Báo cáo nhập môn ngành điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN
  




BÁO CÁO NHẬP MÔN NGÀNH ĐIỆN


Họ và Tên : Phạm Trọng Thủy
MSSV : 20122533
Lớp : KT ĐK&TĐH 05

K57
Giảng viên hướng dẫn : Cô Nguyễn Thị Liên Anh


Hà Nội 03/12/2013
Báo cáo nhập môn ngành điện.
2
Phạm Trọng Thủy 20122533
Mục Lục

CHƯƠNG I: NHẬP MÔN NGÀNH ĐIỆN. 4
I. Kế hoạch học tập 4
1. Học kỳ 4. 4
2. Học kỳ hè. 4
3. Học kỳ 5. 4
4. Học kỳ 6. 4
5. Học kỳ hè. 5

6. Học kỳ 7. 5
7. Học kỳ 8. 5
II. Nội dung môn học. 5

CHƯƠNG II: TÌM HIỂU NGÀNH ĐIỆN 10
I. Sơ đồ truyền tải điện năng từ nhà máy đến nơi tiêu thụ 10
II. Nhà máy điện. 10
1. Nhà máy nhiệt điện 10
2. Nhà máy thủy điện 10
3. Nhà máy điện nguyên tử. 10
4. Nhà máy điện nhiệt hạch
Nhà máy điện từ - thủy động. 11
5. Nhà máy điện dùng năng lượng tái sinh 11
III. Truyền tải điện năng 11
1. Từ nhà máy điện cần truyền điện bằng dây dẫn. . 11
2. Trong quá trình truyển tải: hao hụt điện áp và hao hụt công suất. 12
IV. Trạm biến áp. 12
1. Khái quát chung. . 12
2. Phân loại. . 12
V. Tải tiêu thụ. 13
1. Hộ dân. . 13
2. Công ty nhà máy. (sản xuất công nghiệp) 13

CHƯƠNG III: TÌM HIỂU MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 14
I. Sơ lược về sự phát triển của điện tử công suất 14
II. Các linh kiện điện tử công suất điển hình và phạm vi
ứng dụng của chúng. 14
1. Điôt công suất. .14
2. Tranzito lưỡng cực công suất BJT 14
3. Tranzito hiệu ứng trường FET. 15

4. Tranzito lưỡng cực cổng cách ly IGBT 15
5. Tiristo.15
6. Tiristo khóa bằng cực điều khiển GTO. 15
7. Triac. 15
8. Tiristo điều khiển bằng MOSFET MCT 15
9. Linh kiện cảm ứng tĩnh SID. 15
Báo cáo nhập môn ngành điện.
3
Phạm Trọng Thủy 20122533
III. Các bộ biến đổi điện tử công suất 16
1. Bộ chỉnh lưu Diot. 16
2. Bộ chỉnh lưu có điều khiển. . 16
3. Bộ điều áp xoay chiều ứng dụng trong điều khiển
chiếu sáng, lò đốt, điều khiển tốc độ 17
4. Biến đổi tần số. 17
IV. Điều khiển thiết bị điện tử công suất 18
1. Các loại xung mồi Tiristo. 18
2. Một số mạch mồi tiristo đơn giản 18
3. Mạch điều khiển các linh kiện công suất chuyển mạch 18
V. Ghép nối, làm mát, bảo vệ thiết bị điện tử công suất 19
1. Ghép nối các thiết bị, linh kiện. 19
2. Làm mát 19
3. Bảo vệ thiết bị điều khiển điện tử công suất. 19
VI. Truyền tải điện một chiều cao áp 20

Báo cáo nhập môn ngành điện.
4
Phạm Trọng Thủy 20122533
CHƯƠNG I:

NHẬP MÔN NGÀNH ĐIỆN

I. KẾ HOẠCH HỌC TẬP (từ học kỳ 4)

1. Học kỳ 4

 Lý thuyết điều khiển 1 (EE3280) 3TC
 Điện tử tương tự (EE2110) 3TC
 Lý thuyết mạch điện 2 (EE2120) 2TC
 Trường điện từ (EE2030) 2TC
 Thiết kế hệ thống số (EE2130) 3TC
 Vật lý 3 (PH1130) 3TC
 Đường lối CM của Đảng CSVN (SSH1130) 3TC
 Thể dục D
 Quân sự chung và kỹ thuật bắn súng AK

Tổng 19TC

2. Học kỳ hè

 2TC tự do
 Thể dục E

3. Học kỳ 5

 Kỹ thuật đo lường (EE3110) 3TC
 Điện tử công suất (EE3410) 3TC
 Máy điện 1 (EE3140) 3TC
 Kỹ thuật lập trình (EE3490) 3TC
 Vi xử lý (EE3480) 3TC
 Điều khiển quá trình (EE3550) 3TC
 Tín chỉ tự chọn tự do 6TC

Tổng 24TC

4. Học kỳ 6

 Đồ án 1 (EE3810) 2TC
 Hệ thống đo và điều khiển công nghiệp (EE3600) 3TC
 Truyền động điện (EE3510) 3TC
 Hệ thống cung cấp điện (EE3420) 4TC
 Điều khiển logic và PLC (EE4220) 3TC
Báo cáo nhập môn ngành điện.
5
Phạm Trọng Thủy 20122533
 Trang điện điện - điện tử cho các máy công nghiệp 3TC
 Thiết bị khí nén và thủy lực trong tự động hóa 3TC
 Thiết kế hệ thống điều khiển điện tử công suất 2TC

Tổng 23TC

5. Học kỳ hè

 Thực tập kỹ thuật (EE3910) 2TC

6. Học kỳ 7

 Đồ án 2 (EE3820) 2TC
 Vi điều khiển và ứng dụng 3TC
 Điều khiển truyền động điện 3TC
 Kỹ thuật robot 3TC
 Điều khiển mờ và mạng noron 3TC
 Hệ thống điều khiển số 3TC
 Đồ án chuyên ngành 2TC

 Hệ thống thu thập dữ liệu và điều khiển bằng máy tính 3TC

Tổng 22TC

7. Học kỳ 8

 Thiết kế hệ thống tự động hóa 2TC
 Hệ thống sản xuất tự động hóa tích hợp máy tính 3TC
 Đồ án tốt nghiệp 12TC

Tổng 17TC



II. NỘI DUNG MÔN HỌC

EE3280 Lý thuyết điều khiển 1
3(3-1-0-6)
Học phần học trước: EE2000 (Tín hiệu và hệ thống)
Nội dung: Điều khiển hệ liên tục trong miền tần số: mô tả các hệ tuyến tính, hàm truyền,
phân tích chất lượng hệ thống trên cơ sở hàm truyền, hàm đặc tính tần. Những chỉ tiêu
đánh giá chất lượng hệ thống. Điều khiển hệ liên tục trong miền thời gian: cấu trúc mô
hình trạn thái. Xác định trạng thái quỹ đạo tự do và trạng thái quỹ đạo cưỡng bức. Phân
tích chất lượng động học Thiết kế bộ điều khiển phản hồi trạng thái.

Báo cáo nhập môn ngành điện.
6
Phạm Trọng Thủy 20122533
EE2110 Điện trở tương tự
3(3-0-1-6)

Học phần học trước: EE2020 (LT mạch điện 1)
Nội dung: Diode và các ứng dụng. Transistor lưỡng cực và các ứng dụng khuếch đại.
Transistor hiệu ứng trường và các ứng dụng khuếch đại. Khuếch đại thuật và các ứng
dung. Mạch ổn áp một chiều. Mạch chỉnh lưu tích cực.

EE2120 Lý thuyết mạch điện 2
2(2-0-1-4)
Học phần học trước: EE2020 (LT mạch điện 1).
Nội dung: Cung cấp cho sinh viên các phương pháp phân tích mạch điện phi tuyến trong
các chế độ xác lập dừng, dao động gần hình sin, phân tích chế độ quá độ trong mạch điện
tuyến tính và nghiên cứu một mô hình mạch mới – mạch có thông số rải (mô hình đường
dây dài).

EE2030 Trường điện từ
2(2-0-0-4)
Học phần học trước: MI1120 (Giải tích 2), PH1120 (Vật lý 2).
Nội dung: Những khái niệm cơ bản về trường điện từ. Điện trường tĩnh. Điện trường dừng
trong vật dẫn. Từ trường dừng. Trường điện từ biến thiên.

EE2130 Thiết kế hệ thống số
3(3-0-1-6)
Học phần học song hành: EE2020 (Điện tử tương tự)
Nội dung: Biều diễn tín hiệu số trong các thiết bị điện tử, mã nhị phân và phép xử lý số
học – logic đối với các biến trong hệ nhị phân. Đặc tính điện của các khối chức năng trong
thiết bị điện tử số, quan hệ vào ra và đặc tính thời gian của các mạch điện tử số. Các mạch
logic tổ hợp, logic dãy và phương pháp mô tả chúng. Phương pháp thiết kế mạch điện tử
số. Các bộ biến đổi tín hiệu số - tương tự và tương tự - số.

PH1130 Vật lý 3
3(2-1-1-6)

Học phần học trước: PH1110, PH1120
Nội dung: Các tính chất của ánh sáng: tính sóng (giao thoa, nhiễu xạ ), tính hạt (bức xạ
nhiệt, compton), sự phát xạ (tự nhiên, cảm ứng) và hấp thụ ánh sáng, laser. Vận dụng
lưỡng tính sóng – hạt của electron (vi hạt) để xét năng lượng và quang phổ nguyên tử,
trạng thái và nguyên lý Pauli, xét tính chất điện của các vật liệu (kim loại, bán dẫn), spin
và các loại thống kê lượng tử.


Báo cáo nhập môn ngành điện.
7
Phạm Trọng Thủy 20122533
EE3110 Kỹ thuật đo lường
3(3-0-1-6)
Học phần học trước: EE2110/EE3051/EE3052.
Nội dung: Phần 1: Cơ sở lý thuyết của KT đo lường: các khái niệm cơ bản trong kỹ thuật
đo như sai số, phép đo, thiết bị đo và gia công số kết quả đo (tính toán độ không đảm bảo
đo, các bước thiết hành đánh giá một thiết bị đo). Phần 2: Phương pháp và đo các đại
lượng thông dụng: dòng điện, điện áp, điện tích, điện trở, điện cảm, điện dung, tần số, góc
lệch pha, công suất và năng lượng điện. Phần 3: Các phương pháp và thiết bị đo các đại
lượng không điện. Khái niệm cảm biến và cấu thành các thiết bị đo các đại lượng không
điện thường gặp trong công nghiệp: đo nhiệt độ, đo lực, áp suất, trọng lượng, lưu lượng,
vận tốc động cơ, di chuyển, mức

EE3410 Điện tử công suất
3(3-0-1-6)
Học phần học trước: EE2110 (Điện tử tương tự)
Nội dung: Đặc tính của những phần tử bán dẫn: đi-ôt, tiristo, GTO, BJT, MOSFET, IGBT.
Chỉnh lưu và nghịch lưu phụ thuộc. Các bộ biến đổi xung áp: xoay chiều, một chiều, bộ
chuyển đổi nguồn một chiều. Nghịch lưu độc lập: nghịch lưu nguồn dòng, ngịch lưu
nguồn áp. Khái niệm về các bộ biến tần: biến tần tần số thấp có khâu trung gian một chiều,

biến tần trực tiếp. Biến tần cộng hưởng, biến tần với dòng điện, điện áp ra hình sin, tần số
cao cho các quá trình nung nóng cảm ứng. Phương pháp xây dựng hệ thống điều khiển
phát xung cho các bộ biến đổi.

EE3140 Máy điện 1
3(3-0-1-6)
Học phần học trước: EE2020/EE3010
Nội dung: Nghiên cứu về: máy biến áp, máy điện không đồng bộ, máy điện đồng bộ, máy
điện một chiều. Nội dung bao gồm cấu tạo và nguyên lý làm việc của các loại máy điện,
các mô hình mô tả quá trình biến đổi năng lượng, các phương pháp xác định thông số và
đặc tính chủ yếu của các loại máy điện.

EE3490 Kỹ thuật lập trình
3(2-2-0-6)
Học phần học trước: IT1010/IT1110
Nội dung: Quy trình công nghệ phần mềm và yêu cầu chất lượng phần mềm trong khoa
học và kỹ thuật; Ngôn ngữ lập trình C++; Lập trình có cấu trúc: các thành tố cơ bản của
chương trình, thiết kế thuật toán, thiết kế hàm và thư viện, cấu trúc dữ liệu; Lập trình
hướng đối tượng và lập trình tổng quát: trừu tượng hóa, đóng gói dữ liệu, cấu trúc dữ liệu
và thuật toán (tổng quát). Bên cạnh các bài tập về nhà thường xuyên, sinh viên phải hoàn
Báo cáo nhập môn ngành điện.
8
Phạm Trọng Thủy 20122533
thành một bài tập lớn với nội dung xuyên suốt chương trình nhằm rèn luyện phương pháp
giải quyết vấn đề và kỹ năng thực hành các kỹ thuật được học.

EE3480 Vi xử lý
3(3-0-1-6)
Học phần học trước: IT1010/IT1110
Nội dụng: Nguyên lý cấu trúc của một hệ điều khiển theo chương trình. Vi điều khiển tiêu

biểu 80C51 của Intel: cơ chế hoạt động của đơn vị xử lý trung tâm – CPU, phương pháp
lập trình bằng hợp ngữ, các kỹ thuật vào ra cơ sở, các cách ghép nối cơ bản. Thiết kế hệ
thống thu thập được các thông tin cần thiết (dạng số hoặc dạng tương tự), xử lý theo các
thuật toán phù hợp rồi điều khiển quá trình theo yêu cầu của bài toán.

EE3550 Điều khiển quá trình
3(2-2-0-6)
Học phần học trước: EE3280/EE3281/EE3282
Nội dung: Đặt bài toán điều khiển quá trình. Mô tả các thành phần và chức năng hệ thống
điều khiển quá trình. Xây dựng mô hình quá trình công nghệ: phương pháp lý thuyết và
phương phá thực nghiệm; đặc tính động học của các quá trình cơ bản. Thiết kế cấu trúc và
lựa chọn sách lược điều khiển: phản hồi, truyền thẳng (bù nhiều), điều khiển tầng, điều
khiển tỉ lệ, Phân tích và đánh giá chất lượng hệ thống điều khiển quá trình; thiết kế và
chỉnh định bộ điều khiển PID. Ngoài các bài tập về nhà thường xuyên, sinh viên sẽ thực
hiện một bài tập lớn theo nhóm.

EE3810 Đồ án 1
2(0-0-4-4)
Học phần học trước: EE3280/EE3281/EE3282, EE2120, EE2130, EE3110
Nội dung: Yêu cầu phải có sản phẩm mô phỏng theo yêu cầu của giáo viên hướng dẫn.

EE3600 Hệ thống đo và điều khiển công nghiệp
3(3-0-1-6)
Học phần học trước: EE3280/EE3281/EE3282, EE3110
Nội dung: Mô hình phân cấp chức năng, cấu trúc và các thành phần cơ bản của hệ thống
tự động hóa công nghiệp. Thiết bị đo và truyền đổi tín hiệu, thiết bị đo thông minh. Cơ cấu
chấp hành: điện, khí nén, thủy lực; Van điều khiển và băng tải. Thiết bị điều khiển chuyên
dụng (PID) và khả trình (PLC, CNC, PC-based, PAC ). Hệ thống truyền thông: cấu trúc
mạng và các kỹ thuật thực hiện, chuẩn HART, các chuẩn bus trường và mạng truyền
thông cấp trên. Giao diện người máy (HMI). Hệ thống an toàn và bảo vệ. Nghiên cứu các

lĩnh vực ứng dụng. Sinh viên được giới thiệu và thực hành trên các hệ thống đo lường,
điều khiển và tự động hóa điện đại.


Báo cáo nhập môn ngành điện.
9
Phạm Trọng Thủy 20122533
EE3510 Truyền động điện
3(3-0-1-6)
Học phần học trước: EE3410, (EE3140/EE3141/EE3142/EE3162)
Nội dung: Những vấn đề chung về động lực học truyền điện. Các đặc tính và vấn đề điều
chỉnh tốc độ của hệ thống: chỉnh lưu điều khiển – động cơ một chiều kích từ độc lập. Các
đặc tính và vấn đề điều chỉnh tốc độ của hệ thống: biến tần nguồn áp – động cơ không
đồng bộ, biến tần nguồn áp – động cơ đồng bộ. Khái quát về chọn công suất động cơ
truyền động.

EE3420 Hệ thống cung cấp điện
4(3-1-1-8)
Học phần học trước: EE2020
Nội dung: Khái niệm về hệ thống điện. Các vấn đề kinh tế, kỹ thuật cơ bản của hệ thống
nguồn truyền tải và phụ tải điện. Hệ thống thiết bị mang điện trung và hạ áp (bao gồm cả
mạch lực + đo lường, điều khiển, bảo vệ). Tính toán, lựa chọn các thiết bị trung và hạ áp.
Phân tích an toàn điện của hệ thống cung cấp điện. Tính toán nối đất và chống sét. Phân
tích chất lượng điện năng. Thiết kế chiếu sáng.

EE4220 Điều khiển logic và PLC
3(3-0-1-6)
Học phần học trước: EE2130
Nội dung: Giới thiệu về vị trí, vai trò của máy tính công nghiệp, dưới dạng bộ điều khiển
lập trình được PLC, trong điều khiển các quá trình. Cơ sở toán học về đại số logic, tổng

hợp mạch logic tổ hợp và mạch logic tuần tự. Giới thiệu về PLC, cấu tạo, hoạt động, các
chức năng. Các ngôn ngữ lập trình của PLC: LD, STL, FB, SFC, chuẩn IEC61131.
Phương pháp tiếp cận một cách hệ thống quá trình thiết kế tự động hóa dùng PLC. Các
thiết bị trong hệ thống điều khiển logic, tính toán, lựa chọn và ghép nối PLC với các thiết
bị khác trong hệ thống tự động hóa. Các kỹ thuật xây dựng chương trình điều khiển,
phương pháp lập trình cho PLC. Một số hệ thống điều khiển tiêu biểu dùng PLC.

EE4240 Trang bị điện – điện tử cho các máy công nghiệp
4(3-1-0-6)
Học phần học trước: EE3410, EE3510
Nội dung: Khái quát chung về các máy công nghiệp. Đặc tính cơ điện của các loại máy gia
công kim loại, băng tải, máy nâng hạ, bơm – quạt. Tính toán phụ tải, momen, công suất,
vùng điều chỉnh tốc độ, độ chính xác của quá trình điều chỉnh. Tính chọn công suất động
cơ truyền động. Các hệ thống điều chỉnh truyền động điện. Tính chọn các thiết bị điện và
các thiết bị điều khiển. Phân tích một số sơ đồ điều khiển và hệ thống trang bị điện – điện
tử của các máy tiêu biểu: các máy gia công kim loại, điều khiển số CNC, cần trục, thang
máy, bơm – quạt, lò điện.

Báo cáo nhập môn ngành điện.
10
Phạm Trọng Thủy 20122533
CHƯƠNG II:

TÌM HIỂU NGÀNH ĐIỆN

I. SƠ ĐỒ QUÁ TRÌNH TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG TỪ NHÀ MÁY PHÁT
ĐIỆN ĐẾN NƠI TIÊU THỤ.

II. NHÀ MÁY ĐIỆN.

Khai thác nhiều dạng: thủy năng, than và dầu mỏ, năng lượng mặt trời, năng lượng gió

1. Nhà máy nhiệt điện.
Nhà máy nhiệt điện => dùng nhiệt lượng thu được từ nguyên liệu đốt => nước bốc
hơi => tuabin với vận tốc lớn => quay tuabin => phát điện.

Phân loại: 2 loại: + nhà máy điện ngưng hơi
+ nhà máy điện rút hơi
2. Nhà máy thủy điện.
Sản xuất điện bằng cách dùng thế năng của dòng nước => tận dụng quay tuabin.
=> Chiếm sản lượng nhiều nhất

Đặc điểm: + hiệu suất cao
+ vốn đầu tư lớn, thời gian xây dựng kéo dài
+ giá thành điện thấp

3. Nhà máy điện nguyên tử.

Giống như nhà máy nhiệt điện, nhiệt lượng được dùng ở đây được lấy từ quá trình
bắn phá phân tử của nguyên tử uran
Nguyên liệu hạt nhân: uran, phetoni, thori,

Đặc điểm: + có khả năng làm việc độc lập
+ khối lượng nhiển liệu ít
Nhà
máy
điện

Tiêu thụ
Nhà máy,
công ty
Hộ dân
Máy biến
áp tăng áp
Máy biến
áp hạ áp
Đường dây truyền tải
(các đường dây
500kV, 220kV, )
Báo cáo nhập môn ngành điện.
11
Phạm Trọng Thủy 20122533
+ vận hành linh hoạt
+ hiệu suất cao - đồ thị tự do
+ không thải khí ra ngoài môi trường xung quanh
+ vốn xây dựng lớn
=> có tính kinh tế và tiềm năng lớn.

4. Nhà máy điện nhiệt hạch
Nhà máy điện từ - thủy động

5. Các nhà máy điện dùng năng lượng tái sinh
+ Năng lượng mặt trời: - hiệu suất thấp
- công suất nhỏ, giá thành cao
+ Trạm thủy điện: - hiệu suất thấp
- công suất nhỏ
+ Địa nhiệt và năng lượng sinh khối.


III. TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG.

1. Từ nhà máy điện cần truyền điện bằng dây dẫn.
 Đường dây cao áp
+ Sơ đồ mạng điện cao áp: - sơ đồ truyền tải
- sơ đồ phân phối
+ Sơ đồ mạng điện hạ áp: - sơ đồ tia
- sơ đồ phân nhánh
 Cấu tạo mạng điện
Cấu tạo: + dây dẫn
+ xà, sứ cách điện
+ cột điện, móng cột
+ các thiết bị phụ như néo, tiếp địa, tạ cân bằng
 Dây dẫn: + chế tạo bằng kim loại: - 1 sợi
- nhiều sợi
+ các loại dây: - A: dây nhôm
- AC: thép nhôm
- M: đồng
- ACY: dây thép nhôm có lõi thép

tăng cường
 Sứ cách điện: cách điện giữa phần dẫn với các bộ phận khác và với đất, giữ cho
các phần dẫn ở vị trí xác định. Đồng thời đòi hỏi phải có độ bền cơ học cao.
 Cáp điện lực: là dây dẫn được cách điện và bảo vệ bằng lớp vỏ bọc ngoài. Dây
cáp có thể đặt trực tiếp trong đất, nước, và không khí.
Ví dụ về cáp: theo Nga: A: nhôm
không có A: đồng
vỏ: C: chì π: polyetylen
A: nhôm p: cao su
B: polyclovinin
Báo cáo nhập môn ngành điện.
12
Phạm Trọng Thủy 20122533
 Dây dẫn bọc cách điện.

2. Trong quá trình truyển tải: hao hụt điện áp và hao hụt công suất.

IV. TRẠM BIẾN ÁP

1. Khái quát chung.
Trạm biến áp là phần tử quan trọng của hệ thống điện, biến đổi từ cấp điện áp này
sang cấp điện áp khác.

Trạm tăng áp thường đặt tại các nhà máy điện để tăng áp dùng mục đích truyền tải đi
xa => trạm biến áp trung gian và trạm giảm áp => cung cấp cho các lưới phân phối
=> trạm biến áp tiêu thụ tiếp nhận điện năng từ mạng phân phối => cung cấp cho hạ áp.

Các trạm biến áp phải thỏa mãn yêu cầu cơ bản sau:
+ Sơ đồ và kết cấu phải đơn giản đến mức có thể
+ Dễ thao tác và vận hành

+ Đảm bảo cung cấp điện liên tục và tin cậy với chất lượng cao
+ Có khả năng mở rộng và phát triển
+ Có các thiết bị hiện đại có thể áp dụng các công nghệ tiên tiến trong vận
hành và điều khiển mạng điện
+ Giá thành hợp lý và có hiệu quả kinh tế cao

2. Phân loại.
 Trạm treo: máy biến áp được treo trên cột.
 Trạm bệt và trạm biến áp trong nhà:
 Trạm biến áp trong nhà có ưu điểm là đảm bảo cho các thiết bị khỏi sự ô nhiễm của môi
trường, đặc biệt là khu công nghiệp
 Trạm hợp bộ.
 Trạm biến áp ngầm:
+ Vị trí đặt: có ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật của mạng
điện. Nếu vị trí của trạm biến áp đặt ở quá xa phụ tải thì có thể dẫn đến chất lượng điện bị
giảm, làm tăng tổng thất. Nếu phụ tải phân tán thì việc đặt các trạm biến áp ở gần chúng có
thể dẫn đến việc số lượng trạm biến áp tăng, chi phí cho đường dây cung cấp lớn và như
vậy hiểu quả của mạng điện sẽ giảm.
+ Cấu trúc của trạm biến áp: có thiết bị phân phối phía sơ cấp và thiết bị phân
phối phía thứ cấp:
- Các thành phần điện cao áp:
~ hệ thanh cái cùng sứ và dây cáp.
~ thánh cái là thiết bị dùng để tiếp nhận và phân phối điện năng
~ sứ cách điện
- Thiết bị phân phối cao áp:
~ máy cắt: + nhiều dầu + chân không
+ ít dầu + không khí
~ máy cắt phụ tải
~ dao cách ly
Báo cáo nhập môn ngành điện.

13
Phạm Trọng Thủy 20122533
~ dao ngắt mạch và dao ngắn mạch
~ cầu chảy
~ máy biến đổi đo lường: + máy biến động
+ máy biến điện áp
+ kháng điện
- Các thiết bị phân phối phía thứ cấp: là thiết bị điện, tải tiêu thụ.

V. TẢI TIÊU THỤ

1. Hộ dân.
Chủ yếu là các thiết bị điện dân dụng công suất nhỏ mạch điện đơn giản, hoạt động
chủ yếu dòng xoay chiều 220V

2. Công ty nhà máy. (sản xuất công nghiệp)
Dùng các động cơ một chiều, xoay chiều, đồng bộ, không đồng bộ và các đông cơ
đặc biệt khác.
Dùng loại mạng điện 3 pha, công suất lớn, yêu cầu phải giải quyết các vấn đề về
nguồn, về tải, về công suất truyền động

Báo cáo nhập môn ngành điện.
14
Phạm Trọng Thủy 20122533
CHƯƠNG III:

TÌM HIỂU VỀ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

I. SƠ LƯỢC VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT.

Trong một thời gian dài cho đến chiến tranh thế giới thứ II, do điều kiện khoa học và
công nghệ còn hạn chế, kỹ thuật điện chủ yếu tập trung vào lĩnh vực phát truyền tải và biến
đổi năng lượng điện từ thông qua công nghệ điện cơ. Sự phát triển của truyền động điện đã

thúc đẩy sự ra đời của điện tử công nghiệp. Tuy nhiên ứng dụng của nó còn bị hạn chế vì
thiếu những linh kiện điện tử công suất có hiệu suất cao kích thước nhỏ và đặc biệt độ tin cậy
cao. Các đèn điện tử chân không, có khí, các đèn thủy ngân không đáp ứng được những nhu
cầu, đòi hỏi khắt khe của điện tử công nghiệp. Sự phát minh ra tranzito vào năm 1948 do
Bardeen, Brattain và Schockley tại phòng thí nghiệm Bell Telephone đã đánh dấu bước phát
triển cách mạng trong kỹ thuật điện tử. Từ đó kỹ thuật điện tử phát triển mạnh theo hai
hướng:

+ Kỹ thuật điện tử tín hiệu với đặc điểm chủ yếu là xử lý tín hiệu qua khuếch đại, điều
chế tần số cao.

+ Điện tử công suất với đặc điểm chủ yếu (đóng - cắt) dòng điện lớn, điện áp cao để
thay đổi độ lớn của dạng sóng, tần số dòng công suất. Như vậy điện tử công suất nghiên cứu
ứng dụng các mạch điện tử công suất để khống chế dòng công suất.


II. CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ĐIỂN HÌNH VÀ PHẠM VI
ỨNG DỤNG CỦA CHÚNG.

1. Điôt công suất.

Điôt công suất có dòng điện định mức từ 1A đến 5000A, điện áp định mức từ 10V đến
10KV và lớn hơn, chuyển mạch với thời gian nhanh nhất 20ns, thấp nhất là 100µs. Chức
năng chủ yếu là chỉnh lưu và biến đổi DC-DC

2. Tranzito lưỡng cực công suất BJT

Tranzito lưỡng cực công suất BJT dẫn dòng một chiều khi có dòng bazo thích hợp,
dòng điện định mức từ 0.5A đến 500A và lớn hơn, điện áp định mức từ 30V đến 1200V, thời
gian chuyển mạch từ 0.5 đến 100µs. Chức năng chủ yếu là biến đổi DC-DC và phối hợp với

Diot trong các bộ nghịch lưu.



Báo cáo nhập môn ngành điện.
15
Phạm Trọng Thủy 20122533
3. Tranzito hiệu ứng trường FET

Tranzito hiệu ứng trường FET dẫn dòng điện máy khi đặt điện áp cổng thích hợp. Chức
năng chủ yếu là biến đổi DC-DC và nghịch lưu.
4. Tranzito lưỡng cực cổng cách ly IGBT

Tranzito lưỡng cực cổng cách ly IGBT là loại FET đặc biệt có chức năng của BJT và
điều khiển bằng cổng FET.

5. Tiristo

Tiristo còn gọi là SCR, dẫn điện tương tự như Diot sau khi đã đưa xung mồi thích hợp,
trở về trạng thái bị khóa khi dòng điện bằng 0. Tiristo được sử dụng rộng rãi trong các bộ
chỉnh lưu có điều khiển và được ứng dụng trong mọi lĩnh vực điện tử công suất và là linh
kiện chung nhất trong họ Tiristo.

6. Tiristo khóa bằng cực điều khiển GTO

Tiristo khóa bằng cực điều khiển GTO là SCR có thể khóa được bằng cách gửi xung
âm tới cực điều khiển. Được sử dụng các bộ nghịch lưu trên 100KW.

7. Triac

Triac là linh kiện gồm 2 Tiristo nối song song ngược và chỉ có một cực điều khiển.
Dòng điện định mức từ 2A đến 50A, điện áp định mức từ 200V đến 800V. Được sử dụng chủ
yếu để điều chỉnh đèn, thiết bị dân dụng, công cụ cầm tay, rất tiện trong bộ biến đổi xoay
chiều.

8. Tiristo điều khiển bằng MOSFET MCT

Tiristo điều khiển bằng MOSFET MCT là SCR đặc biệt có chức năng của GTO và
cổng điều khiển của FET. Nhanh hơn GTO và dễ sử dụng hơn nên được thay cho GTO trong
một số ứng dụng.

9. Linh kiện cảm ứng tĩnh SID

Linh kiện cảm ứng tĩnh SID là linh kiện được chuyển mạch bằng cách điều khiển hàng
rào thế ở cổng có công suất 100KW ở tần số 100KHz và ở 10W khi tần số là 10GHz. Ưu
điểm chủ yếu của SID là tốc độ chuyển đổi cao, điện áp ngược lớn, điện áp rơi thuận nhỏ.







Báo cáo nhập môn ngành điện.
16
Phạm Trọng Thủy 20122533
III. CÁC BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT.

 Biến đổi dòng xoay chiều thành một chiều: bộ chỉnh lưu.
 Biến đổi dòng điện một chiều thành xoay chiều: bộ nghịch lưu.

 Biến đổi trị số điện áp một chiều: bộ băm hay bộ điều áp một chiều.
 Biến đổi trị số điện áp xoay chiều, tần số không đổi: bộ điều áp xoay chiều.
 Biến đổi tẩn số dòng xoay chiều: bộ biến tần.

1. Bộ chỉnh lưu Diot.

Sơ đồ bộ chỉnh lưu Diot gồm:
+ Tổ hợp các Diot tạo nên chuyển mạch
+ Cách nối dây quấn máy biến áp để tạo nên điện áp xoay chiều theo yêu cầu
+ Các bộ lọc để san phẳng điện áp, dòng điện chỉnh lưu

Các loại bộ chỉnh lưu Diot:
+ Bộ chỉnh lưu Diot một pha hai nữa chu kỳ
+ Chỉnh lưu 3 pha
+ Chỉnh lưu 3 pha hình tia kép có máy biến áp giữa các pha
+ Chỉnh lưu cầu 3 pha
+ Chỉnh lưu Diot nhiều pha

2. Bộ chỉnh lưu có điều khiển.

Sử dụng Tiristo và Tiristo khóa bằng cực điều khiển GTO.
Các loại chỉnh lưu có điều khiển:
+ Chỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ có điều khiển
+ Chỉnh lưu 1 pha 2 nửa chu kỳ có điều khiển
+ Chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển và bán điều khiển
+ Chỉnh lưu 3 pha hình tia có điều khiển
+ Chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển và bán điều khiển
+ Chỉnh lưu 6 pha và 12 pha

Cách thiết kế bộ chỉnh lưu công suất:

Để tiến hành thiết kế cần thực hiện các bước sau:
+ Tìm hiểu công nghệ của tải mà bộ nguồn phải cấp điện
+ Chọn sơ đồ mạch động lực
+ Tính toán chọn các thiết bị cơ bản của mạch động lực
+ Tính toán các đặc tính vận hành cơ bản của bộ chỉnh lưu
+ Thiết kế tính chọn mạch điều khiển
+ Thiết kế kết cấu tủ điện, bố trí làm mát

Báo cáo nhập môn ngành điện.
17
Phạm Trọng Thủy 20122533
Sự đúng đắn của thiết kế thể hiện việc chọn sơ đồ thiết kế. Sơ đồ này được căn cứ dựa
trên:
+ Yêu cầu của tải về chất lượng nguồn cấp, dải điều khiển, độ ổn địng dòng và áp tải
+ Loại nguồn cấp
+ Các thông số cơ bản của tải
+ Khả năng về vật tư, linh kiện
+ Giá thành, kích thước

3. Bộ điều áp xoay chiều ứng dụng trong điều khiển chiếu sáng, lò đốt, điều khiển tốc độ

Bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều 1 pha có thể thực hiện qua các sơ đồ:
+ Sử dụng 2 Tiristo nối song song ngược
+ Sử dụng 1 Triac có một cực điều khiển
+ Sử dụng 2 Diot và 2 Tiristo Katot
+ Sử dụng 4 Diot và 1 Tiristo

Bộ điều áp 3 pha:
+ Điều áp 3 pha với 6 Tiristo nối thành nhóm 2 Tiristo song song ngược với liên hệ
giữa nguồn và trở

+ Nối hỗn hợp 3 Tiristo và 3 Diot

Cách thiết kế bộ điều áp xoay chiều chung

 Trình tự thiết kế:
+ Phân tích chế độ làm việc của tải và căn cứ thiết kế
+ Lựa chọn sơ đồ
+ Tính toán thông số mạch động lực thiết kế mạch điều khiển
- thiết kế mạch nguyên lý
- tính chọn linh kiện

 Căn cứ thiết kế:
+ Đặc điểm của tải
+ Điều kiện của môi trường
+ Khả năng cung cấp linh kiện
+ Khả năng về tài chính
+ Trình độ và khả năng người thiết kế vận hành

4. Biến đổi tần số

+ Định nghĩa: là thay đổi tần số của nguồn cấp khi sử dụng điện năng.
+ Chia các biến tần thành hai loại:
- Bộ biến tần trực tiếp: biến đổi tấn số đầu vào f
1
thành tàn số đầu ra f
2
bằng cách
đóng cắt dòng xoay chiều tấn số f
1

- Bộ nghịch lưu: dòng điện một chiều được chuyển mạch để tạo nên tần số ra f
2.


Báo cáo nhập môn ngành điện.
18
Phạm Trọng Thủy 20122533
IV. ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Để đưa các linh kiện điện tử công suất sang trạng thái dẫn, cần có tín hiệu thích hợp đưa
vào cực điều khiển. Do mỗi linh kiện có yêu cầu mồi khác nhau nên tùy theo loại linh kiện và bộ
biến đổi điện tử công suất cụ thể cần có các mạch mồi khác nhau, cũng như có chiến lược điều
khiển bộ biến đổi khác nhau.
Tiristo có thể được mồi để chuyển sang trạng thái dẫn nếu điện áp cực điều khiển V
G

dương, dòng điện mồi I
G
đủ lớn và điện áp V
AK
dương.

1. Các loại xung mồi Tiristo
Bình thường tiristo sẽ chuyển sang trạng thái dẫn nếu cấp xung mồi có V
G
nằm trong
vùng đảm bảo mồi chắc chắn. Các xung mồi có thể là:
- Xung kéo dài với sườn tăng thấp
- Xung ngắn và dốc
- Xung dốc kéo dài

- Chùm xung
Một cách lí tưởng xung mồi phải có:
- Độ lớn dòng điện đủ I
G
> I
GT

- Sườn tăng dốc (5µs)
- Thời hạn xung đủ (100µs)
Để đảm bảo chắc chắn, xung mồi cần được duy trì trong cả chu kì. Tuy nhiên với tải
thuần trở, một xung nhọn duy nhất đủ để mồi. Đối với các bộ biến đổi công suất lớn, cần
cách li mạch điều khiển và mạch mồi với mạch động lực. Ngoài ra ảnh hưởng của cao áp và
quá đọ dòng điện lớn có thể làm hư hại mạch mồi. Để cách li thường sử dụng MBA xung
hoặc mạch mồi ghép quang.

2. Một số mạch mồi tiristo đơn giản
+ Mồi qua điện trở
+ Mạch mồi R- C
+ Mạch mồi diac
+ Mạch mồi kiểu tiratron xoay chiều
+ Mạch mồi bằng tranzito một chuyển tiếp
+ Các mạch mồi tiristo thế hệ mới
+ Mạch điện và mạch điều khiển tiristo

3. Mạch điều khiển các linh kiện công suất chuyển mạch
Các linh kiện điện tử công suất họ tranzito có đặc tính mồi khác với tiristo. Đối với
tiristo, một khi mở nó vẫn tiếp tục mở và chỉ bị khóa khi dòng điện dưới mức duy trì. Đối
với tranzito và các linh kiện cổng chuyển mạch, để duy trì trạng thái dẫn cần tiaaps tục đặt
một tín hiệu một chiều lên bazo hoặc cổng của chúng. BJT là linh kiện điều khiển dòng, còn
MOSFET, IGBT điều khiển áp. GTO giống tiristo khi dẫn, còn khi khóa khác hoàn toàn với

tiristo. Đối với BJT, hệ số khuếch đại dòng thấp (β= 5÷ 10), do đó công suất mạch mồi phải
Báo cáo nhập môn ngành điện.
19
Phạm Trọng Thủy 20122533
vào khoảng 20% mạch công suất. Đối với MOSFET, vì có trở kháng vào rất lớn, yêu cầu
mạch điều khiển có công suất rất nhỏ.

 Các loại mạch điều khiển:

- Mạch điều khiển MOSFET
- Mạch điều khiển IGBT
- Mạch điều khiển bazo tranzito
- Mạch điều khiển GTO

 Nguyên tắc điều khiển:
Trong thực tế người ta thường dùng hai nguyên tắc điều khiển:

- Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính
- Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arccos”

V. GHÉP NỐI, LÀM MÁT, BẢO VỆ THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

1. Ghép nối các thiết bị, linh kiện:

- Ghép song song các linh kiện bán dẫn công suất
- Ghép nối tiếp các linh kiện bán dẫn công suất

2. Làm mát

Khi làm việc các thiết bị bán dẫn công suất có các tổn hao gây phát nóng thiết bị. Các

nguyên nhân gây nóng gồm:

- Tổn hao công suất khi dẫn.
- Tốn hao do dòng điện rò ở trạng thái khóa
- Tổn hao trong mạch điều khiển do năng lượng xung điều khiển gây ra.
- Tổn hao chuyển mạch là tổn hao năng lượng quá độ từ trạng thái dẫn sang trạng
thái khóa và ngược lại.
- Các tổn hao trên làm thiết bị nóng lên và làm cho nhiệt độ thiết bị tăng đến
trạng thái cân bằng với tản nhiệt.

3. Bảo vệ thiết bị điều khiển điện tử công suất

 Bảo vệ dòng điện

Thiết bị bảo vệ ngắn mạch cắt nhanh có hiệu quả là cầu chì. Thường sử dụng cầu chì
trong đó dây chảy có nhiều khe hẹp nằm trong cát thạch anh để hút nhanh các thành phần
bay hơi của hồ quang.


Báo cáo nhập môn ngành điện.
20
Phạm Trọng Thủy 20122533
 Bảo vệ quá điện áp

Điện áp định mức của một linh kiện điện tử công suất luôn phải lớn hơn điện áp đỉnh
mà linh kiện phải chịu đựng khi làm việc.

Điện áp quá độ có đạo hàm du/dt lớn là do:

- Ảnh hưởng bên ngoài do lưới, do sự đổi chiều của các công tắc tơ, do sóng sét, do

dao động điện nguồn áp.
- Ảnh hưởng của tải như tia lửa trên vành đổi chiều động cơ một chiều, do hồ quang
khi cầu chì bị cháy.
- Do nguyên nhân bên trong bộ biến đổi khi có sự chuyển mạch của các linh kiện.

Để chống lại các nguồn điện áp quá độ trên cần bảo vệ riêng rẽ các thiết bị.

 Bảo vệ GTO và tranzito MOS công suất

Bảo vệ GTO cũng như bảo vệ tiristo, tức là dùng cầu chì tác động nhanh. Cũng có thể
bảo vệ GTO bằng cách khóa các dòng ngược của cực điều khiển.Tuy nhiên việc bảo vệ bằng
cầu chì kém tin cậy nên để bảo vệ bộ biến đổi công suất lớn thường sử dụng hai sơ đồ:

- Sơ đồ trợ giúp chuyển mạch Underland
- Sơ đồ Mc, Murray

VI. TRUYỀN TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU CAO ÁP

Truyền tải điện một chiều cao áp HVDC ( High Voltage Direct Current) là ví dụ điển
hình của ứng dụng điện tử công suất trong lĩnh vực điện năng.

Hệ thống truyền tải một chiều cao áp HVDC được sử dụng lần đầu trong tuyến cáp
ngầm dưới biển ở Gotland ( Thụy Điển) năm 1954, ở Sardina (Ý) 1967. Sau 50 năm phát
triển công nghệ HVDC đã hoàn thiện và sử dụng rộng rãi ở nhiều nước.

+ Về mặt kĩ thuật truyền tải một chiều có thể điều chỉnh công suất truyền tải, giữ
ổn định động phối hợp với lưới xoay chiều
+ Về chi phí đường tải một chiều đòi hỏi ROW nhỏ hơn, cột đơn giản hơn và rẻ
hơn giá thành dây dẫn và cách điện thấp hơn

 Các kiểu hệ thống truyền tải điện một chiều

- Đường dây một cực một dây dẫn
- Đường dây hai cực
- Đơn cực, hai đường dây cùng cực tính

Báo cáo nhập môn ngành điện.
21
Phạm Trọng Thủy 20122533
 Các linh kiện chính của trạm biến đổi HVDC

- Bộ biến đổi
- Các van tiristo
- Máy biến áp chỉnh lưu và nghịch lưu
- Bộ lọc