Điện tử công suất là gì? Nhiệm vụ, phân loại và ứng dụng thực tế

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.

Tìm hiểu tổng quan về điện tử công suất là gì?

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). 

Mạch điện tử công suất

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.

Có thể bạn quan tâm:
Cục đẩy công suất là gì? Phân loại, tác dụng và cách đấu nối
Hệ số công suất là gì? Ý nghĩa của hệ số công suất

Cách thức biến đổi, điều khiển 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.
Một số linh kiện điện tử công suất
  • 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

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *