TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ Nhận xét giáo viên ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………… Hưng Yên, ngày19 tháng năm 2010 Giáo viên hướng dẫn: Đào Văn Đã TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ LỜI NÓI ĐẦU Ngày với phát triển nhanh chóng kỹ thuật bán dẫn công suất , thiết bị biến đổi điện dùng linh kiện bán dẫn công suất sử dụng nhiều công nghiệp đời sống nhằm đáp ứng nhu cầu ngày cao xã hội Trong thực tế sử dụng điện ta cần thay đổi tần số nguồn cung cấp, biến tần sử dụng rộng rãi truyền động điện, thiết bị đốt nóng cảm ứng, thiết bị chiếu sáng Bộ nghịch lưu biến tần gián tiếp biến đổi chiều thành xoay chiều có ứng dụng lớn thực tế hệ truyền động máy bay, tầu thuỷ, xe lửa Trong thời gian học tập nghiên cứu, học tập nghiên cứu môn Điện tử công suất ứng dụng lĩnh vực hệ thống sản xuất đại Vì để nắm vững phần lý thuyết áp dụng kiến thức vào thực tế, chúng em nhận đồ án môn học với đề tài: “thiết kế, chế tạo nghịch lưu sử dụng IGBT” Với đề tài giao, chúng em vận dụng kiến thức để tìm hiểu nghiên cứu lý thuyết, đặc biệt chúng em tìm hiểu sâu vào tính toán thiết kế phục vụ cho việc hoàn thiện sản phẩm Dưới hướng dẫn bảo nhiệt tình thầy Đào Văn Đã với cố gắng nỗ lực thành viên nhóm chúng em hoàn thành xong đồ án Tuy nhiên thời gian kiến thức hạn chế nên không tránh khỏi thiếu sót thực đồ án này.Vì chúng em mong nhận nhiều ý kiến đánh giá, góp ý thầy cô giáo, bạn bè để đề tài hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! Hưng Yên, ngày 19 tháng năm 2010 Nhóm sinh viên thực : Đặng Tùng Lam Hứa Văn Lâm Đinh Thị Liên TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ MỤC LỤC PHẦN I: YÊU CẦU VÀ MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Phân tích yêu cầu đề tài 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Các phương án thực 1.4 Ý nghĩa đề tài PHẦN II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT I Tổng quan nghịch lưu Đặc điểm nghịch lưu độc lập Phân loại nghịch lưu độc lập Ứng dụng II Mạch nghịch lưu pha Bộ nghịch lưu pha Nnghịch lưu nguồn dòng pha Mmạch nghịch lưu dùng máy biến áp điểm Tải có tính chất dung kháng Tải có tính chất điện cảm Mmạch nghịch lưu nửa cầu pha TTải có tính chất dung kháng Tải có tính chất điện cảm Mmạch nghịch lưu cầu pha TTải có tính chất dung kháng Tải có tính chất điện cảm Nnghịch lưu nguồn áp pha Mmạch nghịch lưu dùng máy biến áp điểm TTải có tính chất dung kháng Tải có tính chất điện cảm 1.2.2 Mạch nghịch lưu nửa cầu pha 1.2.2.1 Tải có tính chất dung kháng 1.2.2.2 Tải có tính chất điện cảm 1.2.3 Mạch nghịch lưu cầu pha 1.2.3.1 Tải có tính chất dung kháng 1.2.3.2 Tải có tính chất điện cảm TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ III Giới thiệu van bán dẫn công suất thực tế thường dùng linh kiện dùng mạch sản phẩm 1.1 Điốt công suất……………………………………………………………… 1.2 Tiristor công suất…………………………………………………………… 1.3 Triắc………………………………………………………………………… 1.4 Transistor công suất………………………………………………………… 1.4.1 Transistor lưỡng cực ( BJT )…………………………………………… 1.4.2 Transistor MOS công suất ( MOSFET )………………………………… 1.4.3 H1061 2N3055………………………………………………………… IV Giới thiệu IC IC CD4047B PHẦN III:TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH SẢN PHẨM I Tính toán thiết kế mạch động lực TíTinh toán máy biến áp LLựa chọn phần tử làm khóa chuyển mạch II Tính toán thiết kế mạch điều khiển Kết luận Tài liệu tham khảo PHẦN I : YÊU CẦU VÀ MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Phân tích yêu cầu đề tài Đề tài : “ Thiết kế, chế tạo nghịch lưu sử dụng IGBT” TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ Với yêu cầu đề tài phải thiết kế nghịch lưu cho điện áp xoay chiều 220V từ nguồn điện chiều, tần số mạch đo 50Hz Mạch lấy nguồn chiều từ ác quy 12V cấp trực tiếp cho mạch cho biến áp Biến áp sử dụng kích nhằm kích nguồn