Giới thiệu về điện tử công suất

Điện tử công suất là một trong những môn học quan trọng của kỹ thuật điện, một ngành kỹ thuật vốn đã có rất nhiều tân tiến trong thời hạn gần đây và đã tác động ảnh hưởng đến đời sống con người trong hầu hết mọi nghành. Bản thân tất cả chúng ta sử dụng rất nhiều ứng dụng điện tử công suất trong đời sống hàng ngày mà không hề nhận ra .
Chúng ta hoàn toàn có thể định nghĩa điện tử công suất là một môn học tích hợp giữa kỹ thuật điện, điện tử tựa như, linh phụ kiện bán dẫn và mạng lưới hệ thống điều khiển và tinh chỉnh. Chúng ta dựa vào những nguyên tắc cơ bản của mỗi môn học và vận dụng nó một cách hỗn hợp để có được một dạng nguồn năng lượng điện được kiểm soát và điều chỉnh. Bản thân nguồn năng lượng điện không hề sử dụng được cho đến khi nó được chuyển hóa thành dạng nguồn năng lượng hữu hình như hoạt động, ánh sáng, âm thanh, nhiệt, v.v … Để kiểm soát và điều chỉnh những dạng nguồn năng lượng này, một cách hiệu suất cao là kiểm soát và điều chỉnh chính nguồn năng lượng điện và đó cũng chính là trách nhiệm của điện tử công suất .
Chúng ta hoàn toàn có thể thấy được sự tân tiến vượt bậc trong nghành nghề dịch vụ điện tử công suất khi nhìn lại sự tăng trưởng của thyristor thương mại hoặc Silicon Controlled Rectifier ( SCR ) của công ty General Electric vào năm 1958. Trước đó, việc điều khiển và tinh chỉnh nguồn năng lượng điện đa phần được thực thi bằng cách sử dụng thyratron và những bộ chỉnh lưu thủy ngân hoạt động giải trí trên nguyên tắc của những hiện tượng kỳ lạ vật lý trong chất khí và hơi .

Sau SCR, nhiều linh kiện điện tử công suất lớn đã ra đời như GTO, IGBT, SIT, MCT, TRIAC, DIAC, IEGT, IGCT, v.v. Các linh kiện này có thông số định mức lớn, đến hàng vài ngàn vôn và ampe, không giống như các linh kiện điện tử tín hiệu với mức tín hiệu hoạt động chỉ vài vôn và mili ampe.

Linh kiện bán dẫn công suất

Để đạt được mục tiêu của điện tử công suất, những linh phụ kiện được sản xuất để hoạt động giải trí như một công tắc nguồn. Tất cả những linh phụ kiện điện tử công suất hoạt động giải trí giống như một công tắc nguồn và có hai chính sách, đó là TẮT và DẪN .
Chúng ta biết rằng, một transistor lưỡng cực BJT có ba vùng hoạt động giải trí trong đặc tính ngõ ra của nó, đó là vùng tắt, vùng khuếch đại và vùng bão hòa. Trong điện tử tựa như, tất cả chúng ta hoàn toàn có thể phân cực cho BJT để nó hoạt động giải trí trong vùng khuếch đại. Tuy nhiên, trong điện tử công suất, BJT chỉ hoạt động giải trí trong vùng tắt khi nó ngưng dẫn và trong vùng bão hòa khi nó dẫn điện .
Khi những linh phụ kiện hoạt động giải trí như một công tắc nguồn, chúng phải tuân theo đặc tính cơ bản của một công tắc nguồn, tức là khi ở trạng thái DẪN, điện áp trên linh phụ kiện gần bằng 0 và có dòng điện chạy qua nó, và khi nó ở trạng thái TẮT, có điện áp trên linh phụ kiện và dòng điện chạy qua nó bằng không. Hình bên dưới minh họa cho điều này .

Công tắt điện tử

Vì ở cả hai trạng thái, đại lượng điện áp V hoặc dòng điện I đều bằng không, nên về mặt tổn hao công suất trên linh phụ kiện bán dẫn công suất có giá trị bằng 0. Đặc điểm này rất dễ nhận thấy so với một công tắc nguồn cơ và công tắc nguồn điện tử cũng có đặc thù tựa như .
Tuy nhiên, trên trong thực tiễn luôn sống sót dòng điện rò qua linh phụ kiện khi ở trạng thái TẮT, tức là Irò ≠ 0 và luôn có rơi áp trên linh phụ kiện khi ở trạng thái DẪN, tức là Von ≠ 0. Vì độ lớn của Von hoặc Irò là rất nhỏ nên tổn hao công suất trên linh phụ kiện cũng rất nhỏ, thường thì chỉ vài mW .
Công suất này bị tiêu tán trên linh phụ kiện và làm cho linh phụ kiện nóng lên khi hoạt động giải trí. Do đó, yếu tố tản nhiệt thích hợp cho linh phụ kiện là một góc nhìn quan trọng. Ngoài tổn thất trạng thái DẪN và trạng thái TẮT này, còn có tổn thất khi chuyển mạch trong những linh phụ kiện điện tử công suất. Điều này đa phần là trong khi linh phụ kiện quy đổi từ chính sách này sang chính sách khác và điện áp cũng như dòng điện trên linh phụ kiện biến hóa. Trong điện tử công suất, tổn hao công suất và thông số kỹ thuật định mức điện áp, dòng điện của linh phụ kiện là hai thông số kỹ thuật quan trọng mà người dùng cần phải biết .

