Bài giảng Điện tử công suất - Chương 4 Bộ biến đổi điện áp xoay chiều AC-AC Converter

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 4 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU AC-AC CONVERTER PGS.TS Lê Minh Phương Khoa Điện –Điện Tử Trường ĐHBK TPHCM TPHCM 2012 6 1. Tổng quan về bộ biến đổi điện áp xoay chiều 2. Bộ biến đổi điện áp xoay chiều 1 pha 3. Bộ biến đổi điện áp xoay chiều 3 pha 4. Điều khiển bộ biến đổi điện áp xoay chiều Contents – Nội dung PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 1/21/2013 4 7 Chức năng 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 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU  AC input AC output U1rms=const,I1,f1 U2rms=var,I2,f2 f1=50-60Hz  f2=50-60Hz 8 Ứng dụng Điều khiển động cơ AC Khởi động động cơ không đồng bộ Bù nhuyễn công suất phản kháng Điều khiển các lò nhiệt điện Điều khiển hệ thống chiếu sáng. PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU 1/21/2013 5 9 Phân loại PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 1. Theo số pha 1 pha 3 pha BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU 10 Phân loại PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 2. Theo dạng mạch  Dạng đầy đủ: các linh kiện là SCR  Dạng tiết kiệm: linh kiện là SCR và Diode BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU 1/21/2013 6 11 Phân loại PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU 12 Phân loại PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU 1/21/2013 7 13 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU 1 PHA PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU 14 1. Tải là thuần trở PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU UZ iT1 iT2 T1 UT1 U=Umsinwt T2 R iz UT2 Nguồn xoay chiều 1 pha, tần số 50Hz có trị hiệu dụng U tUu wsinmax 1/21/2013 8 15 PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU Góc điều khiển có thể thay đổi từ 0 đến 1800. -Trị hiệu dụng điện áp tải luôn nhỏ hơn trị hiệu dụng điện áp nguồn - Dòng điện tải gián đoạn Vs T1   T20  T1 wt 023 wt 023 wt 023 VO iO wt 023 VT1 wt 023 iT1 16 Hệ quả PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU 21 sin 2 sin 2( sin ) 1 1 2 22 m Z m U V U t d t U       w w             Trị hiệu dụng điện áp tải Trị hiệu dụng dòng điện tải R U I ZZ       2 2sin 1  Hệ số công suất 1/21/2013 9 17 Hệ quả PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU Công suất tiêu thụ của tải Trị hiệu dụng dòng điện trên SCR Trị trung bình dòng điện trên SCR 2 z z V P R  1 sin . (1 cos ) 2 2 m m VAV V V I t d t R R    w w      sin 2 1 22 2 m z VRMS V I I R         18 Bài tập 1 Cho bộ biến đổi điện áp xoay chiều một pha tải R=10(). Áp nguồn xoay chiều ngõ vào có thông số 220V, f=50Hz. Góc điều khiển SCR của bộ biến đổi là =75o 1. Vẽ giản đồ áp tải uz và dòng tải iz; 2. Tính trị hiệu dụng điện áp tải, dòng tải 3. Vẽ giản đồ điện áp, dòng điện trên các linh kiện 4. Tính công suất tiêu thụ trên tải PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU 1/21/2013 10 19 1. Tải là thuần cảm PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU Nguồn xoay chiều 1 pha, tần số 50Hz có trị hiệu dụng U m sinu U twUZ iT1 iT2 T1 UT1 U=Umsinwt T2 L iz UT2 L=0.2 20 PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU Góc điều khiển có thể thay đổi từ 900 đến 1800. -Trị hiệu dụng điện áp tải luôn nhỏ hơn trị hiệu dụng điện áp nguồn - Dòng điện tải gián đoạn 1/21/2013 11 21 Hệ quả PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU Dòng điện tải trong trạng thái T1 Dòng điện tải trong trạng thái T2 Cực trị của dòng điện tải ]cos[cos t L U I mZ w w  ]cos)[cos( t L U I mZ w w  ]1)[cos(min   wL U I mZ]1[cosmax   wL U I mZ (Um*cos(w))/(L*w) - (Um*cos(t*w))/(L*w) 22 PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU Điện 1/21/2013 12 23 Hệ quả PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU Trị hiệu dụng điện áp tải Trị hiệu dụng dòng điện tải ) 2 2sin 1(2 2 2sin 1)sin( 2 2 2         ww       UUtdtUU mmZ      w w    2sin3 )cos21)(1(2 1 2 2 2    L U tdiI zZ 24 Bài tập 2 Cho bộ biến đổi điện áp xoay chiều một pha tải L=20(mH). Áp nguồn xoay chiều ngõ vào có thông số 220V, f=50Hz. Góc điều khiển SCR của bộ biến đổi là =135o 1. Vẽ giản đồ áp tải uz và dòng tải iz; 2. Tính trị hiệu dụng điện áp tải, dòng tải 3. Vẽ giản đồ điện áp, dòng điện trên các linh kiện 4. Tính Izmax, Izmin PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU 1/21/2013 13 25 1. Tải tổng quát PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU Nguồn xoay chiều 1 pha, tần số 50Hz có trị hiệu dụng U m sinu U twiT1 iT2 T1 UT1 U=Umsinwt T2 R iz L UT2 R=10;L=0.05 f57.5 Góc tới hạn là góc điều khiển mà dòng điện tải ở ranh giới giữa chế độ dòng điện gián đoạn và dòng liên tục. Góc điều khiển có thể thay đổi từ góc tới hạn đến 1800. -Trị hiệu dụng điện áp tải luôn nhỏ hơn trị hiệu dụng điện áp nguồn - Dòng điện tải gián đoạn )( R L arctg w   26 PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU 1/21/2013 14 27 Hệ quả PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU Dòng điện tải trong trạng thái T1 Dòng điện tải trong trạng thái T2 2 2 [sin( ) sin( ) ] ( ) t m Z U i t e R L  w ww f  f w       ])))sin()[sin( )( )( 22 w w w w t m Z et LR U I     (Um*exp((R*alpha)/L)*(cos(alpha) - (R*sin(alpha))/L))/(L*exp((R*t)/L)*(R^2/L^2 + 1)) - (Um*(cos(t) - (R*sin(t))/L))/(L*(R^2/L^2 + 1)) 28 PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU 1/21/2013 15 29 PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU 30 Power Electronics For Building THANK YOU FOR YOUR ATTENTION  1/21/2013