Đề thi, bài tập trắc nghiệm online Điện tử công suất – Đề 9

Hệ thống HVDC sử dụng các bộ biến đổi công suất lớn ở cả hai đầu để chuyển đổi giữa AC và DC. Thường sử dụng bộ chỉnh lưu điều khiển bằng thyristor (LCC-HVDC) cho các hệ thống công suất lớn truyền thống hoặc bộ biến đổi nguồn áp (VSC-HVDC) sử dụng IGBT cho các hệ thống hiện đại linh hoạt hơn.

Bộ điều khiển PID (Proportional-Integral-Derivative) là một bộ điều khiển phản hồi vòng kín được sử dụng rộng rãi trong điều khiển động cơ servo để điều chỉnh chính xác vị trí, tốc độ và/hoặc mô-men xoắn của động cơ bằng cách liên tục so sánh giá trị đặt và giá trị phản hồi, sau đó tạo ra tín hiệu điều khiển để giảm sai số.

IGBT thường có điện trở dẫn (on-resistance) thấp hơn MOSFET ở mức điện áp và dòng điện cao, làm giảm tổn thất dẫn và tăng hiệu suất trong các ứng dụng công suất lớn, mặc dù tốc độ chuyển mạch có thể chậm hơn MOSFET.

Thyristor (SCR) là một thiết bị bán dẫn công suất được thiết kế để chịu được dòng điện và điện áp lớn, thường được sử dụng trong các ứng dụng chỉnh lưu và điều khiển công suất cao.

Cuộn cảm trong mạch buck converter có vai trò quan trọng trong việc lưu trữ năng lượng khi MOSFET dẫn và giải phóng năng lượng khi MOSFET ngắt, giúp duy trì dòng điện liên tục cung cấp cho tải và giảm gợn sóng đầu ra.

Điều khiển độ rộng xung (PWM) là kỹ thuật điều khiển phổ biến để thay đổi tỷ lệ thời gian bật và tắt của một thiết bị chuyển mạch, từ đó điều chỉnh điện áp và dòng điện DC hiệu dụng đầu ra của mạch điện tử công suất.

Mạch PFC (Power Factor Correction) được tích hợp trong nguồn điện để cải thiện hệ số công suất bằng cách làm cho dạng sóng dòng điện đầu vào gần với dạng sóng sin hơn và đồng pha với điện áp đầu vào, đồng thời giảm sóng hài dòng điện, giúp tăng hiệu quả sử dụng điện và tuân thủ các tiêu chuẩn về chất lượng điện năng.

Tụ điện được sử dụng rộng rãi ở đầu vào và đầu ra của bộ chuyển đổi điện tử công suất để lọc gợn sóng điện áp, giảm nhiễu và ổn định điện áp DC. Tụ đầu vào giúp giảm gợn sóng đầu vào và tụ đầu ra giảm gợn sóng đầu ra, cải thiện chất lượng điện áp cung cấp cho tải.

Triac (Triode for AC) là một thiết bị bán dẫn công suất được thiết kế để điều khiển dòng điện AC. Về cấu trúc và chức năng, Triac tương đương với hai SCR (Thyristor) mắc song song ngược chiều và có chung cổng điều khiển.

Trong mạch inverter cầu H, 'dead time' (thời gian chết) là một khoảng thời gian ngắn được chèn vào giữa thời điểm tắt của một van bán dẫn và thời điểm bật của van bán dẫn còn lại trong cùng một nhánh (ví dụ, giữa Q1 tắt và Q4 bật trong một nhánh), để tránh hiện tượng ngắn mạch nguồn DC do cả hai van cùng dẫn đồng thời.

Trong mạch flyback converter, biến áp không chỉ cung cấp cách ly điện giữa đầu vào và đầu ra mà còn đóng vai trò như một phần tử lưu trữ năng lượng. Năng lượng được tích lũy trong khe hở không khí của biến áp khi MOSFET dẫn và sau đó được truyền sang thứ cấp khi MOSFET ngắt.

Trong các ứng dụng điện tử công suất lớn, thiết bị bán dẫn sinh ra nhiệt lượng đáng kể. Để đảm bảo hoạt động ổn định và tránh quá nhiệt, thường sử dụng các phương pháp làm mát cưỡng bức như làm mát bằng quạt gió (forced air cooling) hoặc các phương pháp làm mát tiên tiến hơn như làm mát bằng chất lỏng (liquid cooling) hoặc ống nhiệt (heat pipe) để tản nhiệt hiệu quả.

Trong hệ thống điện mặt trời hòa lưới, bộ biến đổi DC-AC (inverter) đóng vai trò trung tâm, chuyển đổi năng lượng điện một chiều (DC) được tạo ra từ các tấm pin mặt trời thành năng lượng điện xoay chiều (AC) có cùng tần số và pha với lưới điện để có thể hòa vào lưới điện quốc gia hoặc sử dụng cho các thiết bị điện AC.

Cầu chì (fuse) và bộ ngắt mạch (circuit breaker) là các thiết bị bảo vệ quá dòng phổ biến. Khi dòng điện vượt quá mức cho phép, cầu chì sẽ bị chảy hoặc bộ ngắt mạch sẽ ngắt, ngắt mạch điện và bảo vệ các thành phần khác khỏi hư hỏng do quá dòng.