áp lên giá trị cao nhiều lần so với giá trị áp ban đầu Chính mạch có khả biến đổi nguồn chiều thành nguồn xoay chiều nên mạch có tính thiết thực lớn thực tế Mạch mạch công suất linh kiện sử dụng phần lớn linh kiện công suất Mạch sử dụng van bán dẫn công suất Transistor, MOSFET, IGBT…Trong trình chạy mạch xung tạo xung vuông khuyếch đại lên van bán dẫn Transistor, IGBT… Xung tạo nhờ sử dụng mạch tạo xung điều khiển sử dụng IC tạo xung vuông IC CD4047B Ở mạch phải chế tạo cách tối ưu có nghĩa không sử dụng mạch nghịch lưu kồng kềnh giản đơn mà kết thu phải giá trị điện áp tương đương 220V tần số ổn định 50Hz 1.2 Mục tiêu đề tài Nắm cách tổng quan phần tử bán dẫn công suất Nghiên cứu mạch nghịch lưu, hiểu nguyên lý làm việc mạch nghịch lưu, phương pháp biến đổi từ lựa chọn phương án tối ưu để có áp dụng đồ án thực tiễn Có khả tính toán, thiết kế chế tạo mạch nghịch lưu điện áp pha với công suất cho trước 1.3 Các phương án thực Dùng Transistor công suất : Dùng hai Transistor công suất T T để khuyếch đại tín hiệu,dùng cuộn dây cảm ứng từ để tạo xung vuông điều khiển cặp Transistor T1, T2 hình vẽ: TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ Dùng cổng logic : Có thể dùng cổng logic cổng NAND, NOR, cổng đảo…có thể dùng IC 4011 IC SN7400 Dùng trigơ vi mạch : Có thể dùng vi mạch 555 IC 4047B, IC phát xung chủ đạo xung qua IC khuyếch đại thuật toán TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ Hoặc ta dùng mạch có IC phần tử tạo xung vuông điều khiển phần tử đóng ngắt IGBT Nhìn chung nguyên lí mạch gần giống nhau, tạo xung để điều khiển phần tử đóng ngắt, khuếch đại khác cách dùng phần tử để tạo xung điều khiển, phần tử đóng ngắt Trong mạch mạch dùng IC 4047 để tạo xung điều khiển dùng cặp Transitor H1061, 2N3055 làm phần tử đóng ngắt có ưu điểm đơn giản, linh kiện, linh kiện bản, dễ mua, dễ dùng, hiệu suất cao, ổn định Chính tính khả thi mà chọn mạch để thực Sở dĩ mạch lại không chọn chúng phức tạp, khả thi Xét với mạch dùng cuộn dây cảm ứng từ phần tử tạo xung để điều khiển hai Transitor, mạch dùng cuộn dây TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ cảm ứng từ làm phần tử tạo xung nên chế độ làm việc không ổn định, biến áp cuộn dây khó tính toán khó quấn Đối với mạch dùng IC4047 làm phần tử tạo xung để điều khiển phần tử đóng ngắt IGBT mạch phức tạp bao gồm khâu: so sánh, tạo trễ, cách li…… 1.4 Ý nghĩa đề tài Để giúp sinh viên có thể củng cố kiến thức, tổng hợp nâng cao kiến thức chuyên nghành kiến thức thực tế Đề tài thiết kế chế tạo thiết bị, mô hình để sinh viên trường đặc biệt sinh viên khoa Điện – Điện tử tham khảo, học hỏi tạo tiền đề nguồn tài liệu cho học sinh, sinh viên khoá sau có thêm nguồn tài liệu để nghiên cứu học tập Những kết thu sau hoàn thành đề tài trước tiên giúp chúng em hiểu sâu nghịch lưu, phương pháp biến đổi điện áp Từ tích luỹ kiến thức cho năm học sau thực tế TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ PHẦN II: CƠ SỞ LÍ THUYẾT I TỔNG QUAN VỀ NGHỊCH LƯU Bộ nghịch lưu biến đổi tĩnh đảm bảo biến đổi chiều thành xoay chiều Nguồn cung cấp chiều, nhờ khóa chuyển mạch làm thay đổi cách nối đầu vào đầu cách chu kì để tạo nên đầu xoay chiều Khác với biến tần việc chuyển mạch thực nhờ lưới điện xoay chiều, nghịch lưu điều áp chiều hoạt động chúng phụ thuộc vào loại nguồn tải Các nghịch lưu phân làm loại : - Bộ nghịch lưu làm việc chế độ phụ thuộc vào lưới điện xoay chiều - Bộ nghịch lưu làm việc chế độ độc lập(với nguồn độc lập acquy, máy phát điện…) Nghịch lưu phụ thuộc có sơ đồ nguyên lý giống chỉnh lưu có điều khiển Mạch nghịch lưu phụ thuộc mạch chỉnh lưu có nguồn chiều đổi dấu so với chỉnh lưu góc mở α tiristo thỏa mãn điều kiện ((π/2 < α [...]... yếu của nghịch lưu độc lập dòng và áp là biến đổi tần số cùng cấp điện xoay chiều cho các thiết bị xoay chiều và phục vụ cho các truyền động điện có điều chỉnh tần số 11 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ II NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH NGHỊCH LƯU MỘT PHA 1 Bộ nghịch lưu một pha 1.1 Nghịch lưu nguồn dòng một pha 1.1.1 Mạch nghịch lưu độc lập nguồn dòng một pha có máy biến áp điểm giữa Giả thiết. .. TỬ Ở nghịch lưu độc lập nguồn dòng ở đầu vào phải có điện cảm L d và tụ đảo mạch được nạp theo theo luật không chu kì Dòng đầu vào I d phải liên tục không nhấp nhô nghĩa là nguồn cung cấp ở thiết bị này là nguồn dòng Nghịch lưu độc lập nguồn áp nguồn cung cấp phải là nguồn áp Trong trường hợp này tụ được mắc song song với điện áp đầu vào 2 Phân loại nghịch lưu độc lập 3 Ứng dụng - Lĩnh vực áp dụng. .. − ϕ t )d (ωt ) = (− cos ϕ t + 1) ITB van D = ∫ ∫ 2π 0 2π 0 2π Uim D = Uthuận max T = Ed Iv = 2 2 cos ϕ t π IC TB = 2 ITB D = 2 I t (1 − cos ϕ t ) π 2 Bộ nghịch lưu ba pha 2.1 Nghịch lưu độc lập nguồn dòng 3 pha Bộ nghịch lưu nguồn dòng cầu 3 pha được tạo lên từ 6 linh kiện bán dẫn có điều khiển T1, T3, T5 và T2, T4, T6 Để nguồn dòng không bị hở mạch thì cần ít nhất 1 trong các khoá chuyển mạch của... 1 π I I v d (ωt ) = v ∫ 2π 0 2 Uthuận max van= 2U t Điện áp trung bình đầu vào nghịch lưu: U VTB = 1 π π ∫ 0 2U t sin(ωt + ϕ t )d (ωt ) = 2 2 U t cos ϕ t π 22 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ 1.2 Nghịch lưu nguồn áp một pha 1.2.1 Nghịch lưu độc lập nguồn áp một pha có máy biến áp điểm giữa *.Sơ đồ nguyên lý: Giả thiết máy biến áp lý tưởng, điện áp các dây quấn tỉ lệ với số vòng dây, ta có:... tính chất dung kháng, nên dòng điện tải trễ pha hơn so với điện áp tải một góc ϕ t Ta có đồ thị dòng điện và điện áp như hình vẽ: 14 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ 1.1.2 Mạch nghịch lưu nửa cầu 1 pha: (Bộ nghịch lưu dòng phân áp điện cảm ) cho trên hình vẽ: Dòng điện vào được chia làm 2 thành phần: iL1, iL2, L1 = L2 = L, iL1+iL2 = iv +Khi T1 dẫn: iT1 = iv, it = iL1= iv - iL2 ut = uv/2, uv =... điện áp tải một góc ϕ t Ta có đồ thị dòng điện và điện áp như hình vẽ: 23 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ 24 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ 1.2.1.2 Tải có tính chất cảm kháng 2 Nghịch lưu độc lập nguồn điện áp nửa cầu 1pha : 25 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ *.Sơ đồ nguyên lý: * Sơ đồ các linh kiện bán dẫn: Khi K1 đóng u , = u C = + 1 Khi K2 , u , = - u C = 1 U 2 U 2... ĐIỆN TỬ - Vì tải có tính chất điện cảm, nên dòng điện tải trễ pha hơn so với điện áp tải một góc ϕ t Ta có đồ thị dòng điện và điện áp như hình vẽ: 29 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ 1.2.3 Nghịch lưu độc lập nguồn áp cầu một pha *Sơ đồ nguyên lý: 1.2.3.1 Tải có tính chất dung kháng: - Vì tải có tính chất dung kháng, nên dòng điện tải sớm pha hơn so với điện áp tải một góc ϕ t Dựa vào sơ đồ... cảm - Vì tải có tính chất điện cảm, nên dòng điện tải trễ pha hơn so với điện áp tải một góc ϕ t Ta có đồ thị dòng điện và điện áp như hình vẽ: 17 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ 1.1.3 Mạch nghịch lưu cầu 1 pha 1.1.3.1 Tải có tính chất dung kháng - Vì tải có tính chất dung kháng, nên dòng điện tải sớm pha hơn so với điện áp tải một góc ϕ t Ta có đồ thị dòng điện và điện áp như hình vẽ: 18 TRƯỜNG ... Tổng quan nghịch lưu Đặc điểm nghịch lưu độc lập Phân loại nghịch lưu độc lập Ứng dụng II Mạch nghịch lưu pha Bộ nghịch lưu pha Nnghịch lưu nguồn dòng... Transistor, IGBT… Xung tạo nhờ sử dụng mạch tạo xung điều khiển sử dụng IC tạo xung vuông IC CD4047B Ở mạch phải chế tạo cách tối ưu có nghĩa không sử dụng mạch nghịch lưu kồng kềnh giản đơn mà kết... Phân tích yêu cầu đề tài Đề tài : “ Thiết kế, chế tạo nghịch lưu sử dụng IGBT” TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ Với yêu cầu đề tài phải thiết kế nghịch lưu cho điện áp xoay chiều 220V từ