cid:0) Các h  th ng tích tr  năng l (energy storage systems)

2. Trang thi t b  cho cao  c ế ị ố   (cid:0) Các h  th ng  ệ ố s (cid:0) H  th ng đi u hòa trung tâm ề ệ ố (cid:0) Máy tính và các thi t b  văn phòng   (cid:0) UPS (Uninterruptible Power Supply)  (cid:0) Thang máy

6. Hàng không

ệ

ệ ố ệ ố ệ ố

(cid:0) H  th ng đi n tàu con thoi  ệ (cid:0) H  th ng đi n c a các v  tinh ệ ủ (cid:0) H  th ng đi n máy bay ệ

ồ

7. Vi n thông ễ   (cid:0) B  n p bình acquy ộ ạ   (cid:0) B  ngu n (DC, UPS) ồ ộ

3. Công nghi pệ   (cid:0) B mơ   (cid:0) Máy nén  (cid:0) Qu t gióạ   (cid:0) Máy công cụ  (cid:0) Lò n uấ  h  quang, Lò n u c m  ng ấ ả ứ   (cid:0) Gia nhi t c m  ng (tôi cao t n ầ …)  ệ ả ứ (cid:0) Máy hàn đi nệ

17

Ví dụ ứng dụng của bộ biến đổi ĐTCS

• Ứng dụng các bộ biến đổi ĐTCS giúp tiết kiệm năng lượng, nâng cao chất lượng đáp ứng của thiết bị.

Van tiết lưu

Động cơ

Nguồn Nguồn lưới lưới

Nguồn lưới

Bộ điều khiển tốc độ + 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

18

Sơ đồ khối Bộ biến đổi

Pout

Pin

Tải

Mạch động lực

Tín hiệu hồi tiếp

Tín hiệu điều khiển

Mạch điều khiển

Tín hiệu đặt

Lưu ý là các mạch ĐTCS hoạt động theo chế độ đóng-ngắt (switch-mode), khác với các mạch điện tử hoạt động ở chế độ tuyến tính (linear mode)  Hiệu suất mạch ĐTCS cao hơn mạch điện tử chế độ tuyến tính.

19

Bộ ổn áp tuyến tính

Biến áp nguồn

Tải

Mạch điều khiển

Nguồn lưới

Tụ lọc

Chỉnh lưu

• Transistor công suất được điều khiển hoạt động tương tự như một điện trở biến đổi

a. Sơ đồ nguyên lý

Tầm thay đổi của vd

• Mạch có hiệu suất thấp và cồng kềnh

b. Dạng sóng điện áp ngõ vào v d và ngõ ra v o

20

Bộ ổn áp xung

Mạch động lực

Tải

Nguồn lưới

Chỉnh lưu

Biến áp

Mạch lọc thông thấp

tần số cao

Chỉnh lưu

Tụ lọc

Mạch điều khiển

a. Sơ đồ nguyên lý bộ ổn áp xung

21

Bộ ổn áp xung

Mạch động lực

T iả

Tải

voi

Vo = Voi

Mạch điều khiển

b. Mạch tương đương của bộ ổn áp xung

c. Điện áp ngõ ra 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

22

Điện áp ngõ ra thay đổi bằng cách điều khiển độ rộng xung (tỉ lệ ton/Ts)

Chế độ hoạt động của BBĐ

Chế độ chỉnh lưu

Bộ biến đổi

Chế độ nghịch lưu

Bộ biến đổi 1

Bộ biến đổi 2

Nguồn lưới

23

Giới thiệu các linh kiện ĐTCS thông dụng

24

Diode

Điện áp khóa ngược Vđm

a. Ký hiệu

Miền khóa ngược

b. Đặc tuyến

c. Đặc tuyến lý tưởng

25

Thyristor (SCR)

Dẫn

TắtDẫn khi có xung kích iG

Tắt

Miền khóa ngược

Điện áp khóa thuận

a. Ký hiệu

Điện áp khóa ngược

b. Đặc tuyến

Dẫn

TắtDẫn

Miền khóa thuận

Miền khóa ngược

26

c. Đặc tuyến lý tưởng

BJT (Bipolar Junction Transistor)

Dẫn Dẫn

Tắt Tắt

a. Ký hiệu

c. Đặc tuyến lý tưởng

b. Đặc tuyến

BJT loại NPN

27

BJT (Bipolar Junction Transistor)

Transistor ghép Darlington

28

MOSFET

Dẫn

Dẫn

Tắt

Tắt

a. Ký hiệu

c. Đặc tuyến lý tưởng

b. Đặc tuyến

MOSFET kênh N

29

GTO (Gate Turn-Off Thyristor)

Dẫn

Dẫn

Tắt

Tắt

c. Đặc tuyến lý tưởng

a. Ký hiệu

b. Đặc tuyến

GTO (Gate-Turn Off)

30

GTO (Gate Turn-Off Thyristor)

Mạch đệm (snubber) để giảm dv/dt khi tắt dòng

Mạch kích

a. GTO và mạch đệm

b. Chuyển trạng thái dẫn  tắt của GTO

31

IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)

32

MCT (MOS-Controlled Thyristor)

33

Khả năng đóng ngắt của các khóa bán dẫn thông dụng

ạ

ầ ố

ng tắ

T n s  đóng

ng tắ

ệ   Lo i linh ki n BJT  MOSFET  GTO  IGBT  MCT

ấ Công su t đóng  Trung bình  Th pấ   Cao  Trung bình  Trung bình

Trung bình  Cao  Thấp  Trung bình  Trung bình

34

Khả năng tải & đóng cắt của các linh kiện ĐTCS hiện nay

35