Bộ biến đổi đa cấp (multilevel converter) tạo ra điện áp đầu ra có nhiều mức hơn so với bộ biến đổi hai cấp, dẫn đến dạng sóng hài đầu ra tốt hơn (gần với sin hơn) và giảm điện áp đặt lên mỗi van bán dẫn, cho phép sử dụng các thiết bị bán dẫn có điện áp định mức thấp hơn và cải thiện hiệu suất trong các ứng dụng điện áp cao.

Trong mạch buck-boost converter, diode dẫn điện trong khoảng thời gian MOSFET ngắt. Khi MOSFET dẫn, diode bị phân cực ngược và không dẫn. Khi MOSFET ngắt, cuộn cảm xả năng lượng qua diode đến tụ điện và tải.

Cuộn cảm có tính chất quán tính điện từ, nó chống lại sự thay đổi đột ngột của dòng điện. Khi điện áp ngắt, dòng điện trong cuộn cảm không giảm ngay lập tức về 0 mà cố gắng duy trì giá trị trước đó, gây ra hiện tượng điện áp cảm ứng ngược chiều.

Bộ chỉnh lưu có chức năng biến đổi dòng điện xoay chiều (AC) thành dòng điện một chiều (DC), là một thành phần cơ bản trong nhiều hệ thống điện tử công suất.

Trong mạch buck converter, điện áp đầu ra tỉ lệ thuận với chu kỳ làm việc (duty cycle). Khi chu kỳ làm việc tăng lên (tức là thời gian MOSFET dẫn tăng lên), năng lượng truyền từ nguồn vào tải tăng lên, dẫn đến điện áp đầu ra tăng lên (trong điều kiện lý tưởng và tải không đổi).

Điều khiển vector (field-oriented control - FOC) là một phương pháp điều khiển cao cấp thường được sử dụng cho động cơ AC không đồng bộ (induction motor) và động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) để đạt được hiệu suất và khả năng điều khiển động cao, tương tự như động cơ DC kích từ độc lập.

Bộ nghịch lưu (inverter) chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) thành dòng điện xoay chiều (AC), thường được sử dụng trong các ứng dụng như UPS, biến tần năng lượng mặt trời và điều khiển động cơ AC.

Mạch boost converter có chức năng tăng điện áp DC đầu vào lên một mức điện áp DC cao hơn ở đầu ra, thường được dùng trong các ứng dụng như nguồn LED, mạch PFC (Power Factor Correction) và hệ thống pin.

Bộ nguồn xung (switching power supply) có hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao hơn đáng kể và kích thước nhỏ gọn hơn so với bộ nguồn tuyến tính (linear power supply) do sử dụng nguyên lý chuyển mạch và biến áp tần số cao, mặc dù có thể tạo ra nhiều nhiễu hơn và mạch phức tạp hơn.

Điện tử công suất tập trung vào việc điều khiển và chuyển đổi năng lượng điện ở mức công suất lớn, ứng dụng trong HVDC, bộ khuếch đại âm thanh công suất lớn và nguồn điện. Mạch tạo dao động tần số cao thường thuộc lĩnh vực điện tử tín hiệu và không phải ứng dụng chính của điện tử công suất.

Diode Schottky có thời gian phục hồi ngược (reverse recovery time) rất nhanh so với diode chỉnh lưu thông thường, điều này làm giảm tổn thất chuyển mạch và tăng hiệu suất trong các mạch điện tử công suất hoạt động ở tần số cao.

Chỉnh lưu toàn sóng dùng diode cầu sử dụng cả hai nửa chu kỳ của điện áp AC đầu vào để tạo ra điện áp DC đầu ra, do đó có tần số gợn sóng cao hơn và dễ dàng lọc hơn so với chỉnh lưu nửa sóng hoặc chỉnh lưu toàn sóng có điểm giữa, dẫn đến độ gợn sóng đầu ra thấp nhất.

Điện tử công suất tập trung vào việc xử lý và điều khiển năng lượng điện ở mức công suất lớn, thường từ kilowatt trở lên, khác với điện tử tín hiệu nhỏ xử lý tín hiệu ở mức miliwatt hoặc microwatt.

Bộ biến tần (frequency converter) được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp để điều khiển tốc độ động cơ AC bằng cách thay đổi tần số của điện áp cung cấp cho động cơ, giúp tiết kiệm năng lượng và điều khiển quá trình sản xuất linh hoạt hơn.

Trong mạch cộng hưởng nối tiếp, để đạt được hiệu suất cao và chuyển mạch mềm (zero-voltage switching hoặc zero-current switching), tần số chuyển mạch thường được chọn gần bằng hoặc hơi cao hơn tần số cộng hưởng của mạch cộng hưởng. Điều này tận dụng các đặc tính cộng hưởng để giảm tổn thất chuyển mạch.

Mạch snubber được sử dụng để hạn chế các hiện tượng quá điện áp và quá dòng phát sinh trong quá trình chuyển mạch của các thiết bị bán dẫn công suất, giúp bảo vệ chúng khỏi bị hư hỏng và cải thiện độ tin cậy của mạch.