Điện tử công suất xuất hiện rộng rãi trong các ngành công nghiệp hiện đại. Nó xuất hiện trong nấu luyện thép, truyền động điện, gia nhiệt cảm ứng, giao thông đường sắt,… Vậy, điện tử công suất là gì? Các bạn tìm hiểu chi tiết trong bài viết sau đây nhé!
Điện tử công suất là gì?
Với câu hỏi điện tử công suất là gì? Bạn có thể hiểu theo 2 góc độ như sau:
Định nghĩa hẹp: Điện tử công suất là tập hợp những thiết bị sử dụng để biến đổi, điều khiển dòng năng lượng điện thông qua các dụng cụ bán dẫn công suất.
Định nghĩa rộng: Điện tử công suất là một ngành khoa học chuyên nghiên cứu về quá trình phát triển và ứng dụng các thiết bị dùng để biến đổi, điều khiển năng lượng điện.
Định nghĩa trên có thể hiểu chi tiết như sau: Điện năng chính là nguồn năng lượng trực tiếp được ứng dụng rộng rãi nhất hiện nay. Hệ thống lưới điện chuẩn của nước ta là dòng xoay chiều 220/380V – 50Hz. Vấn đề đặt ra ở đây là các thiết bị ta đang dùng có thể sử dụng điện với nhiều thông số khác nhau.
Ví dụ như, thiết bị này dùng dòng điện 1 chiều, máy khác thì sử dụng dòng xoay chiều, tần số hay mức điện áp khác nhau.
Để điều khiển hoạt động của các thiết bị này, trước hết ta phải điều chỉnh nguồn năng lượng cấp cho nó. Vậy nên, biến đổi và điều khiển năng lượng điện là công việc được ưu tiên hàng đầu trong tự động hóa sản xuất. Việc này được thực hiện bằng các phần tử đóng cắt bán dẫn [không có tiếp điểm] công suất lớn. Đây chính là ngành điện tử công suất.
Bộ biến đổi của điện tử công suất được gọi là bộ biến đổi tĩnh [static converter]. Đây là điểm phân biệt với các máy điện truyền thống [electric machine].
Tìm hiểu nhiệm vụ của điện tử công suất là gì?
Các bộ biến đổi bán dẫn chính là đối tượng nghiên cứu căn bản nhất trong điện tử công suất. Phần tử bán dẫn công suất trong các bộ biến đổi này hoạt động giống như khóa bán dẫn [hay van bán dẫn].
Van này khi mở dẫn dòng thì sẽ nối tải vào nguồn, khi khóa thì dòng điện không chạy qua được. Đặc biệt, van bán dẫn khi đóng cắt dòng điện sẽ không tạo ra tia lửa điện. Đồng thời, nó cũng không bị mài mòn theo thời gian.
Mặc dù nó có chức năng đóng ngắt các dòng điện lớn, nhưng các phần tử bán dẫn này lại được điều khiển bằng tín hiệu điện công suất nhỏ. Các tín hiệu này được tạo ra từ các mạch điện tử công suất nhỏ. Cách thức điều khiển van và sơ đồ của bộ biến đổi sẽ quyết định quy luật nối tải vào nguồn.
Như vậy, quá trình biến đổi năng lượng sẽ diễn ra với hiệu suất cao hơn. Ta có thể nói như vậy vì nó chỉ gây ra tổn thất trên các khóa điện, không đáng kể so với công suất điện cần biến đổi. Nhờ đó, bộ biến đổi không chỉ đạt được hiệu suất cao mà còn có thể cung cấp năng lượng cho phụ tải.
Đồng thời, nó giúp quá trình điều chỉnh, điều khiển của hệ thống tự động hoặc tự động hóa diễn ra trong thời gian ngắn nhất.
Cách thức biến đổi năng lượng điện điện tử công suất
Dựa vào công dụng, ta có thể phân loại cơ bản các bộ biến đổi điện tử công suất như sau:
- Điện xoay chiều => một chiều: Các bộ chỉnh lưu [Rectifier] không điều khiển [dùng Diode] hay điều khiển [dùng Thyristor] dựa vào việc ta có cần điều khiển giá trị của dòng điện một chiều tại đầu ra không.
- Điện một chiều => xoay chiều: Các bộ nghịch lưu [Inverter] có thể biến dòng điện một chiều thành dòng xoay chiều. Giá trị điện áp và tần số của dòng điện này có thể thay đổi được dựa vào sự đóng mở của các van bán dẫn.
- Điện một chiều => một chiều: Các bộ băm xung 1 chiều [hay còn gọi là biến đổi điện áp một chiều – DC to DC converter, điều áp một chiều, DC chopper]. Các thiết bị này sẽ thay đổi dòng điện 1 chiều có giá trị cố định thành dòng 1 chiều có giá trị điện áp. Đồng thời, dòng điện có thể điều khiển được.
- Điện xoay chiều => xoay chiều: Các bộ biến tần [Frequency Drive] gián tiếp [Inverter] hay trực tiếp [Cycloconverter]. Thông qua thiết bị này, nguồn điện xoay chiều với giá trị điện áp, dòng điện và tần số cố định thành dòng có thể điều khiển các giá trị theo ý muốn.
Ứng dụng nổi bật của điện tử công suất là gì?
