Công nghệ điện tử công suất

Công nghệ điện tử công suất chuyển đổi năng lượng điện từ dạng này sang dạng khác, trong đó các linh kiện bán dẫn công suất đóng vai trò chủ chốt.

Bộ chuyển đổi điện tử công suất, còn gọi là bộ chuyển đổi tĩnh (static converter), khác biệt với các máy điện truyền thống bởi vì nó không sử dụng nguyên lý biến đổi điện từ trường.

Giới thiệu

Điện tử công suất, theo nghĩa rộng, xử lý và điều chỉnh dòng điện để cung cấp điện áp và dòng điện phù hợp cho các tải. Các thông số như điện áp, dòng điện, tần số và số pha tại ngõ ra của bộ chuyển đổi được quyết định bởi tải. Thông thường, một bộ điều khiển với chức năng hồi tiếp sẽ giám sát ngõ ra của bộ chuyển đổi để giảm thiểu sự khác biệt giữa giá trị thực tế và giá trị mong muốn (hoặc giá trị đặt).

Các bộ chuyển đổi bán dẫn là đối tượng nghiên cứu chính trong lĩnh vực điện tử công suất. Trong các bộ chuyển đổi này, các phần tử bán dẫn công suất hoạt động như các công tắc bán dẫn, hay còn gọi là van bán dẫn, với khả năng điều khiển dòng điện: khi mở, chúng kết nối tải với nguồn, khi đóng, chúng ngăn cản dòng điện. Khác với các phần tử có tiếp điểm, van bán dẫn thực hiện việc đóng cắt dòng điện mà không tạo ra tia lửa điện và không bị mài mòn theo thời gian. Dù có khả năng điều khiển các dòng điện lớn, các phần tử bán dẫn công suất lại được điều khiển bởi các tín hiệu điện công suất nhỏ từ các mạch điện tử công suất. Quy trình kết nối tải vào nguồn phụ thuộc vào sơ đồ bộ biến đổi và cách điều khiển các van trong bộ biến đổi, cho phép quá trình biến đổi năng lượng diễn ra với hiệu suất cao, vì tổn thất chỉ xảy ra trên các khóa điện tử, không đáng kể so với công suất điện cần biến đổi. Các bộ biến đổi không chỉ đạt hiệu suất cao mà còn cung cấp nguồn năng lượng cho tải với các đặc tính theo yêu cầu, đáp ứng nhanh chóng các quá trình điều chỉnh và điều khiển trong các hệ thống tự động hoặc tự động hóa, điều mà các bộ biến đổi có tiếp điểm hoặc kiểu điện từ không thể đạt được.

Đối với các bộ biến đổi bán dẫn công suất, điện tử công suất còn được gọi là 'Kỹ thuật biến đổi điện năng'. Để phân biệt với các chuyên ngành khác của kỹ thuật điện tử liên quan đến xử lý tín hiệu với điện áp thấp và dòng điện nhỏ, điện tử công suất còn được gọi là 'Kỹ thuật dòng điện mạnh'. Tuy nhiên, điện tử công suất cũng nghiên cứu các sơ đồ mạch điều khiển các van bán dẫn công suất bằng các phần tử bán dẫn công suất nhỏ, vì vậy các tên gọi này chỉ phản ánh một phần của lĩnh vực nghiên cứu.

Ứng dụng

Điện tử công suất có mặt trong hầu hết các ngành công nghiệp hiện đại. Các ứng dụng tiêu biểu của bộ biến đổi bán dẫn công suất bao gồm truyền động điện, giao thông đường sắt, nấu luyện thép, gia nhiệt cảm ứng, điện phân nhôm từ quặng, các quá trình điện phân trong ngành hóa chất, và nhiều thiết bị công nghiệp và dân dụng khác. Gần đây, công nghệ chế tạo các phần tử bán dẫn công suất đã có những tiến bộ đáng kể, làm cho các bộ biến đổi ngày càng nhỏ gọn, nhiều tính năng và dễ sử dụng hơn.

Phân loại

Chúng ta có thể phân loại các hệ thống biến đổi điện tử công suất theo loại tín hiệu đầu vào và đầu ra là xoay chiều hoặc một chiều:

• Bộ chỉnh lưu (AC -> DC)
• Bộ nghịch lưu (DC -> AC)
• Bộ biến đổi xoay chiều (AC -> AC)
• Bộ biến đổi một chiều (DC -> DC)