Đề cương môn Điện tử công suất và ứng dụng (Power electronics and applications)

ĐH Bách khoa – ĐHQG Tp.HCM

Khoa : Điện & Điện tử

Tp.HCM, ngày 11/02/2011

Bộ môn : Điều khiển Tự động

Đề cương Môn học Đại học

ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ ỨNG DỤNG

(POWER ELECTRONICS AND APPLICATIONS)

Mã số MH :

- Số tín chỉ

- Số tiết

- Đánh giá

Thang điểm 10/10

- Môn tiên quyết

- Môn học trước

: 2 (2.1.4)

- Tổng: 45 LT: 30

: Kiểm tra: 40% Giữa kỳ 20% Bài tập 20%

Thi cuối kỳ: 60% thi Viết - 90'

: -

TCHP: 2

TH: 56 ĐA:

BT: 15

BTL/TL:

MS:

: Giải tích mạch

Mạch điện tử

: -

- Môn song hành

- CTĐT ngành

: Tự động hóa và Điều khiển

- Trình độ

: Năm thứ 4

(khối kiến thức-KT)

Thuộc khối KT: Ngành-Chuyên ngành

- Ghi chú khác

:

1. Mục tiêu của môn học:

Môn học cung cấp cho sinh viên chuyên ngành Tự động hoá và Điều khiển khả năng thiết kế và

vận hành các thiết bị điện tử công suất sử dụng trong hệ thống tự động hoá hay điều khiển công

nghiệp và các lĩnh vực khác.

Aims:

The course provides the students the basic knowledge for designing and operating applying the

power electronic equipments in industrial automation and control systems and others.

2. Nội dung tóm tắt môn học:

Môn học bao gồm những kiến thức cơ bản về linh kiện điện tử công suất, các bộ biến đổi năng

lượng một chiều, xoay chiều. Sau đó phân tích các ứng dụng của chúng trong công nghiệp như các

bộ nguồn một chiều, xoay chiều, các bộ truyền động động cơ một chiều, xoay chiều.

Course outline:

The course presents the fundamentals of power electronic devices, converters (rectifiers, choppers,

inverters…) and their applications in industry and other fields.

Tài liệu học tập: References

[1] Huỳnh văn Kiểm. Bài giảng môn học Điện tử Công suất và Ứng dụng, GV cung cấp, chưa in.

[2] Mohan N. First course on Power Electronics and Drives, MNPERE, Minneapolis, 2003.

[3] Rashid M.H. Power Electronics: Circuits, devices and applications, Pearson Education Inc.,

Pearson Prentice Hall 2004.

[4] Ned Mohan. Power Electronics: Converters, Applications, and Design, John Wiley, New York,

3 rd edition 2003.

PĐT, Mẫu 2008-ĐC

Tr.1/6

Đề cương MH : 862_de_cuong_mon_dien_tu_cong_suat_va_ung_dung_power_electronics_T28s9qqmzoSaJnq_091135.doc

PĐT, Mẫu 2008-ĐC

[5] Nguyễn văn Nhờ. Giáo trình Điện tủ công suất 1, NXB ĐHQG TP HCM, TP HCM, 2002.

[6] Bùi Quốc Khánh và một số tác giả. Tự động Điều khiển Truyền động điện, NXB KHKT, 2004.

[7] Phan Quốc Dũng, Tô Hữu Phúc. Truyền động điện, NXB ĐHQG TP HCM, TP HCM, 2003.

3. Các hiểu biết, các kỹ năng cần đạt được sau khi học môn học

Sau khi hoàn tất môn học, sinh viên có các kiến thức cơ bản về linh kiện và thiết bị điện tử công

suất cùng với những ứng dụng của nó trong công nghiệp, có khả năng phân tích hoạt động và nhiệm

vụ của thiết bị này trong sơ đồ điều khiển của các nhà máy để có thể khai thác, vận hành cũng như

thiết kế mới. Thông qua nội dung môn học bao gồm từ linh kiện, thiết bị đến ứng dụng, sinh viên có

thể xây dựng cho mình cái nhìn toàn diện và sáng tạo về một hệ thống công nghiệp để cũng cố khả

năng lý luận của mình.

Learning outcomes:

Knowledge: operations and applications of power devices and circuits.

Cognitive Skills: understanding the roles and new trends of power electronics in industry.

Subject Specific Skills: ability of analysis and application of power devices and converters in

industrial systems.

Transferable Skills: creative and systematic thinking since the course deals with devices, systems

and their applications

4. Hướng dẫn cách học - chi tiết cách đánh giá môn học:

Sinh viên lên lớp, đọc các tài liệu tham khảo giáo viên yêu cầu và làm các bài tập ở nhà.

Sơ đồ đánh giá:

Điểm kiểm tra 40%: bao gồm của kiểm tra giữa kỳ 20% (thi tập trung) và các bài tập ở nhà

20% (thực hiện theo nhóm 4 người).

Thi cuối kỳ 60%: không giới hạn nội dung gồm nhiều câu hỏi nhỏ (có tính toán).

Learning Strategies & Assessment Scheme:

Students must attend class for lectures, read given readings, referential documents and do

assignments in groups of 4 students.

Assessment scheme:

Midterm examination 20%

Assignments 20%

Final examination 60%

5. Dự kiến danh sách Cán bộ tham gia giảng dạy:

• ThS. Huỳnh văn Kiểm

• ThS. Huỳnh hữu Phương

- Khoa Điện & Điện tử

6. Nội dung chi tiết:

Tuần

Nội dung

Tài

Yêu cầu

liệu

1

Chương 1: Mở đầu

1.1 Khái niệm chung: Bộ biến đổi và ngắt điện điện tử

Biết tính

toán

1.2 Nội dung và phương pháp khảo sát mạch điện tử công suất

a. trị trung bình – hiệu dụng

[1], [4]

mạch

ĐTCS

b. công suất – hệ số công suất

c. Fourier và hệ số méo dạng

Tr.2/6

Đề cương MH : 862_de_cuong_mon_dien_tu_cong_suat_va_ung_dung_power_electronics_T28s9qqmzoSaJnq_091135.doc

PĐT, Mẫu 2008-ĐC

Tuần

Nội dung

Tài

Yêu cầu

liệu

d. PP khảo sát:

- Giải theo thời gian (dùng pt viphân hay Laplace)

Ví dụ chỉnh lưu diod tải RL có diod phóng điện

- Giải chu kỳ tựa xác lập

- nguyên lý xếp chồng và tính toán gần đúng

Ví dụ tính trị trung bình mạch điện với nguồn xung vuông

- mô phỏng dùng máy tính

- thực nghiệm

1.3 Tính chọn linh kiện công suất

- Định mức áp

- Phát nhiệt và định mức dòng

1.4 Bảo vệ linh kiện công suất và bộ biến đổi

a. Bảo vệ dòng: dòng cực đại và quá tải

b. Bảo vệ quá áp

Lý thuyết 3 tiết Đọc thêm 4 tiết, bài tập 1 tiết

Chương 2: Linh kiện điện tử công suất

2.1 Diod công suất

2

Phân biệt

và sử

Các loại diod

dụng

2.2 Linh kiện họ transistor

Các loại transistor

được linh

kiện

2.2.1 Đặc tính đóng ngắt BJT

ĐTCS

Thí nghiệm đóng ngắt BJT -> tổn hao đóng ngắt

2.2.2 mạch lái BJT

Dòng cực nền tối ưu – các nguyên lý lái BJT – ví dụ

2.2.3 MosFET, IGBT và mạch lái

Ưu điểm của linh kiện MOS – nguyên lý mạch lái – ví dụ

2.3 Linh kiện họ thyristor

[1],[3]

[4],[5]

2.3.1 Nguyên lý- cấu tạo SCR

2.3.2 Đặc tính SCR

Đặc tính V – A; khái niệm về đặc tính dóng ngắt; đặc tính cổng

2.3.3 Các linh kiện khác trong họ thyristor

TRIAC; giới thiệu GTO – LASCR – linh kiện mới

2.3.4 Mạch lái SCR

Nguyên lý mạch lái SCR – ví dụ

2.3.5 Khái niệm mạch tắt SCR (bỏ)

Lý thuyết 3 tiết Đọc thêm 4 tiết

3,4 Chương 3: Bộ biến đổi (BBĐ) điều khiển pha

3.1 Chỉnh lưu diod

Tính toán

mạch

KS Chỉnh lưu toàn sóng tải RL, RE

3.2 Nguyên lý điều khiển pha

Nguyên lý ĐK on-off và ĐK pha

DK pha 1 SCR: tải R, RL – tính góc dẫn

3.3 Điều khiển pha áp xoay chiều

KS sơ đồ 1 pha:

động lực,

thiết kế

BBĐ

[1],[2],

[5]

