Bài giảng Điện tử công suất: Bộ biến đổi điện áp xoay chiều AC-AC converter - PGS.TS Lê Minh Phương

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: ;
1

Power Electronics

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

TPHCM
2012

2

1

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

3

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.
/>4. ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 1 – Nguyễn Văn Nhờ
Nhà xuất bản ĐHQG
1/21/2013

PGS.TS Le Minh Phuong

4

2


1/21/2013

Power Electronics
Chương 4

BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU
AC-AC CONVERTER
PGS.TS Lê Minh Phương
Khoa Điện –Điện Tử
Trường ĐHBK TPHCM

TPHCM
2012
5

Contents – Nội dung
1. Tổng quan về bộ biến đổi điện áp xoay chiều

2. Bộ biến đổi điện áp xoay chiều 1 pha
3. Bộ biến đổi điện áp xoay chiều 3 pha
4. Điều khiển bộ biến đổi điện áp xoay chiều

1/21/2013

PGS.TS Le Minh Phuong

6

3


1/21/2013

BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU
Chức năng

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

U1rms=const,I1,f1


AC input




f1=50-60Hz

1/21/2013

U2rms=var,I2,f2



AC output

f2=50-60Hz

7

PGS.TS Le Minh Phuong

BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU
Ứng dụng
Điều khiển động cơ AC
Khởi động động cơ không đồng bộ
Bù nhuyễn công suất phản kháng

Điều khiển các lò nhiệt điện
Điều khiển hệ thống chiếu sáng.

1/21/2013

PGS.TS Le Minh Phuong

8

4


1/21/2013

BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU
Phân loại
1. Theo số pha
1 pha

3 pha

1/21/2013

9

PGS.TS Le Minh Phuong

BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU
Phân loại
2. Theo dạng mạch
 Dạng đầy đủ: các linh kiện là SCR
 Dạng tiết kiệm: linh kiện là SCR và Diode

1/21/2013

PGS.TS Le Minh Phuong

10

5


1/21/2013

BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU
Phân loại

1/21/2013

11

PGS.TS Le Minh Phuong

BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU
Phân loại

1/21/2013

PGS.TS Le Minh Phuong

12

6


1/21/2013

BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU

BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU 1 PHA

1/21/2013

13

PGS.TS Le Minh Phuong

BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU
1. Tải là thuần trở

Nguồn xoay chiều 1 pha, tần số 50Hz có trị hiệu dụng U

T1

iT1
iT2

UT1
T2

U=Umsinwt

1/21/2013

iz

u  U max sin wt

UT2

PGS.TS Le Minh Phuong

R

UZ

14

7

1/21/2013

BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU
Góc điều khiển có thể thay
đổi từ 0 đến 1800.
-Trị hiệu dụng điện áp tải
luôn nhỏ hơn trị hiệu dụng
điện áp nguồn
- Dòng điện tải gián đoạn

Vs
T1

0

T1

T2






wt
023
VO
wt
023

iO
wt
023
VT1
wt
023
iT1
wt
023

1/21/2013

15

PGS.TS Le Minh Phuong

BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU
Hệ quả
Trị hiệu dụng điện áp tải

VZ 

1



(U
 

m

sin wt )2 dwt 

Um
2

1

 sin 2
 sin 2

 U 1 

2

2

Trị hiệu dụng dòng điện tải

IZ 

UZ
R

Hệ số công suất

  1
1/21/2013

PGS.TS Le Minh Phuong

 sin 2


2
16

8


1/21/2013

BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU
Hệ quả
Công suất tiêu thụ của tải

V2
Pz  z
R
Trị hiệu dụng dòng điện trên SCR

Vm

IVRMS 

2R

1

 sin 2 I z



2
2

Trị trung bình dòng điện trên SCR


IVAV 

V
1 Vm
sin wt.d wt  m (1  cos )

2 R
2R


1/21/2013

17

PGS.TS Le Minh Phuong

BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU
Bài tập 1
Cho bộ biến đổi điện áp xoay chiều một pha tải R=10(). Áp
nguồn xoay chiều ngõ vào có thông số 220V, f=50Hz. Góc điều

khiển SCR của bộ biến đổi là =75o
1. Vẽ giản đồ áp tải uz và dòng tải iz;
2. Tính trị hiệu dụng điện áp tải, dòng tải
3. Vẽ giản đồ điện áp, dòng điện trên các linh kiện
4. Tính công suất tiêu thụ trên tải

