Bài giảng Điện tử công suất - Chương 1 Tổng quan điện tử công suất (P2)

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 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 Các đại lượng cơ bản Giá trị trung bình (Average) Giá trị hiệu dụng (Root Mean Square -RMS) Power Electronic Devices PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013  T d dtti T I 0 )( 1  T d dttu T U 0 )( 1  T rms dtti T I 0 2 )( 1  T rms dttu T U 0 2 )( 1 1/21/2013 4 7 Các đại lượng cơ bản Công suất trung bình (Average) Công suất tức thời Công suất trung bình Nếu dòng điện không đổi theo thời gian Introduction PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 )()()( titutp       2 00 )()()( 2 1 )()( 1 tdtitudttitu T P T d ddd IUP  8 Quá trình quá độ và chế độ xác lập Introduction PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 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. 1/21/2013 5 9 Hiện tượng nhiễu trong ĐTCS Các khóa bán dẫn đóng ngắt với tần số cao nên có thể gây ra:  Nhiễu cao tần  Bức xạ sóng điện từ Biện pháp khắc phục lọc sóng hài bằng mạch cộng hưởng LC sử dụng tủ kim loại. Sử dụng cáp bọc Introduction PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 Hậu quả  Méo dạng điện áp dòng điện  Giảm hệ số công suất  Nhiễu tín hiệu điều khiển  Phát sinh thành phần hài bậc cao 10 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. Introduction PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 1/21/2013 6 12 Ví dụ Ví dụ 2:Cho điện áp có dạng như hình vẽ. Xác định trị trung bình và trị hiệu dụng điện áp . Introduction PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 tUtu m sin)(  )(2220 VUm  15 Ví dụ Ví dụ 3:Cho điện áp có dạng như hình vẽ. Xác định trị trung bình và trị hiệu dụng điện áp . Introduction PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 tUtu m sin)(  )(2220 VUm  1/21/2013 7 19 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 Introduction PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 20 Phân tích Fourier Giả sử: 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. Theo định luật Fouries ta có thể biểu diễn được viết dưới dạng: Introduction PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 nxBxBxB nxAxAxAAxu n n sin...2sinsin cos..2coscos)( )()2()1( )()2()1(0   tnBtBtB tnAtAtAAtu n n   sin...2sinsin cos..2coscos)( )()2()1( )()2()1(0   Trong đó: A0 – Thành phần một chiều A(1)..A( n) – thành phần COS của hài bậc 1n B(1)B(n) – thành phần SIN của hài bậc 1n 1/21/2013 8 21 Phân tích Fourier Introduction PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013      2 00 0 )()( 2 1 )( 1 tdtfdxxf T A T      2 00 )( )()cos()( 1 )cos()( 2 tdtntfdxnxxf T A T n      2 00 )( )()sin()( 1 )sin()( 2 tdtntfdxnxxf T B T n Khi n=1 ta có thành phần hài cơ bản Khi n>=2 ta có thành phần hài bậc cao 22 Phân tích Fourier Nếu: Um(n) - Biên độ thành phần sóng hài bậc n (n) – Góc lệch pha hài bậc n Khi đó Introduction PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 2 )( 2 )()( nnnm BAU  )arctan( )( )( n n n A B          1 )(0 1 )(0 )sin()( )sin()( n nnm n nnm tnUAtu nxUAxu   1/21/2013 9 23 Phân tích Fourier Trị hiệu dụng thành phần hài bậc n Trị hiệu dụng Introduction PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 22 2 )( 2 )()( )( nnnm n BAU U       1 2 )(2 0 2 )( 2 )2( 2 )1( 2 0 2 ... n nm nrms U UUUUUU U0 – Thành phần DC 24 Phân tích Fourier Công suất trung bình Introduction PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013         1 __ )()( 00 1 __)()(00 )cos( 2 )cos( n InUn nmnm d n InUnnnd IU IUP IUIUP   1/21/2013 10 25 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) U1 - trị hiệu dụng thành phần hài cơ bản, Un - trị hiệu dụng thành phần hài bậc n. Introduction PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 ( ) (1) n n U HF U  26 Hệ số méo dạng toàn phần - Total Harmonic Distortion (THD) Hệ số méo dạng - Distortion Factor (DF) Introduction PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 2 2 (1)2 ( ) 2,3,...(1) (1) 1 rms n n U U THD U U U      2 ( ) 2 2,3,...(1) 1 n n U DF U n           1/21/2013 11 27 Hệ số méo dạng của thành phần bậc n (n>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. Introduction PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 ( ) 2 (1) n n V DF V n  28 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. Introduction PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 i(t) wt 2 3 Ia -Ia 1/21/2013 12 32 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 Introduction PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 )(2220 VUm  tUtu m sin)(  Hzf 50 38 Power Electronics For Building THANK YOU FOR YOUR ATTENTION  1/21/2013