Tải R: áp hiệu dụng

Tải RL dạng dòng – pham vi điều chỉnh góc 

Ứng dụng sơ đồ 1 pha

3.4 Chỉnh lưu điều khiển pha

3.3.1 Khảo sát sơ đồ 1 pha tải R, RL, RE, tải dòng liên tục

Tr.3/6

Đề cương MH : 862_de_cuong_mon_dien_tu_cong_suat_va_ung_dung_power_electronics_T28s9qqmzoSaJnq_091135.doc

PĐT, Mẫu 2008-ĐC

Tuần

Nội dung

Tài

Yêu cầu

liệu

dạng áp, dòng – pham vi điều chỉnh góc   áp, dòng trung bình

nguyên lý nghịch lưu phụ thuộc (  > 90o)

3.3.2 Khảo sát sơ đồ hình tải m pha dòng liên tục

dạng áp, dòng, Công thức tính áp, dòng trung bình

công thức tính sóng hài điện áp.

3.3.3 Khảo sát sơ đồ cầu 3 pha tải R, tải dòng liên tục

dạng áp, dòng, Công thức tính áp, dòng trung bình

3.3.4 Khảo sát sơ đồ điều khiển không hoàn toàn (đọc ở nhà)

dạng áp, dòng. Công thức tính áp, dòng trung bình

3.3.5 Công suất và HSCS của chỉnh lưu điều khiển pha

Tính công suất, HSCS sơ đồ 1 pha

3.5 Mạch phát xung điều khiển pha (đọc ở nhà)

Nguyên lý phát xung, KS sơ đồ phát xung DK chỉnh lưu 1 pha

3.6 Ứng dụng (đọc ỡ nhà)

Chỉ liệt kê mà không vào chi tiết vì còn học ở phần sau

LT 6 tiết Đọc thêm 4 tiết, làm bài tập 2

5,6,7 Chương 4: Bộ biến đổi (BBĐ) áp một chiều

ĐN độ rộng xung tương đối

tính toán,

thiết kế

mạch

4.1 BBĐ áp một chiều dạng Forward tải RLE

4.1.1 Khảo sát sơ đồ làm việc 1 phần tư mặt phẳng tải

8,22

Phương trình dạng dòng chính xác và gần đúng

Trị trung bình áp, dòng tải – nhấp nhô dòng cực đại

Chế độ dòng gián đoạn

4.1.2 Khảo sát sơ đồ làm việc 2 và 4 phần tư mặt phẳng tải

dạng dòng (gần đúng). Hoạt động BBĐ với E tải thay đổi.

4.1.4 Mạch lọc ngỏ ra

Sóng hài áp ra và ví dụ tính mạch lọc.

4.2 Khảo sát BBĐ áp một chiều dạng Flyback (đọc ở nhà)

Nguyên lý hoạt động

[1],[2],

[3]

4.2.1 Các sơ đồ

BBĐ đão cực tính, BBĐ có BA cách ly

4.3 Mạch ĐK BBĐ

Nguyên lý PWM.

Mạch lái ½ cầu dùng IC họ IR21xx (đọc thêm tài liệu)

Nguyên lý PWM loại dòng điện. (đọc thêm tài liệu)

4.4 Mạch cải thiện HSCS của bộ chỉnh lưu diod

Điều kiện để HSCS bằng 1. Nguyên lý bộ cải thiện HSCS

4.5 Ứng dụng (đọc ở nhà)

Sơ lược các ưd

Đọc thêm 6 tiết, bài tập 2

8,9, Chương 5: Nghịch lưu và biến tần nguồn áp

tính toán

gần đúng,

hiểu các

nguyên lý

điều

10

Nguyên lý – phân loại

5.1 Khảo sát nghịch lưu nguồn áp:

5.1.1 Sơ đồ 1 pha và phương pháp khảo sát gần đúng

Các sơ đồ - nguyên lý hoạt động – phương trình dòng tải RL

Phương pháp tính gần đúng

[1],[2],

[3]

khiển

5.1.2 Sơ đồ 3 pha và các quan hệ điện áp

Dạng áp 6 nấc, các quan hệ điện áp trong hệ 3 pha

5.1.3 Logic 3 pha

Tr.4/6

Đề cương MH : 862_de_cuong_mon_dien_tu_cong_suat_va_ung_dung_power_electronics_T28s9qqmzoSaJnq_091135.doc

