Môn học

ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Giảng viên: TS.Phạm Công Thành
Bô Môn: Điện Công Nghiệp
Khoa Điện – Điện Tử
Email:

January 15 2014

© Phaïm Coâng Thaønh

1


Nội dung môn học






Các hệ thức và khái niệm cơ bản (Relations and basic concepts)
Các phần tử bán dẫn công suất (Power semiconductor devices)
Bộ chỉnh lưu (Rectifier or AC to DC Converters)
Bộ băm (Buck-Boost converters or DC to DC Converters)
Bộ nghịch lưu (Inverters or DC to AC Converters)

January 15 2014

© Phaïm Coâng Thaønh

4. Giao thông vận tải
 Điều khiển động cơ xe hơi điện
 Nạp acquy xe hơi điện
 Các hệ thống tàu điện, tàu điện ngầm
5. Hệ thống điện
 Truyền tải điện DC cao áp (HVDC)
 Bộ bù tĩnh
 Hệ thống máy phát dùng nguồn năng
lượng tái sinh (renewable energy):
năng lượng mặt trời, năng lượng
gió…
 Các hệ thống tích trữ năng lượng
(energy storage systems)
6. Hàng không
 Hệ thống điện tàu con thoi
 Hệ thống điện của các vệ tinh
 Hệ thống điện máy bay
7. Viễn thông
 Bộ nạp bình acquy
 Bộ nguồn (DC, UPS)

© Phaïm Coâng Thaønh

3


Ví dụ ứng dụng của bộ biến đổi ĐTCS
• Ứng dụng các bộ biến đổi ĐTCS giúp tiết kiệm năng lượng,
nâng cao chất lượng đáp ứng của thiết bị.



© Phaïm Coâng Thaønh

4


Sơ đồ khối Bộ biến đổi

Pin

Mạch
động lực

Pout
Tải

Tín hiệu
điều khiển
Mạch
điều khiển

Tín hiệu hồi tiếp
Tín hiệu đặt

Lưu ý là các mạch ĐTCS hoạt động theo chế độ đóng-ngắt (switch-mode)
 Hiệu suất mạch ĐTCS cao

January 15 2014

© Phaïm Coâng Thaønh

suất thấp và cồng
kềnh

b. Dạng sóng điện áp ngõ vào vd và ngõ ra vo

January 15 2014

© Phaïm Coâng Thaønh

6


Bộ ổn áp xung
Mạch động lực

Tải

Nguồn
lưới

Biến áp

Chỉnh lưu

Mạch lọc
thông thấp

tần số cao

Chỉnh lưu


Transistor hoạt động như một khóa đóng ngắt  hiệu suất cao

Biến áp, mạch lọc hoạt động ở tần số cao  kích thước nhỏ
Điện áp ngõ ra thay đổi bằng cách điều khiển độ rộng xung (tỉ lệ ton/Ts)
January 15 2014
© Phaïm Coâng Thaønh

8


Chế độ hoạt động của BBĐ
Chế độ
chỉnh lưu
Bộ biến đổi
Chế độ
nghịch lưu

Bộ biến đổi 1

Bộ biến đổi 2

Nguồn
lưới

January 15 2014

© Phaïm Coâng Thaønh

9

1
i
t
.
dt

10.dt 6 A


0

0.5 0

â Phaùm Coõng Thaứnh


Ví dụ 2:

Tính trị trung bình điện áp chỉnh lưu của bộ chỉnh lưu cầu 1 pha không điều
khiển. Hàm điện áp chỉnh lưu có dạng u=Um.⎢sin(ω.t) ⎢; với Um=220√2 [V];
ω=314[rad/s].

  314  100
T  10.103  102
T  
T

T

1

Các trường hợp thường gặp:
Tải R:
Quan hệ giữa điện áp và dòng điện tức thời qua điện trở R cho bởi:
uR=R.iR
Lấy trò trung bình hai vế ta có:
URAV=R.IRAV
Tải L:

diL
uL  L
dt

Ở chế độ xác lập iL(t0) = iL(t0+Tp), trị trung bình điện áp trên L được xác định bằng
cách lấy tích phân hai vế của hệ thức trên trong thời gian (t0 tới t0+Tp).
Kết quả thu được: ULAV=0
Tải RL:
Tương tự, ta có:

ut  Rit  L

dit
dt

Trò trung bình áp: UtAV=R.ItAV + ULAV=R.ItAV
Từ đó: ItAV=UtAV/R

January 15 2014

© Phạm Công Thành


X 0

X  T

Trường hợp dòng qua tải không đổi theo thời gian i=const=IAV, công suất trung
bình qua tải bằng tích của điện áp trung bình và dòng điện:
PAV=UAV.I=UAV.IAV

January 15 2014

© Phạm Công Thành


Trò hiệu dụng của một đại lượng (Chỉ số RMS ...Root Mean Square)
Giả thiết đại lượng i biến thiên theo thời gian theo một hàm tuần hồn với chu kỳ T hoặc
với chu kỳ theo góc X= Tpω. Trị hiệu dụng của đại lượng i được tính theo cơng thức:

I RMS

1

T

t0  T



i 2  t  dt 

t0

.
.d  2t  
T 0
2T 0
2
T

U RMS

T

 2t  sin  2t   0 U m
 Um .

2.2.T
2
T

Cách 2
T

U RMS

T

1
1
2
2


 U
 m

2



Ví dụ:
Cho hàm u1và u2 với tính chất sau:

u
u1  
0

u0
u0

u u  0
u2  
-u u  0

b. Xác định trị trung bình và hiệu dụng của các điện áp u1 và u2 nêu trên.
January 15 2014

© Phaïm Coâng Thaønh


Trị trung bình
T
2

2

U 2 av



T
2

1
2
 . U m .sin t .dt 
. U m .sin t .d t  
T 0
T 0
2

2.  U m .cos t  

T

January 15 2014

T
2
0

2.2.U m 2.U m



2

  m  220 2 V
 Um .
4T
4T
2
2
T
2
0

 Um

U 2 RMS 

 Um

T
2

T
2

T
2

1  cos  2t 
1
2

  m  220 2  220V
2T
2
2

© Phaïm Coâng Thaønh


u = |Umsint| = |Umsin|,
vi Um, l hng, t l bin thi gian. Hm ny cú bin l gúc = t v tun hon
vi chu k . th ca hm nh hỡnh 1.1.



Tr trung bỡnh ca hm l:

2U m
1
U d U m sin d
0



Tr hiu dng ca hm l:

January 15 2014

U RMS

1


T
T
T


1
1
2
2
2

. u  t dt 
.   U m dt   0 dt 

T 0
T  0
T


© Phaïm Coâng Thaønh


Hệ số công suất:
Hệ số công suất λ hoặc PF (Power Factor) đối với một tải được định nghĩa bằng tỉ số
giữa công suất tiêu thụ P và công suất biểu kiến S mà nguồn cấp cho tải đó.

  PF 

P


S 2   mUI   m 2U 2  I12  I 22  I 32  ...  I n2 

 m 2U 2 I12  sin 2 1  cos 2 1   m 2U 2  I 22  I 32  ...  I n2 
 m 2U 2 I12 sin 2 1  m 2U 2 I12 cos 2 1  m 2U 2  I 22  I 32  ...  I n2 
 P Q m U
2
1

2
1

2

n

2

I
j 2

2
j

 S 2  P12  Q12  D 2

January 15 2014

© Phạm Công Thành




Hệ số méo dạng (Distortion Factor-DF)
Được định nghĩa bằng tỉ số trị hiệu dụng thành phần hài cơ bản và trị hiệu dụng
đại lượng dòng điện:
DF 

I 1
I

Quan hệ giữa hệ số công suất và hệ số méo dạng vì thế liên hệ theo hệ thức:

PF=DF.cos1
Độ méo dạng tổng do sóng hài (Total Harmonic Distortion-THD):
Là đại lượng dùng để đánh giá tác dụng của các sóng hài bậc cao (2,3,...) xuất hiện trong
nguồn điện, cho bởi hệ thức:


THD 

I
j 1

2
j

I 1

Trong trường hợp đại lượng I không chứa thành phần DC, ta có:


Hóy xỏc nh:
a. Hm cụng sut tc thi ca ti
b. Cụng sut tc thi ln nht
c. Cụng sut trung bỡnh ca ti
2. in ỏp v dũng in trờn ti l nhng hm tun hon theo thi gian vi chu
k T=100ms.

January 15 2014

â Phaùm Coõng Thaứnh