Thiết kế bộ nghịch lưu 1 pha với các yêu cầu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP ==========o0o========== BÀI TẬP LỚN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Mã 13350 Học kỳ 2 – Năm học 2020 – 2021 Đề tài Thiết kế bộ ng.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP ==========o0o========== BÀI TẬP LỚN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Mã: 13350 Học kỳ: – Năm học: 2020 – 2021 Đề tài: Thiết kế nghịch lưu pha với yêu cầu: - Sử dụng sơ đồ gián tiếp, van bán dẫn IGBT; - Điện áp vào : U1 = ( 220 ± 5%)VAC, f = 50Hz; - Điện áp : Ura= 200 VAC ,f2=(  100 )Hz - Dòng tải: 2,5A SINH VIÊN NGUYỄN VIỆT ANH NGUYỄN VIỆT ANH LƯU XUÂN TRƯỜNG AN MSV LỚP 82190 ĐTĐ60ĐH 82191 ĐTĐ60ĐH 82005 ĐTĐ60ĐH NHIỆM VỤ Nhóm trưởng Thành viên Thành viên Ngành Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Chun ngành Điện tự động cơng nghiệp Giảng viên hướng dẫn: Bộ môn: Khoa: TS Đặng Hồng Hải Điện tự động công nghiệp Điện – Điện tử HẢI PHỊNG - 5/2021 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG MỞ ĐẦU CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NGHỊCH LƯU ĐỘC LẬP VÀ NGHỊCH LƯU PHA 1.1 1.2 PHÂN LOẠI NGHỊCH LƯU PHA 1.1.1 Nghịch lưu dòng pha 1.1.2 Nghịch lưu áp pha .12 1.1.3 Nghịch lưu dòng pha 14 1.1.4 Nghịch lưu áp pha .16 GIỚI THIỆU VỀ BỘ BIẾN TẦN GIÁN TIẾP 19 1.2.1 1.3 1.4 Cấu trúc biến tần gián tiếp 19 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN CỦA IGBT 22 1.3.1 Cấu tạo IGBT 22 1.3.2 Q trình khố mở IGBT 23 Vấn đề bảo vệ cho IGBT .26 Danh mục hình vẽ Hình 1.2 Sơ đồ nghịch lưu cầu pha Hình 1.3 Biểu đồ xung sơ đồ cầu pha .9 Hình 1.4 Sơ đồ thay Biểu đồ vectơ 11 Hình 1.5 Đặc tính ngồi Đặc tính vào 13 Hình 1.6 Sơ đồ nghịch lưu áp cầu pha 14 Hình 1.7 Đồ thị nghịch lưu áp cầu pha 16 Hình 1.8 Sơ đồ nghịch lưu dòng pha .17 Hình 1.9 Giản đồ xung nghịch lưu dòng pha 17 Hình 1.10 Nghịch lưu cầu pha có diode ngăn cách .18 Hình 1.11 Sơ đồ nghịch lưu áp pha .19 Hình 1.12 Luật điều khiển tiristo .19 Hình 1.13 Điện áp tải mạch nghịch lưu 20 Hình 14 Cấu trúc biến tần gián tiếp 22 Hình 15 Cấu tạo kí hiệu IGBT 24 Hình 16 Quá trình mở IGBT 26 Hình 17 Cấu trúc bán dẫn IGBT cực nhanh .27 Hình 18 Quá trình khóa IGBT 28 Hình 19 Khố mềm IR2137 29 MỞ ĐẦU Điện tử cơng suất cịn có tên gọi “Kỹ thuật biến đổi điện năng” ngành kỹ thuật điện tử nghiên cứu ứng dụng phần tử bán dẫn biến đổi để khống chế biến đổi nguồn lượng điện Các biến đổi điện tử công suất hệ ngày thể rõ ưu việt bật như: kích thước gọn nhẹ, độ tác động nhanh, làm việc ổn định với độ tin cậy cao, giá thành hạ… Trong biến đổi điện tử công suất không nhắc đến biến đổi điện áp DC/DC, DC/AC Các biến đổi ngày ứng dụng rộng rãi đặc biệt lĩnh vực điều khiển động cơ, truyền động điện, tiết kiệm lượng, sử dụng sinh hoạt điện lưới Đây đề tài tập lớn này: Thiết kế nghịch lưu pha với yêu cầu: - Sử dụng sơ đồ gián tiếp, van bán dẫn IGBT; - Điện áp vào : U1 = ( 220 ± 5%)VAC, f = 50Hz; - Điện áp : Ura= 200 VAC ,f2=(  100 )Hz - Dòng tải: 2,5A Do lần thực làm tập lớn nên mắc phải sai sót, nhóm em mong bảo tận tình thầy CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NGHỊCH LƯU ĐỘC LẬP VÀ NGHỊCH LƯU PHA Nghịch lưu độc lập biến đổi dùng để biến đổi nguồn điện chiều thành nguồn điện xoay chiều, hay gọi biến đổi DC-AC, cung cấp cho phụ tải xoay chiều, làm việc độc lập Khái niệm làm việc độc lập nghĩa phụ tải khơng có liên hệ trực tiếp với lưới điện Như nghịch lưu có chức ngược với chỉnh lưu Khái niệm độc lập phân biệt nghịch lưu độc lập với lớp biến đổi phụ thuộc xung áp xoay chiều, chỉnh lưu, van chuyển mạch tác dụng điện lưới xoay chiều Nghịch lưu độc lập có hàng loạt ứng dụng quan trọng Trước hết thấy lượng tích trữ chủ yếu tồn dạng điện chiều, ví dụ acquy dự trữ ngắn hạn tụ điện Năng lượng điện dự trữ dạng xoay chiều hệ thống máy phát gắn với bánh đà vĩnh cửu, nhiên chế tạo hệ thống phức tạp Các nguồn lượng điện phân tán ngày có xu hướng phát triển mạnh mẽ lí bảo mơi trường, điện sức gió, điện pin mặt trười, nguồn thủy điện nhỏ… Tính chất chung loại nguồn bị thay đổi theo thời gian, thời tiết nên cần cần tích trữ acquy Các nghịch lưu độc lập có nhiệm vụ biến đổi nguồn điện chiều thành nguồn điện xoay chiều, phù hợp với phụ tải xoay chiều thông dụng Hơn nhiều loại phụ tải xoay chiều yêu cầu có nguồn điện cung cấp có tham số điện áp, tần số, thay đổi phạm vi rộng Các nghịch lưu độc lập sử dụng với chỉnh lưu, hợp thành biến tần, để biến đổi nguồn điện với thông số không đổi từ lưới thành nguồn có thơng số thay đổi được, đáp ứng nhu cầu phụ tải Người ta thường phân loại nghịch lưu theo sơ đồ nghịch lưu pha, nghịch lưu ba pha Phân loại chúng theo trình điện từ xảy nghịch lưu như: nghịch lưu áp, nghịch lưu dòng, nghịch lưu cộng hưởng Ở ta nghiên cứu chủ yếu nghịch lưu dòng nghịch lưu áp pha 1.1 PHÂN LOẠI NGHỊCH LƯU PHA 1.1.1 Nghịch lưu dòng pha Nghịch lưu dòng thiết bị biến đổi nguồn dòng chiều thành dòng xoay chiều có tần số tùy ý Đặc điểm nghịch lưu dòng nguồn chiều cấp điện cho biến đổi phải nguồn dịng, điện cảm đầu vào Ld thường có giá trị lớn vơ để dịng điện liên tục 1.1.1.1 Ngun lý làm việc Hình 1.1 Sơ đồ nghịch lưu cầu pha Xét sơ đồ cầu : Các tín hiệu điều khiển đưa vào đôi tiristo T1, T2 lệch pha với tín hiệu điều khiển đưa vào đơi T3, T4 góc 180° Điện cảm đầu vào nghịch lưu đủ lớn Ld = dịng điện đầu vào san phẳng (Error: Reference source not found), nguồn cấp cho nghịch lưu nguồn dòng dạng dịng điện nghịch lưu iN có dạng xung vng Khi đưa xung vào mở cặp van T1, T2, dòng điện iN = id = ID Đồng thời dòng qua tụ C tăng lên đột biến, tụ C bắt đầu nạp điện với dấu “+” bên trái dấu “-” bên phải Khi tụ C nạp đầy, dịng qua tụ giảm khơng Do iN = iC + iZ = ID = số, nên lúc đầu dịng qua tải nhỏ sau dịng qua tải tăng lên Sau nửa chu kỳ t = t1 người ta đưa xung vào mở cặp van T3, T4 Cặp T3, T4 mở tạo q trình phóng điện tụ C từ cực “+” cực “-” Dịng phóng ngược chiều với dịng qua T1 T2 làm cho T1 T2 bị khóa lại Hình 1.2 Biểu đồ xung sơ đồ cầu pha Quá trình chuyển mạch xảy gần tức thời Sau tụ C nạp điện theo chiều ngược lại với cực tính “ + ” bên phải cực tính “ - ” bên trái, dòng nghịch lưu iN = id = ID đổi dấu Đến thời điểm t = t2 người ta đưa xung vào mở T1, T2 T3, T4 bị khóa lại q trình lặplại trước Như chức tụ C làm nhiệm vụ chuyển mạch cho tiristo Ở thời điểm t1, mở T3 T4 , tiristo T1 T2 bị khóa lại điện áp ngược tụ C đặt lên (Error: Reference source not found) Khoảng thời gian trì điện áp ngược t1 + t1’ cần thiết để trì q trình khóa phục hồi tính chất điều khiển van t1 – t1’ = tk ≥ toff ; toff thời gian khóa tiristo thời gian phục hồi tính chất điều khiển Trong : ω.tk = β góc khóa nghịch lưu 10 Đồ thị điện áp tải Ut, dòng điện tải it, dòng qua diode iD dòng qua tiristo biểu diễn Error: Reference source not found Hình 1.6 Đồ thị nghịch lưu áp cầu pha Để tính tốn chọn van cần tìm biểu thức it ta thực tính tốn theo phương pháp sóng điều hịa - Nếu lấy sóng điều hịa : Ut  sin(wt) , It  sin(wt -) - Dịng trung bình qua van động lực It = 1/2.)d.wt - Dịng trung bình qua điơt It = 1/2.)d.wt Trên thực tế người ta thường dùng nghịch lưu áp với phương pháp điều chế độ rộng xung PWM để giảm bớt kích thước lọc 1.1.3 Nghịch lưu dòng pha Trong thực tế nghịch lưu dòng ba pha sử dụng phổ biến cơng suất lớn đáp ứng ứng dụng cơng nghiệp Cũng giống 17 nghịch lưu dịng pha nghịch lưu dòng ba pha sử dụng tiristo Để khố tiristo phải có tụ chuyển mạch C1, C3, C5 Vì nghịch lưu dịng nên nguồn đầu vào phải nguồn dịng, giá trị cuộn cảm Ld =  Hình 1.7 Sơ đồ nghịch lưu dịng pha Hình 1.8 Giản đồ xung nghịch lưu dịng pha Đảm bảo khố tiristo chắn tạo dòng điện ba pha đối xứng luật dẫn điện tiristo phải tuân theo đồ thị hình 1.8 Qua đồ thị ta thấy van động lực dẫn khoảng thời gian  = 120o Quá trình chuyển mạch diễn van nhóm Trong nghịch lưu nguồn dịng tải ln mắc song song với tụ chuyển mạch nên tải tụ ln có trao đổi lượng, ảnh hưởng làm cho đường đặc tính dốc hạn chế vùng làm việc nghịch lưu dòng Để làm giảm ảnh hưởng tải đến trình nạp tụ C, người ta sử dụng điôt ngăn cách D1, D2, D3, D4, D5, D6 (trên hình 1.9) 18 Hình 1.9 Nghịch lưu cầu pha có diode ngăn cách Việc sử dụng điơt địi hỏi phía tụ chuyển mạch chia làm hai nhóm : - Nhóm C1, C3, C5 dùng để chuyển mạch cho van T1, T3, T5 - Nhóm C2, C4, C6 dùng để chuyển mạch cho van T2, T4, T6 Nghịch lưu dòng phân tích khơng tiêu thụ cơng suất phản kháng mà cịn phát cơng suất tác dụng dịng id khơng đổi hướng dấu điện áp hai đầu nguồn đảo dấu Điều có nghĩa nghịch lưu làm việc với tải động điện xoay chiều động thực hãm tái sinh 1.1.4 Nghịch lưu áp pha Sơ đồ nghịch lưu áp ba pha ( hình 1.10) ghép từ ba sơ đồ pha có điểm trung tính Để đơn giản hóa việc tính tốn ta giả thiết sau : - Giả thiết van lý tưởng, nguồn có nội trở nhỏ vơ dẫn điện theo hai chiều - Van động lực