Bài giảng Điện tử công suất: Tổng quan điện tử công suất (p1)

1/21/2013

Ho Chi Minh City University of Technology

PGS.TS Lê Minh Phương

Khoa Điện –Điện Tử

Trường Đại Học Bách Khoa TP HỒ CHÍ MINH

Contact info: Address: 268 Lý Thường Kiệt, P.14,Q.10, TP Hồ Chí Minh Telephone: 84-08-38647256 (5722) Mobile: 0988572177 E-mail: lmphuong@hcmut.edu.vn; ivanphuong@yahoo.com 1

Power Electronics

ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT PGS.TS Lê Minh Phương Khoa Điện –Điện Tử Trường ĐHBK TPHCM TPHCM 2012

1/21/2013

Contents – Nội dung

1. Tổng quan về Điện tử công suất

2. Các linh kiện bán dẫn cơ bản

3. Mô phỏng Matlab-Simulink

4. Bộ chỉnh lưu

5. Bộ biến đổi điện áp xoay chiều

6. Bộ biến đổi điện áp một chiều

7. Bộ nghịch lưu –biến tần

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

References

1. MÔ PHỎNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TRONG MATLAB/SIMULINK - Lê Minh Phương, Phan Quốc Dũng – Nhà xuất bản ĐHQG 2011

2. POWER ELECTRONICS HANDBOOK –

Muhammad H. Rashid

3. MATLAB/SIMULINK - Mathworks.

http://www.mathworks.com/

4. ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 1 – Nguyễn Văn Nhờ

Nhà xuất bản ĐHQG

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013

Power Electronics

Chương 1

TỔNG QUAN

ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT PGS.TS Lê Minh Phương Khoa Điện –Điện Tử Trường ĐHBK TPHCM TPHCM 2012

Introduction

Năm 1948 với việc phát minh ra silicon transistor tại phòng thí nghiệm Bell Telephone Laboratories bởi Bardeen, Bratain, and Schockley.

Năm 1958 khi Thyristor được ứng dụng bởi hãng General Electric Company.

Từ 1975 -1990 ứng dụng BJT (Bipolar Junction Transistor ) và thyristor điều khiển hoàn toàn GTO (Gate Turn Off Thyristor), sau đó là IGBT (Insuled Gate Bipolar Transistor) và MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)

Từ 1990 đến nay 70% năng lượng điện sử dụng được biến đổi từ các bộ biến đổi công suất. PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013

Introduction

 Ứng dụng kỹ thuật số và công nghệ điều khiển hiện đại như DSP, FPGA trong ĐTCS

 Ứng dụng trong năng lượng tái tạo: năng lượng mặt trời, năng lượng gió.

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

Introduction

Điện tử công suất là môn học nghiên cứu các linh kiện bán dẫn, các bộ biến đổi công suất và quá trình biến đổi các đại lượng đặc trưng năng lượng điện cho phù hợp với tải như: điện áp, dòng điện, tần số

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013

Cấu trúc của bộ biến đổi

MẠCH VÒNG HỞ

NGUỒN ĐIỆN

MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

TẢI

Nguồn điện: AC hoặc DC

MẠCH LÁI

Tải : -Động cơ -Tải nhiệt - Đèn chiếu sáng -….

MẠCH ĐIỀU KHIỂN

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

Cấu trúc của bộ biến đổi

Ví dụ về bộ biến đổi

Bộ biến tần 3 pha điều khiển động cơ không đồng bộ (vòng hở)

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013

Cấu trúc của bộ biến đổi

MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Là mạch kết nối các linh kiện điện tử công suất theo sơ đồ phù hợp với yêu cầu về chức năng của bộ biến đổi công suất.

Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

Cấu trúc của bộ biến đổi

MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Bộ biến đổi điện áp xoay chiều

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013

Cấu trúc của bộ biến đổi

MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Bộ Step-Up DC/DC converter

Bộ chỉnh lưu PWM

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

Cấu trúc của bộ biến đổi

MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Bộ nghịch lưu áp 3 pha

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013

Cấu trúc của bộ biến đổi

MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Bộ nghịch lưu áp đa bậc

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

Introduction

MẠCH ĐIỀU KHIỂN

Mạch điều khiển có nhiệm vụ nhận thông tin của nguồn, tải từ mạch hồi tiếp và thực hiện các giải thuật điều khiển hoạt động của bộ biến đổi để có được kết quả mong muốn.

