Giáo trình Điện tử Công suất - Chương 1: Tổng quan điện tử công suất - Lê Minh Phương

Nội dung text: Giáo trình Điện tử Công suất - Chương 1: Tổng quan điện tử công suất - Lê Minh Phương

1. 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: lmphuong@hcmut.edu.vn; ivanphuong@yahoo.com 1 Power Electronics ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT PGS.TS Lê Minh Phương Khoa Điện –Điện Tử Trường ĐHBK TPHCM TPHCM 2012 2 1
2. 1/21/2013 Contents – Nội dung 1. Tổng quan về Điện tử công suất 2. Các linh kiện bán dẫn 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 3 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 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 4 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 2
3. 1/21/2013 Power Electronics Chương 1 TỔNG QUAN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT PGS.TS Lê Minh Phương Khoa Điện –Điện Tử Trường ĐHBK TPHCM TPHCM 2012 5 Power Electronic Devices Các đại lượng cơ bản Giá trị trung bình (Average) T 1 1 T Id i(t)dt U u(t)dt T d T 0 0 Giá trị hiệu dụng (Root Mean Square -RMS) 1 T 1 T I i2 (t)dt U u 2 (t)dt rms rms T 0 T 0 6 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 3
4. 1/21/2013 Introduction Các đại lượng cơ bản Công suất trung bình (Average) Công suất tức thời p(t) u(t)i(t) Công suất trung bình 1 T 1 2 P u(t)i(t)dt u(t)i(t)d(t) d T 0 2 0 Nếu dòng điện không đổi theo thời gian Pd Ud Id 7 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong Introduction Quá trình quá độ và chế độ xác lập Chế độ xác lập: là trạng thái khi mà khoá công suất đóng hoặc ngắt hoàn toàn.Khoảng thời gian này lớn hơn so với thời gian đóng ngắt khoá Quá trình quá độ: là quá trình chuyển từ trạng thái xác lập này (ví dụ trạng thái ngắt)sang trạng thái xác lập khác (trạng thái đóng) , quá trình này diễn ra trong khoảng thời gian ngắn. 8 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 4
5. 1/21/2013 Introduction Hiện tượng nhiễu trong ĐTCS Các khóa bán dẫn đóng ngắt với tần số cao nên có thể gây ra: Hậu quả  Nhiễu cao tần  Méo dạng điện áp dòng điện  Giảm hệ số công suất  Bức xạ sóng điện từ  Nhiễu tín hiệu điều khiển  Phát sinh thành phần hài Biện pháp khắc phục bậc cao lọc sóng hài bằng mạch cộng hưởng LC sử dụng tủ kim loại. Sử dụng cáp bọc 9 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong Introduction Ví dụ Ví dụ 1: Cho dòng điện có dạng như hình I0=15A; T=10ms; T1=7.5ms. Xác định trị trung bình và trị hiệu dụng của dòng điện. 10 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 5
6. 1/21/2013 Introduction Ví dụ Ví dụ 2:Cho điện áp có dạng như hình vẽ. Xác định trị trung bình và trị hiệu dụng điện áp . u(t) U m sint Um 220 2(V) 12 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong Introduction Ví dụ Ví dụ 3:Cho điện áp có dạng như hình vẽ. Xác định trị trung bình và trị hiệu dụng điện áp . 15 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 6
