Chương 1 cơ bản về điện tử công suất

9/8/2013
1
BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Giảng viên: TS. Khổng Cao Phong
Mã môn học: 4090213-4090227
Trường ĐH Mỏ - Địa Chất
Bộ môn Tự động hóa xí nghiệp Mỏ - Dầu Khí
T
1
u
2a
T
3
Z u
T
T
4
T
6
T
5
T
2
u
2b
u
2c
u
u
d
U

d

u
2a
u
2b
u
2c
u
2a
u
2b
u
2c
CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ
CÔNG SUẤT
Chương I
9/8/2013
2
Nội dung
 1.1 Tổng quan về điện tử công suất
 1.2 Các đại lượng cơ bản
 1.3 Các linh kiện công suất (cấu tạo, đặc tính
đóng cắt, …)
 1.4 Các thông số cơ bản
 1.5 Một số khái niệm trong DTCS
1.1 Tổng quan về DTCS
Điện tử công suất (ĐTCS) là
chuyên ngành nghiên cứu và
ứng dụng phần tử bán dẫn

công suất trong sơ đồ các bộ
biến đổi nhằm biến đổi và
khống chế nguồn năng lượng
điện với các tham số không
thể thay đổi được thành nguồn
năng lượng điện có tham số
thay đổi được cung cấp cho
các phụ tải điện.
•Điện tử công suất (lớn)
•Kỹ thuật biến đổi điện năng
•Kỹ thuật dòng điện mạnh
• Các phần tử ĐTCS
• Các bộ BĐCS (Chỉnh lưu, băm
xung áp )
• Các mạch điều khiển
 Khái niệm
 Tên gọi
 Đối tượng nghiên
cứu
 Các kỹ thuật liên
quan
 Ứng dụng
•Truyền động điện
•Giao thông đường sắt
•Nấu luyện thép
•Gia nhiệt cảm ứng, điện phân
•
9/8/2013
3
1.2 Các đại lượng cơ bản

 Các đại lượng tức thời
 Các đại lượng trung bình
 Các đại lượng hiệu dụng
1.3 Các linh kiện công suất
1. Đi-ốt (Diode)
a. Cấu tạo – Ký hiệu
9/8/2013
4
1.3 Các linh kiện công suất
a. Cấu tạo – Ký hiệu
1.3 Các linh kiện công suất
b. Đặc tính V-A
9/8/2013
5
1.3 Các linh kiện công suất
2.Transistor công suất
a. Cấu tạo và ký hiệu
1.3 Các linh kiện công suất
b. Đặc tính vôn ampe của transistor
CC CE
C
T
V -U
I =
R
9/8/2013
6
1.3 Các linh kiện công suất
c. Mở và khóa van transistor
 Vùng an làm việc an

toàn (khi chuyển mạch)
 Chế độ làm việc (on-off)
 Mở - khóa bằng dòng
điều khiển
 Tần số đóng mở - cao
 Công suất đóng mở lớn
1.3 Các linh kiện công suất
d. Các thông số kỹ thuật cơ bản của transistor
 Giá trị trung bình dòng điện cho phép.
 Tần số làm việc của transistor - Thời gian mở-
khóa.
 Điện áp làm việc của transistor
 Hệ số khuếch đại của transistor
9/8/2013
7
1.3 Các linh kiện công suất
3.Thyristor
a. Cấu tạo và ký hiệu
1.3 Các linh kiện công suất
a. Cấu tạo và ký hiệu
9/8/2013
8
1.3 Các linh kiện công suất
b. Đặc tính vôn ampe của thyristor.
1.3 Các linh kiện công suất
c. Mở và khoá thyristor
 Điều kiện mở của thyristor
 Khoá thyristor
 Giảm dòng điện làm việc xuống dưới giá trị dòng duy
trì hoặc

 Đặt một điện áp ngược lên thyristor.
>
A K
V V
>
_ .
ñk ñk g haïn
i i
9/8/2013
9
1.3 Các linh kiện công suất
4. Triac
a. Cấu tạo và ký hiệu
p
n
p
n
n n
T
1
T
2
G
1.3 Các linh kiện công suất
b. Đặc tính V-A
9/8/2013
10
1.3 Các linh kiện công suất
c. Khoá và mở triăc
 Điều kiện khóa triac:

 Điều kiện mở:
 Ở góc phần tư I:
 C1, dòng và áp cực điều khiển dương.
 C2, dòng và áp cực điều khiển âm.
 Ở góc phần tư thứ III:
 C3, dòng và áp cực điểu khiển dương.
 C4 dòng và áp cực điều khiển âm.
<
( )
AK th ñk
U U i
1.3 Các linh kiện công suất
5. GTO
a. Cấu tạo và ký hiệu
9/8/2013
11
1.3 Các linh kiện công suất
b. Đặc tính V-A của GTO
1.3 Các linh kiện công suất
c. Khóa và mở GTO
 Điều kiện mở giống Thyristor thông thường:
 Điều kiện khóa:
 Giảm i
l.việc
xuống dưới giá trị dòng duy trì hoặc
 Đặt một điện áp ngược lên thyristor hoặc,
 Dùng i
đ.khiển
đủ lớn để triệt tiêu i
AK

(1/3 I
AK
)
>
A K
V V
>
_ .
ñk ñk g haïn
i i
9/8/2013
12
1.3 Các linh kiện công suất
6. Các linh kiện khác
a. Tranzito MOS công suất (MOSFET)
1.3 Các linh kiện công suất
b. IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)
9/8/2013
13
1.3 Các linh kiện công suất
b. IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)
1.3 Các linh kiện công suất
9/8/2013
14
1.4 Các thông số cơ bản
Các thông số cơ bản để chọn van:
 Dòng điện trung bình cho phép, I
v,tb
. (theo điều
kiện làm mát).

 Điện áp ngược cho phép lớn nhất, U
ng,max
.
 Thời gian phục hồi tính chất khoá, t
r
(µs).
 Tốc độ tăng điện áp cho phép, du/dt (V/µs).
 Tốc độ tăng dòng điện cho phép, di/dt (A/µs).
1.4 Các thông số cơ bản
 Các thông số khác:
 Điện áp rơi trên van.
 Điện áp điều khiển.
 Dòng điều khiển.
9/8/2013
15
1.5 Một số KN trong ĐTCS
1.Các BBĐ và các bộ khóa
a. Các bộ biến đổi
Chỉnh lưu
Nghịch lưu
Bộ băm xung
áp một chiều
(BĐXA)
Bộ băm xung
áp xoay chiều
(BĐXA)
Biến tần
1.5 Một số KN trong ĐTCS
b. Các bộ khóa điện tử công suất
9/8/2013

16
1.5 Một số KN trong ĐTCS
Tần số đóng cắt cao
Công suất điều khiển nhỏ
Tuổi thọ làm việc lớn
Sạch - Không tiếng ồn
Không gây tia lửa điện
Kích thước nhỏ gọn
Ít chịu tác động của môi
trường
Đặc tính V/A kém
Điện trở khi đóng lớn
Khi khóa dòng rò lớn hơn
Đ. tính V/A không tuyến
tính
Phải xác định cực tính với
loại khóa một chiều
Điều khiển cách ly
Hay lỗi ở trạng thái khóa
Ưu điểm Nhược điểm
1.5 Một số KN trong ĐTCS
2.Quá trình chuyển mạch
Một số khái niệm:
 Nhánh chính – Nhánh phụ
 Linh kiện ĐTCS chính –phụ
 Chuyển mạch
 Nhịp chuyển mạch
9/8/2013
17
1.5 Một số KN trong ĐTCS

