Giáo trình Mô đun Điện tử công suất - Điện dân dụng
Cấu tạo của Điốt công suất:
Nghiên cứu hiện tượng vật lý tại mặt ghép P – N (hình 1.1) là cơ sở để
giải thích được rõ ràng nguyên lý làm việc của các thiết bị bán dẫn.
Gọi P là vật liệu bán dẫn, dẫn điện theo lỗ; gọi n là vật liệu bán dẫn, dẫn
điện theo điện tử. Đem vật liệu P hàn vào vật liệu N, ta có mặt ghép P – N là nơi
xảy ra những hiện tượng vật lý cực kỳ quan trọng.
- Các lỗ của vùng P trong chuyển động tương đối tràn sang vùng N là nơi
có ít lỗ.
- Các điện tử của vùng N chạy sang vùng P là nơi có ít điện tử.
Đây là hiện tượng khuếch tán. Kết quả là tại miền - h < x="">< 0="" điện="">
dương ít đi và điện tích âm tăng lên.
Tại miền 0 <>< h="" điện="" tích="" dương="" tăng="" lên="" và="" điện="" tích="" âm="" giảm="">
Ta gọi p là mật độ lỗ, n là mật độ điện tử, vùng –h < 0="">< h="" là="" vùng="">
tiếp. Trong vùng chuyển tiếp rộng khoảng 0,01 đến 0,1m mật độ điện tử và lỗ
trống đều rất nhỏ nên dẫn điện kém, được gọi là vùng chuyển tiếp.
Trong vùng chuyển tiếp hình thành một điện – trường – nội – tại, ký hiệu
là E có chiều từ vùng N hướng về vùng P. Người ta cũng còn gọi điện trường
nội tại này là barie điện thế, (khoảng 0,6 đến 0,7V đối với vật liệu Si)
Điện trường nội tại E1, ngăn cản sự di động của các điện tích đa số (điện
tử của vùng N và lỗ của vùng P)và làm dễ dàng cho sự di động của các điện tích
thiếu số (điện tử của vùng P và lỗ của vùng N). Sự di chuyển của các điện tích
thiểu số hình thành dòng điện ngược, còn gọi là dòng điện rò.
Trang 1
Trang 2
Trang 3
Trang 4
Trang 5
Trang 6
Trang 7
Trang 8
Trang 9
Trang 10
Tải về để xem bản đầy đủ
Tóm tắt nội dung tài liệu: Giáo trình Mô đun Điện tử công suất - Điện dân dụng
ụng phương pháp điều chế bề rộng xung. Để cho điện áp ra có dạng gần với hình sin hơn người ta tìm cách phối hợp các xung điều khiển bộ nghịch lưu. Điều này được thực hiện bằng cách tạo ra một sóng sin chuẩn mong muốn và so sánh nó với một dải xung tam giác. Giao điểm giữa hai sóng đó xác định các thời điểm mồi các Thyristor. Khi muốn giảm biên độ sóng cơ bản đi một nửa thì sóng chuẩn hình sin cũng phải giảm đi một nửa. Khi giảm tần số sóng chuẩn hình sin thì số xung ở mỗi chu kỳ sẽ tăng lên. Để tránh điện áp có các khoảng bằng không người ta cũng có thể điều khiển bộ nghịch lưu sao cho nguồn một chiều luôn nối với tải do việc mồi các Thyristor T1 và T2 từng đôi một, và một đôi khác gồm T3 – T4 – T5 – T6. Xét nguyên lý làm việc của bộ nghịch lưu Thyristor theo phương pháp điều khiển xung như hình sau. 3.2. Ứng dụng: Đặc tính khởi động của biến tần cho phép khống chế dòng khởi động không vượt quá dòng định mức của động cơ, do đó tiết kiệm điện năng khi khởi động. Với những ứng dụng đặc tính tải thay đổi, như băng tải, khi đầy tải, khi non tải, thường động cơ hoạt động non tải. Biến tần điều chỉnh tốc động động cơ cho phù hợp với yêu cầu tải thực tế, tối ưu được việc sử dụng điện năng. Hình dạng và giá trị điện áp ra không phụ thuộc phụ tải, dòng điện tải xác định. Điện áp ra có độ méo phi tuyến lớn, có thể không phù hợp với một số loại phụ tải. Hệ số công suất của sơ đồ không đổi, không phụ thuộc vào tải. Tuy nhiên phải qua nhiều khâu biến đổi và hiệu suất kém, do đó chỉ phụ thuộc cho tải nhỏ, dưới 30kW. Ngày nay biến tần nguồn áp được chế tạo chủ yếu với điện áp biến điệu bề rộng xung. Ứng dụng biến tần với công suất điều khiển lớn sử dụng để: - Điều khiển động cơ không đồng bộ công suất từ 15 đến trên 600kW với tốc độ khác nhau; - Điều chỉnh lưu lượng của bơm, lưu lượng không khí ở quạt ly tâm, năng suất máy, năng suất băng tải ; - Ổn định lưu lượng, áp suất ở mức cố định trên hệ thống bơm nước, quạt gió, máy nén khí ... cho dù nhu cầu sử dụng thay đổi; - Điều khiển quá trình khởi động và dừng chính xác động cơ trên hệ thống băng tải; 107 - Biến tần công suất nhỏ từ 0,18- 14 kW có thể sử dụng để điều khiển những máy công tác như: cưa gỗ, khuấy trộn, sao chè, nâng hạ ... 4. ĐIỀU KHIỂN NĂNG SUẤT LẠNH DÙNG BIẾN TẦN: Công nghệ điều khiển dùng biến tần ra đời là một bước đột phá trong việc đưa hao phí năng lượng đến mức thất nhấp. Công nghệ điều khiển dùng biến tần thay thế bộ biến áp và tụ điện thông thường bằng mạch biến tần phát công suất làm lạnh ở các mức năng lượng thấp, trung bình và cao với nhiều ưu điểm. Tiết kiệm năng lượng tối đa với việc cung cấp mức phát đều đặn liên tục ngay cả khi chọn mức Medium hoặc Low. Đây là điểm khác biệt lớn so với mọi máy thông thường, chỉ có thể tạo hiệu suất liên tục khi chọn chế độ phát ở mức High, còn các chế độ khác chỉ thực hiện được bằng cách ngắt quãng. Ngoài ra, với công nghệ này, không khí lạnh sẽ truyền nhẹ nhàng sâu vào bên trong phòng, tránh tình trạng không khí lạnh tập trung cục bộ tại khu vực gần dàn lạnh, cho phép nâng cao hiệu suất điện năng. Hình 10.15. Sơ đồ nối dây và cấu hình hệ thống ứng dụng biến tần trong hệ thống điều hòa không khí. 108 Với máy lạnh dùng biến tần, khi khởi động sẽ ở công suất thấp (ví dụ khoảng 20%), máy lạnh tăng từ từ công suất lên cho đến khi đạt độ lạnh cần thiết, tiếp đó cảm biến sẽ báo về bộ xử lý và bộ xử lý sẽ chỉ thị cho máy nén lạnh giảm từ từ công suất xuống trở lại. Hình 10.16. Sơ đồ mạch động lực biến tần điều khiển nhiều động cơ Hình 10.17.Sơ đồ mạch điện Đối với động cơ điện điều khiển bật – tắt – bật tốn nhiều năng lượng hơn chế độ khởi động từ từ, tại thời điểm bật – tắt – bật, động cơ chỉ ở hai chế độ nó chỉ có 2 chế độ 100% và 0% . Bên cạnh đó, máy lạnh dùng biến tần giúp điều chỉnh tăng giảm công suất từ từ theo yêu cầu tải lạnh, khi yêu cầu tải thấp, công suất cũng thấp tương ứng do đó giải được bài toán tiết kiệm năng lượng. Biến tần được lắp đặt trong bơm nước lạnh, bơm nước giải nhiệt, quạt dàn lạnh (AHU, PAU), tháp giải nhiệt 109 Hình 10.18.Lắp đặt biến tần cho quạt dàn ngưng, tháp, bơm nước hệ thống giải nhiệt. 5. TÌM HIỂU BIẾN TẦN TRÊN HỆ THỐNG MÁY ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ KHO LẠNH..: Trong hệ thống điều hòa không khí, kho lạnh, khả năng biến đổi công suất ra của công nghệ biến tần cho phép điều chỉnh nhiệt độ được chính xác hơn. Nếu hệ thống đó không sử dụng máy điều hòa không khí không sử dụng công nghệ biến tần kiểm soát nhiệt độ bằng cách bật/tắt máy nén, khiến nhiệt độ thay đổi liên tục. Với các loại máy sử dụng công nghệ biến tần, nhiệt độ trong phòng luôn luôn đảm bảo ổn định. Hệ thống điều hòa không khí, kho lạnh là một trong những thiết bị tiêu thụ điện lớn nhất trong các thiết bị tiêu dùng. Do đó, các nhà sản xuất máy điều hòa đưa ra những dòng sản phẩm tiết kiệm điện dùng công nghệ biến tần có khả năng tiết kiệm điện từ 30% đến 50% so mới các máy thông thường tiết kiệm điện năng nhằm giảm chi phí tiền điện. Công nghệ biến tần đã tạo được bước đột phá, làm cho hao phí năng lượng đến mức thấp nhất. Công nghệ biến tần điều chỉnh công suất phù hợp với yêu cầu tải lạnh ở các mức khác nhau. Hình 10.19. Biến tần điều khiển hệ thống quạt thông gió, quạt làm mát. 110 1. Biến tần điều khiển bơm nhiệt 2. Bể chứa 3. Hệ thống thu hồi nước 4. Hệ thống phân phối nước 5. Hệ thống sưởi ấm sàn 6 + 7. Quạt Máy lạnh có bộ biến tần sẽ giúp tiết kiệm 30%- 50% lượng điện tiêu thụ so với loại thông thường không sử dụng công nghệ biến tần có cùng công suất. Công nghệ biến tần biến đổi dòng điện hai chiều (AC) thành dòng điện một chiều (DC). Motor một chiều (DC) hiệu suất cao sử dụng lực từ để vận hành chính xác máy nén giúp giảm đáng kể lượng điện năng tiêu thụ so với motor hai chiều (AC) trong các dòng máy lạnh thông thường không sử dụng công nghệ biến tần này. Chính nhờ bộ biến tần mà biên độ thay đổi nhiệt độ trong phòng cũng rất nhỏ (khoảng 0,5 độ C), không bị ảnh hưởng bởi thời tiết bên ngoài. Nhờ đó làm cho không khí trong phòng lạnh đều và sâu hơn. Ngoài ra, cũng nhờ hiệu suất điện năng được nâng cao làm không khí phòng nhanh chóng đạt đến nhiệt độ mong muốn (làm lạnh nhanh). Ngay khi bật hệ thống điều hoàn, máy sẽ cung cấp lượng điện năng vừa đủ để nhanh chóng làm lạnh trong phòng. Nó cho phép đạt đến mức nhiệt độ yêu cầu nhanh gấp 1,5 lần so với các loại hệ thống khác không sử dụng công nghệ biến tần. Hình 10.20.Biến tần sử dụng trong bơm nước hệ thống làm lạnh. 111 Hình 10.21.Biến tần cho quạt làm lạnh 6. THIẾT BỊ BIẾN TẦN 3 PHA MICROMASTER 440 CỦA SIEMENS: MICROMASTER 440 – 6SE6440 có công suất định mức: Công suất từ 0.37 kW đến 200 kW đối với điện áp vào 3 pha AC 380V đến 480V. Công suất từ 0.12 kW đến 3.0 kW đối với điện áp vào 1 pha 200V đến 240V. Công suất từ 0.12 kW đến 45.0 kW đối với điện áp vào 3 pha 200V đến 240V, tần số đầu vào 50/60Hz. Điện áp định mức tín hiệu ra: 3 pha 220VAC hoặc 380VAC tùy theo chọn mã hàng, tần số tín hiệu ra từ 0Hz đến 650Hz. - Các đầu đấu nối vào và ra: 6 đầu vào số, 2 đầu vào tương tự, 3 đầu ra rơle, 2 đầu ra tương tự, 1 cổng RS485, 15 cấp tần số cố định, có tích hợp bộ điều khiển PID, có chức năng hãm DC, hãm tổ hợp và hãm bằng điện trở hay hãm động năng. - Phương pháp điều khiển: V/f tuyến tính,V/f bình phương, V/f đa điểm, điều khiển dòng từ thông, điều khiển vecter, điều khiển Momen. Chức năng bảo vệ: quá tải, thấp áp, quá áp, chạm đất, ngắn mạch, quá nhiệt động cơ, quá nhiệt biến tần. Hình 10.22.Biến tần Micromaster 440 của Siemens 112 - Các tuỳ chọn khác như: Bảng điều khiển BOP, AOP, bộ phụ kiện lắp BOP trên cánh tủ, bộ ghép nối PC, đĩa CD cài đặt, modul profibus, bộ lọc đầu vào, bộ lọc đầu ra, đặc biệt là có thể gắn modul encoder * Ứng dụng: Cho các ứng dụng cao cấp điều khiển chính xác (Cần trục, cầu trục, máy nâng hạ, cân động, máy đùn.) với công suất nhỏ hơn 250 kW . 6.1. Sơ đồ cấu trúc: Chỉnh lưu Biến tần Động cơNguồn cấp Bộ lọc Hình 10.23. Cấu trúc của biến tần Trong đó: Khối chỉnh lưu: chuyển đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều. Khối bộ lọc: Hình 10.24.Cấu trúc bên trong của biến tần Micromaster 440 113 Hình 10.25.Sơ đồ nguyên lý 5.2. Các tham số cài đặt: Màn hình BOP hiển thị 5 số, những đèn LED 7 đoạn hiển thị tham số và giá trị cài đặt, tin nhắn cảnh bảo lỗi, điểm đặt và giá trị hoạt động. Những thông tin về tham số không được lưu trên màn hình BOP này. 114 Hình 10.27.Bảng điều khiển Bảng nút ấn Hàm Chức năng Trạng thái hiển thị Hiển thị những giá trị cài đặt trên biến tần Nút khởi động Nút ấn khởi động, mặc định không sử dụng được, nút ấn này chỉ sử dụng khi cài đặt P700 = 1. Nút dừng OFF1: Nút ấn dừng động cơ theo thời gian giảm tốc, mặc định không sử dụng được, nút ấn này chỉ sử dụng khi cài đặt P700 = 1. OFF2: Nhấn nút này 2 lần (hoặc 1 lần giữ lâu) động cơ dừng nhanh, hàm này luôn được sử dụng. Thay đổi chiều quay Nút ấn đảo chiều quay của động cơ khi động cơ đang hoạt động. Khi động cơ đảo chiều, trên màn hình hiển thị dấu “-“ Xoay nhẹ động cơ Khi ấn nút này động cơ khởi động và quay với tần số chạy nhấp cho trước. Khi thả nút ấn ra, động cơ dừng lại. Khi động cơ đang làm việc, ấn nút này không có tác động. Hình 10.26.Màn hình điều khiển bằng phím ấn 115 Nút chức năng Nút này có thể dùng để xem thêm thông tin Khi ta ấn và giữ khoảng 2 giây nút này hiển thị các thông tin sau, bắt đầu từ bất kỳ thông số nào trong quá trình vận hành: 1. Điện áp một chiều trên mạch DC (hiển thị bằng d- đơn vị V). 2. Dòng điện ra (A). 3. Tần số ra (Hz). 4. Điện áp ra (hiển thị bằng o- đơn vị V). 5. Giá trị được chọn trong thông số P0005 (Nếu như P0005 được cài đặt để hiển thị bất kỳ giá trị nào trong số các giá trị từ1-4 thì giá trị này không được hiển thị lại). Ấn thêm sẽ làm quay vòng các giá trị trên bảng hiển thị. Ấn giữ trong khoảng 2 giây để quay về chế độ hiển thị thông thường. Chức năng nhảy Từ bất kỳ thông số nào (ví dụ rxxxx hoặc Pxxxx), ấn nhanh nút Fn sẽ chuyển ngay lập tức nhảy đến r0000, sau đó người sử dụng có thể thay đổi thông số khác, nếu cần thiết. Nhờ tính năng quay trở về r0000, ấn nút Fn sẽ cho phép người sử dụng quay trở về điểm ban đầu. Giải trừ Nếu xuất hiện các cảnh báo và các thông báo lỗi, thì các thông tin này có thể được giải trừ bằng cách ấn nút Fn. Truy nhập thông số Ấn nút này cho phép người sử dụng truy Truy cập các thông số Ấn nút này để truy cập vào từng hàm chức năng. Xác nhận giá trị các tham số. Tăng giá trị Tăng giá trị đang hiển thị. Để thay đổi điểm đặt tần số đặt P1000 = 1. 116 Giảm giá trị Giảm giá trị đang hiển thị. Để thay đổi điểm đặt tần số đặt P1000 = 1. + Trình đơn AOP Gọi trình đơn AOP (chức năng này chỉ có ở AOP). * Các bước và cách thực hiện công việc: 1. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ, VẬT TƯ: (Tính cho một ca thực hành gồm 20HSSV) TT Loại trang thiết bị Số lượng 1 Biến tần Micrimaster 420/4440 một pha/ ba pha 04 cái 2 Khối BOP 04 chiếc 3 Máy tính và phần mềm DriverMonitor 01 bộ 4 Dây kết nối biến tần – máy tính 04 bộ 5 Động cơ xoay chiều 3 pha 04 chiếc 6 Encorder 04 bộ 7 Dây nối 04 bộ 8 Khối nguồn 04 bộ 2. QUI TRÌNH THỰC HIỆN: 2.1. Qui trình tổng quát: STT Tên các bước công việc Thiết bị, dụng cụ, vật tư Tiêu chuẩn thực hiện công việc Lỗi thường