Giáo trình Điện tử công suất (Ngành: Điện tử công nghiệp - Trình độ Cao đẳng) - Trường Cao đẳng Hòa Bình Xuân Lộc

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:292

Thêm vào BST

Báo xấu

2
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Điện tử công suất (Ngành: Điện tử công nghiệp - Trình độ Cao đẳng) bao gồm các Bài sau: Bài 1: Tổng quan về điện tử công suất; Bài 2: Công tắc điện tử (van bán dẫn công suất); Bài 3: Chỉnh lưu công suất không điều khiển; Bài 4: Chỉnh lưu công suất có điều khiển; Bài 5: Điều chỉnh điện áp xoay chiều; Bài 6: Nghịch lưu. Mời các bạn cùng tham khảo giáo trình để biết thêm nội dung chi tiết!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Điện tử công suất (Ngành: Điện tử công nghiệp - Trình độ Cao đẳng) - Trường Cao đẳng Hòa Bình Xuân Lộc

TÒA GIÁM MỤC XUÂN LỘC TRƯỜNG CAO ĐẲNG HÒA BÌNH XUÂN LỘC GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT NGÀNH: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết định số: …… /2021/ QĐ-CĐHBXL, ngày……tháng…… năm 2021 của Hiệu trưởng trường Cao đẳng Hòa Bình Xuân Lộc) Đồng Nai, năm 2021 (Lưu hành nội bộ) 0
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 1
LỜI GIỚI THIỆU Trong thế giới hiện đại, điện năng đóng vai trò vô cùng quan trọng trong mọi lĩnh vực của đời sống và công nghiệp. Điện tử công suất, với khả năng chuyển đổi và điều khiển điện năng hiệu quả, đã trở thành nền tảng không thể thiếu trong các hệ thống điện và điện tử ngày nay. Từ việc cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử nhỏ gọn đến vận hành các hệ thống công nghiệp lớn, điện tử công suất hiện diện trong mọi khía cạnh của cuộc sống. Điện tử công suất không chỉ liên quan đến việc chuyển đổi điện áp và dòng điện mà còn bao gồm việc kiểm soát chất lượng điện năng, tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu tổn thất năng lượng. Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ, các thiết bị điện tử công suất ngày càng trở nên hiệu quả hơn, nhỏ gọn hơn và mạnh mẽ hơn, đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của xã hội. Môn học "Điện Tử Công Suất" sẽ giúp sinh viên hiểu rõ các nguyên lý cơ bản, các kỹ thuật và công nghệ liên quan đến việc chuyển đổi và điều khiển điện năng. Sinh viên sẽ được học về các linh kiện bán dẫn công suất như diode, transistor, thyristor và các mạch điện tử công suất cơ bản như mạch chỉnh lưu, mạch nghịch lưu, biến tần và các bộ chuyển đổi DC-DC. Bên cạnh đó, sinh viên cũng sẽ được trang bị các kỹ năng thực hành để thiết kế, phân tích và ứng dụng các hệ thống điện tử công suất trong thực tế. Điện tử công suất không chỉ là một môn học mang tính lý thuyết mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn, từ việc điều khiển động cơ trong các hệ thống công nghiệp, cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử tiêu dùng, đến việc hỗ trợ phát triển các nguồn năng lượng tái tạo như điện mặt trời và điện gió. Với vai trò quan trọng và tiềm năng phát triển lớn, điện tử công suất hứa hẹn mang đến nhiều cơ hội và thách thức thú vị cho những ai đam mê và theo đuổi lĩnh vực này.. Nội dung của giáo trình bao gồm các Bài sau: Bài 1: Tổng quan về điện tử công suất Bài 2: Công tắc điện tử (van bán dẫn công suất) Bài 3: Chỉnh lưu công suất không điều khiển Bài 4: Chỉnh lưu công suất có điều khiển Bài 5: Điều chỉnh điẹn áp xoay chiều Bài 6: Nghịch lưu 2