T1, T2, T3, T4, T5, T6 làm việc với độ dẫn điện =180o, Za = Zb = Zc 19 Các điôt D1, D2, D3, D4, D5, D6 làm chức trả lượng nguồn tụ C đảm bảo nguồn cấp nguồn áp đồng thời tiếp nhận lượng phản kháng từ tải Ta xét cụ thể nguyên lý luật điều khiển cho tiristo sau Hình 1.10 Sơ đồ nghịch lưu áp pha Hình 1.11 Luật điều khiển tiristo Để đảm bảo tạo điện áp ba pha đối xứng luật dẫn điện van phải tuân theo đồ thị hình (1.11) Như T1, T4 dẫn điện lệch 180o tạo pha A T3, T6 dẫn điện lệch 180 để tạo pha B T5, T2 dẫn điện lệch 180o để tạo pha C, pha lệch 120o 20 Hình 1.12 Điện áp tải mạch nghịch lưu Dạng điện áp pha UZA, UZB, UZC có dạng hình 1.13 có giá trị hiệu dụng tính cơng thức sau : Dạng điện áp pha có dạng hình 1.12 có giá trị tính theo cơng thức sau: Upha = suy : UA = 2/3 E.sinw.t UB = 2/3 E.sin(w.t – 120o) UC = 2/3 E.sin(w.t – 240o) Giá trị tụ C tính theo cơng thức : C = 21 1.2 GIỚI THIỆU VỀ BỘ BIẾN TẦN GIÁN TIẾP 1.2.1 Cấu trúc biến tần gián tiếp Các biến tần gián tiếp có trấu trúc sau: Hình 1.5.Sơ đồ cầu trúc biến tần gián tiếp Như để biến đổi tần số cần thông qua khâu trung gian chiều có tên gọi biến tần gián tiếp Chức khối sau: a) Chỉnh lưu: Chức khâu chỉnh lưu biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp chiều Chỉnh lưu khơng điều chỉnh có điều chỉnh Ngày đa số chỉnh lưu không điều chỉnh, điều chỉnh điện áp chiều phạm vi rộng làm tăng kích thước lọc làm giảm hiệu suất biến đổi Nói chung chức biến đổi điện áp tần số thực nghịch lưu thông qua luật điều khiển Trong biến đổi công suất lớn, người ta thường dùng chỉnh lưu bán điều khiển với chức làm nhiệm vụ bảo vệ cho toàn hệ thống tải Tùy theo tầng nghịch lưu yêu cầu nguồn dòng hay nguồn áp mà chỉnh lưu tạo dòng điện hay điện áp tương đối ổn định b) Lọc: Bộ lọc có nhiệm vụ san phẳng điện áp sau chỉnh lưu c) Nghịch lưu: Chức khâu nghịch lưu biến đổi dòng chiều thành dòng xoay chiều có tần số thay đổi làm việc với phụ tải độc lập Nghịch lưu loại sau: - Nghịch lưu nguồn áp: dạng này, dạng điện áp tải định dạng trước (thường có dạng xung chữ nhật) cịn dạng dịng điện phụ thuộc vào tính chất tải Nguồn điện áp cung cấp phải nguồn sức điện động có nội trở nhỏ Trong ứng dụng điều kiển động cơ, thường sử dụng nghịch lưu nguồn áp - Nghịch lưu nguồn dòng: Ngược với dạng trên, dạng dịng điện tải định hình trước, cịn dạng điện áp phụ thuộc vào tải Nguồn cung cấp phải nguồn 22 dòng để đảm bảo giữ dòng chiều ổn định, nguồn sức điện động phải có điện cảm đầu vào đủ lớn đảm bảo điều kiện theo nguyên tắc điều khiển ổn định dòng điện Nghịch lưu cộng hưởng: Loại dùng nguyên tắc cộng hưởng mạch hoạt động, dạng dịng điện (hoặc điện áp) thường có dạng hình sin Cả điện áp dịng điện tải phụ thuộc vào tính chất tải Hình 13 Cấu trúc biến tần gián tiếp Tín hiệu vào điện áp xoay chiều pha ba pha Bộ chỉnh lưu có nhiệm biến đổi điện áp xoay chiều thành chiều Bộ lọc có nhiệm vụ san phăng điện áp chiều sau chỉnh lưu Nghịch lưu có nhiệm vụ biến đổi điện áp chiều thành điện áp xoay chiều có tần số thay đổi Điện áp chiều biến thành điện áp xoay chiều nhờ việc điều khiển mở khóa van cơng suất theo quy luật định Bộ điều khiển có nhiệm vụ tạo tín hiệu điều khiển theo luật điều khiển đưa đến van công suất nghịch lưu Ngồi cịn có chức sau: - Theo dõi cố lúc vận hành - Xử lý thông tin từ người sử dụng 23 - Xác định thời gian tăng tốc, giảm tốc hay hãm - Xác định đặc tinh – momen tốc độ - Xử lý thông tin từ mạch thu thập liệu - Kết nối với máy tính Mạch kích phận tạo tín hiệu phù hợp để điều khiển trực tiếp van công suất mạch nghịch lưu Mạch cách ly có nhiệm vụ cách ly mạch cơng suất với mạch điều khiển để bảo vệ mạch điều khiển Màn hình hiển thị điều khiển có nhiệm vụ hiển thị thơng tin hệ thống tần số, dịng điện, điện áp, để người sử dụng đặt lại thông số cho hệ thống Các mạch thu thập tín hiệu dịng điện, điện áp nhiệt độ, biến đổi chúng thành tín hiệu thích hợp để mạch điều khiển xử lý Ngài cịn có mạch làm nhiệm vụ bảo vệ khác bảo vệ chống áp hay thấp áp đầu vào Các mạch điều khiển, thu thập tín hiệu cần cấp nguồn, nguồn thường nguồn điện chiều 5, 12, 15VDC yêu cầu điện áp cấp phải ổn định Bộ nguồn có nhiệm vụ tạo nguồn điện thích hợp Sự đời vi xử lý có tốc độ tính tốn nhanh thực thuật tốn phức tạp thời gian thực, phát triển lý thuyết điều khiển, cơng nghệ sản xuất IC có mức độ tích hợp ngày cao với giá thành linh kiện ngày giảm dẫn đến đời biến tần ngày thông minh có khả điều khiển xác, đáp ứng nhanh giá thành rẻ 1.3 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN CỦA IGBT 1.3.1 Cấu tạo IGBT IGBT phần tử kết hợp khả đóng cắt nhanh MOSFET khả chịu tải lớn Transistor thường Về mặt điều khiển, IGBT gần giống hoàn toàn MOSFET, nghĩa điều khiển điện áp, cơng suất điều khiển u cầu cực nhỏ Hình 1.15 giới thiệu cấu trúc bán đẫn IGBT 24 14giống Cấu tạo kí hiệu củađiểm IGBTkhác có thêm Về cấu trúc bán dẫn, Hình IGBT1.rất vớivàMOSFET, lớp p nối với Collector tạo nên cấu trúc bán dẫn p-n-p Emitter (tương tự cực gốc) với Collector (tương tự với cực máng), n-n MOSFET (hình 1.15b) Có thề coi IGBT tương đương với Transistor p-n-p với dòng Base điều khiển MOSFET (hình 1.15b c) Dưới tác dụng điện áp điều khiển UGE > 0, kênh dẫn với hạt mang điện điện tử hình thành, giống cấu trúc MOSFET Các điện tử di chuyển phía Collector vượt qua lớp tiếp giáp n- -p cấu trúc Base Collector Transistor thường tạo nên dòng Collector 25 1.3.2 Q trình khố mở IGBT 1.3.2.1 Q trình mở IGBT Quá trình mở IGBT diễn giống với trình MOSFET điện áp điều khiển dầu vào tăng từ không đến giá trị UG Trong thời gian trễ mở td(on) tín hiệu điều khiển nạp điện cho tụ CGC làm điện áp cực điều khiển Emitter tăng theo quy luật hàm mũ, từ không đến giá trị ngưỡng UGE(th) (khoảng đến 5V), MOSFET cấu trúc IGBT bắt đầu mở Dòng điện Collector - Emitter tăng theo quy luật tuyến tính từ khơng đến dịng tải Io thời gian tr Trong thời gian tr