Các vấn đề khi chuyển
mạch:
 Điện áp CM
 Tổn thất CM
 CM trong – ngoài
 CM trực tiếp – gián tiếp
 CM nhiều tầng
 Thời gian - góc CM
 Chuyển mạch tức thời
1.5 Một số KN trong ĐTCS
Tổn thất công suất trong
quá trình khóa-mở của
van tỷ lệ với:
 Tần số đóng-cắt,
 Thời gian đóng cắt
9/8/2013
18
1.5 Một số KN trong ĐTCS
3.Các đường đặc tính
 Đặc tính ngoài (đặc tính tải - RLC): là quan hệ
điện áp đầu ra và dòng điện đầu ra của BBĐ.
 Đặc tính điều khiển: là quan hệ giữa điện áp đầu
ra và lượng điều khiển của BBĐ.
1.5 Một số KN trong ĐTCS
4.Sóng hài bậc cao
 Nguyên nhân
 Do quá trình điều chế
 Do tải phi tuyến
9/8/2013
19

1.5 Một số KN trong ĐTCS
 Phân tích Furier
( )
0
n n
n=1
a 2 2
x t = + a cos nt +b sin nt
2 T T
∞
 
   
π π
 
   
   
 
∑
( ) ( )
( )
0
n 0 n 0
n 1
a
a cos 2 f nt b sin 2 f nt
2
∞
=
= + π + π
∑

T/2
0
T/2
1
a = x(t)dt
T
−
∫
( )
T/2
n 0
T/2
2
a = x(t)cos 2 f nt dt
T
−
π
∫
( )
T/2
n 0
T/2
2
b = x(t)sin 2 f nt dt
T
−
π
∫
1.5 Một số KN trong ĐTCS
 Tác động

 Hướng truyền công suất xác định bởi
 Cực tính của điện áp
 Chiều của dòng điện
9/8/2013
20
1.5 Một số KN trong ĐTCS
 Trạng thái ổn định của tải xoay chiều
1.5 Một số KN trong ĐTCS
 Trạng thái ổn định của tải xoay chiều
9/8/2013
21
1.5 Một số KN trong ĐTCS
(
)
a 2
i = 2U sin t
ω
b 2
2
i = 2U sin t-
3
 
π
ω
 
 
c 2
4
i = 2U sin t-
3

 
π
ω
 
 
(
)
a2 2
i = 2U sin 2 t
×ω
b2 2
2 2
i = 2U sin 2 t-
3
 
× π
×ω
 
 
c2 2
2 4
i = 2U sin 2 t-
3
 
× π
×ω
 
 
(
)

a3 2
i = 2U sin 3 t
×ω
b3 2
3 2
i = 2U sin 3 t-
3
 
× π
×ω
 
 
c3 2
3 4
i = 2U sin 3 t-
3
 
× π
×ω
 
 
0
a b c
i i i i
Σ
= + + =
2 2 2
0
a b c
i i i i

Σ
= + + =
3 3 3 3
3
a b c a
i i i i i
Σ
= + + =
1.5 Một số KN trong ĐTCS
 Tác động
 Làm nóng phụ tải, cáp dẫn
 Gây nhiễu các thiết bị khác (đo lường, bảo vệ…)
 Gây nhiễm điện
 Đẩy mạnh quá trình oxy hóa, ăn mòn
9/8/2013
22
1.5 Một số KN trong ĐTCS
5. Công cụ mô phỏng
 Pspice,
 Electronic work bench,
 Circuit maker
 PSim
 Matlab.
 ….
1.6 Câu hỏi thảo luận
 Sự khác nhau chính của các linh
kiện ĐT – ĐTCS?
 Các đặc tính V-A và đặc tính V-A lý
tưởng?
 Các điều kiện mở - khóa của các

phần tử điện tử công suất?
9/8/2013
23
1.6 Câu hỏi thảo luận
 Nêu các BBĐ trong thực tế mà bạn
biết?
 Hãy tìm hiểu giải pháp để giảm tổn
thất chuyển mạch.
 Hệ số biến dạng có ảnh hưởng gì
đến tải – lưới trong điện tử công
suất?
 Tìm hiểu một phần mềm mô phỏng
cho mạch điện tử công suất