Bài giảng Điện tử công suất - Chương 1 Tổng quan điện tử công suất (P1)

1/21/2013 1 1 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 2 Power Electronics ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT PGS.TS Lê Minh Phương Khoa Điện –Điện Tử Trường ĐHBK TPHCM TPHCM 2012 1/21/2013 2 3 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 Contents – Nội dung PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 4 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 References PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 1/21/2013 3 5 Power Electronics Chương 1 TỔNG QUAN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT PGS.TS Lê Minh Phương Khoa Điện –Điện Tử Trường ĐHBK TPHCM TPHCM 2012 6 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. Introduction PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 1/21/2013 4 7  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. Introduction PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 8 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 Introduction PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 1/21/2013 5 9 Cấu trúc của bộ biến đổi PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 NGUỒN ĐIỆN MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TẢI MẠCH ĐIỀU KHIỂN Nguồn điện: AC hoặc DC Tải : -Động cơ -Tải nhiệt - Đèn chiếu sáng -. MẠCH LÁI MẠCH VÒNG HỞ 10 Ví dụ về bộ biến đổi Cấu trúc của bộ biến đổi PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 Bộ biến tần 3 pha điều khiển động cơ không đồng bộ (vòng hở) 1/21/2013 6 11 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. Cấu trúc của bộ biến đổi PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha 12 MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Cấu trúc của bộ biến đổi PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 Bộ biến đổi điện áp xoay chiều 1/21/2013 7 13 MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Cấu trúc của bộ biến đổi PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 Bộ Step-Up DC/DC converter Bộ chỉnh lưu PWM 14 MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Cấu trúc của bộ biến đổi PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 Bộ nghịch lưu áp 3 pha 1/21/2013 8 15 MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Cấu trúc của bộ biến đổi PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 Bộ nghịch lưu áp đa bậc 16 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. Introduction PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 DSP – Digital Signal Processing (Texas Instrument, Microchip) 1/21/2013 9 17 MẠCH ĐIỀU KHIỂN Introduction PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 FPGA – Field Programmable Gate Array (Xilinx and Altera ) 18 Cấu trúc của bộ biến đổi PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 NGUỒN ĐIỆN MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TẢI MẠCH ĐIỀU KHIỂN MẠCH HỒI TIẾP MẠCH LÁI MẠCH VÒNG KÍN 1/21/2013 10 19 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 Introduction PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 20 Mạch hồi tiếp – mạch cảm biến Introduction PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 1/21/2013 11 21 Cấu trúc của bộ biến đổi PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 MẠCH LÁI Ví dụ về bộ biến đổi Bộ biến tần 3 pha điều khiển động cơ không đồng bộ (vòng kín) 22 BỘ CHỈNH LƯU Rectifiers (AC/DC) PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 ~ = AC input DC output U1,I1,f1 U2,I2,f2 f1=50-60Hz f2=0Hz Chức năng: biến đổi điện áp, dòng điện xoay chiều thành điện áp dòng điện một chiều CÁC BỘ BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤT 1/21/2013 12 23 Bộ biến đổi điện áp xoay chiều AC-AC Convertor PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 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 ~ AC input AC output U1rms=const,I1,f1 U2rms=var,I2,f2 f1=50-60Hz ~ f2=50-60Hz CÁC BỘ BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤT 24 AC-AC Cycloconverter PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 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 ~ AC input AC output U1rms=const,I1,f1 U2rms=var,I2,f2 f1=50-60Hz ~ f2=var CÁC BỘ BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤT 1/21/2013 13 25 Bộ biến đổi điện áp một chiều DC/DC Converter PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 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 CÁC BỘ BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤT DC input DC output U1average=const,I1,f1 U2average=var,I2,f2 f1=0Hz f2=0Hz = = 26 Bộ nghịch lưu - DC/AC converters PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 Chức năng: biến đổi năng lượng từ nguồn điện một chiều không đổi sang dạng năng lượng xoay chiều DC input AC output U1,I1,f1 U2rms=var,I2,f2 f1=0Hz ~ f2=var = CÁC BỘ BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤT 1/21/2013 14 27 Bộ nghịch lưu - DC/AC converters PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 Chức năng: biến đổi năng lượng từ nguồn điện một chiều không đổi sang dạng năng lượng xoay chiều DC input AC output U1,I1,f1 U2rms=var,I2,f2 f1=0Hz ~ f2=var = CÁC BỘ BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤT 28 Bộ biến tần gián tiếp AC-DC-AC CÁC BỘ BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤT PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 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. DC AC output U2rms=var,I2,f2 ~ f2=var = ~ = AC input U1,I1,f1 f1=50-60Hz 1/21/2013 15 29 Nguồn điện – Power supply ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 UPS –Uninterruptible Power Supply DC switching power supply 30 Nguồn điện – Power supply ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 UPS –Uninterruptible Power Supply DC switching power supply 1/21/2013 16 31 Nguồn điện – Power supply PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 UPS –Uninterruptible Power Supply DC switching 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 ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 32 PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 DC motor control AC motor control ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Điều khiển động cơ – Motor control 1/21/2013 17 33 Điều khiển động cơ – Motor control PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 DC motor control AC motor control ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 34 Điều khiển động cơ – Motor control PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT DC motor control AC motor control 1/21/2013 18 35 Điều khiển động cơ – Motor control PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 Inverter – Biến tần ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 36 Điều khiển động cơ – Motor control PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Inverter – Biến tần 1/21/2013 19 37 Active filter – Bộ lọc sóng hài PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 Active power filter topologies implemented with PWM-VSI: (a) shunt active power filter; (b) series active power filter; and (c) hybrid active power filter. ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 38 Active filter – Bộ lọc sóng hài PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 1/21/2013 20 39 Năng lượng mặt trời – Solar Inverter PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 Không kết lưới Có kết lưới ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 40 Năng lượng mặt trời – Solar Inverter PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 Solar Inverter ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 1/21/2013 21 41 Năng lượng gió – Wind energy PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 DFIG Turbine ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 42 Năng lượng gió – Wind energy PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 DFIG Turbine ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 1/21/2013 22 43 Năng lượng gió – Wind energy PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 DFIG Turbine ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 44 Ứng dụng trong hệ thống điện PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 1/21/2013 23 45 Ứng dụng trong hệ thống điện PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 46 Ứng dụng trong hệ thống điện PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 1/21/2013 24 47 HVDC PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 48 HVDC PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 1/21/2013 25 49 Lighting systems PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 50 Lighting systems PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 1/21/2013 26 51 Power Electronics For Building THANK YOU FOR YOUR ATTENTION  1/21/2013