Trong quá trình biên soạn, chúng tôi đã tham khảo và trích dẫn từ nhiều tài liệu được liệt kê tại mục Danh mục tài liệu tham khảo. Chúng tôi chân thành cảm ơn các tác giả của các tài liệu mà chúng tôi đã tham khảo. Bên cạnh đó, giáo trình cũng không thể tránh khỏi những sai sót nhất định. Nhóm tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, phản hồi từ quý đồng nghiệp, các bạn người học và bạn đọc. Trân trọng cảm ơn./. Đồng Nai, ngày tháng năm 2021 Tham gia biên soạn 1. Ks. Nguyễn Khắc Huy 2. Ths. Ngô Thanh Bình 3. Ths. Võ Hồng Ngân 4. Ths. Võ Thị Thu Vân 5. Ths. Trần Thị Thu Hương 3
MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU ...................................................................................................................... 2 MỤC LỤC ................................................................................................................................. 4 GIÁO TRÌNH MÔN HỌC ........................................................................................................ 5 BÀI 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ............................................................ 12 BÀI 2: CÔNG TẮC ĐIỆN TỬ (VAN BÁN DẪN CÔNG SUẤT) ..................................... 51 BÀI 3. CHỈNH LƯU CÔNG SUẤT KHÔNG ĐIỀU KHIỂN ........................................... 114 BÀI 4. CHỈNH LƯU CÔNG SUẤT CÓ ĐIỀU KHIỂN .................................................... 142 BÀI 5. ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU ............................................................... 197 BÀI 6. NGHỊCH LƯU .......................................................................................................... 279 4
GIÁO TRÌNH MÔN HỌC 1. Tên môn học: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 2. Mã môn học: MĐ26 3. Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học: 3.1. Vị trí: Mô đun được bố trí dạy sau khi học xong các môn học cơ bản chuyên môn như linh kiện điện tử, đo lường điện tử, kỹ thuật xung - số... và học trước khi học các mô đun chuyên sâu như vi xử lý, PLC... 3.2. Tính chất: Là mô đun chuyên môn nghề. 3.3. Ý nghĩa và vai trò của môn học: môn học này dành cho đối tượng là người học thuộc chuyên ngành Điện tử công nghiệp. Môn học này đã được đưa vào giảng dạy tại trường Cao đẳng Hòa Bình Xuân Lộc từ năm 2021 đến nay. Nội dung chủ yếu của môn học này nhằm cung cấp các kiến thức thuộc lĩnh vực Điện tử công suất. Hiểu được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các linh kiện điện tử công suất; biết được các thông số kỹ thuật của linh kiện; phân tích được nguyên lý làm việc của mạch điện tử công suất. 4. Mục tiêu của môn học: 4.1. Về kiến thức: A1. Hiểu được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các linh kiện điện tử công suất; A2. Biết được các thông số kỹ thuật của linh kiện; A3. Phân tích được nguyên lý làm việc của mạch điện tử công suất. 4.2. Về kỹ năng: B1. Kiểm tra được chất lượng các linh kiện điện tử công suất; B2. Lắp được các mạch điện tử công suất ứng dụng trong công nghiệp; B3. Kiểm tra sửa chữa đạt yêu cầu về thời gian với độ chính xác; B4. Thay thế các linh kiện, mạch điện tử công suất hư hỏng. 4.3. Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: C1. Có khả năng làm việc nhóm hoặc độc lập. C2. Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác và an toàn vệ sinh công nghiệp 5. Nội dung của môn học 5
5.1. Chương trình khung Thời gian học tập ( giờ) Trong đó Thực Mã Số hành/ MH/ Tên môn học/mô đun tín Tổng Thực MĐ chỉ số Lý Kiểm tập/Thí thuyết tra nghiệm/Bài tập/Thảo luận I Các môn học chung 21 435 172 240 23 MH01 Giáo dục chính trị 4 75 41 29 5 MH02 Pháp luật 2 30 18 10 2 MH03 Giáo dục thể chất 2 60 5 51 4 Giáo dục Quốc phòng và An MH04 4 75 36 35 4 ninh MH05 Tin học 3 75 15 58 2 MH06 Tiếng Anh 6 120 57 57 6 Các môn học, mô đun II 96 2265 668 1512 85 chuyên môn II.1 Môn học, mô đun cơ sở 23 495 188 284 23 MH07 An toàn lao động 2 30 28 2 MH08 Kỹ thuật điện 3 60 30 27 3 MH09 Vẽ điện 2 30 15 13 2 MĐ10 Điện cơ bản 3 75 15 57 3 MĐ11 Điện tử cơ bản 5 120 40 75 5 MĐ12 Mạch điện tử cơ bản 5 120 30 85 5 MĐ13 Kỹ thuật ngôn ngữ lập trình 3 60 30 27 3 Môn học, mô đun chuyên II.2 73 1770 480 1228 62 môn 6
MĐ14 Vi mạch 4 90 30 56 4 MĐ15 Thiết kế mạch bằng máy tính 4 90 30 56 4 MĐ16 Máy điện 3 60 30 27 3 Lắp đặt hệ thống điều khiển MĐ17 4 90 30 56 4 công nghiệp MĐ18 Kỹ thuật cảm biến 3 60 15 42 3 MĐ19 Vi điều khiển 5 120 30 85 5 MĐ20 Điều khiển điện khí nén 4 90 30 56 4 MĐ21 Kỹ thuật PLC 5 120 30 85 5 Ứng dụng Arduino và vi điều MĐ22 3 60 30 27 3 khiển MĐ23 Điện tử ứng dụng 6 120 45 70 5 MĐ24 Lập trình WinCC cơ bản 5 90 45 41 4 Mạng truyền thông công MĐ25 5 90 45 41 4 nghiệp MĐ26 Điện tử công suất 4 90 30 56 4 MĐ27 Rô bốt công nghiệp 5 120 30 85 5 MĐ28 Lập trình WinCC nâng cao 5 120 30 85 5 MĐ29 Thực tập xí nghiệp 8 360 360 Tổng cộng 117 2700 840 1752 108 6. Điều kiện thực hiện môn học: 6.1. Phòng học Lý thuyết/Thực hành: Phòng thực hành 6.2. Trang thiết bị dạy học: Phòng máy vi tính, bảng, phấn, tô vít. 6.3. Học liệu, dụng cụ, mô hình, phương tiện: Giáo trình, mô hình học tập, … 6.4. Các điều kiện khác: Người học tìm hiểu thực tế về công tác xây dựng phương án khắc phục và phòng ngừa rủi ro tại doanh nghiệp. 7. Nội dung và phương pháp đánh giá: 7.1. Nội dung: - Kiến thức: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức 7
- Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kỹ năng. - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp. + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. 7.2. Phương pháp: Người học được đánh giá tích lũy môn học như sau: 7.2.1. Cách đánh giá - Áp dụng quy chế đào tạo Cao đẳng hệ chính quy ban hành kèm theo Thông tư số 09/2017/TT-LĐTBXH, ngày 13/3/2017 của Bộ trưởng Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội. - Hướng dẫn thực hiện quy chế đào tạo áp dụng tại Trường Cao đẳng Hòa Bình Xuân Lộc như sau: Điểm đánh giá Trọng số + Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1) 40% + Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2) + Điểm thi kết thúc môn học 60% 7.2.2. Phương pháp đánh giá Phương pháp Phương pháp Hình thức Chuẩn đầu ra Số Thời điểm đánh giá tổ chức kiểm tra đánh giá cột kiểm tra Tự luận/ A1, A2 Viết/ Thường xuyên Trắc nghiệm/ B1, B2 1 Sau … giờ. Thuyết trình Báo cáo C1, C2 Tự luận/ Viết/ Định kỳ Trắc nghiệm/ A3, B4, C2 2 Sau… giờ Thuyết trình Báo cáo A1, A2, A3 Kết thúc môn Tự luận và Viết B1, B2, B3, B4, 1 Sau… giờ học trắc nghiệm C1, C2 8
7.2.3. Cách tính điểm - Điểm đánh giá thành phần và điểm thi kết thúc môn học được chấm theo thang điểm 10 (từ 0 đến 10), làm tròn đến một chữ số thập phân. - Điểm môn học là tổng điểm của tất cả điểm đánh giá thành phần của môn học nhân với trọng số tương ứng. Điểm môn học theo thang điểm 10 làm tròn đến một chữ số thập phân, sau đó được quy đổi sang điểm chữ và điểm số theo thang điểm 4 theo quy định của Bộ Lao động Thương binh và Xã hội về đào tạo theo niên chế. 8. Hướng dẫn thực hiện môn học 8.1. Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng Cao đẳng Điện tử công nghiệp 8.2. Phương pháp giảng dạy, học tập môn học 8.2.1. Đối với người dạy * Lý thuyết: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực bao gồm: thuyết trình ngắn, nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu, bài tập tình huống, câu hỏi thảo luận…. * Bài tập: Phân chia nhóm nhỏ thực hiện bài tập theo nội dung đề ra. * Thảo luận: Phân chia nhóm nhỏ thảo luận theo nội dung đề ra. * Hướng dẫn tự học theo nhóm: Nhóm trưởng phân công các thành viên trong nhóm tìm hiểu, nghiên cứu theo yêu cầu nội dung trong bài học, cả nhóm thảo luận, trình bày nội dung, ghi chép và viết báo cáo nhóm. 8.2.2. Đối với người học: Người học phải thực hiện các nhiệm vụ như sau: - Nghiên cứu kỹ bài học tại nhà trước khi đến lớp. Các tài liệu tham khảo sẽ được cung cấp nguồn trước khi người học vào học môn học này (trang web, thư viện, tài liệu...) - Tham dự tối thiểu 70% các buổi giảng lý thuyết. Nếu người học vắng >30% số tiết lý thuyết phải học lại môn học mới được tham dự kì thi lần sau. - Tự học và thảo luận nhóm: là một phương pháp học tập kết hợp giữa làm việc theo nhóm và làm việc cá nhân. Một nhóm gồm 8-10 người học sẽ được cung cấp chủ đề thảo luận trước khi học lý thuyết, thực hành. Mỗi người học sẽ chịu trách nhiệm về 1 hoặc một số nội dung trong chủ đề mà nhóm đã phân công để phát triển và hoàn thiện tốt nhất toàn bộ chủ đề thảo luận của nhóm. - Tham dự đủ các bài kiểm tra thường xuyên, định kỳ. - Tham dự thi kết thúc môn học. 9
- Chủ động tổ chức thực hiện giờ tự học. 9. Tài liệu tham khảo: - Giáo trình Điện tử công suất – PGS.TS. Nguyễn Hữu Thọ – NXB Đại học Bách Khoa TP.HCM 2016 - Điện tử công suất và hệ thống điều khiển – TS. Lê Minh Tuấn – NXB Đại học Quốc gia TP.HCM 2018 - Điện tử công suất và các ứng dụng trong tự động hóa – TS. Bùi Đức Thọ – NXB Đại học Bách Khoa TP.HCM 2020 10
11
BÀI 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT  GIỚI THIỆU BÀI 1 "Điện Tử Công Suất" sẽ giúp sinh viên hiểu rõ các nguyên lý cơ bản, các kỹ thuật và công nghệ liên quan đến việc chuyển đổi và điều khiển điện năng. Sinh viên sẽ được học về các linh kiện bán dẫn công suất như diode, transistor, thyristor và các mạch điện tử công suất cơ bản như mạch chỉnh lưu, mạch nghịch lưu, biến tần và các bộ chuyển đổi DC-DC. Bên cạnh đó, sinh viên cũng sẽ được trang bị các kỹ năng thực hành để thiết kế, phân tích và ứng dụng các hệ thống điện tử công suất trong thực tế.  MỤC TIÊU BÀI 1 Sau khi học xong Bài này, người học có khả năng:  Về kiến thức: - Trình bày được bản chất, yêu cầu của quá trình điều khiển theo nội dung đã học.  Về kỹ năng: - Giải thích được cấu trúc, đặc tính các khâu cơ bản trong hệ thống theo nội dung đã học  Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: - Chủ động, sáng tạo trong học tập  PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP BÀI MỞ ĐẦU - Đối với người dạy: sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học thực hiện câu hỏi thảo luận và bài tập BÀI 1(cá nhân hoặc nhóm). - Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình (BÀI 1) trước buổi học; hoàn thành đầy đủ câu hỏi thảo luận và bài tập tình huống BÀI 1 theo cá nhân hoặc nhóm và nộp lại cho người dạy đúng thời gian quy định. 12
 ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN BÀI 1 - Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: phòng học theo tiêu chuẩn - Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác - Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Bài trình môn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan. - Các điều kiện khác: Không có  KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ BÀI 1 - Nội dung:  Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức  Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kỹ năng.  Năng lực tực chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. - Phương pháp:  Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng)  Kiểm tra định kỳ: không có  NỘI DUNG BÀI 1 TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 1. Quá trình phát triển 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 13
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 1.1. Hiện nay phương pháp này chỉ còn áp dụng trong kỹ thuật hàn điện Hình 1.1 Nguyên lý hệ biến đổi quay 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: 14
Hình 1.2 Dòng năng lượng trong hệ biến đổi tinh. Q: Nguồn ; V: Tải • 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  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 15
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 1.3) b. 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) 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) 16
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: 2.2.1 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 2.2.2 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 17
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 2.3.1 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 2.3.2 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 Mục tiêu  Mô tả được các phần tử trong hệ thống điều khiển  Hiểu được nguyên lý của phương pháp điều khiển vô cấp và điều khiển gián đoạn  Biết được các phần tử chấp hành trong hệ thống điều khiển  Giải thích được đáp ứng của hệ thống 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. Ví dụ: Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều bằng cầu chỉnh lưu có điều khiển. 18
Từ sự mô tả các van chỉnh lưu ở phần trên có xử dụng khái niệm van có điều khiển. Các thyristor được điều khiển bằng cách dịch chuyển pha của xung kích và dẫn đến là điện áp ra cũng như công suất rơi trên tải cũng thay đổi theo. Thuật ngữ ‘điều khiển’ cũng đã nói lên một quá trình mà trong đó một hoặc nhiều đại lượng vào của hệ thống có ảnh hưỡng đến các đại lượng ra của hệ thống đó. Khi các đại lượng ra không được hồi tiếp trở lại ngõ vào, người ta gọi là quá trình hở, hướng tác động của quá trình là cố định và được biểu diển bằng các mũi tên như trong hình 1.7 Trong thực tế, các khái niệm và tên gọi trong kỹ thuật điều khiển được định nghĩa và xử dụng theo tiêu chuẩn DIN 19226 như sau: Đại lượng ra Xout: là một đại lượng vật lý của hệ thống, đại lượng này bị ảnh hưởng theo một quy luật điều khiển nhất định Đối tượng điều khiển: là một khâu trong quá trình điều khiển, là nơi xuất phát đại lượng ra, trong hệ thống truyền động điều chỉnh bằng thyristor: Động cơ và thyristor là đối tượng điều khiển, tốc độ và momen quay là các đại lượng ra. Phần tử chấp hành là một bộ phận của đối tượng điều khiển tác động trực tiếp đến năng lượng hoặc khối lượng cần điều khiển, có loại phần tử tác động gián đoạn như: rờ le, công tắc tơ và cũng có loại tác động liên tục như: Con trượt, van tiết lưu, transistor và mạch nắn điện có điện áp ra thay đổi được Tín hiệu điều khiển y: là tín hiệu tác động vào phần tử chấp hành, đây chính là tín hiệu ra của phần tử điều khiển. Phần tử điều khiển: có nhiệm vụ tạo ra tín hiệu điều khiển, cấu trúc của phần tử điều khiển phụ thuộc theo đại lượng vào. Đại lượng vào w: được đưa từ ngoài vào hệ thống, độc lập với quá trình điều khiển, giữa đại lượng vào với đại lượng ra tồn tại một quan hệ xác định Nhiễu z : có nguồn gốc từ nhiều nguyên nhân khác nhau, có thể tạo ra những tác động ngoài ý muốn đến kết quả điều khiển Hình 1.7 Định nghĩa hệ điều khiển hở 19