Moân hoïc ÑIEÄn töÛ coâng suaáT vaø ÖÙng duïng



tải về 67.7 Kb.
Chuyển đổi dữ liệu18.08.2016
Kích67.7 Kb.


Moân hoïc ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT vaø ÖÙNG DUÏNG

( Maïch ñieän töû coâng suaát, ñieàu khieån vaø öùng duïng )

Taøi lieäu tham khaœo:



- tieáng Anh: - M.H. Rashid, POWER ELECTRONICS – Circuits, devices and applications, Pearson Education Inc., Pearson Prentice Hall 2004.

- tieáng Vieät: - PTS. Nguyeãn vaên Nhôø, Ñieän tuû coâng suaát & Baøi taäp, ÑHBK TP HCM

- NGUYEÃN BÍNH, Ñieän tuû coâng suaát, Haønoäi, nhaø xuaát baûn KHKT

- Ñieän töû coâng suaát vaø ñieàu khieån ñoäng cô ñieän, (dòch töø tieáng Anh)
Noäi dung:

Chöông 1: Môû ñaàu

Chöông 2: Linh kieän ñieän töû coâng suaát

Chöông 3: BBÑ ñieàu khieån pha

Chöông 4: BBÑ aùp moät chieàu

Chöông 5: Nghòch löu vaø bieán taàn nguoàn aùp

Chöông 6: Boä nguoàn moät chieàu

Chöông 7: Ñieàu khieån ñoäng cô

- taûi baøi giaûng vaø taøi lieäu tham khaûo:

http://www.4shared.com/account/dir/1CcVzXvw/sharing.html

chöông trình moâ phoûng PSIMDEMO:

http://www.powersimtech.com/index.php?name=download

Chöông 1: Môû ñaàu


1.1 Khaùi nieäm chung: Boä bieán ñoåi vaø ngaét ñieän ñieän töû

1.2 Noäi dung vaø phöông phaùp khaûo saùt maïch ñieän töû coâng suaát

1.3 Tính choïn linh kieän coâng suaát

1.4 Baûo veä linh kieän coâng suaát vaø boä bieán ñoåi



I.1 CAÙC KHAÙI NIEÄM:

1. ÑTCS vaø BBÑ:

- Caùc teân goïi:

Ñieän töû coâng suaát (Power Electronics)

Ñieän töû coâng suaát lôùn.

Kyõ thuaät bieán ñoåi ñieän naêng.




- ÑTCS: boä phaän cuûa Ñieän töû öùng duïng hay Ñieän töû coâng nghieäp.

- Phaân loaïi caùc boä Bieán Ñoåi (BBÑ - Converter) theo muïc ñích:

AC --> DC: chænh löu

AC --> AC: BBÑ aùp AC, Bieán taàn.

DC --> DC: BBÑ aùp DC

DC --> AC: Nghòch löu

- Boä Bieán Ñoåi = Maïch ÑTCS + boä ÑIEÀU KHIEÅN
1. Boä Bieán Ñoåi (tieáp):

- Maïch ÑTCS söû duïng Ngaét Ñieän Baùn Daãn NÑBD (Ngaét Ñieän Ñieän Töû – semiconductor switch)

Ví duï veà Ngaét Ñieän Ñieän Töû: Diod, Transistor, SCR ...

- BBÑ coøn coù theå phaân loaïi theo phöông thöùc hoaït ñoäng cuûa NÑBD.

2. Ngaét ñieän baùn daãn:

Laø caùc linh kieän ñieän töû:

- Laøm vieäc trong cheá ñoä ñoùng ngaét.

- Ñöôïc lyù töôûng hoùa ñeå caùc khaûo saùt cuûa maïch ÑTCS coù giaù trò toång quaùt.

- DIODE ( chænh löu ):

ON : khi phaân cöïc thuaän: VAK > 0, suït aùp thuaän VF = 0, doøng phuï thuoäc maïch.

OFF : khi phaân cöïc ngöôïc: VAK < 0, hôû maïch.