điện áp cực điều khiển Emitter tăng đến giá trị UGEto xác định giá trị dòng I0 qua Collector Do diode D0, dẫn dòng tải I0, nên điện áp UCE bị găm lên mức điện áp nguồn chiều Udc Tiếp theo trình mở diễn theo hai giai đoạn, tfv1 tfv2 Trong suốt hai giai đoạn điện áp cực điều khiền giữ nguyên mức UGEIo (mức Miller), để trì dịng I0, dịng điều khiển hồn tồn dịng phóng tụ Cgc IGBT làm việc chế độ tuyến tính Trong giai đoạn đầu diễn q trình khóa phục hồi diode D0, dòng phục hồi diode D0 tạo nên xung dòng mức dòng I0 IGBT Điện áp UCE bắt đầu giảm IGBT chuyển điểm làm việc qua vùng chế độ tuyến tính để sang vùng bão hòa Giai đoạn hai tiếp diễn trình giảm điện trở vùng trở Collector,dẫn đến điện trở Collector - Emitter đến giá trị R on khóa bão hịa hồn tồn UCE.on = I0.Ron Sau thời gian mở ton, tụ Cgc Phóng điện xong, điện áp cực điều khiển Emitter tiếp tục tăng theo quy luật hàm mũ, với số thời gian CgcRG đến giá trị cuối UG Tổn hao lượng mở tính gần bằng: Nếu tính thêm ảnh hưởng trình phục hồi diode D0 tổn hao lượng lớn xung dòng dòng Collector 26 Hình 15 Quá trình mở IGBT 1.3.2.2 Q trình khố IGBT Dạng điện áp, dịng điện q trình khố thể hình 1.16 Q trình khóa bắt đầu diện áp điều khiển giảm từ UG xuống -UG Trong thời gian trễ khóa td(off) có tụ đầu vào Cge phóng điện qua dòng điều khiển đầu vào với số thời gian CgeRG, tới mức điện áp Miller Bắt dầu từ mức Miller điện áp cực điều khiển Emitter bị giữ không đổi điện áp Ucc bắt đầu tăng lên tụ Cgc bắt đầu nạp điện Dòng điều khiển hồn tồn dịng nạp cho tụ Cgc nên điện áp UGE giữ không đổi Điện áp Ucc tăng từ giá trị bão hòa Ucc.on tới giá trị điện áp nguồn Udc sau khoảng thời gian trV Từ cuối khoảng trV diode D0 bắt đầu mở cho dòng tải I0 ngắn mạch qua, dịng Collector bắt đầu giảm Quá trình giảm diễn theo hai giai đoạn, t fi1 tfi2 Trong giai đoạn đầu, thành phần dòng i1 MOSFET cấu trúc bán dẫn IGBT suy giảm nhanh chóng khơng Điện áp UGC khỏi mức Miller giảm mức điện áp điều khiến đầu vào -UG với số thời gian: 27 Ở cuối khoảng tfi1, Ugc đạt mức ngưỡng khóa MOSFET UGE(th) tương ứng với việc MOSFET bị khóa hồn tồn Trong giai đoạn hai, thành phần dịng i2 Transistor p-n-p bắt đầu suy giảm Quá trình giảm dịng kéo dài điện tích lớp nbị q trình tự trung hịa điện tích chỗ Đó vấn đề dịng điện nói đến phần Tổn hao lượng q trình khóa tính gần bằng: Lớp ntrong cấu trúc bán dẫn IGBT giúp giảm điện áp rơi dẫn, số lượng điện tích thiểu số (các lỗ) tích tụ lớp làm giảm điện trở đáng kể Tuy nhiên điện tích tích tụ lại khơng có cách di chuyển ngồi cáchHình chủ1.động được, làm tăng thời gian khóa phần tử Ở công 16 Cấu trúc bán dẫn IGBT cực nhanh nghệ chế tạo bắt buộc phải thoả hiệp So với MOSFET, IGBT có thời gian mở tương đương thời gian khóa dài hơn, cỡ đến s Thời gian khóa IGBT rút ngắn thêm vào lớp đệm n+ cấu trúc Punch Through IGBT minh họa hình 1.17 Cấu trúc có Thyristor ký sinh lạo từ ba tiếp giáp bán dẫn p-n, J1 J2, J3 Trong cấu trúc mật độ điện tích dương, lỗ, suy giảm mạnh theo hướng từ lớp p+ đến nđến n+ , điều giúp trình tự trung hịa điện tích dương lớp nxảy nhanh Công nghệ tạo IGBT cực nhanh với thời gian khóa nhỏ s 28 Hình 17 Q trình khóa IGBT 1.4 Vấn đề bảo vệ cho IGBT IGBT thường sử dụng mạch nghịch lưu biến đổi xung áp chiều, áp dụng quy luật biến điệu khác thường yêu cầu van đóng cắt với tần số cao, từ đến hàng chục kHz Ở tần số đóng cắt cao Những cố xảy có thề phá hủy phần tử nhanh chóng Sự cố thường xảy q dịng ngắn mạch từ phía tải từ phần tử có lỗi chế tạo lắp ráp Vì vấn đề bảo vệ cho phần tử nhiệm vụ quan trọng đặt Đối với IGBT ta ngắt dịng điện cách đưa điện áp điều khiển giá trị âm Tuy nhiên q tải dịng điện đưa IGBT khỏi chế độ bão hòa dẫn đến công suất phát nhiệt tăng lên đột ngột, phá hủy phần tử sau vài chu kỳ đóng cắt 29 Mặt khác khóa IGBT lại thời gian ngắn dịng điện lớn dẫn Hình 18 Khố mềm IR2137 đến tốc độ tăng dòng dI/dt lớn gây áp Collector - Emitter, đánh thủng lớp tiếp giáp Rõ ràng là, cố q dịng, khơng thể tiếp tục điều khiển IGBT xung ngắn theo quy luật biến điệu cũ đơn giản ngắt xung điều khiển để dập tắt dòng diện Vấn đề ngắt dịng đột ngột khơng xảy chế độ cố mà xảy tắt nguồn dừng hoạt động, nghĩa chế độ vận hành bình thường Có thể ngăn chặn hậu việc tắt dòng đột ngột cách sử dụng mạch dập RC (snubber circuit), mắc song song với phần tử Tuy nhiên mạch dập làm tăng kích thước làm giảm đồ tin cậy thiết bị Giải pháp tích cực đưa làm chậm lại q trình khóa IGBT, hay cịn gọi khóa mềm (soft turn-off), phát có cố dịng điện tăng q mức cho phép Trong trường hợp điện áp cực điều khiển Emitter giảm từ từ đến điện áp âm khóa IGBT chuyển trạng thái khóa qua chế độ tuyến tính, dịng diện bị hạn chế giảm dần khơng, tránh áp phần tử Thời gian khóa IGBT kéo dài đến 10 lần thời gian khóa thơng thường Có thể phát dòng cách dùng phần tử đo dòng điện tuyến tính xen xơ Hall mạch đo dòng điện shunt dòng Tuy nhiên IGBT phát q dịng sử dụng tín hiệu điện áp Collector - Emitter Khi có 30 tín hiệu mở UCE lớn mức bão hịa thông thường UCE.bh < 5V chứng tỏ IGBT khỏi chế độ bão hòa dòng điện lớn Một số vi mạch optocoupler chế tạo sẵn cho mục đích phối hợp tín hiệu điều khiển phát chưa bão hòa IGBT, lại cách ly mạch lực mạch điều khiển Ngày chức phát xung bảo vệ IGBT tích hợp IC chuyên dụng, tạo thuận lợi lớn cho nhà thiết kế 31 ... Nghịch lưu dòng pha 1. 1.2 Nghịch lưu áp pha .12 1. 1.3 Nghịch lưu dòng pha 14 1. 1.4 Nghịch lưu áp pha .16 GIỚI THIỆU VỀ BỘ BIẾN TẦN GIÁN TIẾP 19 1. 2 .1 1.3 1. 4 Cấu trúc... 14 Hình 1. 7 Đồ thị nghịch lưu áp cầu pha 16 Hình 1. 8 Sơ đồ nghịch lưu dòng pha .17 Hình 1. 9 Giản đồ xung nghịch lưu dòng pha 17 Hình 1. 10 Nghịch lưu cầu pha có diode ngăn cách... nghịch lưu dòng nghịch lưu áp pha 1. 1 PHÂN LOẠI NGHỊCH LƯU PHA 1. 1 .1 Nghịch lưu dòng pha Nghịch lưu dòng thiết bị biến đổi nguồn dòng chiều thành dòng xoay chiều có tần số tùy ý Đặc điểm nghịch lưu