Đề tài thiết kế và mô phỏng bộ nghịch lưu ba pha

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TPHCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN NGÀNH CÔNG NGHỆ KT ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG BỘ NGHỊCH LƯU BA PHA GVHD: T.S PHẠM THỊ XUÂN HOA TÊN SINH VIÊN: NGHIÊM ĐÌNH TUẤN MSSV: 2002207779 LỚP: 11DHDT4 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG NĂM 2022 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TPHCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN NGÀNH CÔNG NGHỆ KT ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG BỘ NGHỊCH LƯU BA PHA GVHD: T.S PHẠM THỊ XUÂN HOA TÊN SINH VIÊN: NGHIÊM ĐÌNH TUẤN MSSV: 2002207779 LỚP: 11DHDT4 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG NĂM 2022 i TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH Độc lập – Tự – Hạnh phúc KHOA CN ĐIỆN – ĐIỆN TỬ NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN 1 Họ tên sinh viên giao đề tài (1) TRẦN VĂN KHÁNH MSSV:2002207774 .Lớp: 11DHDT4 Tên đề tài: Thiết kế thi công mạch nguồn ổn áp thay đổi 1.25V-20V Nhiệm vụ đề tài: Thiết kế mạch thi công mạch kiểu ổn áp thay đổi 1.25V đến 20V có dịng 1.25A Ngày giao nhiệm vụ: 14/4/2022 Ngày hoàn thành nộp khoa:14/7/2022 Tp.HCM, ngày tháng năm 2022 Trưởng khoa Trưởng môn Giảng viên hướng dẫn Th.s Ngơ Hồng Ấn ii Nhận xét giảng viên hướng dẫn iii Nhận xét giảng viên phản biện iv MỤC LỤC MỤC LỤC v LỜI CAM ĐOAN vii CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục đích 1.3 Phương pháp nghiên cứu .1 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu chung nghịch lưu 2.2 Bộ nghịch lưu áp ba pha 2.2.1 Cấu tạo hoạt động: 2.2.2 Phân tích 2.2.3 Hệ 2.2.4 Phương pháp điều biên Six-Step ( Khoảng dẫn linh kiện 180 độ) .4 2.2.5 Phương pháp điều chỉnh six-tep (Khoảng dẫn linh kiện 120 độ) 2.3 Bộ nghịch lưu dòng ba pha .8 2.4 Giới thiệu IGBT 10 2.4.1 Đặc điểm cấu tạo, kí hiệu .10 2.4.2 Các thông số van IGBT; Quá trình điều khiển IGBT 10 CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỘ NGHỊCH LƯU 13 3.1 Phương pháp điều biên six-tep 13 3.2 Phương pháp điều biên độ rộng xung PWM (Pulse Width Modulation) 14 3.3 Phương pháp điều biên độ rộng xung sin SINPWM (Pulse Width Modulation) 14 CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 19 v 4.1 Thiết kế mạch lực 19 4.2 Chọn thiết bị 20 4.3 Giới thiệu sơ phần mềm mô PSIM 20 4.4 Các linh kiện sử dụng cho việc mô mạch nghịch lưu ba pha sử dụng điều chế bể rộng 20 4.5 Dạng sóng mơ 21 CHƯƠNG KẾT LUẬN 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO .24 vi LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn Ts Phạm Thị Xuân Hoa Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực chưa cơng bố hình thức trước Những số liệu bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá tác giả thu thập từ nguồn khác có ghi rõ phần tài liệu tham khảo Ngồi ra, Đồ án sử dụng số nhận xét, đánh số liệu tác giả khác, quan tổ chức khác có trích dẫn thích nguồn gốc Nếu phát có gian lận tơi xin hồn toàn chịu trách nhiệm nội dung Đồ án Trường Đại học Cơng nghiệp Thực phẩm Thành Phố Hồ Chí Minh khơng liên quan đến vi phạm tác quyền, quyền gây trình thực (nếu có) TP Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng năm 2022 Sinh viên Tuấn Nghiêm Đình Tuấn vii CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Lý chọn đề tài Ngày nay, với đòi hỏi phát triển Khoa học – Kỹ thuật, thiết bị điện tử ngày xuất nhiều có ảnh hưởng đáng kể đến lĩnh vực kinh tế công nghiệp Và thiết bị điện tử địi hỏi nguồn cung cấp phải có điện áp phù hợp, độ ổn định cao để thiết bị hoạt động tốt đạt đồ xác cao hệ thống hoạt động ổn định Các kỹ thuật chế tạo nguồn điện ổn áp, cơng suất cao, kích thước nhỏ gọn, độ ổn định cao vấn đề ý Từ tầm quan trọng việc ứng dụng nguồn ổn áp cố định ổn áp thay đổi giá trị vào thực tế em chọn đề tài : “Thiết kế mô nghịch lưu ba pha Do kiến thức khả thân em nhiều hạn chế nên q trình thực hồn thành đề tài cịn nhiều thiếu sót, nên em mong góp ý thầy để em hồn thiện đề tài lần sau cách hoàn thiện tốt 1.2 Mục đích Thiết kế mơ nghịch lưu ba pha 1.3 Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết: tìm tham khảo tài liệu liên quan, vận dụng kiến thức