intTypePromotion=1
ADSENSE

Đề tài: Thiết kế mạch nghịch lưu

Chia sẻ: Tranvanhung Tranvanhung | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:41

442
lượt xem
58
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài trình bày về các nội dung: Cơ sở lý thuyết các linh kiện bán dẫn công suất, giới thiệu về Mosfet và cách thiết kế mạch nghịch lưu. Tài liệu tham khảo dành cho các bạn sinh viên ngành Điện - Điện tử. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Đề tài: Thiết kế mạch nghịch lưu

  1. PHỤ LỤC LỜI NÓI ĐẦU Trong thời đại ngày nay điện tử  công suất đóng một vai trò hết sức quan  trọng trong đời sống. Việc biến đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác nhờ  các mạch công suất được ứng dụng rộng rãi. Đặc biệt nhờ có sự phát triển của   van bán dẫn công suất mà lĩnh vực này ngày càng phát triển mạnh mẽ.Ta có thể  phân   loại   thành   một   số   dạng   biến   đổi   sau:   AC→DC   (Chỉnh   lưu)   ;   DC→AC  (Nghịch lưu)  AC→AC (Điều chỉnh điện áp xoay chiều); DC→DC (Điều chỉnh  điện áp một chiều). Mỗi nhóm trên đều có những  ứng dụng riêng của nó trong   từng lĩnh vực cụ thể Quá trình thực hiện đồ  án này dưới sự  hướng dẫn của thầy Tạ  Hùng  Cường chúng em đi sâu tìm hiểu mảng biến đổi năng lượng một chiều ra năng   lượng xoay chiều mà cụ  thể  là mạch kích điện áp 12V một chiều lên điện áp  220V xoay chiều công suất 300W. Mạch này được  ứng dụng nhiều trong đời  sống sinh hoạt. Mạch có nhiêm vụ  cung cấp nguồn năng lượng cho tải khi xảy  ra   sự   cố   mất   điện.Do   thời   gian   thực  hiện  không   nhiều   nên   còn   nhiều   hạn  chế.Chúng em sẽ tiếp tục tìm hiểu và phát triển mở rộng hơn nữa các ứng dụng   của mạch sau này. Trong thời gian thực hiện đồ  án  vừa qua em xin chân thành cảm  ơn sự  hướng dẫn và chỉ  bảo tận tình của thầy Tạ  Hùng Cường. Thầy đã giúp chúng  em có được thêm nhiều những kiến thức và kinh nghiệm quý báu để  phục vụ  cho việc học tập cũng như cho công việc trong tương lai. Sau đây chúng em xin   trình bày về   những kiến thức chúng em đã tìm hiểu được trong thời gian vừa   qua. Vì kiến thức còn hạn chế  và thời gian tìm hiểu cũng chưa nhiều nên đồ  án  của em không thể tránh khỏi sai sót. Vậy em rất mong sự góp ý từ thầy để đồ án   được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! 1
  2. CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1. Các linh kiện bán dẫn công suất 1.1.1. Mosfet ●  Giới thiệu về Mosfet Hình 1.1: Transistor hiệu ứng trừơng Mosfet Mosfet, viết tắt của "Metal­Oxide Semiconductor Field­Effect Transistor"  trong tiếng Anh, có nghĩa là "transistor hiệu  ứng trường Oxit Kim loại ­ Bán   dẫn", là một thuật ngữ chỉ các transistor hiệu ứng trường được sử dụng rất phổ  biến trong cácmạch số và các mạch tương tự. Transistor MOSFET được xây dựng dựa trên lớp chuyển tiếp Oxit Kim   loại và bán dẫn (ví dụ Oxit Bạc và bán dẫn Silic) [1] MOSFET có hai loại: +  N­MOSFET: chỉ  hoạt động khi nguồn điện Gate là zero, các electron bên  trong vẫn tiến hành hoạt động cho đến khi bị ảnh hưởng bởi nguồn điện Input. + P­MOSFET: các electron sẽ  bị cut­off cho đến khi gia tăng nguồn điện thế  vào ngỏ Gate ● Cấu tạo và kí hiệu Hình 1.2: Cấu tạo và kí hiệu G: Gate gọi là cực cổng  S: Source gọi là cực nguồn  D: Drain gọi là cực máng 2
  3. Trong đó : G là cực điều khiển được cách lý hoàn toàn với cấu trúc bán  dẫn còn lại bởi lớp điện môi cực mỏng nhưng có độ  cách điện cực lớn dioxit­ silic (Sio2). Hai cực còn lại là cực gốc  (S) và cực máng (D). Cực máng là cực  đón các hạt mang điện. Mosfet có điện trở  giữa cực G với cực S và giữa cực G với cực D là vô   cùng lớn, còn điện trở  giữa cực D và cực S phụ  thuộc vào điện áp chênh lệch  giữa cực G và cực S ( UGS ) Khi điện áp UGS = 0 thì điện trở RDS rất lớn, khi   điện áp UGS > 0 => do hiệu  ứng từ trường làm cho điện trở RDS giảm, điện áp   UGS càng lớn thì điện trở RDS càng nhỏ. ● Nguyên lý hoạt động Xét loại kênh dẫn n. ­ Để JFET làm việc ta phân cực cho nó bởi  2 nguồn điện áp: UDS > 0 và UGS    đèn Q1 dẫn => bóng đèn D sáng.  3
  4. Khi công tắc K ngắt, Nguồn cấp vào hai cực GS = 0V nên. Q1 khóa ==>Bóng  đèn tắt. Từ thực nghiệm trên ta thấy rằng : điện áp đặt vào chân G không tạo ra  dòng GS như trong Transistor thông thường mà điện áp này chỉ tạo ra từ trường  => làm cho điện trở RDS giảm xuống. * Các thông số thể hiện khả năng đóng cắt của Mosfet Thời   gian   trễ   khi   đóng/mở   khóa   phụ   thuộc   giá   trị   các   tụ   kí   sinh  Cgs.Cgd,Cds. Tuy nhiên các thông số  này thường được cho dưới dạng trị  số  tụ  Ciss, Crss,Coss. Nhưng dưới điều kiện nhất đinh như là điện áp Ugs và Uds. Ta  có thể tính được giá trị các tụ đó. ● Xác định chân, kiểm tra­Mosfet Thông thường thì chân của Mosfet có quy định chung không như Transitor.  Chân của Mosfet được quy định:  chân G  ở bên trái, chân S  ở bên phải còn chân  D ở giữa. * Kiểm tra Mosfet Mosfet có thể được kiểm tra bằng đồng hồ vạn năng . Do có cấu tạo hơi   khác so với Transitor nên cách kiểm tra Mosfet cũng không giống với Transitor. ­ Mosfet còn tốt. Là khi đo trở  kháng giữa G với S và giữa G với D có điện trở  bằng vô  cùng ( kim không lên cả hai chiều đo) và khi G đã được thoát điện thì trở kháng   giữa D và S phải là vô cùng. Bước 1 : Chuẩn bị để thang x1KW  Bước 2 : Nạp cho G một điện tích ( để que đen vào G que đỏ vào S hoặc  D )  Bước 3 : Sau khi nạp cho G một điện tích ta đo giữa D và S ( que đen vào  D que đỏ vào S ) => kim sẽ lên.  Bước 4 : Chập G vào D hoặc G vào S để thoát điện chân G. Bước 5 : Sau khi đã thoát điện chân G đo lại DS như bước 3 kim không  lên.  => Kết quả như vậy là Mosfet tốt. ­ Mosfet chết hay chập Bước 1 : Để đồng hồ thang x 1KW. Đo giữa G và S hoặc giữa G và D nếu kim lên = 0 W là chập. Đo giữa D và S mà cả hai chiều đo kim lên = 0 W là chập D S. 4
  5. ­  Đo kiểm tra Mosfet trong mạch Khi kiểm tra Mosfet trong mạch , ta chỉ cần để thang x1W và đo giữa D và  S. Nếu 1 chiều kim lên đảo chiều đo kim không lên => là Mosfet bình thường,   Nếu cả hai chiều kim lên = 0 W là Mosfet bị chập DS ● Ứng dung của Mosfet trong thực tế. Mosfet trong nguồn xung của Monitor Hình 1.3: Mosfet trong nguồn xung Trong bộ nguồn xung của Monitor hoặc máy vi tính, người ta thường dùng  cặp linh kiện là IC tạo dao động và đèn Mosfet, dao động tạo ra từ  IC có dạng   xung vuông được đưa đến chân G của Mosfet, tại thời điểm xung có điện áp >   0V => đèn Mosfet dẫn, khi xung dao động = 0V Mosfet ngắt => như  vậy dao   động tạo ra sẽ  điều khiển cho Mosfet liên tục đóng ngắt tạo thành dòng điện  biến thiên liên tục chạy qua cuộn sơ  cấp => sinh ra từ  trường biến thiên cảm  ứng lên các cuộn thứ cấp => cho ta điện áp ra. 5
  6. 1.1.2. Triac TRIAC (viết   tắt   của TRIode   for   Alternating   Current)   là   phần   tử bán  dẫn gồm năm lớp bán dẫn, tạo nên cấu trúc p­n­p­n như   ởthyristor theo cả  hai  chiều giữa các cực T1 và T2, do đó có thể dẫn dòng theo cả hai chiều giữa T1 và   T2.   TRIAC   có   thể   coi   tương   đương   với   hai   thyristor   đấu   song   song   song  ngược.để điều khiển Triac ta chỉ cần cấp xung cho chân G của Triac. ● Cấu tạo Triac là một linh kiện bán dẫn có ba cực năm lớp, làm việc như 2 Thyristor  mắc song song ngược chiều, có thể dẫn điện theo hai chiều. Hình 1.4: Cấu tạo Triac Triac có bốn tổ hợp điện thế có thể mở cho dòng chảy qua: 6
  7. ● Đặc tuyến Đặc tuyến Volt – Ampe gồm hai phần  đối xứng nhau qua gốc O, mỗi   phần tương tự đặc tuyến thuận của Thyristor. Đặc tính Volt­Ampere của TRIAC bao gồm hai đoạn đặc tính ở góc phần  tư  thứ  nhất và thứ  ba (hệ  trục Descartes), mỗi đoạn đều giống như  đặc tính   thuận của một thyristor. TRIAC có thể điều khiển cho mở dẫn dòng bằng cả xung dương (dòng đi  vào cực điều khiển) lẫn xung âm (dòng đi ra khỏi cực điều khiển).Tuy nhiên   xung dòng điều khiển âm có độ nhạy kém hơn, nghĩa là để mở được TRIAC sẽ  cần một dòng điều khiển âm lớn hơn so với dòng điều khiển dương.Vì vậy   trong thực tế để  đảm bảo tính đối xứng của dòng điện qua TRIAC thì sử  dụng   dòng điện dương là tốt hơn cả. Hình 1.5: Đặc tuyến của TRIAC 7
  8. ● Ứng dụng Hình 1.6: Mạch điều khiển dòng điện qua tải dùng triac Triac kết hợp với quang trở Cds để tác động theo ánh sáng. Khi Cds được  chiếu sáng sẽ  có trị  số  điện trở  nhỏ  làm điện thế  nạp được trên tụ  C thấp và   diac không dẫn điện, triac không được kích nên không có dòng qua tải. Khi Cds   bị  che tối sẽ  có trị  số  điện trở  lớn làm điện thế  trên tụ  C tăng đến mức đủ  để  triac dẫn điện và triac được kích dẫn điện cho dòng điện qua tải. Tải  ở  đây có  thể là các loại đèn chiếu sáng lối đi hay chiếu sáng bảo vệ, khi trời tối thì đèn tự  động sáng. Chú ý khi sử dụng: Những dụng cụ điện tải thuần trở làm việc tốt với các  giá trị  trung bình nhờ  tác dụng san làm đồng đều. Nhưng các dụng cụ  điện tải   điện kháng sẽ  bị   ảnh hưởng đáng kể, ví dụ  động cơ  sẽ  bị  phát nóng hơn mức   bình thường, tiêu tốn năng lượng cao hơn. Kết luận: Triac có  ưu điểm trong mọi vấn đề  như  gọn nhẹ, rẻ  tiền …   Dùng Triac làm biến dạng sin là nhược điểm chính trong sử dụng. 1.1.3. Thyristor  ● Cấu tạo Thyristor gồm bốn lớp bán dẫn P­N ghép xen kẽ và được nối ra ba chân: A : Anode : cực dương K : Cathode : cực âm G : Gate : cực khiển (cực cổng) 8
  9. Thyristor có thể xem như  tương đương hai BJT gồm một BJT loại NPN  và một BJT loại PNP ghép lại như hình vẽ sau: Hình 1.7: Cấu tạo Thyristor ● Nguyên lý hoạt động * Mở thyristor Khi được phân cực thuận, Uak>0, thyristor có thể  mở  bằng hai cách. Thứ  nhất, có thể  tăng điện áp anode­cathode cho đến khi đạt đến giá trị  điện áp thuận  lớn nhất,Uth,max.Điện trở  tương đương trong mạch anode­cathode sẽ  giảm đột  ngột và dòng qua thyristor sẽ hoàn toàn do mạch ngoài xác định. Phương pháp này  trong thực tế không được áp dụng do nguyên nhân mở không mong muốn và không  phải lúc nào cũng tăng được điện áp đến giá trị Uth,max. Hơn nữa như vậy xảy ra   trường hợp thyristor tự  mở  ra dưới tác dụng của các xung điện áp tại một thời   điểm ngẫu nhiên, không định trước. Phương pháp thứ  hai, được áp dụng trong thực tế, là đưa một xung dòng  điện có giá trị nhất định vào các cực điều khiển và cathode. Xung dòng điện điều  khiển sẽ  chuyển trạng thái của thyristor từ  trở  kháng cao sang trở  kháng thấp  ở  mức điện áp anode­cathode nhỏ. Khi đó nếu dòng qua anode­cathode lớn hơn một  giá trị nhất định gọi là dòng duy trì (Idt) thyristor sẽ tiếp tục  ở trong trạng thái mở  dẫn dòng mà không cần đến sự  tồn tại của xung dòng điều khiển, nghĩa là có thể  điều khiển mở các thyristor bằng các xung dòng có độ rộng xung nhất định, do đó   9
  10. công suất của mạch điều khiển có thể  là rất nhỏ, so với công suất của mạch lực   mà thyristor là một phần tử đóng cắt, khống chế dòng điện. * Trường hợp cực G để hở hay VG = OV Khi cực G và VG  = OV có nghĩa là transistor T1 không có phân cực ở cực B  nên T1ngưng dẫn. Khi T1 ngưng dẫn IB1 = 0, IC1 = 0 và T2 cũng ngưng dẫn. Như  vậy trường hợp này Thyristor không dẫn điện được, dòng điện qua Thyristor là  IA = 0 và VAK ≈ VCC. Tuy nhiên, khi tăng điện áp nguồn VCC lên mức đủ lớn là điện áp VAK tăng  theo đến điện thế  ngập VBO (Beak over) thì điện áp VAK giảm xuống như  diode  và dòng điện IAtăng nhanh. Lúc này Thyristor chuyển sang trạng thái dẫn điện,  dòng   điện   ứng   với   lúc   điện   áp   VAK giảm   nhanh   gọi   là   dòng   điện   duy   trì  IH (Holding). Sau đó đặc tính của Thyristor giống như một diode nắn điện. Trường hợp đóng khóa K: VG = VDC – IGRG, lúc này Thyristor dễ  chuyển  sang trạng thai dẫn điện. Lúc này transistor T1 được phân cực ở cực B1 nên dòng  điện IG chính là IB1  làm T1 dẫn điện, cho ra IC1 chính là dòng điện IB2 nên lúc đó  I2 dẫn điện, cho ra dòng điện IC2 lại cung cấp ngược lại cho T1 và IC2 = IB1. Nhờ  đó mà Thyristor sẽ tự duy trì trạng thái dẫn  mà không cần có dòng IG liên tục. IC1 = IB2    ; IC2 = IB1 Theo nguyên lý này dòng điện qua hai transistor sẽ  được khuếch đại lớn  dần và hai transistor chạy ở trạng thái bão hòa. Khi đó điện áp VAK giảm rất nhỏ  (≈ 0,7V) và dòng điện qua Thyristor là: Thực nghiệm cho thấy khi dòng điện cung cấp cho cực G càng lớn thì áp  ngập càng nhỏ tức Thyristor càng dễ dẫn điện. * Trường hợp phân cực ngược Thyristor. Phân cực ngược Thyristor là nối A vào cực âm, K vào cực dương của  nguồn VCC. Trường hợp này giống như  diode bị  phân cự  ngược.Thyristor sẽ  không dẫn điện mà chỉ có dòng rỉ rất nhỏ đi qua. Khi tăng điện áp ngược lên đủ  10
  11. lớn thì Thyristor sẽ  bị  đánh thủng và dòng điện qua theo chiều ngược. Điện áp  ngược đủ để đánh thủng Thyristor là VBR. Thông thường trị số VBR và VBO  bằng  nhau và ngược dấu. ● Đặc tuyến Hình 1.8: Đặc tuyến của Thyristor IG = 0   IG2 > IG1 > IG Đặc tính Volt­Ampere của một thyristor gồm hai phần. Phần thứ  nhất   nằm trong góc phần tư  thứ  I của đồ  thị  Descartes,  ứng với trường hợp điện áp  Vak > 0, phần thứ  hai nằm trong góc phần tư  thứ  III, gọi là đặc tính ngược,  tương ứng với trường hợp Vak
  12. điện  áp  giữa anode vàcathode. Khi  điện  áp  Uak   0, lúc đầu cũng chỉ  có   một   dòng   điện   rất   nhỏ   chạy   qua,   gọi   là   dòng   rò. Điện   trở tương   đương  mạch anode­cathode vẫn có giá trị rất lớn. Khi đó tiếp giáp J1, J3 phân cực thuận,   J2 phân cực ngược. Cho đến khi Uak tăng đạt đến giá trị điện áp thuận lớn nhất sẽ  xảy ra hiện tượng điện trở tương đương mạch anode­cathode đột ngột giảm, dòng  điện có thể chạy qua thyristor và giá trị sẽ chỉ bị giới hạn bởi điện trở tải ở mạch   ngoài. Nếu khi đó dòng qua thyristor có giá trị lớn hơn một mực dòng tối thiểu, gọi   là dòng duy trì, Idt, thì khi đó thyristor sẽ  dẫn dòng trên đường đặc tính thuận,   giống như đường đặc tính thuận của điốt. * Có dòng điện vào cực điều khiển (iG > 0) Nếu có dòng điều khiển đưa vào giữa cực điều khiển và cathode thì quá trình  chuyển điểm làm việc trên đường đặc tính thuận sẽ  xảy ra sớm hơn, trước khi   điện áp thuận đạt giá trị  lớn nhất. Nói chung nếu dòng điều khiển lớn hơn thì   điểm chuyển đặc tính làm việc sẽ xảy ra với Uak nhỏ hơn. ● Các thông số kỹ thuật  Dòng   điện   thuận   cực   đại.   Đây   là   trị   số   lớn   nhất   dòng   điện   qua   mà  Thyristor có thể chịu đựng liên tục, quá trị  số  này Thyristor bị hư. Khi Thyristor   đã dẫn điện VAKkhoảng 0,7V nên dòng điện thuận qua có thể tính theo công thức Điện áp ngược cực đại. Đây là điện áp ngược lớn nhất có thể đặt giữa A  và K mà Thyristor chưa bị  đánh thủng, nếu vượt qua trị  số  này Thyristor sẽ  bị  phá hủy. Điện áp ngược cực đại của Thyristor thường khoảng 100V đến 1000V. 12
  13. Dòng điện kích cực tiểu.IGmin.  Để Thyristor có thể dẫn điện trong trường  hợp điện áp VAK thấp thì phải có dòng điện kích cho cực G của Thyristor. Dòng  IGmin là trị  số  dòng kích nhỏ  nhất đủ  để  điều khiển Thyristor dẫn điện và dòng  IGmin có trị  số  lớn hay nhỏ  tùy thuộc công suất của Thyristor, nếu Thyristor có  công suất càng lớn thì IGmin phải càng lớn. Thông thường IGmin từ  1mA đến vài  chục mA. Thời gian mở  Thyristor.Là thời gian cần thiết hay độ  rộng của xung kích  để Thyristor có thể chuyển từ trạng thái ngưng sang trạng thái dẫn, thời gian mở  khoảng vài micrô giây. Thời gian tắt. Theo nguyên lý Thyristor sẽ tự duy trì trạng thái dẫn điện sau   khi được kích. Muốn Thyristor đang ở trạng thái dẫn chuyển sang trạng thái ngưng  thì phải cho IG = 0 và cho điện áp VAK = 0. để Thyristor có thể tắt được thì thời gian  cho VAK = OV phải đủ dài, nếu không VAK tăng lên cao lại ngay thì Thyristor sẽ dẫn  điện trở lại. Thời gian tắt của Thyristor khoảng vài chục micrô giây Tốc độ tăng điện áp cho phép dU/dt (V/μs). Thiristor là một phần tử  bán dẫn có điều khiển, có nghĩa là dù được phân cực   thuận (Uak>0) nhưng vẫn phải có tín hiệu điều khiển thì nó mới cho phép dòng  chạy qua. Khi thyristor phân cực thuận, phần lớn điện áp rơi trên lớp tiếp giáp J2   như hình vẽ. Lớp tiếp giáp J2 bị  phân cực ngược nên độ  dày của nó mở  ra, tạo ra vùng   không gian nghèo điện tích, cản trở  dòng điện chạy qua. Vùng không gian này có  thể  coi như  một tụ  diện có điện dung Cj2. Khi có điện áp biến thiên với tốc độ  lớn, dòng điện của tụ có thể có giá trị đáng kể, đóng vai trò như dòng điều khiển.   Kết quả  là thyristor có thể  mở  ra khi chưa có tín hiệu điều khiển vào cực điều  khiển G. Tốc độ  tăng điện áp là một thông số  phân biệt thyristor tần số  thấp với   thyristor tần số cao. Ở thyristor tần số thấp, dU/dt vào khoảng 50 đến 200 V/μs còn  với các thyristor tần số cao dU/dt có thể lên tới 500 đến 2000 V/μs. (tham khảo...) ­ Tốc độ tăng dòng cho phép dI/dt (A/μs). Khi thyristor bắt đầu mở không phải mọi điểm trên tiết diện tinh thể bán dẫn của   nó đều dẫn dòng đồng đều. Dòng điện sẽ  chạy qua bắt đầu ở  một vài điểm, gần  với cực điều khiển nhất, sau đó sẽ lan tỏa dần sang các điểm khác trên toàn bộ tiết  diện. Nếu tốc độ  tăng dòng điện quá lớn có thể  dẫn tới mật độ  dòng điện ở  các  điểm dẫn ban đầu quá lớn, sự phát nhiệt cục bộ quá nhanh dẫn đến hỏng cục bộ,   từ đó dẫn đến hỏng toàn bộ tiết diện tinh thể bán dẫn. 13
  14. Tốc độ tăng dòng cho phép ở các thyristor tần số thấp vào khoảng 50÷100A/μs,  với các thyristor tần số cao dI/dt vào khoảng 500÷2000A/μs. Trong các bộ biến đổi   phải luôn có các biện pháp đảm bảo tốc độ tăng dòng dưới giá trị  cho phép. Điều   này đạt được nhờ  mắc nối tiếp các phần tử  bán dẫn với các điện kháng nhỏ, lõi   không khí hoặc đơn giản hơn là các xuyến ferit lồng lên nhau. Các xuyến ferit rất  phổ biến vì cấu tạo đơn giản, dễ thay đổi điện cảm bằng cách thay đổi số xuyến  lồng lên thanh dẫn. Xuyến ferit còn có tính chất của cuộn cảm bão hòa, khi dòng   qua thanh dẫn còn nhỏ  điện kháng sẽ  lớn để  hạn chế  tốc độ  tăng dòng. Khi dòng  đã lớn ferit bị bão hòa từ, điện cảm giảm gần như bằng không. Vì vậy cuộn kháng   kiểu này không gây sụt áp trong chế độ dòng định mức chạy qua dây dẫn. ● Ứng dụng của Thyristor. Thyristor chủ yếu được sử dụng ở những ứng dụng yêu cầu điện áp và dòng  điện lớn, và thường được sử dụng để điều khiển dòng xoay chiều AC (Alternating   current), vì sự thay đổi cực tính của dòng điện khiến thiết bị có thể đóng một cách   tự động(được biết như là quá trình Zero Cross­quá trình đóng cắt đầu ra tại lân cận   điểm 0 của điện áp hình sin). 1.2. Nghịch lưu 1. 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.... * Sơ đồ khối: Hình 1.9. Sơ đồ khối ­Khối nguồn. 14
  15.        Nguồn điện được sử dụng ở đây là nguồn điện một chiều lấy từ bình ắc  quy.Thời gian sử dụng phụ thuộc chủ yếu vào dung lượng lưu trữ của ắc  quy.Công thức tính công suất phát:P=U.I.        Ví dụ:ắc quy 12v/100Ah thì công suất phát là:P=12.100=1200w.     Nếu chạy bóng đèn compact 20w sẽ được 60h.. ­ Khối tạo tần số 50hz.      Nhiệm vụ của khối tạo ra song dao động đưa vào khối công suất với tần  số điện công nghiệp.Sóng ở đây thường là 2 dạng chính là hình sin hoặc  vuông.Thường thì khối công suất trở kháng đầu vào rất nhỏ nên thực tế chúng ta  cần một khối khuyêch đại đệm nhiệm vụ ổn đinh khối phát xung dao động giảm  trở kháng đầu vào cho tầng công suất. ­Khối công suất.      Từ dạng song nhận được từ khối phát công suất sẽ khuyech đại đưa đến  biến áp tạo điện áp xoay chiều.Thường thì khối này sử dụng các linh kiện công  suất như thyristor,transitor chịu dòng lớn như D718,2N3055…yêu cầu cho khối  này hoạt động  tốt cần có hệ thống tản nhiệt làm mát.  ­Biến áp nghịch lưu.Đây là thành phần chính quyết định tới công suất phát của  mạch.Biến áp được sử dụng là biến áp nghịch lưu có tỷ số vòng dây của cuộn  thứ cấp lớn hơn rất nhiều cuộn sơ cấp..Công suất của mạch được tính như  sau:Pmax=U.I. Với I là dòng điện biến áp chịu được.U là hiệu điện thế đặt vào cuộn sơ cấp. Ví dụ:Một biến áp nghịch lưu 12v­220v dòng 40A. Công suất tối đa của mạch sẽ là:P=12.40=480 w chạy được một ti vi,2 quạt và 3  bóng típ 40w. * Phân loại: Nghịch lưu chia làm 2 loại chính: Nghịch lưu 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  thuộc vào tín 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 chữ nhật, hình răng cưa, hình sin, dạng hàm mũ 15
  16. 1.2.2. Các sơ đồ nghịch lưu độc lập một pha  ● Thiết bị biến đổi dòng điện một pha  Hình 1.10: Sơ đồ một pha có điểm trung tính  Sơ  đồgồm một máy biến áp có điểm giữa phía sơ  cấp, hai Tiristor anôt  nối vào cực dương của nguồn nuôi E thông qua hai nửa cuộn dây sơcấp của máy  biến áp, do đó còn có tên là onduleur song song. Ở đầu vào của onduleur dòng ta  đấu nối tiếp với một 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 T1 nối với  cực âm của nguồn E. bấy giờV 0 –VA= u1= E, do hiệu  ứng bi ến  áp tự  ngẫu   nênVB =Vo = u1= E.như  vậy tụ  điện C được nạp điện áp bằng 2E, bản cực   dương ở bên phải. Bây giờ nếu cho xung mở T2, Tiristor này mở và đặt điện thế  điểm B vào mạch catôt T 1 khiến T 1 bị khoá lại, tụ điện C sẽ bị nạp ngược lại,   sẵn sàng để  khoá T2 khi ta cho xung mở  T1 Phía thứ  cấp ta nhận được dòng   “Sinus chữnhật” mà tần số của nó phụ thuộc vào nhịp phát xung mởT1,T2 16
  17. Hình 1.11: Sơ đồ cầu một pha Các tín hiệu điều khiển được đưa vào từng đôi Tiristor T1, T2 lệch pha với   tín hiệu điều khiển đưa vào đôi T3 ,T4 một góc 180o Điện cảm đầu vào nghịch  lưu lớn (Ld= ∞), do đó dòng điện đầu vào id được san phẳng (biểu đồ  xung),  nguồn cấp cho nghịch lưu là nguồn dòng và dạng dòng điện nghịch lưu (i) có  dạng xung vuông. Khi đưa xung vào mở  cặp van T1,T2 , dòng điện i = id= Id.   Đồng thời dòng qua tụ C tăng lên đột biến , tụ C bắt đầu nạp điện với cực (+) ở  bên trái và cực (­) ở bên phải. Khi tụ C nạp đầy, dòng qua tụ giảm về không. Do i = ic = it=Id = hằng số,   nên lúc đầu dòng qua tải nhỏ  và sau đó dòng qua tải tăng lên. Sau một nửa chu  kỳ  (t = t1) người ta đưa xung vào mởcặp van T3,T4. Cặp T3,T4 mở tạo ra quá   trình phóng điện của tụ C từcực (+) vềcực (­) .   Dòng phóng ngược chiều với dòng qua T1 và T2 sẽ  làm cho T1 và T2 bị  khoá lại.Quá trình chuyển mạch gần như tức thời. Sau đó tụC sẽ được nạp điện  theo chiều ngược lại với cực (+)  ở  bên phải và cực (­)  ởbên trái. Dòng nghịch   lưu i =id=­Id (đã đổi dấu). Đến thời điểm t = t2 người ta đưa xung vào mởT1,T2   thì T3,T4 sẽ bị khoá lại và quá trình được lặp lại như trước. Như vậy chức năng  cơ bản của tụ C là làm nhiệm vụ chuyển mạch cho các Tiristor. Tại thời điểm t1  khi mởT3 và T4 thì T1 và T2 sẽ bị khoá lại bởi điện áp ngược của tụ C đặt vào.   Khoảng thời gian duy trì diện áp ngược ( t1 ­t’1 ) là cần thiết để duy trì qúa trình   khoá và phục hồi tính điều khiển của van và t’1­ t01= tk ≥ toff là thời gian khoá  của Tiristor hay chính là thời gian phục hồi tính điều khiển. kt .ω β = là góc khoá   của nghịch lưu. ● Nghịch lưu điện áp 1 pha Sơ đồ không điều chế 17
  18. Hình 1.12: 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 chiều dạng răng cưa.  Khi is > 0 thì nguồn cung cấp năng lượng cho tải (các thyristor dẫn dòng) Khi is 0   và   tăng   chảy   theo   chiều   từ  A→B.Giai đoạn từ t=0 cho đến t1 là giai đoạn hoàn năng lượng.  Khi t=T/2 cho xung mở T2 và T4, T1 và T3 bị khóa lại, dòng chảy qua D2 và  D4 khiến cho T2 và T4 vừa kịp mở đã bị khóa lại. Khi t=t3, i=0, T2 và T4 sẽ mở  lại, i
  19.      ­Truyền tải điện cao áp một chiều,luyện kim,các bộ biến đổi cho các nguồn  năng lượng mới, làm nguồn điện xoay chiều cho nhu cầu gia đình, hệ thống  chiếu sáng,bộ chuyển đổi nguồn ở những nơi không có điện lưới như trên oto  phục vụ cho các thiết bị quạt, ti vi, trong lĩnh vực bù nhiễu công suất phản  kháng.       ­Nếu sử dụng inverter sóng vuông thì chỉ sử dụng hạn chế cho máytính,TV,  VCD, đèn thắp sáng vì dòng điện nó tạo ra có nhiều sóng hài. Nếu dùng cho quạt  điện, sóng hài tạo ra tiếng kêu và nóng động cơ, lâu dài dẫn đến cháy tụ khởi  động và các cuộn dây. Để dùng cho quạt và các phụ tải động cơ, biến áp cần  dùng Inverter sóng sin.        ­Ứng dụng trong các bộ lưu điện UPS đang được phổ biến hiện nay.UPS là  1 nguồn điện dự phòng , cung cấp tạm thời điện năng nhằm duy trì hoạt động  của các thiết bị điện khi xảy ra sự cố, đảm bảo an toàn dữ liệu và an toàn hệ  thống. 19
  20. CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MẠCH NGHỊCH LƯU 2.1. Phân tích yêu cầu thiết kế mạch nghịch lưu Ta đưa ra thông số và yêu cầu bộ nghịch lưu cần thiết kế như sau Nguồn cấp là  Acquy 12VDC. Công suất 300W. Điện áp đầu ra 220VAC/50Hz. Với nguồn cấp là Acquy nên ta sử  dụng mạch nghịch lưu độc lập.Như  vậy ta có ba sự chọn lựa : Nghịch lưu độc lập nguồn áp, nguồn dòng và cộng   hưởng. Mạch nghịch lưu độc lập dòng điện được cấp từ nguồn dòng, ở đây ta sử  dụng nguồn cấp là acquy nên không phù hợp. Mạch nghịch lưu độc lập cộng hưởng có dạng điện áp ra gần sin nhất,  tuy nhiên với tần số lớn từ 300Hz trở lên do vậy không phù hợp để sử dụng cho  mạch mà ta cần thiết kế. Như vậy ta sử dụng mạch nghịchlưu độc lập nguồn áp, có hai lựa chọn:  Nghịch lưu độc lập nguồn áp một pha. Nghịch lưu độc lập nguồn áp ba pha sau đó lấy một pha để sử dụng.  Ghịch lưu độc lập nguồn áp ba pha có dạng hình sin hơn so với nghịch lưu độc  lập nguồn áp một pha, tuy nhiên với mục đích sử dụng như ban đầu ta đưa ra  thì hoàn toàn không cần thiết phải dùng như vậy, bởi bộ nghịch lưu áp ba pha  cho chi phí cao hơn và tính toán điều khiển cũng phức tạp hơn rất nhiều, trong  khi đó ta chỉ cần sử dụng một pha cho nhu cầu sinh hoạt hàng ngày. Do vậy ta sẽ chọn mạch nghịch lưu độc lập nguồn áp một pha với các  thông số và yêu cầu đã đề ra. Bộ biến đổi DC/AC sẽ gồm  hai thành phần chính như sau Mạch điều khiển : Có nhiệm vụ phát xung vuông dao động với tần số 50  Hz cấp xung mở cho transitor, transitor dẫn sẽ làm cho mosfet dẫn. Mạch lực bộ nghịch lưu một pha :có nhiệm vụ đẩy kéo điện áp 12V DC  lên 220VAC tần số 50Hz. 20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2