MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÁC LINH KIỆN CÔNG SUẤT,NGHỊCH LƯU Giới thiệu van bán dẫn công suất 1.1 Điốt công suất 1.2 Tiristor ( SCR ) 1.3.Triắc 10 1.4 Transitor BJT công suất 11 1.5 Transistor MOS công suất ( MOSFET ) 14 1.6 Máy biến áp acquy 16 Nghịch lưu 18 2.1 Khái niệm phân loại sơ đồ nghịch lưu 18 2.2 Các sơ đồ nghịch lưu độc lập pha 19 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ MẠCH NGHỊCH LƯU 23 Phương án lựa chọn 23 Sơ đồ chân nguyên lý hoạt động ic SG 3525 24 Nguyên lý hoạt động toàn hệ thống: 27 Mạch điều khiển mạch lực 28 4.1 Nhiệm vụ chức mạch điều khiển : 28 4.2 Nhiệm vụ chức mạch lực 29 CHƯƠNG III : TÍNH TOÁN VÀ CHẾ TẠO MẠCH NGHỊCH LƯU 30 Tính toán máy biến áp 30 Mạch lực 32 2.1 Chọn van: 32 2.2 Hình dạng kí hiệu 32 2.3.Thông số 33 Tính toán mạch điều khiển: 34 Sơ đồ 35 4.1 Sơ đồ mạch điều khiển 35 4.2 Sơ đồ mạch động lực 35 4.3 Sơ đồ mạch in 36 KẾT LUẬN 37 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 mạch nghịch lưu pha” 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 Nguyễn Đình Hùng với cố gắng nỗ lực thành viên nhóm chúng em hoàn thành xong đồ án mình.Tuy nhiên thời gian kiến thức hạn chế nên không tránh khỏi thiếu sót thực đồ án 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! Nhóm sinh viên thực hiện: Hoàng Anh Tuấn Nguyễn Xuân Tùng CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÁC LINH KIỆN CÔNG SUẤT,NGHỊCH LƯU Giới thiệu van bán dẫn công suất Các phần tử bán dẫn công suất có đặc tính chung, là: Các van bán dẫn làm việc chế độ khoá, mở cho dòng chạy qua có điện trở tương đương nhỏ, khoá không cho dòng chạy qua có điện trở tương đương lớn Các van bán dẫn dẫn dòng theo chiều phần tử đặt điện áp phân cực ngược, dòng qua phần tử có giá trị nhỏ, cỡ mA, gọi dòng rò 1.1 Điốt công suất 1.1.1 Chất bán dẫn • Chất bán dẫn tạp loại P: Khi ta trộn thêm lượng vừa đủ nguyên tố phân nhóm vào Silic Ge (phân nhóm 4) nguyên tố có e thuộc lớp bị thiếu 1e để tham gia liên kết với Si Ge Kết mạch tinh thể bị dưa lỗ trống.Lỗ trống mang điện tích dương Positive ta gọi bán dẫn loại P hạt thiểu số e • Chất bán dẫn tạp loại n: Khi ta trộn thêm lượng vừa đủ nguyên tố phân nhóm vào Si Ge (thuộc công nghệ đặc biệt) nguyên tố có 5e lớp cùng, vâỵ thừa e Khi tham gia liên kết với Si Ge, kết mạng tinh thể bị dư e, e mang điện tích âm Negative, ta gọi chất bán dẫn loại N Hình 1: Hình dạnh ký hiệu 1.1.2 Nguyên lý làm việc a) Khi phân cực thuận: Ta thực mạch bên với điều kiện điện áp nguồn Un tạo điện trường En>Etx (và ngược với Etx) kết ta điện trường tổng đặt nên tiếp giáp J Et=En+Etx có chiều hướng từA tới K chiều điện trường tạo điều kiện thuận lợi cho hạt đa số di chuyển dễ dàng (vùng P hạt đa số lỗ trống, vùng N hạt đa số e) làm cho dòng điện khuyếch tán lớn từ A tới K toàn điện áp đặt vào J b) Phân cực ngược: Ta đấu A vào âm nguồn ta đấu K vào dương nguồn Kết Et =En+Etx có chiều hướng làm cho hạt thiểu số di chuyển dễ dàng ngăn cản hạt đa số Do mật độ hạt thiểu số nhỏ nên có dòng điện nhỏ qua J gọi dòng rò từ K tới A c) Đặc tính Volt-Ampere (V-A) ng.max rò đo Hình 2: Đặc tính Volt-Ampere (V-A) Nếu đặt EAK>0 có dòng điện chảy qua tạo điện áp rơi khoảng 0,7v (với Si) Khi dòng điện Iđm