học Nghiên cứu thực tiễn: Có kết mơ nghịch lưu ba pha theo yêu cầu đề tài CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu chung nghịch lưu Bộ nghịch lưu: biến đổi tĩnh, đảm bảo biến đổi chiều thành xoay chiều Nguồn cung cấp chiều, nhờ khoá chuyển mạch làm thay đổi cách nối đầu vào đầu cách chu kỳ tạo nên đầu xoay chiều Bộ nghịch lưu hoạt động phụ thuộc vào loại nguồn tải Các nghịch lưu phân làm hai loại: (phân loại theo trình điện từ xảy nghịch lưu) - Bộ nghịch lưu áp cung cấp từ nguồn áp chiều - Bộ nghịch lưu dòng cung cấp từ nguồn dòng chiều Nguồn chiều: điện áp chỉnh lưu, ắc quy nguồn chiều độc lập khác Loại nguồn xác định quan điểm chuyển mạch Điện áp dòng điện nghịch lưu áp hay nghịch lưu dòng tạo nên từ sóng nửa chu kỳ gọi nghịch lưu điều khiển tồn sóng Do phát triển linh kiện bán dẫn công suất phương pháp điều khiển, người ta sử dụng phương pháp điều biến độ rộng xung PMW (Pulse Width Modulation) nửa chu kỳ tạo nên từ nhiều sóng có độ rộng thích cần nghiên cứu làm việc với điều khiển tồn sóng làm sở so sánh với làm việc với điều biến độ rộng xung Tiếp theo đề cập đến biến tần cộng hưởng có điện áp hay dịng điện cung cấp gần tần số cộng hưởng mạch cộng hưởng suy giảm Chúng thường sử dụng để cung cấp cho tải tần số trung bình có hệ số cơng suất nhỏ (đốt nóng cảm ứng), chúng địi hỏi điều khiển đặc biệt Bộ biến tần nghịch lưu dòng áp thường sử dụng truyền động điện xoay chiều có tốc độ thay đổi 2.2 Bộ nghịch lưu áp ba pha 2.2.1 Cấu tạo hoạt động: Sơ đồ ghép từ ba nghịch lưu pha (hình 1.3a) Giả thiết: U GE I , để trì dịng I0, dịng điều khiển hồn tồn dịng C gc IGBT phóng tụ 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 I IGBT Điện áp U CE bắt đầu giảm IGBT chuyển điểm làm việc qua vùng chế độ tuyến tính để sang vùng bão hòa Giai đoạn tiếp diễn trình giảm điện trở vùng trở collector- emitter giá trị R on khóa bão hịa hoàn toàn, U CE ON  I0 R.ON Sau thời gian mở ton, tụ Cgc phóng điện xong, điện áp cực điều khiển emito tiếp tục tăng theo qui luật hàm mũ, với số đến giá trị cuối Cgc Rg Ug Quá trình khóa Hình Dạng điện áp, dịng điện q trình khóa IGBT Hình thể dạng điện áp, dịng điện q trình khóa IGBT Q trình khóa bắt đầu điện áp điều khiển giảm từ Ug xuống – Ug Trong thời gian trễ khóa td(o昀昀) có tụ 13 đầu vào C ge phóng điện qua dòng điều khiển đầu vào với số thời gian Cgcrg tới mức điện áp Miller Bắt đầu từ mức Miller điện áp giữ cực điều khiển emitter bị giữ không đổi điện C áp Uce bắt đầu tăng lên tụ ge bắt đầu nạp điện Dịng điều khiển hồn tồn dòng nạp cho tụ Cge nên điện áp U GE giữ không đổi Điện ápU CE tăng từ giá trị bão hòa UCE ON tới giá trị điện áp nguồn U DC sau khoảng thời gian trv Từ cuối khoảng I rv Diode bắt đầu mở cho dịng tải I ngắn mạch qua, dịng collector bắt đầu giảm Q trình giảm diễn theo hai giai đoạn ttti1 ttti Trong giai đoạn đầu, thành phần dòng i1 MOSFET cấu trúc bán dẫn IGBT suy giảm nhanh chóng không Điện áp U gc khỏi mức Miller giảm mức điện áp điều khiển đầu vào –U g với số thời gian R G (Cge Cgc ) Ở cuối khoảng ttti1 , U gc đạt mức ngưỡng khóa MOSFET, U GE ( th ) dòng i2 transistor p-n-p bắt đầu suy giảm Quá trình giảm dịng kéo dài điện tích lớp n bị q trình tự trung hịa điện tích chỗ Đó đề dịng điện nói đến Lớp n cấu trúc bán dẫn IGBT giúp làm giảm điện áp rơi dẫn, số lượng điện tích thiểu số tích tụ lớp làm giảm điện trở đáng kể Tuy nhiên điện tích tích tụ lại khơng có cách di chuyển ngồi cách chủ động được, làm tăng thời gian khóa phần tử Ở đây, công nghệ chế tạo bắt buộc phải thỏa hiệp So với MOSFET, IGBT có thời gian mở tương đương thời gian khóa dài cỡ đến µs 14 CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỘ NGHỊCH LƯU 3.1 Phương pháp điều biên six-tep Ứng dụng cho nghịch lưu áp dòng 3.2 Phương pháp điều biên độ rộng xung PWM (Pulse Width Modulation) Hạn chế ảnh hưởng hài bậc cao tần số đóng ngắt khố Quy tắc đối nghịch : khố kích đóng, khố kích ngắt cặp khoá pha 3.3 Phương pháp điều biên độ rộng xung sin SINPWM (Pulse Width Modulation) - Là kết so sánh hai tín hiệu: sóng sin biên độ U rm có tần số fr sóng mang (Carier) biên độ U pm có tần số cao f c Tần số cao thành phần hài bậc cao giảm ngõ nghịch lưu 15 - Khi U, >U, khố lẻ đóng - Khi U,