Đề tài thiết kế và chế tạo mạch nghịch lưu một pha

Đề tài thiết kế và chế tạo mạch nghịch lưu một pha, thiết kế và chế tạo mạch nghịch lưu một pha, thiết kế và chế tạo mạch nghịch lưu một phathiết kế và chế tạo mạch nghịch lưu một pha, thiết kế và chế tạo mạch nghịch lưu một pha, thiết kế và chế tạo mạch nghịch lưu một pha

NHÂN ̣ XET ́ CUA ̉ GIAO ́ VIÊN Hưng Yên, tháng 11 năm 2013 Giao ́ viên hướng dâñ Nguyễn Đình Hùng MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Ngày với phát triển nhanh chóng kỹ thuật bán dẫn cơng suất, thiết bị biến đổi điện dùng linh kiện bán dẫn công suất đ ược s d ụng 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 c ấp, 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 cơng suất ứng dụng lĩnh vực hệ thống sản xuất đ ại 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 và 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 tốn thiết kế phục vụ cho việc hồn thiện sản phẩm Dưới hướng dẫn bảo nhiệt tình thầy Nguyễn Đình Hùng với cố gắng nỗ lực thành viên nhóm chúng em hồn thành xong đồ án mình.Tuy nhiên thời gian kiến thức hạn chế nên khơng tránh khỏi thiếu sót thực đồ án Vì chúng em mong nhận nhiều ý kiến đánh giá, góp ý thầy 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 cơng suất có đặc tính chung, là: Các van bán dẫn làm việc chế độ khoá, mở cho dịng chạy qua có điện trở tương đương nhỏ, khố khơng cho dịng 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 dịng rị 1.1 Điốt cơng 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) ngun tố có e thuộc lớp ngồi 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) ngun tố có 5e lớp ngồi 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 dịng ện nhỏ qua J gọi dòng rò từ K tới A c) Đặc tính Volt-Ampere (V-A) Hình 2: Đặc tính Volt-Ampere (V-A) Nếu đặt EAK>0 có dịng 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 dịng điện rị vào khoảng vài mA chảy qua Khi tiếp t ục 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 U AK0 diode, dịng điện I khơng thể tức thời đạt giá trị U/R mà phải khoảng thời gian ký hiệu t on (turn on time ) để điện tích đa số dịng 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 ngồi tác động chiều với Ei vùng chuyển tiếp vùng cách điện mở rộng khơng có dịng 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 dịng điều khiển Ig chạy theo mạch G-J3-K-G phần lớn điện tử chịu sức hút điện trường tổng hợp mặt ghép J 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 N 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 cịn trạng thái khố, trở thành 0,01Ω Tiristor mở cho dòng chạy qua.Tiristor khố +UAK > 1V Ig > Igs1 Tiristor mở Trong I gs1 dịng điều khiển tra sổ tay tra cứu Tiristor Ton: thời gian mở thời gian cần thiết để thiết lập dịng điện chạy Tiristor, tình từ thời điểm phóng dòng Igvào cực điều khiển Thời gian mở Tiristor kéo dài khoảng 10 s µ + Khố Tiristor: có hai cách làm giảm dòng làm việc I xuống giá trị dịng trì đặt điện áp ngược lên Tiristor Khi đặt điện áp ngược lên Tiristor: UAK IG1 > IGO I rò Uv.th u IG = Uth.max Hình 6: Đặc tính V – A tiristor 1.3.Triắc Triắc thiết bị bán bẫn ba cực, bốn lớp có đường đặc tính volt – ampe đ ối xứng, nhận góc mở cho hai chiều.Thực chất Triắc chế tạo giống SCR ghép song song với nhau, dùng để dẫn dòng AC hai chiều cực G đ ược kích xung dương áp âm Hình 7: Ký hiệu triac A1 A2 hai đầu nối để dẫn dịng điện chính, G cực điều khiển Triac dẫn dịng theo trường hợp sau Hình 8: Đặc tính V- A Triac 1.4 Transitor BJT công suất 1.4.1 Cấu tạo ký hiệu: Transistor lưỡng cực có cấu tạo gồm miền bán dẫn P,N mà ta có hai cấu trúc khác pnp, npn Cấu tạo Hình 9: Cấu tạo ký hiệu transistor Miền thứ transistor miền Emiter với đặc điểm có nồng độ tạp chất lớn nhất, điện cực nối với miền gọi emitơ E Miền thứ hai miền Bazơ với nồng độ tạp chất độ dày nhỏ nhất, điện cực nối với miền gọi cực bazơ B.Miền lại miền collect với nồng độ tạp chất trung bình nối với cực colectơ Tiếp giáp p-n E-B tiếp giáp Emintơ JE, tiếp giáp p-n B-C tiếp giáp Colectơ ký hiệu cần ý chiều mũi tên hướng từP-N 1.4.2 Nguyên lý làm việc: Để transistor làm việc người ta phải đưa điện áp chiều tới điện cực nó, gọi phân cực cho transistor Đối với tất loại PNP hay NPN cần phân cực cho: Hình 10: Diện áp phân cực cho trasistor Je phân cực thuận Jc phân cực ngược Cụ thể ta xét quà trình phân cực cho loại PNP Transistor làm việc chế độ khố (đóng mở) U CE Do tiếp giáp JE phân cực thuận nên hạt đa số chuyển động dễ dàng qua tiếp giáp J E tới vùng bán dẫn bazơ, kết làm điện trở tiếp giáp JE giảm làm xuất dòng điện IB.Lớp Jc bị phân cực ngược E2>>E nên điện trường E2 tạo lớn,và lớp bán dẫn bajơ mỏng ,nên phần điện tích tới cực B, cịn phần l ớn điện từ bị J2 hút tới nguồn dương tạo dòng colectơ tải Rt ,IE= IC+IB, IB dòng điện khiển Khi U BE giảm IB↓I Khi U BE=0 U C P= S2/1,44 Vậy để cơng suất tầm 352W trở lên lõi S=1,2x=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 dịng 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 :x11 = 22 (vòng) Bên thứ cấp :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 vịng dây đường kính dây 2.5mm Thứ cấp quấn 480 vịng đường kính dây 0.7mm Mạch lực Tính chọn IRF 2.1 Chọn van: Với dịng làm việc máy biến áp I=15A, P = 352W, ta chọn mosfet cơng suất IRF3205, Id=110A Dịng làm việc IRF cao dịng làm việc IRF điều kiện cực G kích mở liên tục Còn với dòng gián đoạn IRF chịu l ại 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.Thơng số Tính tốn mạch điều khiển: Ta tính tốn 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 hồn 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 đ ược ý kiến nhận xét, góp ý thầy bạn đ ể đ án cúng em hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn!