Bài giảng điện tử công suất trường đh tôn đức thắng

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

MÔN HỌC: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
MÃ MÔN HỌC : 403005

GV. ĐINH HOÀNG BÁCH

02 Jan 2011

403005 – Điện tử công suất

1


TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]
Điện Tử Công Suất , TS. Nguyễn Văn Nhờ ,
ĐHBK TP.HCM.
[2]
Ned Mohan, Tore M. Underland, Robbins:
Power Electronics, 1989
[3]
M.Rashid: Power Electronics
[4]
M.Rashid: Spice for Power Electronics and
Electric Power, 1993
[5]
Matlab Guide: Power System Blockset, 1998

02 Jan 2011

403005 – Điện tử công suất

2


ĐÁNH GIÁ MÔN HỌC
Thi giữa kì: 20%
Kiểm tra trên lớp: 10%
Thi cuối kì: 70%

02 Jan 2011

403005 – Điện tử công suất

3


CHƯƠNG I:
Giới thiệu linh kiện điện tử công suất

02 Jan 2011

403005 – Điện tử công suất

4


Các linh kiện ĐTCS








Các linh kiện không điều khiển: DIOD, DIAC
Các linh kiện chỉ điều khiển đóng được: SCR,
TRIAC
Các linh kiện điều khiển đóng ngắt được: BJT,
MOSFET, IGBT, GTO
Các linh kiện khác (R,L,C)

02 Jan 2011

403005 – Điện tử công suất

5


DIOD
- Ký hiệu

- Đặc tính Volt-Ampere (đặc tính tĩnh)

- Cấu trúc p-n

Đặc tính đóng-ngắt (đặc tính động)
+ Khi dòng thuận qua diode giảm nhanh, diode sẽ không ngắt theo đặc

tính V-A;
+ Khi dòng thuận giảm tới 0, diode không ngắt ngay mà dẫn theo chiều
ngược lại;
+ Sau một thời gian ngắn dòng này giảm nhanh về giá trị dòng nghịch.
Lúc này điện trở nghịch của diode được phục hồi và diode có khả năng
chịu áp nghịch.
02 Jan 2011

403005 – Điện tử công suất

6


DIAC
- Đặc tính Volt-Ampere (đặc tính tĩnh)
+ Khi áp nằm trong khoảng -UBO,
+UBO diac không dẫn;
+ Khi áp lớn hơn +UBO hoặc nhỏ hơn
-UBO diac dẫn

- Ký hiệu

- Cấu trúc p-n
+ 2 lớp tiếp giáp p-n;

- Đặc điểm
+ Dẫn dòng theo cả 2 chiều. Khi dẫn điện áp trên Diac nhỏ,
dòng qua lớn theo cả 2 chiều thuận nghịch.
02 Jan 2011

403005 – Điện tử công suất

7


THYRISTOR (SCR)
- Ký Hiệu

- Cấu trúc p-n

- Đặc tính Volt-Ampere (đặc tính tĩnh)
+ Nhánh thuận: thyristor đóng, điện áp trên thyristor gần bằng 0;
+ Nhánh nghịch: thyristor ngắt, chịu áp nghịch và dòng gần bằng 0;
+ Trạng thái khóa: thyristor ngắt và chịu được áp thuận.

02 Jan 2011

403005 – Điện tử công suất

8


THYRISTOR (SCR)
- Đặc điểm
+ Thyristor đóng khi có 2 điều kiện:
I/ Thyristor ở trạng thái khóa;
II/ Có xung dòng kích IG>0 đủ lớn.
+ Quá trình ngắt Thyristor qua 2 giai đoạn:
I/ Dòng thuận giảm xuống thấp hơn dòng duy trì (bằng cách thay
đổi điện trở hay điện áp trên Thyristor);

II/ Thyristor phục hồi khả năng khóa (duy trì áp ngược).
Giai đoạn đầu của quá trình ngắt Thyristor tương tự như Diode.
Tuy nhiên sau khi phục hồi điện trở nghịch, cần có thêm thời
gian để khả năng khóa của Thyristor được phục hồi.

02 Jan 2011

403005 – Điện tử công suất

9


THYRISTOR (SCR)
- Các thông số cơ bản
+ Điện áp nghịch cực đại lặp lại URRM;
+ Điện áp khóa cực đại lặp lại UDRM;
+ Điện áp nghịch cực đại không lặp lại URSM;
+ Độ tăng điện áp khóa cho phép (du/dt)crit (V/µ s) ;
+ Độ tăng của dòng điện cho phép (di/dt)crit (A/µ s) ;
+ Điện áp kích VG;
+ Dòng kích IG;
+ Dòng hiệu dụng ITRMS;
+ Dòng trung bình ITAV;
+ Độ sụt áp theo chiều thuận VT;
+ Dòng duy trì IH;
+ Thời gian ngắt tối thiểu (duy trì áp ngược để phục hồi
khả năng khóa) tq.
02 Jan 2011

403005 – Điện tử công suất

10


TRIAC
- Ký hiệu :

- Đặc tính Volt-Ampere (đặc tính
tĩnh)
+ Dẫn dòng theo cả 2 chiều;
+ Có 2 trạng thái: đóng và
khóa.
- Đặc điểm
+ Khi trên Triac có điện áp khác 0, đóng Triac được thực hiện
bằng xung IG có chiều bất kỳ. Tuy nhiên độ nhạy sẽ cao hơn khi
kích thuận (dòng kích dương khi dòng qua Triac dương và ngược
lại);
+ Không điều khiển ngắt Triac. Triac ngắt theo nguyên tắc của
Thyristor
02 Jan 2011

403005 – Điện tử công suất

11


TRIAC
- Các thông số cơ bản
+ Điện áp nghịch cực đại lặp lại URRM;
+ Điện áp khóa cực đại lặp lại UDRM;

+ Độ tăng điện áp khóa cho phép (du/dt)crit (V/µ s) ;
+ Độ tăng của dòng điện cho phép (di/dt)crit (A/µ s);
+ Điện áp kích cực đại VGM;
+ Dòng kích cực đại IGM;
+ Dòng hiệu dụng ITRMS;
+ Độ sụt áp khi dẫn VT;
+ Dòng duy trì IH.
02 Jan 2011

403005 – Điện tử công suất

12


BJT
- Ký hiệu

- Cấu trúc p-n
+ Có 2 lớp tiếp giáp p-n;
+ Trong ĐTCS thường sử dụng
BJT mắc cực E chung làm việc
như công tắc CE được điều
khiển bằng dòng iB.

- Đặc tính Volt-Ampere (đặc tính tĩnh)
+ Trong ĐTCS BJT làm việc ở chế độ đóng ngắt, nên điểm làm
việc không nằm trong vùng khuếch đại.
+ Cần hạn chế điện áp âm trên BE vì khả năng chịu áp ngược
của BJT khá thấp.
02 Jan 2011

403005 – Điện tử công suất

13


BJT
- Các thông số cơ bản
+ Hệ số khuếch đại tĩnh của dòng hFE = IC / IB khi UCE = const,
hệ số khi bão hòa hFE SAT;
+ Định mức điện áp: phụ thuộc vào khả năng chịu áp của các
lớp bán dẫn uCEOM - là điện áp cực đại trên lớp CE khi IB= 0,
uEBOM - là điện áp cực đại trên lớp EB khi IC = 0;
+ Định mức dòng điện: IBM, ICM, IEM;
+ Công suất giới hạn cho phép: chủ yếu do tổn hao công suất
ở ngõ ra PC = UCE*IC;
+ Thời gian trễ đóng, ngắt ton, toff.
02 Jan 2011

403005 – Điện tử công suất

14


MOSFET
- Ký hiệu

- Cấu trúc p-n

- Đặc tính Volt-Ampere (đặc tính tĩnh)

- Đặc điểm
+ Là transistor hiệu ứng trường, dẫn điện chỉ bằng 1 loại hạt
dẫn;
+ Đóng ngắt nhanh, tổn hao đóng ngắt thấp;
+ Điện trở khi dẫn điện lớn nên tổn hao công suất khi dẫn
lớn;
+ Điều khiển bằng điện áp cổng uGS, để MOSFET dẫn điện
02 Janáp
2011
403005
– Điện
15
này phải tác động
liên
tục.tử công suất


IGBT
- Ký hiệu

- Cấu trúc p-n

- Đặc tính Volt-Ampere (đặc tính tĩnh)