Nếu điện áp UAK< điện tử tự lỗ trống bị đẩy xa J kết có dòng điện rò vào khoảng vài mA chảy qua Khi tiếp tục tăng điện áp UAK theo chiều âm hạt thiểu số tăng tốc với động lớn gây va chạm làm bẻ gẫy liên kết vùng J theo hình thức dây truyền, kết quảlà hàng loạt điện tích sinh ởvùng J làm cho dòng điện tăng đột ngột, dòng sẽphá hỏng diode Trị số điện áp ngược gây hỏng van diode gọi Ungmax (trị số điện áp ngược cực đại ) Trong thực tế điện áp ngược cho phép đặt vào van: Ungthực tế = (0,7÷0,8) Ungmax van van an toàn -Khi đặt hiệu điện UAK> điện tử vùng N vượt qua vùng mặt ghép J sang miền P đến cực dương nguồn Nếu nhiên đặt UAK0 diode, dòng điện I tức thời đạt giá trị U/R mà phải khoảng thời gian ký hiệu ton (turn on time ) để điện tích đa số dòng loạt di động,ton cỡ µs (micro giây) -Khi tần số nguồn F≥100Khz diode tính dẫn điện theo chiều( chế độ khóa ) 1.2 Tiristor ( SCR ) Tirirtor thiết bị gồm bốn lớp bán dẫn P1,N1,P2,N2 tạo thành, tirirtor phải cấp xung dương hoạt động Do SCR thiết kế phải có chân : chân Anot, Katot chân điều khiển G Hình 4: Cấu tạo tiristor Hình 5: Ký hiệu hình thực tế Nguyên lý hoạt động : Đặt Tiristor điện áp chiều, Anốt nối vào cực dương, Katôt nối vào cực âm nguồn điện áp J1 J3 phân cực thuận, J2 phân cực ngược Gần toàn điện áp nguồn đặt mặt ghép J2 điện trường nội Ei J2 có chiều từ N1 hướngvề P2 điện trường tác động chiều với Ei vùng chuyển tiếp vùng cách điện mở rộng dòng điện chạy qua Tiristor bị đặt điện áp + Mở Tiristor: Cho xung điện áp dương Ug tác động vào cực G (dương xo với K) điện tử từ N2 sang P2 Đến đây, số điện tử chảy vào cực G hình thành dòng điều khiển Ig chạy theo mạch G-J3-K-G phần lớn điện tử chịu sức hút điện trường tổng hợp mặt ghép J2 lao vào vùng chuyển tiếp này, tăng tốc, động lớn bẻ gãy liên kết nguyên tử Silic, tạo nên điện tử tự Số điện tử giải phóng tham gia bắn phá nguyên tử Silic vùng Kết phản ứng dây truyền làm xuất nhiều điện tử chạy vào N1 qua P đến cực dương nguồn điện ngoài, gây nên tượng dẫn điện ạt, J trở thành mặt ghép dẫn điện, điểm xung quanh cực G phát triển toàn mặt ghép Địên trở thuận Tiristor khoảng 100K Ω trạng thái khoá, trở thành 0,01Ω Tiristor mở cho dòng chạy qua.Tiristor khoá +UAK > 1V Ig > Igs1 Tiristor mở Trong Igs1 dòng điều khiển tra sổ tay tra cứu Tiristor Ton: thời gian mở thời gian cần thiết để thiết lập dòng điện chạy Tiristor, tình từ thời điểm phóng dòng Igvào cực điều khiển Thời gian mở Tiristor kéo dài khoảng 10 sµ + Khoá Tiristor: có hai cách làm giảm dòng làm việc I xuống giá trị dòng trì đặt điện áp ngược lên Tiristor Khi đặt điện áp ngược lên Tiristor: UAK P= S2/1,44 Vậy để công suất tầm 352W trở lên lõi S=1,2x√352=22,5 (cm2); chiều dài , chiều rộng lõi 4.5 cm cm Dòng cuộn sơ cấp : I=P/US( U sơ cấp ) Dòng chả qua cuộn sơ cấp : 352/12=29.3 (A) Thiết diện dây sơ cấp : Asc= 2.5/I1 ( 2.5 mật độ dòng điện ) Đường kính dây sơ cấp : Asc=π dSC2/4 =>dSC= Với công suất 352W: ASC= 2.5/29.3=0.085; dSC= 0.27 cm chọn dây 2.5 mm, hay 2.5 li Từ mối quan hệ đại lượng I,U N ta có: => I thứ cấp là: (12x29.3)/220=1.59 (A) Thiết diện dây thứ cấp :ATC=2.5/I2 Đường kính dây thức cấp : ATC= π dTC2/4=> dTC= =>dTC= 0.7 (mm) Số vòng cần quấn cho cuộn sơ cấp : NSC= (K x USC )/S