G
Diode NDBDMC SCR

- SCR ( Chænh löu coù ñieàu khieån ):

OFF : Coù theå ngaét maïch hai chieàu ( VAK > 0 vaø VAK < 0 ) khi G = 0.

ON : Daãn ñieän (ñoùng maïch) khi G  0 vaø phaân cöïc thuaän VAK > 0.

SCR coù khaû naêng töï giöõ traïng thaùi daãn ñieän:

khi ñaõ ON, SCR chæ OFF khi IA -> 0.


G
Diode NDBDMC SCR

- Ngaét ñieän baùn daãn moät chieàu (NÑBDMC) - goïi taét laø ngaét ñieän hay TRANSISTOR:

VS luoân luoân > 0 : khoâng phaân cöïc ngöôïc

OFF : Ngaét maïch khi G = 0.

ON : Daãn ñieän (ñoùng maïch) khi G  0

Coù hai loaïi chính :

BJT (G laø doøng cöïc B), MOSFET coâng suaát (G laø aùp VGS).

Trong thöïc teá, NGAÉT ÑIEÄN laø linh kieän hay toå hôïp linh kieän ñieän töû.


G
Diode NDBDMC SCR
I.2 NOÄI DUNG KHAÛO SAÙT MAÏCH ÑTCS:

Ñaàu vaøo khaûo saùt : Maïch ÑTCS + tín hieäu ñieàu khieån NÑBD + taûi.

Ñaàu ra: hoaït ñoäng cuûa maïch: u(t), i(t) caùc phaàn töû

Soá ño => Caùc ñaëc tröng aùp, doøng, coâng suaát

1. Caùc ñaëc tröng aùp, doøng:

- Giaù trò cöïc ñaïi:

- Giaù trò trung bình VO, IO

- Giaù trò hieäu duïng VR, IR

Caùc bieåu thöùc cho doøng ñieän trung bình vaø hieäu duïng: <1.1>

Bieåu thöùc cho ñieän aùp VO, VR coù daïng töông töï.


2. Soùng haøi baäc cao vaø heä soá hình daùng:



Phaân tích caùc thaønh phaàn Fourier tín hieän raêng cöa (o).

Soùng haøi baäc 1 (cô baûn) (a), baäc 2 (b), baäc 3 (c) vaø toång (d) = (a)+(b)+c).




Toång hôïp caùc thaønh phaàn Fourier xung vuoâng ñeán caùc soùng haøi (harmonics) khaùc nhau

Khai trieãn FOURIER daïng aùp ra (laøm vieäc coù chu kyø):



trong ñoù : V0 : trò soá trung bình ( thaønh phaàn moät chieàu ) cuûa v(t)

 : taàn soá goùc cuûa v(t), chu kyø T=/2

vn: soùng haøi baäc n – coù taàn soá n

An , Bn : caùc thaønh phaàn sin, cos cuûa soùng haøi baäc n

Vn , n : bieân ñoä vaø leäch pha cuûa soùng haøi baäc n .

VR : Trò hieäu duïng cuûa v(t).


3. Coâng suaát vaø heä soá coâng suaát:

- Coâng suaát taùc duïng (trung bình) P hay PO : naêng löôïng söû duïng trong moät ñôn vò thôøi gian.

- Coâng suaát bieåu kieán S : tích soá giaù trò hieäu duïng doøng vaø aùp

- Heä soá coâng suaát HSCS hay cos  : cho bieát hieäu quaû söû duïng naêng löôïng.

<1.3>

=> Taûi laø thuaàn trôû coù HSCS baèng 1.

4. Phöông phaùp nghieân cöùu maïch:

Maïch ñieän töû coâng suaát = toå hôïp nhieàu maïch tuyeán tính thay ñoåi theo traïng thaùi cuûa caùc ngaét ñieän

Ví duï 0: Khaûo saùt chænh löu 1 diod taûi RL coù D phoùng ñieän



Maïch chænh löu baùn soùng coù diod phoùng ñieän D2, v laø nguoàn xoay chieàu.