- Đặc điểm
+ Là transistor được điều khiển bởi MOSFET ở ngõ vào, đóng ngắt
bằng điện áp uGE;
+ Có điện áp và dòng định mức lớn;
+ Đóng ngắt nhanh, tổn hao đóng ngắt thấp;

+ Có thể làm việc ở tần số cao;
+ Sụt áp khi dẫn thấp.
02 Jan 2011

403005 – Điện tử công suất

16


GTO
- Ký hiệu

- Cấu trúc p-n

- Đặc tính Volt-Ampere (đặc tính tĩnh)

- Đặc điểm
+ Tương tự như thyristor nhưng có thể điều khiển ngắt;
+ Kích đóng bằng xung dòng, cần duy trì dòng kích khi GTO
dẫn;
+ Kích ngắt bằng xung dòng âm có giá trị lớn. Năng lượng cần
cho việc kích ngắt lớn hơn lúc kích đóng gấp nhiều lần, quá
trình kích ngắt chậm;
+ Ứng dụng trong các mạch công suất lớn.

02 Jan 2011

403005 – Điện tử công suất

17

CHƯƠNG II:
GIỚI THIỆU BỘ CHỈNH LƯU

02 Jan 2011

403005 – Điện tử công suất

18


Phân loại

02 Jan 2011

403005 – Điện tử công suất

19


Phân loại (tt)
Mạch

Pha

Điều khiển

Tia

1

(1)

Góc α

Ud

IV1

I1

(0,π )

2 2 . cos α
U
π

Id/2

Id

2 2 . cos α
U
π

Id/2

Id

Id/2

π −α
Id
π

2

Cầu

1

(1)

(0,π )

Cầu

1

(2)

(0,π )

2 .(1 + cos α )
U
π

Cầu

1

(3)

(0,π )

2 .(1 + cos α ) π − α I
U
d
2π
π

π −α
Id
π

(1) - điều khiển hoàn toàn; (2) - điều khiển bán phần đối xứng;
(3) - điều khiển bán phần không đối xứng
02 Jan 2011

403005 – Điện tử công suất

20


Phân loại (tt)
Mạch

Pha

Điều khiển

Tia

3

(1)

Góc α

Ud

IV1

I1

(0,π )

3 6 . cos α
U
2π

Id/3

Id
3

Cầu

3

(1)

(0,π )

3 6 . cos α
U
π

Id/3

Cầu

3

(2)

(0,π )

3 6 .(1 + cos α )
U
2π

Id/3

2
Id
3
•α <

π
:
3

2
Id
3

π
:
3
π −α
Id
π

•α >

02 Jan 2011

403005 – Điện tử công suất

21


Các chế độ làm việc
Tham số \ PP điều khiển

ĐK hoàn toàn

ĐK bán phần

Góc điều khiển α

0<α <π /2

π /2<α <π

0<α <π

Điện áp chỉnh lưu Ud

>0

<0

>0

Công suất trên tải Pd

>0

<0

>0

Chiều truyền công suất

Nguồn → Tải

Nguồn ← Tải

Nguồn → Tải

Chế độ làm việc

Chỉnh lưu

Nghịch lưu

Chỉnh lưu

02 Jan 2011

403005 – Điện tử công suất

22


Chế độ dòng liên tục và gián đoạn






Điện áp chỉnh lưu có chứa thành phần xoay chiều
làm dòng chỉnh lưu có thể bị gián đoạn;
Khi dòng tải liên tục, trị trung bình của áp chỉnh lưu
chỉ phụ thuộc vào nguồn và góc kích. Khi dòng
gián đoạn, dạng điện áp chỉnh lưu còn phụ thuộc

vào tham số của tải;
Dòng tải gián đoạn làm đặc tính điều khiển trở
thành phi tuyến, hệ thống trở nên khó hiệu chỉnh
nên cần hạn chế vùng dòng gián đoạn.

02 Jan 2011

403005 – Điện tử công suất

23


Bài tập áp dụng


Xem các Ví dụ 2.1, 2.2, 2.5, 2.7, 2.17 trong
tài liệu [1]

02 Jan 2011

403005 – Điện tử công suất

24


CHƯƠNG III:
GIỚI THIỆU BỘ BIẾN ĐỔI ÁP XOAY
CHIỀU

02 Jan 2011

403005 – Điện tử công suất

25