PĐT, Mẫu 2008-ĐC

Tuần

Nội dung

Tài

Yêu cầu

liệu

ĐN

5.2 Phương pháp điều khiển điện áp ngỏ ra

5.3 Sóng hài và nghich lưu hình sin

5.2.1 Phân tích Fourier dạng áp nghịch lưu

5.2.2 Tác dụng của sóng hài bậc cao

5.2.3 Các PP hạn chế sóng hài: (đọc ở nhà)

- Nghịch lưu điều rộng xung hình sin

- Phương pháp điều chế theo mẫu

- Phương pháp điều chế vector không gian

5.4 Biến tần nguồn áp

Sơ đồ - nguyên lý V/F

5.5 Ứng dụng (đọc ở nhà)

Sơ lược các ưd

Đọc thêm 6 tiết, bài tập 2

11,12 Chương 6: Bộ nguồn một chiều

6.1 Bộ nguồn chỉnh lưu

Hiểu,

tính toán

thiết kế

Hai sơ đồ: chỉnh lưu SCR và BBĐ áp AC + chỉnh lưu diod

6.1.1 Thiết kế sơ bộ bộ nguồn chỉnh lưu

Tính góc đk pha, thông số SCR, BA. Tính mạch lọc

6.1.2 Điều khiển bộ nguồn chỉnh lưu

Bài toán ĐK bộ nguồn chỉnh lưu, sơ đồ khối

6.2 Sơ đồ điều khiển vòng kín BBĐ:

Nguyên lý điều khiển tọa độ (điều khiển nhiều vòng)

6.3 Bộ nguồn xung

[1],[2],

[4],[6]

Các sơ đồ khối

7.2.1 Sơ đồ bộ nguồn xung dùng nghịch lưu

Nguyên lý điều khiển

Ví dụ tính toán

7.2.2 Sơ đồ bộ nguồn xung flyback

Ví dụ mạch điện bộ nguồn xung

Đọc thêm 6 tiết, bài tập 2

13,14 Chương 7: Điều khiển động cơ một chiều và xoay chiều dùng bán

dẫn

Tính toán

truyền

động

mộnt

chiều, sử

dụng

truyền

động

xoay

7.1 Các quan hệ căn bản của truyền động điện

7.1.1 Đặc tính cơ và các chế độ làm việc của động cơ

Mặt phẳng đặc tính cơ – đặc tính cơ – đnghĩa chế độ hãm

7.1.2 Các bài toán của điều khiển động cơ

ĐK momen, tốc độ, vị trí

Bài toán khởi động

[1],[3],

[4],[6],

[7]

7.2 Sơ đồ điều khiển động cơ một chiều

7.2.1 Phương trình đặc tính cơ động cơ một chiều

7.2.2 Hệ thống điều khiển tốc độ dộng cơ một chiều

Sơ đồ khối – các phản hồi: dòng, áp, tốc độ, vị trí

7.2.3 Động cơ chấp hành 1 chiều và bài toán điều khiển vị trí

7.2.4 ĐK động cơ bước (đọc ở nhà)

7.3 Điều khiển động cơ xoay chiều dùng biến tần

7.3.1 Nguyên lý điều khiển tần số động cơ xoay chiều

Nguyên lý

chiều

7.2.2 Biến tần điều khiển động cơ xoay chiều

Tr.5/6

Đề cương MH : 862_de_cuong_mon_dien_tu_cong_suat_va_ung_dung_power_electronics_T28s9qqmzoSaJnq_091135.doc

PĐT, Mẫu 2008-ĐC

Tuần

Nội dung

Tài

Yêu cầu

liệu

Sơ đồ đk vòng hở V/F

Nguyên lý đk vecto tựa từ thông (đọc ở nhà)

7.4 Điều khiển động cơ một chiều không cổ góp

7.4.1 Nguyên lý hoạt động

7.4.2 Sơ đồ điều khiển động cơ một chiều không cổ góp

Đọc thêm 6 tiết, bài tập 2

**

Nội dung bài tập/ báo cáo (số lượng 02)

Báo cáo theo nhóm 4 người, bài tập cá nhân(2 giờ/bài.người)

Nội dung giới hạn cho kiểm tra giữa kỳ (tập trung)

Chương 1-4 (3 giờ)

Nội dung thi cuối kỳ (tập trung)

Chương 1-7 (6 giờ)

7. Thông tin liên hệ:

+ Khoa: Điện & Điện tử

+ Bộ môn: Điều khiển Tự động

+ GV: Huỳnh văn Kiểm [email protected]; [email protected].

+ Trang WEB môn học:

Tp.Hồ Chí Minh, ngày 17 tháng 2 năm 2009

TRƯỞNG KHOA

CB PHỤ TRÁCH LẬP ĐỀ CƯƠNG

HUỲNH VĂN KIỂM

Tr.6/6