7. 1/21/2013 Introduction Phân tích Fourier  Điện áp, dòng điện của các bộ biến đổi công suất thường không phải hình Sin và thành phần sóng hài.  Để lọc thành phần hài trong các dạng sóng phải xác định được các thành phần hài – giải bài toán phân tích Fourier 19 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong Introduction Phân tích Fourier GiảTrong sử đó:: Cho một hàm số u(x) có chu kỳ là T, tần số là f=1/T. Khi đó vận tốc góc =2 /T và x=t= 2 t/T. A0 – Thành phần một chiều Theo địnhA(1) A( luật n) Fouries– thành phần ta COS có thểcủa hàibiểu bậc diễn 1 n được viết dưới dạngB(1) B(n): – thành phần SIN của hài bậc 1 n u(x) A0 A(1) cos x A(2) cos 2x A(n) cos nx B(1) sin x B(2) sin 2x B(n) sin nx u(t) A0 A(1) cost A(2) cos 2t A(n) cos nt B(1) sint B(2) sin 2t B(n) sin nt 20 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 7
8. 1/21/2013 Introduction Phân tích Fourier 1 T 1 2 A f (x)dx f (t)d(t) 0 T 0 2 0 2 T 1 2 A f (x)cos(nx)dx f (t)cos(nt)d(t) (n) T 0 0 2 T 1 2 B f (x)sin(nx)dx f (t)sin(nt)d(t) (n) T 0 0 Khi n=1 ta có thành phần hài cơ bản Khi n>=2 ta có thành phần hài bậc cao 21 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong Introduction Phân tích Fourier Nếu: Um(n) - Biên độ thành phần sóng hài bậc n (n) – Góc lệch pha hài bậc n 2 2 B(n) Um(n) A(n) B(n) n arctan( ) A (n) Khi đó u(x) A0 U m(n) sin(nx n ) n 1 u(t) A0 U m(n) sin(nt n ) n 1 22 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 8
9. 1/21/2013 Introduction Phân tích Fourier Trị hiệu dụng thành phần hài bậc n U A2 B2 U m(n) (n) (n) (n) 2 2 Trị hiệu dụng 2 2 2 2 2 2 Um(n) Urms U0 U(1) U(2) U(n) U0  n 1 2 U0 – Thành phần DC 23 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong Introduction Phân tích Fourier Công suất trung bình Pd U0 I0 U(n) I(n) cos( n _U n _ I ) n 1 U m(n) Im(n) Pd U0 I0  cos( n _U n _ I ) n 1 2 24 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 9
10. 1/21/2013 Introduction Thông số đánh giá Chất lượng các bộ biến đổi được đánh giá bởi các thông số của điện áp và dòng điện ngõ ra Hệ số hài bậc n (n>1) U()n HFn U(1) U1 - trị hiệu dụng thành phần hài cơ bản, Un - trị hiệu dụng thành phần hài bậc n. 25 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong Introduction Hệ số méo dạng toàn phần - Total Harmonic Distortion (THD) 22 1 UUrms (1) THD U 2 UU ()n (1)n 2,3, (1) Hệ số méo dạng - Distortion Factor (DF) 2 1 U()n DF  2 Un(1) n 2,3, 26 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 10
11. 1/21/2013 Introduction Hệ số méo dạng của thành phần bậc n (n>1) V DF ()n n Vn2 (1) Thành phần hài bậc thấp - Lowest order harmonic (LOH) là thành phần hài có tần số gần với tần số cơ bản và biên độ lớn hơn hoặc bằng 3% thành phần cơ bản. 27 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong Introduction Ví dụ Ví dụ 4: Hãy phân tích Fouries dòng điện có dạng đồ thị như hình vẽ. Tìm trị hiệu dụng hài cơ bản, trị hiệu dụng dòng điện, và độ méo dạng toàn phần THD dòng điện này. i(t) Ia 2 3 wt -Ia 28 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 11
12. 1/21/2013 Introduction Ví dụ Ví dụ 5: Hãy phân tích Fouries điện áp có dạng đồ thị như hình vẽ. Tìm trị hiệu dụng hài cơ bản, trị hiệu dụng và độ méo dạng toàn phần THD điện áp này. Xác định công suất tiêu thụ trên tải nếu tải là thuần trở u(t) U m sint U m 220 2(V) f 50Hz 32 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong Power Electronics For Building  THANK YOU FOR YOUR ATTENTION 38 1/21/2013 12