ÔÛ baùn kyø v > 0, D1 daãn doøng iO > 0




Khi D2 daãn ñieän, D1 khoâng daãn: v < 0 vaø doøng iO > 0.



Khi doøng iO = 0 töông öùng khoâng coù diod daãn ñieän.


b. Giaûi chu kyø töïa xaùc laäp maïch ÑTCS baèng PT vi phaân hay bieán ñoåi Laplace: Giaûi maïch ñieän theo t (löu yù traïng thaùi caùc ngaét ñieän)

Ví duï1: Giaûi ví duï 0 ñeå moâ taû hoaït ñoäng cuûa maïch.

AÙp nguoàn , ñieàu kieän ñaàu t = 0; iO = 0

t = 0 : v > 0, D1 daãn ñieän, maïch ñieän hình (b): phöông trình vi phaân:







=>

vôùi ,



t: doøng phoùng qua diod phoùng ñieän D2 :

(laáy laïi goác thôøi gian).





=> . ÔÛ ñaàu chu kyø keá

Chu kyø keá tieáp ñieãn ra töông töï vôùi doøng ban ñaàu iO = I1 > 0 cho ñeán khi ñaït cheá ñoä xaùc laäp (TÖÏA XAÙC LAÄP).

TÖÏA XAÙC LAÄP: Khi caùc doøng aùp thay ñoåi coù chu kyø, giaù trò ñaàu vaø giaù trò cuoái chu kyø baèng nhau.


b. Giaûi chu kyø töïa xaùc laäp maïch ÑTCS baèng PT vi phaân hay bieán ñoåi Laplace:



Hình vd2: Maïch RC cung caáp baèng xung vuoâng

- Khaûo saùt hoaït ñoäng trong moät chu kyø vôùi giaû söû caùc giaù trò ban ñaàu cuûa bieán traïng thaùi cuûa maïch ñöôïc bieát.

- Nhaän ñöôïc heä phöông trình ñeå tính caùc thoâng soá cuaû daïng doøng/aùp.

Ví duï 2: Giaûi tieáp tuïc ví duï 1 ôû cheá ñoä töïa xaùc laäp.





t = 0 : D1 daãn ñieän, phöông trình vi phaân moâ taû maïch ñieän laø:



=>




ÔÛ baùn kyø keá, D2 cuõng daãn ñieän:









=> vaø ôû cuoái chu kyø

, cho pheùp ta tính I1 vaø Io töø ñoù veõ ñöôïc daïng doøng iO .



Nhaän xeùt: vieäc ruùt ra caùc ñaëc tröng doøng, aùp töø KQ khoù khaên.


c. Khaûo saùt doøng aùp treân taûi baèng nguyeân lyù xeáp choàng:

Nguyeân lyù xeáp choàng: khai trieån Fourier + tính chaát tuyeán tính

Heä tuyeán tính:

=> Giaù trò trung bình doøng qua taûi baèng toång:

- doøng moät chieàu do thaønh phaàn trung bình aùp treân taûi.

- caùc doøng ñieän hình sin do soùng haøi baäc cao.



Thöïc teá ta chæ caàn tính taùc duïng cuûa nhöõng thaønh phaàn coù aûnh höôûng lôùn (moät chieàu hay taàn soá cô baûn).

Ví duï 3: Tính doøng vaø aùp trung bình qua ñieän trôû R2 cuûa maïch ñieän hình Vd2, aùp nguoàn v coù daïng treân hình Vd2.a, V = 200 volt.

Giaûi: Trò trung bình aùp ra:

=> trò trung bình doøng ra IO = (200/3)/200 = 1/3 A vaø trò trung bình aùp treân moãi ñieän trôû taûi Vo1 = Vo/ 2 = 33.3 V


Hình Vd2.a: daïng aùp nguoàn tính baèng soá



Hình Vd2.b: Maïch töông ñöông vôùi thaønh phaàn moät chieàu


f. Khaûo saùt moâ hình toaùn maïch ÑTCS baèng maùy tính (duøng chöông trình moâ phoûng) hay khaûo saùt moâ hình thöïc teá trong phoøng thí nghieäm:

Thuaät toaùn toång quaùt ñeå khaûo saùt maïch ÑTCS baèng maùy tính:

Böôùc môû ñaàu: Xaùc ñònh doøng aùp qua caùc phaàn töû ôû thôøi gian t = 0+

Böôùc 1: Döïa vaøo tín hieäu ñieàu khieån vaø doøng, aùp qua caùc ngaét ñieän, tìm ra caùc ngaét ñieän ON

Böôùc 2: Thaønh laäp phöông trình moâ taû maïch.

Böôùc 3: Giaûi phöông trình moâ taû maïch ñeå tìm ra doøng aùp qua caùc phaàn töû ôû t = t + t

Böôùc 4: Khai thaùc soá lieäu tính, taêng thôøi gian hieän taïi t t + t

Böôùc 5: Kieåm tra ñieàu kieän keát thuùc khaûo saùt:

neáu thoûa thì qua böôùc 6, neáu khoâng trôû veà böôùc 1.

Böôùc 6: Döøng chöông trình.

Nhaän xeùt: Vieäc khaûo saùt baèng maùy tính öùng duïng phöông phaùp soá ñeå giaûi phöông trình vi phaân cho ta doøng aùp qua caùc phaàn töû theo töøng sai phaân thôøi gian t.
I.3 TÍNH CHOÏN NGAÉT ÑIEÄN ÑIEÄN TÖÛ:

1. Ñònh möùc aùp: VDRM > katV * Vlvmax

Vlvmax : AÙp laøm vieäc max. VDRM : AÙp khoùa.

katV : heä soá an toaøn aùp  2.

2. Ñònh möùc doøng: Cô sôû laø tính phaùt noùng cuûa linh kieän:

Nhieät ñoä moái noái J < Nhieät ñoä cho pheùp cp

moái noái J  voû SCR C  taûn nhieät H  moâi tröôøng A.

töông öùng phöông trình:



+ RJC: ñieän trôû nhieät moái noái (Junction) – voû (Case)

+ RCH: ñieän trôû nhieät voû – taûn nhieät (Heatsink)

+ RHA: ñieän trôû nhieät taûn nhieät – moâi tröôøng (Ambience)

Giaûi maïch ÑTCS => toån hao coâng suaát P

Tính toaùn nhieät => J .


- Gaàn ñuùng: tính doøng trung bình IO hay hieäu duïng IR

vaø kieåm tra nhieät ñoä voû linh kieän.

IO < ñònh möùc trung bình IAVE

Hay IR < ñònh möùc hieäu duïng IRMS

D hay SCR: IRMS = 1.57 IAVE

BJT, MosFET:

IRMS , IAVE laø haøm soá cuûa daïng doøng ñieän.

Heä soá an toaøn doøng 1.3 – 2.

  • Söû duïng doøng ñieän laøm vieäc max

Caùch laép linh kieän coâng suaát voû TO220AB vaøo taûn nhieät



Caâu hoûi: - Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán khaû naêng taûi doøng?
I.4 baûo veä LINH KIEÄN VAØ BBÑ:

1.Baûo veä doøng:

+ Baûo veä doøng cöïc ñaïi ( ngaén maïch – quaù doøng töùc thôøi):

thoâng soáø

Caàu chì taùc ñoäng nhanh, Caàu chì thoâng thöôøng

CB ( ngaét maïch töï ñoäng – Aptomat )

+ Baûo veä quaù taûi ( quaù doøng coù thôøi gian ):

CB ( ngaét maïch töï ñoäng – Aptomat )

Rô le nhieät



Maïch haïn doøng cuûa boä ñieàu khieån voøng kín

2. Baûo veä aùp: (quaù aùp daïng xung)







Cơ sở dữ liệu được bảo vệ bởi bản quyền ©hocday.com 2016
được sử dụng cho việc quản lý

    Quê hương