Một mình các linh kiện điện tử công suất thì không thể thực hiện được chức năng của nó trong các ứng dụng thực tế và do đó mạch công suất chính phải được thiết kế cùng với các thành phần hỗ trợ khác. Các thành phần hỗ trợ này giống như bộ phận ra quyết định điều khiển các công tắc điện tử công suất để đạt được đầu ra mong muốn. Các mạnh hỗ trợ bao gồm mạch kích và mạch hồi tiếp. Sơ đồ khối dưới đây mô tả một hệ thống điện tử công suất đơn giản.
Sơ đồ khối hệ thống điện tử công suất

Bộ tinh chỉnh và điều khiển lấy tín hiệu hồi tiếp ngõ ra từ những cảm ứng và so sánh với những giá trị tham chiếu, sau đó phân phối ngõ vào cho mạch kích. Mạch kích về cơ bản là một mạch tạo xung ở ngõ ra để điều khiển và tinh chỉnh những linh phụ kiện điện tử công suất trong khối mạch công suất chính .
Kết quả ở đầu cuối là tải nhận được công suất điện mong ước và do đó mang lại hiệu quả mong ước. Một ví dụ nổi bật của mạng lưới hệ thống trên là điều khiển và tinh chỉnh vận tốc động cơ .

Có 5 bộ biến đổi công suất chính, mỗi loại có mục đích khác nhau

  • Bộ chỉnh lưu ( Rectifiers ) – Biến đổi điện áp xoay chiều sang điện áp một chiều
  • Bộ biến hóa điện áp một chiều ( DC-DC Choppers ) –

    Biến đổi điện áp một chiều có giá trị trung bình không thay đổi thành điện áp một chiều có trị trung bình thay đổi được.

  • Bộ đổi khác điện áp xoay chiều ( AC-AC Converters ) –

    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 nghịch lưu ( Inverters ) –Biến đổi năng lượng tự nguồn điện một chiều không đổi sang dạng năng lượng xoay chiều.
  • Bộ biến tần trực tiếp (Cycloconverters) –

Ứng dụng của điện tử công suất

Ứng dụng của điện tử công suất

Trong đời sống hằng ngày : Nếu tất cả chúng ta quan sát xung quanh mình, tất cả chúng ta hoàn toàn có thể tìm thấy rất nhiều ứng dụng điện tử công suất như tinh chỉnh và điều khiển vận tốc quạt, kiểm soát và điều chỉnh độ sáng đèn, điều hòa không khí, nhà bếp cảm ứng, máy tính cá thể, máy hút bụi, bộ lưu điện UPS ( Uninterruptible Power Supply ), bộ sạc pin, v.v.
Ô tô và sức kéo : Tàu điện ngầm, xe điện hybrid, xe đẩy, xe nâng và nhiều loại khác. Bản thân một chiếc xe tân tiến có rất nhiều bộ phận sử dụng điện tử như công tắc nguồn đánh lửa, điều khiển và tinh chỉnh gạt nước kính chắn gió, đèn chiếu sáng phía trước thích ứng, đèn chiếu sáng nội thất bên trong, tay lái trợ lực điện, v.v. Bên cạnh đó, điện tử công suất được sử dụng thoáng đãng trong những mạng lưới hệ thống sức kéo và tàu thủy tân tiến .
Trong công nghiệp : Hầu hết những động cơ được sử dụng trong những ngành công nghiệp đều được tinh chỉnh và điều khiển bởi những bộ truyền động công suất. Các xí nghiệp sản xuất cán, xí nghiệp sản xuất dệt, nhà máy sản xuất xi-măng, máy nén, máy bơm, quạt, máy thổi, thang máy, lò quay, v.v. Các ứng dụng khác gồm có hàn, lò hồ quang, cần cẩu, ứng dụng gia nhiệt, mạng lưới hệ thống điện khẩn cấp, máy kiến thiết xây dựng, máy xúc, v.v.

Năng lượng tái tạo: Các hệ thống phát điện như năng lượng mặt trời, gió, v.v. cần hệ thống điều hòa nguồn điện, hệ thống lưu trữ và hệ thống chuyển đổi để có thể sử dụng được. Ví dụ, pin mặt trời tạo ra nguồn điện một chiều, sau đó điện một chiều này được chuyển đổi thành điện xoay chiều để cung cấp cho các thiết bị điện trong nhà, và do đó bộ chuyển đổi điện tử công suất được sử dụng.

Hệ thống điện : Hệ thống truyền tải điện một chiều điện áp cao HVDC, bù VAR ( SVC ), bộ ngắt mạch tĩnh, mạng lưới hệ thống kích từ máy phát, FACTS, lưới điện mưu trí, v.v.

Kết luận

Điện tử công suất đã và đang tăng trưởng, ứng dụng trong nhiều nghành khác nhau. Lý do chính đằng sau điều này là sự tăng trưởng không ngừng của những linh phụ kiện bán dẫn công suất, thiết bị lọc, thiết bị điều khiển và tinh chỉnh, vật tư ferit và những linh phụ kiện điện tử khác .
Những tăng trưởng này cải tổ hiệu suất cao và hiệu suất của những thiết bị điện và điện tử và đã làm cho điện tử công suất trở thành một nghành tăng trưởng nhanh và đáng kể trong kỹ thuật điện và điện tử .

5/5 - (1 vote)
Subscribe
Notify of
guest
0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments