Đề tài: Thiết kế mạch nghịch lưu

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

Thêm vào BST

Báo xấu

476
lượt xem 66
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:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

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

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
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
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
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
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
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
● 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
● 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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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