gặp, cách khắc phục 1 Bước 1: Kiểm tra thiết bị. Biến tần, động cơ, bộ hiển thị tốc độ, encorder Đặc tính kỹ thuật kèm theo 2 Bước 2: Kết nối hệ biến tần – động cơ - encoder Biến tần, động cơ, bộ hiển thị tốc độ, encoder Theo sơ đồ kết nối. Lỗi kết nối dây truyền thông giữa máy tính và cổng truyền thông BOP. Kiểm tra cổng kết nối, kiểm tra chế độ cài đặt theo tài 3 Bước 3: Kiểm tra và cấp nguồn. Biến tần, động cơ, bộ hiển thị tốc độ, encoder Theo sơ đồ kết nối 117 liệu hướng dẫn. 4 Bước 4: Cài đặt thông số mặc định. + Cài đặt bằng phần mềm điều khiển DriverMonitor. + Cài đặt bằng phím ấn Máy tính, biến tần, động cơ, bộ hiển thị tốc độ, encoder Tài liệu hướng dẫn kèm theo Lỗi: Không cài đặt được chế độ làm việc. Khắc phục: Đọc kỹ tài liệu hướng dẫn và thực hiện cài đặt các tham số theo hướng dẫn. 5 Bước 5: Điều khiển các chế độ làm việc của biến tần: điều khiển vòng kín PID, chế độ điều khiển bám, chế độ điều khiển V/f + Điều khiển thông qua phần mềm DriverMonitor. + Điều khiển bằng phím ấn Biến tần, động cơ, bộ hiển thị tốc độ, encoder Tài liệu hướng dẫn kèm theo Biến tần làm việc không đúng chế độ cài đặt. Kiểm tra các lỗi hiển thị trên khối AOP và tra tài liệu hướng dẫn để tìm lỗi. 4 Bước 6: Ghi chép kết quả thực hành ra bảng báo cáo Biến tần, động cơ, bộ hiển thị tốc độ, encoder Theo yêu cầu của giáo viên hướng dẫn. 2.2. Qui trình cụ thể: 2.2.1. Vận hành, chạy thử mô hình 118 2.2.2. Nhận biết các thiết bị 2.2.3. So sánh 2.2.4. Nộp tài liệu thu thập, ghi chép được cho giáo viên hướng dẫn 2.2.5. Đóng máy, thực hiện vệ sinh công nghiệp * Bài tập thực hành của học sinh, sinh viên: 1. Chuẩn bị thiết bị, dụng cụ, vật tư. 2. Chia nhóm: Chia thành các nhóm 6SV/ bộ thiết bị thực hành 3. Thực hiện qui trình tổng quát và cụ thể. Yêu cầu cài đặt các thông số mặc định từ nhà sản xuất bằng máy tính và bằng phím ấn Cài đặt chế độ làm việc: điều khiển PID, điều khiển bám, điều khiển V/f * Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập: TT Nội dung công việc cần hoàn thành Số điểm Điểm đánh giá Ghi chú 1 Lập bản kế hoạch thực hiện công việc 0,5 2 Nhận biết kí hiệu, hình dạng thực tế của từng loại biến tần: biến tần 1 pha, biến tần 3 pha 1 3 Phân tích nguyên lý hoạt động của biến tần 1,5 4 Lắp đặt và cài đặt các chế độ làm việc của biến tần theo yêu cầu 4 5 Giải thích các chế độ làm việc của biến tần 2 6 Đưa ra mạch ứng dụng trong thực tế 1 Tổng điểm 10 Xếp loại 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Văn Nhờ, Điện tử công suất 1 - Nhà suất bản ĐH Quốc Gia Tp.HCM – 2002. Nguyễn Bính, Điện tử công suất - Nhà xuất bản KHKT Hà Nội - 2000. Trần Văn Thịnh TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – NXB Giáo dục – 2005 Đỗ Xuân Tùng, Trương Tri Ngộ - Điện tử công suất, NXB Xây dựng năm 1999 M.H Rashid, Power electronics - circuits, devices and applications. Pearson Education Inc, Pearson Prentice Hall – 2004. Bimal K.Bose, Prentice Hall PTR, Modern Power Electronics and AC Drives, Condra Chair of Excellence in Power Electronics The University of Tennessee, Knoxville – 2002. Cyril w.Lander Điện tử công suất và điều khiển động cơ điện – NXB khoa học và kỹ thuật, năm 1997 -
File đính kèm:
- giao_trinh_mo_dun_dien_tu_cong_suat_dien_dan_dung.pdf