Số vòng bên thứ cấp : NTC= (K x UTC )/S Với K ( lấy từ 38 đến 45 chọn 45) Bên sơ cấp sốvòng : Bên thứ cấp : x11 = 22 (vòng) x22.5 = 440 (vòng) Để quấn máy biến áp công suất 352W ta chọn : Chiều dài lõi 4.5 cm rộng cm Sơ cấp quấn cuộn cuộn 22 vòng dây đường kính dây 2.5mm Thứ cấp quấn 480 vòng đường kính dây 0.7mm Mạch lực Tính chọn IRF 2.1 Chọn van: Với dòng làm việc máy biến áp I=15A, P = 352W, ta chọn mosfet công suất IRF3205, Id=110A Dòng làm việc IRF cao dòng làm việc IRF điều kiện cực G kích mở liên tục Còn với dòng gián đoạn IRF chịu lại thấp thấp (IAS = 62A) so với dòng liên tục Trong IRF có tụ ký sinh để xả điện thực tế làm việc với tần số đóng cắt cao phải mắc thêm mạch hỗ trợ van.Nên chọn IRF phải ý đặc điểm 2.2 Hình dạng kí hiệu 2.3.Thông số Tính toán mạch điều khiển: Ta tính toán để có xung 50Hz sau: oscillator The oscillator controls the frequency of the SG3525 and is programmed by RT and CT RT RD tính Ω ,CT tính F,f tính Hz với f = 50hz, ta có : ta chọn: Ct = 0.1 uF RD = 100Ω Rt = 284 ,428 k Để điều chỉnh điện áp dung biến trở 100kΩ mắc vào chân Sơ đồ 4.1 Sơ đồ mạch điều khiển 4.2 Sơ đồ mạch động lực 4.3 Sơ đồ mạch in KẾT LUẬN Sau trình thực đồ án chúng em thu số kết sau: - Giới thiệu số ứng dụng đặc điểm mạch nghịch lưu pha - Phân tích nguyên lý làm việc thông số mạch nghịch lưu ba pha - Giới thiệu số ứng dụng đặc điểm mạch nghịch lưu pha Với cố gắng nỗ lực thành viên nhóm chúng em hoàn thành đồ án theo thời gian Một lần chúng em xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô khoa Điện - Điện Tử, đặc biệt thầy Nguyễn Đình Hùng trực tiếp hướng dẫn chúng em việc hoàn thành đồ án Chúng em mong nhận ý kiến nhận xét, góp ý thầy cô bạn để đồ án cúng em hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! [...]... biến áp và acquy 1.6.1 Máy biến áp - Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi điện áp của hệ thống dòng điện xoay chiều nhưng vẫn giữ nguyên tần số Hệ thống điện đầu vào máy biến áp ( trước lúc biến đổi ) có : điện áp U1, dòng điện I1, tần số f Hệ thống điện đầu ra của máy biến áp ( sau khi biến đổi ) có : điện áp U2, dòng điện I2 và tần số f... phụ thuộc và nghịch lưu độc lập Trong đó nghịch lưu phụ thuộc là nghịch lưu có điện áp, tần số, góc pha và thứ tự pha phụ thuộc vào lưới điện mà đầu ra của nó mắc song song vào Nghịch lưu độc lập lại được chia ra nghịch lưu độc lập nguồn áp và nguồn dòng Trong đó nghịch lưu độc lập nguồn áp thì luôn định ra một điện áp có biên độ, tần số, góc pha và thứ tự pha không phụ thuộc vào loại tải và chỉ phụ... vào của máy biến áp nối với nguồn điện, được gọi là sơ cấp.Đầu ra nối với tải gọi là thứ cấp Các đại lượng, các thông số sơ cấp trong ký hiệu có ghi chỉ số 1 : số vòng dây sơ cấp w1, điện áp sơ cấp U1, dòng điện sơ cấp I1, công suất sơ cấp P1 Các đại lượng và thông số thứ cấp có chỉ số 2 : số vòng dây thứ cấp w2, điện áp thứ cấp U2, dòng điện thứ cấp I2, công suất thứ cấp P2 - Nếu điện áp thứ cấp lớn... hiều điều khiển, điện áp thường có dạng hình chữnhật còn dòng điện phụthuộc vào tải có thể là hình chữ nhật, hình răng cưa, hình sin, dạng hàm mũ Còn nghịch lưu độc lập nguồn dòng thì luôn định ra một dòng điện có biên độ, tần số, góc pha và thứ tự pha không phụthuộc vào loại tải và chỉ phụ thuộc vào tín hiều điều khiển, dòng điện thường có dạng hình chữnhật còn điện áp phụ thuộc vào tải có thể là hình... E CHƯƠNG II: THIẾT KẾ MẠCH NGHỊCH LƯU 1 Phương án lựa chọn a Phương án 1: Dùng Transistor công suất : Dùng hai Transistor công suất T 1 và T 2 dao động đa hài phát ra tín hiệu đóng Hai Transistor T 1 và T 2 mắc cùng với bốn điện trở, trong đó có sử dụng trở công suất thành mạch tạo ra xung vuông Dùng các cổng logic : Có thể dùng các cổng logic như các cổng NAND, NOR, cổng đảo có thể dùng IC 4011 hoặc... biến đổi nguồn nuôi cho ic Dễ điều chỉnh độ rộng của xung ra, khoảng deal time vừa đủ để tạo ra chu kỳ xung âm mà không xảy ra hiện tượng trùng dẫn SG 3525 đưa ra xung trên 2 chân 11và 14 là dạng xung lấy từ emitơ của 2 transistor, bên trong SG3 525 Khi có xung tạo ra do dao động của mạch RC tại chân 6 va7 tạo ra với f=50hz, qua mạch lật trạng thái đưa 2 xung trên emitơ lệch nhau 180 độ Điện áp ra từ... nguồn , sau đó đưa ra điện áp 5v cấp cho toàn bộ hoạt động của mạch nội (với chân 16 nhận điện áp 5v) Đưa ra 50mA với các mạch điện bên ngoài - Phần tạo dao động: các mạch dao động nội bộ tần số hoạt động cho việc điều chỉnh chuyển đổi Các sóng dao động với điện áp từ 1v đến 3,5v .Tần số được thiết lập bởi một điện trở chân 6 và một tụ điện chân 5 Thời gian nghỉ trong hai tín hiệu đầu ra, được điều chỉnh... điện cảm lớn LK vừa để giữcho dòng điện vào để hạn chế đỉnh cao của dòng điện Ickhi khởi động Tụ điện C gọi là tụ điện chuyển mạch. Đặc điểm của onduleur dòng là có dòng điện tải dạng “Sinus chữnhật” còn dạng điện áp trên tải thì do thông số mạch tải quyết định 2n1 là tổng số vòng dây sơ cấp n2 là sốvòng dây thứcấp i,v là dòng và áp phía thứcấp Hoạt động của sơ đồ:Giả thiết cho xung mở T1 điểm A được... gian phục hồi tính điều khiển kt ω β = là góc khoá của nghịch lưu 2.2.2 Nghịch lưu điện áp 1 pha a.Sơ đồ không điều chế Hình 18: Sơ Đồ mạch điện Trong đó : -T1,T2,T3,T4: Là các thyristor có nhiệm vụ để đóng cắt hoặc điều chỉnh thay đổi điện áp xoay chiều ra tải -R, L: là phụ tải của động cơ điện xoay chiều -D1,D2,D3,D4: Là các diôt dẫn dòng khi tải trả năng lượng về nguồn nuôi -is: Là dòng nguồn xoay... nạp điện cho ắc quy - Có hai loại ăcquy là: ăcquy axit ( hay ăcquy chì ) và ăcquy kẽm (ăcquy sắt kền hay ăcquy cadimi - kền ) Trong đó ăcquy axit được dùng rộng rãi và phổ biến hơn 2 Nghịch lưu 2.1 Khái niệm và phân loại sơ đồ nghịch lưu Khái niệm: Nghịch lưu là quá trình biến đổi điện áp một chiều thành điện áp xoay chiều một pha hoặc ba pha Phân loại: Nghịch lưu chia làm 2 loại chính: Nghịch lưu ... trước lúc biến đổi ) có : điện áp U1, dòng điện I1, tần số f Hệ thống điện đầu máy biến áp ( sau biến đổi ) có : điện áp U2, dòng điện I2 tần số f - Đầu vào máy biến áp nối với nguồn điện, gọi sơ... đồ nghịch lưu Khái niệm: Nghịch lưu trình biến đổi điện áp chiều thành điện áp xoay chiều pha ba pha Phân loại: Nghịch lưu chia làm loại chính: Nghịch lưu phụ thuộc nghịch lưu độc lập Trong nghịch. .. nghịch lưu phụ thuộc nghịch lưu có điện áp, tần số, góc pha thứ tự pha phụ thuộc vào lưới điện mà đầu mắc song song vào Nghịch lưu độc lập lại chia nghịch lưu độc lập nguồn áp nguồn dòng Trong nghịch