Bài 1 Khái đện tử công suất

Điện công suất có thể được xếp vào phạm vi các môn thuộc về kỹ thuật năng lượng của ngành kỹ thuật điện nói chung. Tuy nhiên việc nghiên cứu không chi dừng lại ở phần công suất mà còn được ứng dụng trong các lĩnh vực điều khiển khác
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài 1 Khái đện tử công suất BÀI 1: KHÁI NIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT1. Quá trình phát triểnĐiện tử công suất có thể được xếp vào phạm vi các môn thuộc về kỹ thuậtnăng lượng của ngành kỹ thuật điện nói chung. Tuy nhiên việc nghiên cứukhông chỉ dừng lại ở phần công suất mà còn được ứng dụng trong các lỉnh vựcđiều khiển khácKể từ khi hiệu ứng nắn điện của miền tiếp xúc PN được công bố bởiShockley vào năm 1949 thì ứng dụng của chất bán dẩn càng ngày càng đi sâuvào các lĩnh vực chuyên môn của ngành kỹ thuật điện và từ đó phát triển thànhngành điện tử công suất chuyên nghiên cứu về khả năng ứng dụng của chất bándẩn trong lỉnh vực năng lượngVới sự thành công trong việc truyền tải dòng điện 3 pha vào năm 1891, dòngđiện một chiều được thay thế bởi dòng điện xoay chiều trong việc sản xuấtđiện năng, do đó để cung cấp cho các tải một chiều cần thiết phải biến đổi từdòng điện xoay chiều thành một chiều, yêu cầu này có thể được thực hiệnbằng hệ thống máy phát - động cơ như vẻ ở hình 1.1. Hiện nay phương phápnày chỉ còn áp dụng trong kỹ thuật hàn điệnThay thế cho hệ thống máy điện quay nói trên là việc ứng dụng đèn hơi thủyngânđể nắn điện kéo dài trong vòng 50 năm và sau đó chấm dứt bởi sự ra đời củathyristor.Điện tử công suất nghiên cứu về các phương pháp biến đổi dòng điện và cảcác yêu cầu đóng/ngắt và điều khiển, trong đó chủ yếu là kỹ thuật đóng/ngắttrong mạch điện một chiều và xoay chiều, điều khiển dòng một chiều, xoaychiều, các hệ thống chỉnh lưu, nghịch lưu nhằm biến đổi điện áp và tần số củanguồn năng lượng ban đầu sang các giá trị khác theo yêu cầu.2. Nguyên tắc hệ biến đổi tĩnh2.1. Sơ đồ khốiTrong lỉnh vực điện tử công suất, để biểu diển các khối chức năng ngưới tadùng các ký hiệu sơ đồ khối, điện năng truyền từ nguồn (có chỉ số 1) đến tải(có chỉ số 2)2.1.1. Chỉnh lưuNhiệm vụ của mạch chỉnh lưu nhằm biến đổi năng lượng nguồn xoay chiềumột pha hoặc ba pha sang dạng năng lượng một chiều2.1.2. Nghịch lưuNhiệm vụ mạch nghịch lưu nhằm biến đổi năng lượng dòng một chiều thànhnăng lượng xoay chiều một pha hoặc ba pha.2.1.3. Các hệ biến đổiCác mạch biến đổi nhằm thay đổi:• Dòng xoay chiều có điện áp, tần số và số pha xác định sang các giá trịkhác • Dòng một chiều có điện áp, tần số và số pha xác định sang các giá trịkhác Mạch biến đổi thường là sự kết hợp từ mạch chỉnh lưu và mạch nghịch lưu.Do đó, lại được chia làm hai loại: Biến đổi trực tiếp và biến đổi có khâu trung gian 2.2. Các loại tải Tính chất của tải có ảnh hưỡng rất quan trọng đến chế độ làm việc của cácmạch đổi điện, người ta chia tải thành các loại sau: 2.2.1. Tải thụ động Tải thuần trở chỉ bao gồm các điện trở thuần, đây là loại tải đơn giản nhất,dòng điện qua tải và điện áp rơi trên tải cùng pha với nhau. Loại này được ứng dụng chủ yếu trong lỉnh vực chiếu sáng và trong các lò nung. Tải cảm kháng có đặc tính lưu trử năng lượng, tính chất này được thể hiện ở hiện tượng san bằng thành phần gợn sóng có trong điện áp một chiều ở ngỏ ra của mạch nắn điện và xung điện áp cao xuất hiện tại thời điễm cắt tải Các ứng dụng quan trọng của loại tải này là: Các cuộn kích từ trong máy điện(tạo ra từ trường), trong các thiết bị nung cãm ứng và các lò tôi cao tần. Trong các trường hợp này điện cãm thường được mắc song song với điện dung để tạo thành một khung cộng hưởng song song2.2.2.Tải tích cực Các loại tải này thường có kèm theo một nguồn điện áp như các van chỉnh lưu ở chế độ phân cực nghịch. Ví dụ: Quá trình nạp điện bình ắc quy và sức phản điện của động cơ điện 2.3. Các van biến đổi Các van điện là những phần tử chỉ cho dòng điện chảy qua theo một chiều nhất định. Trong lỉnh vực điện tử công suất đó chính là các diode bán dẩn và thyristor kể cả những transistor công suất 2.3.1. Van không điều khiển được (diode) Một diode lý tưởng chỉ cho dòng điện chạy qua nó khi điện áp anode dương hơn cathode, điện áp ngỏ ra của diode chỉ phụ thuộc theo điện áp ngỏ vào của diode đó 2.3.2. Van điều khiển được (thyristor) Môt chỉnh lưu có điều khiển lý tưởng vẩn không dẩn điện mặc dù giữa anode và cathode được phân cực thuận (anode dương hơn cathode). Điều kiện để các van này dẩn điện là đồng thời với chế độ phân cực thuận phải có thêm xung kích tại cực cổng (UAK dương và UGK dương). Điện áp ngỏ ra không những phụ thuộc theo điện áp vào mà còn phụ thuộc theo thời điễm xuất hiện xung kích (đặc trưng bởi góc kích α) 3. Điều khiển mạch hở Vào thế kỷ trước đây, nhờ ứng dụng của cơ khí hóa vào kỹ thuật mà sự phát triển lúc bấy giờ chủ yếu là hướng về khả năng tự động hóa. Tự động hóa một quá trình có nghĩa là quá trình đó sẻ tự thực hiện theo một chương trình đặt sẳn nào đó nều hội đủ một số điều kiện cho trước không cần sự tham gia của con người. Ưu điễm của kỹ thuật tự động hóa là độ an toàn, độ chính xác và t ...