1/21/2013

PGS.TS Le Minh Phuong

18

9


1/21/2013

BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU
1. Tải là thuần cảm
Nguồn xoay chiều 1 pha, tần số 50Hz có trị hiệu dụng U
T1

iT1
iT2

iz

UT1
T2

U=Umsinwt

UT2

L

UZ

u  U m sin wt

L=0.2

1/21/2013

19

PGS.TS Le Minh Phuong

BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU
Góc điều khiển có thể thay
đổi từ 900 đến 1800.
-Trị hiệu dụng điện áp tải
luôn nhỏ hơn trị hiệu dụng
điện áp nguồn
- Dòng điện tải gián đoạn

1/21/2013

PGS.TS Le Minh Phuong

20

10


1/21/2013

BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU
Hệ quả
Dòng điện tải trong trạng thái T1

IZ 

(Um*cos(w))/(L*w) - (Um*cos(t*w))/(L*w)

Um
[cos   cos wt ]
wL

Dòng điện tải trong trạng thái T2

IZ 

Um
[cos(   )  cos wt ]
wL

Cực trị của dòng điện tải

I Z max 

1/21/2013

Um
[cos   1]
wL

I Z min 

Um
[cos(   )  1]
wL

PGS.TS Le Minh Phuong

21

BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU

Điện

1/21/2013

PGS.TS Le Minh Phuong

22

11


1/21/2013

BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU
Hệ quả
Trị hiệu dụng điện áp tải

UZ 

2



2 

 (U


m

sin wt ) 2 dwt  U m 1 

 sin 2
 sin 2

 U 2(1  
)

2

2

Trị hiệu dụng dòng điện tải

IZ 

1/21/2013

1



2 

U

 i dwt  wL
2
z

2(1 


3 sin 2
)(1  2 cos 2  ) 



23

PGS.TS Le Minh Phuong

BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU
Bài tập 2
Cho bộ biến đổi điện áp xoay chiều một pha tải L=20(mH). Áp
nguồn xoay chiều ngõ vào có thông số 220V, f=50Hz. Góc điều
khiển SCR của bộ biến đổi là =135o
1. Vẽ giản đồ áp tải uz và dòng tải iz;
2. Tính trị hiệu dụng điện áp tải, dòng tải
3. Vẽ giản đồ điện áp, dòng điện trên các linh kiện
4. Tính Izmax, Izmin

1/21/2013

PGS.TS Le Minh Phuong

24

12


1/21/2013

BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU
1. Tải tổng quát
Nguồn xoay chiều 1 pha, tần số 50Hz có trị hiệu dụng U

iT2

u  U m sin wt

T1

iT1

iz

UT1
T2

R
U=Umsinwt

UT2

L

R=10;L=0.05 f57.5

  arctg (
1/21/2013

wL
R

)

Góc tới hạn là góc điều
khiển mà dòng điện tải ở
ranh giới giữa chế độ dòng
điện gián đoạn và dòng liên
tục.

Góc điều khiển có thể thay
đổi từ góc tới hạn đến 1800.
-Trị hiệu dụng điện áp tải
luôn nhỏ hơn trị hiệu dụng
điện áp nguồn
- Dòng điện tải gián đoạn

PGS.TS Le Minh Phuong

25

BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU

1/21/2013

PGS.TS Le Minh Phuong

26

13


1/21/2013

BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU
Hệ quả
Dòng điện tải trong trạng thái T1

iZ 

Um
R  (w L)
2

2

[sin(wt  f )  sin(  f )e

 wt
w

]

Dòng điện tải trong trạng thái +
T21)) - (Um*(cos(t) - (R*sin(t))/L))/(L*(R^2/L^2 + 1))
*(cos(alpha) - (R*sin(alpha))/L))/(L*exp((R*t)/L)*(R^2/L^2

IZ 

1/21/2013

Um
R  (wL)
2

2

[sin(wt   )  sin(   )   ))e

(  ) wt

w

]

PGS.TS Le Minh Phuong

27

BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU

1/21/2013

PGS.TS Le Minh Phuong

28

14


1/21/2013

BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU

1/21/2013

29

PGS.TS Le Minh Phuong

Power Electronics



For Building
THANK YOU
FOR YOUR ATTENTION

1/21/2013

30

15