Ngày nay, điện tử công suất được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp hiện đại. Những ứng dụng chính của điện tử công suất có thể kể đến là:
- Truyền tải điện năng HVDC
- Hệ truyền động của động cơ một chiều
- Hệ truyền động của động cơ xoay chiều
- Hệ thống nguồn liên tục UPS
- Hoạt động điều khiển máy điện một chiều không có cổ góp [Brushless DC machine]
- Hệ truyền động máy điện tích hợp nam châm vĩnh cửu
- Các hệ thống cấp nguồn
- Điều khiển một số thiết bị điện đặc biệt: Động cơ bước, máy điện từ trở vi bước,…
- Góp phần nâng cao chất lượng nguồn: Lọc tích cực, chỉnh lưu tích cực,…
Theo đó, những lĩnh vực ứng dụng điện tử công suất nhiều nhất có thể kể đến là: Máy tính, ô tô, điện tử viễn thông, máy điện, hàng không vũ trụ, chuyển đổi nguồn năng lượng, chiếu sáng,…
Những năm gần đây, công nghệ chế tạo các thiết bị điện tử công suất đã có những bước tiến vượt bậc. Các bộ biến đổi ngày càng hoàn thiện trở nên nhỏ gọn, nhiều tính năng và sử dụng dễ dàng hơn.
Như vậy, chúng tôi đã tổng hợp và gửi đến các bạn những thông tin về điện tử công suất là gì? Hiện nay, điện tử công suất sở hữu tầm quan trọng nhất định và được ứng dụng rất nhiều trong các thiết bị công nghiệp và dân dụng. Theo dõi kienthucmaymoc.com để cập nhật những thông tin hữu ích mỗi ngày bạn nhé!
>>> Xem thêm: Sò công suất là gì? Các loại sò công suất và ứng dụng thực tế
Ngày nay, thiết bị biến đổi công suất được đề xuất để phục vụ những yêu cầu ngày càng cao của cuộc sống. Điện tử công suất đã giúp cho việc sử dụng điện năng một cách hiệu quả, các linh kiện điện tử công suất được sử dụng trong quá trình biến đổi cũng như điều khiển công suất: hiệu quả cao và tổn hao thấp trong lò cao tần, truyền tải điện DC. Các thiết bị điện tử công suất mới hiện nay được cải tiến phát triển để nâng cao hiệu suất hơn nữa việc sử dụng năng lượng. Trong bài viết này, mình sẽ giới thiệu cho các bạn một các tổng quan về điện tử công suất.
Điện tử công suất là công nghệ biến đổi điện năng từ dạng này sang dạng khác trong đó các phần tử bán dẫn công suất đóng vai trò trung tâm.
Bộ biến đổi điện tử công suất còn được gọi là bộ biến đổi tĩnh [static converter] để phân biệt với các máy điện truyền thống [electric machine] biến đổi điện dựa trên nguyên tắc biến đổi điện từ trường.
Bộ biến đổi điện tử công suất
Nhiệm vụ của điện tử công suất là gì?
Theo nghĩa rộng, nhiệm vụ của điện tử công suất là xử lý và điều khiển dòng năng lượng điện bằng cách cung cấp điện áp và dòng điện ở dạng thích hợp cho các tải. Tải sẽ quyết định các thông số về điện áp, dòng điện, tần số, và số pha tại ngõ ra của bộ biến đổi. Thông thường, một bộ điều khiển có hồi tiếp sẽ theo dõi ngõ ra của bộ biến đổi và cực tiểu hóa sai lệch giữa giá trị thực của ngõ ra và giá trị mong muốn [hay giá trị đặt].
Các bộ biến đổi bán dẫn là đối tượng nghiên cứu cơ bản của điện tử công suất. Trong các bộ biến đổi các phần tử bán dẫn công suất được sử dụng như những khóa bán dẫn, còn gọi là van bán dẫn, khi mở dẫn dòng thì nối tải vào nguồn, khi khóa thì không cho dòng điện chạy qua. Khác với các phần tử có tiếp điểm, các van bán dẫn thực hiện đóng cắt dòng điện mà không gây nên tia lửa điện, không bị mài mòn theo thời gian. Tuy có thể đóng ngắt các dòng điện lớn nhưng các phần tử bán dẫn công suất lại được điều khiển bởi các tín hiệu điện công suất nhỏ, tạo bởi các mạch điện tử công suất nhỏ. Quy luật nối tải vào nguồn phụ thuộc vào các sơ đồ của bộ biến đổi và phụ thuộc vào cách thức điều khiển các van trong bộ biến đổi.
Như vậy quá trình biến đổi năng lượng được thực hiện với hiệu suất cao vì tổn thất trong bộ biến đổi chỉ là tổn thất trên các khóa điện tử, không đáng kể so với công suất điện cần biến đổi.Không những đạt được hiệu suất cao mà các bộ biến đổi còn có khả năng cung cấp cho phụ tải nguồn năng lượng với các đặc tính theo yêu cầu, đáp ứng các quá trình điều chỉnh, điều khiển trong một thời gian ngắn nhất, với chất lượng phù hợp trong các hệ thống tự động hoặc tự động hóa. Đây là đặc tính mà các bộ biến đổi có tiếp điểm hoặc kiểu điện từ không thể có được.
Mạch điện tử công suất
Ứng dụng điện tử công suất?
Điện tử công suất ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp hiện đại. Có thể kể đến các ngành kỹ thuật mà trong đó có những ứng dụng tiêu biểu của các bộ biến đổi bán dẫn công suất như truyền động điện, giao thông đường sắt, nấu luyện thép, gia nhiệt cảm ứng, điện phân nhôm từ quặng mỏ, các quá trình điện phân trong công nghiệp hóa chất, trong rất nhiều các thiết bị công nghiệp và dân dụng khác nhau…
Trong những năm gần đây công nghệ chế tạo các phần tử bán dẫn công suất đã có những tiến bộ vượt bậc và ngày càng trở nên hoàn thiện dẫn đến việc chế tạo các bộ biến đổi ngày càng nhỏ gọn, nhiều tính năng và sử dụng ngày càng dễ dàng hơn.