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

Nội dung text: Giáo trình môn 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 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 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 Introduction Năm 1948 với việc phát minh ra silicon transistor tại phòng thí nghiệm Bell Telephone Laboratories bởi Bardeen, Bratain, and Schockley. Năm 1958 khi Thyristor được ứng dụng bởi hãng General Electric Company. Từ 1975 -1990 ứng dụng BJT (Bipolar Junction Transistor ) và thyristor điều khiển hoàn toàn GTO (Gate Turn Off Thyristor), sau đó là IGBT (Insuled Gate Bipolar Transistor) và MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) Từ 1990 đến nay 70% năng lượng điện sử dụng được biến đổi từ các bộ biến đổi công suất. 6 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 3
4. 1/21/2013 Introduction  Ứng dụng kỹ thuật số và công nghệ điều khiển hiện đại như DSP, FPGA trong ĐTCS  Ứng dụng trong năng lượng tái tạo: năng lượng mặt trời, năng lượng gió. 7 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong Introduction Điện tử công suất là môn học nghiên cứu các linh kiện bán dẫn, các bộ biến đổi công suất và quá trình biến đổi các đại lượng đặc trưng năng lượng điện cho phù hợp với tải như: điện áp, dòng điện, tần số 8 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 4
5. 1/21/2013 Cấu trúc của bộ biến đổi MẠCH VÒNG HỞ MẠCH ĐIỆN TỬ NGUỒN ĐIỆN CÔNG SUẤT TẢI Nguồn điện: AC hoặc DC Tải : -Động cơ MẠCH LÁI -Tải nhiệt - Đèn chiếu sáng - . MẠCH ĐIỀU KHIỂN 9 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong Cấu trúc của bộ biến đổi Ví dụ về bộ biến đổi Bộ biến tần 3 pha điều khiển động cơ không đồng bộ (vòng hở) 10 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 5
6. 1/21/2013 Cấu trúc của bộ biến đổi MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Là mạch kết nối các linh kiện điện tử công suất theo sơ đồ phù hợp với yêu cầu về chức năng của bộ biến đổi công suất. Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha 11 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong Cấu trúc của bộ biến đổi MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Bộ biến đổi điện áp xoay chiều 12 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 6
7. 1/21/2013 Cấu trúc của bộ biến đổi MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Bộ Step-Up DC/DC converter Bộ chỉnh lưu PWM 13 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong Cấu trúc của bộ biến đổi MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Bộ nghịch lưu áp 3 pha 14 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 7
8. 1/21/2013 Cấu trúc của bộ biến đổi MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Bộ nghịch lưu áp đa bậc 15 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong Introduction MẠCH ĐIỀU KHIỂN Mạch điều khiển có nhiệm vụ nhận thông tin của nguồn, tải từ mạch hồi tiếp và thực hiện các giải thuật điều khiển hoạt động của bộ biến đổi để có được kết quả mong muốn. DSP – Digital Signal Processing (Texas Instrument, Microchip) 16 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 8
9. 1/21/2013 Introduction MẠCH ĐIỀU KHIỂN FPGA – Field Programmable Gate Array (Xilinx and Altera ) 17 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong Cấu trúc của bộ biến đổi MẠCH VÒNG KÍN MẠCH ĐIỆN TỬ NGUỒN ĐIỆN CÔNG SUẤT TẢI MẠCH LÁI MẠCH ĐIỀU KHIỂN MẠCH HỒI TIẾP 18 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 9
10. 1/21/2013 Introduction Mạch hồi tiếp – mạch cảm biến Mạch hồi tiếp có nhiệm vụ thu thập thông tin từ nguồn, tải và cung cấp cho mạch điều khiển 19 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong Introduction Mạch hồi tiếp – mạch cảm biến 20 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 10
11. 1/21/2013 Cấu trúc của bộ biến đổi Ví dụ về bộ biến đổi MẠCH LÁI Bộ biến tần 3 pha điều khiển động cơ không đồng bộ (vòng kín) 21 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong CÁC BỘ BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤT BỘ CHỈNH LƯU Rectifiers (AC/DC) Chức năng: biến đổi điện áp, dòng điện xoay chiều thành điện áp dòng điện một chiều U1,I1,f1 U2,I2,f2 ~ AC input = DC output f1=50-60Hz f2=0Hz 22 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 11
12. 1/21/2013 CÁC BỘ BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤT Bộ biến đổi điện áp xoay chiều AC-AC Convertor 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 U2rms=var,I2,f2 ~ AC input AC output ~ f1=50-60Hz f2=50-60Hz 23 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong CÁC BỘ BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤT AC-AC Cycloconverter Chức năng: biến đổi điện áp xoay chiều có trị hiệu dụng và tần số không đổi thành điện áp xoay chiều với trị hiệu dụng và tần số thay đổi được U1rms=const,I1,f1 U2rms=var,I2,f2 ~ AC input AC output ~ f1=50-60Hz f2=var 24 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 12
13. 1/21/2013 CÁC BỘ BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤT Bộ biến đổi điện áp một chiều DC/DC Converter Chức năng: biến đổi điện áp một chiều có trị trung bình không thay đổi thành điện áp một chiều có trị trung bình thay đổi được U1average=const,I1,f1 = U2average=var,I2,f2 DC input DC output = f1=0Hz f2=0Hz 25 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong CÁC BỘ BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤT Bộ nghịch lưu - DC/AC converters Chức năng: biến đổi năng lượng từ nguồn điện một chiều không đổi sang dạng năng lượng xoay chiều U1,I1,f1 = U2rms=var,I2,f2 DC input AC output ~ f1=0Hz f2=var 26 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 13
14. 1/21/2013 CÁC BỘ BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤT Bộ nghịch lưu - DC/AC converters Chức năng: biến đổi năng lượng từ nguồn điện một chiều không đổi sang dạng năng lượng xoay chiều U1,I1,f1 = U2rms=var,I2,f2 DC input AC output ~ f1=0Hz f2=var 27 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong CÁC BỘ BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤT Bộ biến tần gián tiếp AC-DC-AC Chức năng: chỉnh lưu điện áp xoay chiều ngõ vào sau đó chuyển đổi điện áp một chiều thành điện áp xoay chiều có trị hiệu dụng điện áp và tần số thay đổi được. U1,I1,f1 U2rms=var,I2,f2 ~ = AC input DC AC output = ~ f1=50-60Hz f2=var 28 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 14
15. 1/21/2013 UPS –Uninterruptible Power Supply DC switching power supply ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Nguồn điện – Power supply 29 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong UPS –Uninterruptible Power Supply DC switching power supply ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Nguồn điện – Power supply 30 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 15
16. 1/21/2013 UPS –Uninterruptible Power Supply DC switching power supply ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Nguồn điện – Power supply output voltage: 12V DC ± 1% output current: 0 ~ 5A ripple and noise: 120mv power output: 60W max. dimensions: 9.3" L x 3.8" W x 1.38" H (23.6cm x 9.65cm x 3.5cm ) weight: 15.5oz (0.44Kg) input voltage: 85 ~ 264V AC, 47 ~ 63Hz, (L, N, and Ground connections) input rush current: 15A at 110V setup, rise and hold-up time: 200ms, 100ms, 300ms at full load and 230VAC working temperature: -10°C ~ 0°C: 80% load 0°C ~ 50°C: 100% load 50°C ~ 60°C: 60% load operating humidity conditions: 20% ~ 90%RH overload protection: 105% ~ 150% fold back current limiting with auto-recovery withstand voltage (max. 1min): I/P - O/P: 1.5kVAC I/P - FG: 0.5kVAC DC adjustment range: ± 10% rated output voltage (V adj) efficiency: 74% connection: 5, 7 or 9 pole terminal block, pitch 9.5mm 31 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong DC motor control AC motor control ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Điều khiển động cơ – Motor control 32 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 16
17. 1/21/2013 DC motor control AC motor control ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Điều khiển động cơ – Motor control 33 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong DC motor control AC motor control ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Điều khiển động cơ – Motor control 34 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 17
18. 1/21/2013 Inverter – Biến tần ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Điều khiển động cơ – Motor control 35 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong Inverter – Biến tần ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Điều khiển động cơ – Motor control 36 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 18
19. 1/21/2013 ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Active filter – Bộ lọc sóng hài Active power filter topologies implemented with PWM-VSI: (a) shunt active power filter; (b) series active power filter; and (c) hybrid active power filter. 37 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Active filter – Bộ lọc sóng hài 38 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 19
20. 1/21/2013 Không kết lưới Có kết lưới ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Năng lượng mặt trời – Solar Inverter 39 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong Solar Inverter ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Năng lượng mặt trời – Solar Inverter 40 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 20
21. 1/21/2013 DFIG Turbine ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Năng lượng gió – Wind energy 41 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong DFIG Turbine ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Năng lượng gió – Wind energy 42 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 21
22. 1/21/2013 DFIG Turbine ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Năng lượng gió – Wind energy 43 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Ứng dụng trong hệ thống điện 44 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 22
23. 1/21/2013 ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Ứng dụng trong hệ thống điện 45 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Ứng dụng trong hệ thống điện 46 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 23
24. 1/21/2013 ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT HVDC 47 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT HVDC 48 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 24
25. 1/21/2013 ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Lighting systems 49 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Lighting systems 50 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 25
26. 1/21/2013 Power Electronics For Building  THANK YOU FOR YOUR ATTENTION 51 1/21/2013 26