DSP – Digital Signal Processing (Texas Instrument, Microchip)

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013

Introduction

MẠCH ĐIỀU KHIỂN

FPGA – Field Programmable Gate Array (Xilinx and Altera )

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

Cấu trúc của bộ biến đổi

MẠCH VÒNG KÍN

NGUỒN ĐIỆN

MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

TẢI

MẠCH LÁI

MẠCH ĐIỀU KHIỂN

MẠCH HỒI TIẾP

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013

Introduction

Mạch hồi tiếp – mạch cảm biến Mạch hồi tiếp có nhiệm vụ thu thập thông tin từ nguồn, tải và cung cấp cho mạch điều khiển

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

Introduction

Mạch hồi tiếp – mạch cảm biến

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013

Cấu trúc của bộ biến đổi

Ví dụ về bộ biến đổi

MẠCH LÁI

Bộ biến tần 3 pha điều khiển động cơ không đồng bộ (vòng kín)

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

CÁC BỘ BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤT

BỘ CHỈNH LƯU Rectifiers (AC/DC)

Chức năng: biến đổi điện áp, dòng điện xoay chiều thành điện áp dòng điện một chiều

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013

CÁC BỘ BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤT

Bộ biến đổi điện áp xoay chiều AC-AC Convertor

Chức năng: biến đổi điện áp xoay chiều có trị hiệu dụng không đổi thành điện áp xoay chiều có trị hiệu dụng thay đổi được

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

CÁC BỘ BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤT

AC-AC Cycloconverter

Chức năng: biến đổi điện áp xoay chiều có trị hiệu dụng và tần số không đổi thành điện áp xoay chiều với trị hiệu dụng và tần số thay đổi được

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013

CÁC BỘ BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤT

Bộ biến đổi điện áp một chiều DC/DC Converter

Chức năng: biến đổi điện áp một chiều có trị trung bình không thay đổi thành điện áp một chiều có trị trung bình thay đổi được

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

CÁC BỘ BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤT

Bộ nghịch lưu - DC/AC converters

Chức năng: biến đổi năng lượng từ nguồn điện một chiều không đổi sang dạng năng lượng xoay chiều

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013

CÁC BỘ BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤT

Bộ nghịch lưu - DC/AC converters

Chức năng: biến đổi năng lượng từ nguồn điện một chiều không đổi sang dạng năng lượng xoay chiều

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

CÁC BỘ BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤT

Bộ biến tần gián tiếp AC-DC-AC

Chức năng: chỉnh lưu điện áp xoay chiều ngõ vào sau đó chuyển đổi điện áp một chiều thành điện áp xoay chiều có trị hiệu dụng điện áp và tần số thay đổi được.

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013

UPS –Uninterruptible Power Supply DC switching power supply

ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Nguồn điện – Power supply

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

UPS –Uninterruptible Power Supply DC switching power supply

ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Nguồn điện – Power supply

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013

UPS –Uninterruptible Power Supply DC switching power supply

ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Nguồn điện – Power supply

output voltage: 12V DC ± 1% output current: 0 ~ 5A ripple and noise: 120mv power output: 60W max. dimensions: 9.3" L x 3.8" W x 1.38" H (23.6cm x 9.65cm x 3.5cm ) weight: 15.5oz (0.44Kg) input voltage: 85 ~ 264V AC, 47 ~ 63Hz, (L, N, and Ground connections) input rush current: 15A at 110V setup, rise and hold-up time: 200ms, 100ms, 300ms at full load and 230VAC working temperature:

-10°C ~ 0°C: 80% load 0°C ~ 50°C: 100% load 50°C ~ 60°C: 60% load

operating humidity conditions: 20% ~ 90%RH overload protection: 105% ~ 150% fold back current limiting with auto-recovery withstand voltage (max. 1min): I/P - O/P: 1.5kVAC I/P - FG: 0.5kVAC

DC adjustment range: ± 10% rated output voltage (V adj) efficiency: 74% connection: 5, 7 or 9 pole terminal block, pitch 9.5mm

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

DC motor control AC motor control

ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Điều khiển động cơ – Motor control

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013

DC motor control AC motor control

ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Điều khiển động cơ – Motor control

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

DC motor control AC motor control

ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Điều khiển động cơ – Motor control

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013

Inverter – Biến tần

ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Điều khiển động cơ – Motor control

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

Inverter – Biến tần

ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Điều khiển động cơ – Motor control

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013

ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Active filter – Bộ lọc sóng hài

Active power filter topologies implemented with PWM-VSI: (a) shunt active power filter; (b) series active power filter; and (c) hybrid active power filter.

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong