nghiên cứu, thiết kế kỹ thuật và công nghệ chế tạo các hệ thống điều khiển truyền động điện cho máy móc và các thiết bị tàu thủy 1

BỘ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ CƠNG TY CƠ KHÍ - ĐIỆN - ĐIỆN TỬ TÀU THUỶ o0o - BÁO CÁO TỔNG KẾT CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU “TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CHẾ TẠO CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT” Thuộc đề tài cấp nhà nước “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CHO MÁY MÓC VÀ CÁC THIẾT BỊ TÀU THUỶ” (Ứng dụng điện tử công suất lớn) Mã số: KC.06.23.CN Chủ nhiệm Đề tài: Th.s Nguyễn Văn Thắng Thực chuyên đề: THS NGUYỄN VĂN THẮNG 6981-2 08/9/2008 Hà nội, tháng 05/2008 Tæng quan Phơng pháp công nghệ kỹ thuật chế tạo PTCS Lớn Mục lục I Khái niệm chung yêu cầu phần tử công suất lớn 1.1.Kh¸i niƯm chung: 1.2 Nhu cầu thực tế đòi hỏi: Sự cần thiết phải phát triển công nghệ chế tạo PTCS II Phân loại đặc trng kỹ thuật phần tư §TCS lín 2.1 Đặc tính phần tử bán dẫn công suất lớn 2.2 ChÊt b¸n dÉn 2.3 Các phần tử công suất không điều khiĨn - Diode c«ng st 2.4 Phân tử công suất điều khiển không hoàn toàn - Thyristor, Triac a Thyristor: .9 b Triac (Triode altractive curent) 14 2.5 PhÇn tử công suất điều khiển hoàn toàn 15 a Transistor c«ng suÊt, BJT (Bipolar Junction Tranzitor) .15 b GTO ( Gate Turn- off Thyristor ) .16 c Transistor tr−êng, Mosfet (Metal Oxide Semiconductor Field Effect.) (Transistor mos c«ng suÊt) 18 d MCT (Mos Controlled Thyristor) 20 2.6 So sánh tơng đối phần tử bán dẫn công suÊt 20 III øng dông 21 3.1 M¹ch chØnh l−u: 21 3.1.1 Giíi thiƯu chung vỊ m¹ch chØnh l−u: 21 3.1.2 Các mạch chỉnh lu .24 3.2 C¸c bé biÕn ®ỉi xung ¸p mét chiỊu 42 3.2.1 Bé biÕn ®ỉi giảm điện áp (băm xung nối tiếp) .43 3.2.2 Bộ biến đổi tăng áp (băm xung song song) 43 3.2.3 Bộ biến đổi xung áp chiều có đảo chiều dòng điện 44 3.2.4.Bộ băm xung đảo chiều điện áp nhng không đảo chiều dòng điện 46 3.2.5 Bộ băm xung đảo chiều điện áp dòng điện 46 3.3 Các biến đổi xung áp xoay chiÒu 48 3.3.1 Bộ điều chỉnh xung áp xoay chiều mét pha: 48 3.3.2 Bộ điều chỉnh xung áp xoay chiều ba pha .50 3.4 Nghịch lu độc lËp 52 3.3.1 Sơ đồ nghịch lu độc lập nguồn điện áp cầu pha tải có tính chất cảm kháng 52 3.3.2 Sơ đồ nghịch lu độc lập nguồn dòng điện cầu pha tải cảm kháng 54 3.3.3 Nghịch lu dòng ba pha tải cảm dùng Thyristor thờng 55 Tổng quan Phơng pháp công nghệ kỹ thuật chế tạo PTCS Lớn 3.3.4 Nghịch lu áp ba pha sử dụng van điều khiển hoàn toàn 57 3.5 Thiết bị biÕn tÇn 60 3.5.1 BiÕn tÇn gi¸n tiÕp .60 3.5.2 BiÕn tÇn trùc tiÕp .61 Tµi liƯu tham kh¶o 64 Tỉng quan vỊ Phơng pháp công nghệ kỹ thuật chế tạo PTCS Lớn Lời mở đầu Tàu thuỷ phơng tiện vận tải quan trọng, đặc biệt quốc gia nằm ven biển nh Việt Nam Khi thực chức vận tải, tàu hoạt động liên tục thời gian dài biển, chuyên chở đợc nhiều hàng hoá đến cảng xa bờ với giá thành rẻ Ngoài ra, phơng tiện mang lại lợi ích phục vụ lớn cho việc thăm dò đại dơng, đánh bắt hải sản xa bờ, đặc biệt đảm bảo an ninh quốc phòng vùng biển hải đảo Trong giai đoạn nay, theo đờng lối đổi mới, phát triển công nghiệp hoá, đại hoá Đất nớc nói chung chủ trơng đại hoá ngành công nghiệp đóng tàu nh nội địa hoá sản phẩm ngành tàu thuỷ Các cán bộ, nhân viên ngành tàu thuỷ đà không ngừng nâng cao lực thiết kế, cải tạo chiều sâu, đổi công nghệ đóng hàng loạt tầu Cùng với việc đóng vấn đề trang bị kỹ thuật tự động hoá, đại hệ thống tàu Thực tế cho thấy sản phẩm, trang thiết bị phức tạp tàu hầu hết phải nhập ngoại từ nớc với giá thành đắt Trớc nhu cầu thách thức đó, vấn đề nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, ứng dụng kỹ thuật tự động hoá vi xử lý để nội địa hoá sản phẩm tàu thuỷ, đặc biệt việc điều khiển tự động hoá tàu biển phù hợp với không gian, tích chất hoạt động tàu, việc khởi động, điều khiển thiết bị công suất lớn, động công suất lớn đòi hỏi cấp thiết chức điều khiển, không gian, trọng lợng, độ bền độ tin cậy thiết bị điều khiển Việc nghiên cứu cải tiến ứng dụng phần tử công suất lớn vào việc điều khiển tối u cho thiết bị, động cơ, máy móc tàu thuỷ nhằm giải yêu cầu đồng thời ứng dụng kỹ thuật đại giới, đa ngành công nghiệp tàu thuỷ nớc nhà phát triển Trong giới hạn chuyên đề trình bày tổng quan phần tử công suất lớn áp dụng lĩnh vực điều khiển thiết bị có công suất lớn tàu thuỷ Tổng quan Phơng pháp công nghệ kỹ thuật chế tạo PTCS Lớn I Khái niệm chung yêu cầu phần tử công suất lớn 1.1.Khái niệm chung: Trớc tiên ta phải làm rõ phần tử công suất lớn ? Có thể hiểu cách định tính phần tử công suất linh kiện hay thiết bị công suất hệ thống điều khiển nh: thiết bị truyền tải, điều khiển hay chuyển đổi lợng từ dạng sang dạng khác Từ phần tử công suất lớn đời đà làm thay đổi hoàn toàn cách nhìn nhận việc áp dụng khoa học kỹ thuật vào đời sống ngày sâu vào mặt kinh tế công nghiệp kinh tế dân dụng đà góp phần nâng cao suất lao động nh hiệu kinh tế.Trong lĩnh vực công nghiệp hay dân dụng áp dụng phần tử công suất nh : Các động điều khiển dây truyền với hàng trăm KW, thiết bị nâng hạ công nghiệp dân dụng, thiết bị truyền tải điện, hay thiết bị chuyển đổi điện áp chiều, xoay chiều với công suất lớn Đặc biệt nh thiết bị công suất lớn tàu thuỷ nh: Cần cẩu, tời neo, máy lái, thang mạn 1.2 Nhu cầu thực tế đòi hỏi: Sự cần thiết phải phát triển công nghệ chế tạo PTCS Nh ta đà biết: Việc điều khiển thiết bị cã c«ng st lín mét hƯ thèng trun déng có nhiệm vụ thực công đoạn cuối công nghệ sản xuất Đặc biệt thời đại phát triển công nghiệp, điều khiển tự động hoá nh nay, hệ truyền động với phần tử công suất lớn góp phần quan trọng việc nâng cao chất lợng sản phẩm, nâng cao suất mở rộng phạm vi hoạt động hệ thống Trong năm đầu nhÃng năm 50 kỷ 20 ngành điện tử công công nghiệp đời nhng ứng dụng chúng bị hạn chế thiếu phần tử công suất lớn có hiệu cao, kích thớc nhỏ đặc biệt có ®é tin cËy cao, ®ã víi c¸c ®Ìn ®iƯn tử chân không có khí, đèn thuỷ ngân không đáp ứng đợc yêu cầu khắt khe điều khiển công nghiệp Từ năm 60 kỷ 20 hoàn thiện kỹ thuật bán dẫn, loạt linh kiện bán dẫn nh : Điốt, Tiristo, Tranzito công suất đời đà làm thay đổi mặt điều khiển phần tử công xuất lớn đa công nghiệp tiến lên bớc Ngày với việc áp dụng tiến kỹ thuật tin học điện tử, nên công nghệ sản xuất thiết bị điện tử công suất ngày hoàn thiện tạo Tổng quan Phơng pháp công nghệ kỹ thuật chế tạo PTCS Lớn biến đổi điện tử công suất hệ truyền động điện đáp ứng đợc tính ngày phong phú, độ tác động nhanh, độ xác cao mà góp phần làm giảm kích thớc hạ giá thành sản phẩm Do đông thời với việc phát triển kỹ thuật công nghệ cao, đồng thời sec thúc đẩy phát triển công nghệ chế tạo phần tử công suất lớn đáp ứng với nhu cầu kỹ thuật ngày cao khoa hoc, công nghiệp đời sống II Phân loại đặc trng kỹ thuật phần tử ĐTCS lớn 2.1 Đặc tính phần tử bán dẫn công suất lớn Các phần tử bán dẫn công suất đợc sử dụng sơ đồ biến đổi nh khoá điện tử, gọi van bán dẫn; mở dẫn dòng nối tải vào nguồn, khoá ngắt tải khỏi nguồn, không cho dòng điện chạy qua Khác với phần tử có tiếp điểm, van bán dẫn thực đóng cắt dòng điện không gây nên tia lửa điện, không bị mài mòn theo thời gian Tuy đóng cắt dòng điện lớn nhng van bán dẫn lại đợc điều khiển tín hiệu công suất nhỏ, tạo mạch điện tử công suất nhỏ Quy luật nối tải vào nguồn phụ thuộc vào sơ đồ biến đổi phụ thuộc cách thức điều khiển van biến đổi Nh hiệu suất biến đổi phụ thuộc trớc hết vào tổn thất van bán dẫn, trình làm việc tổn thất tích dòng điện chạy qua van với điện áp rơi van Công nghệ chế tạo phần tử bán dẫn ngày đà đạt đợc bớc tiến vợt bậc, với việc cho đời phần tử kích thớc nhỏ gọn, khả đóng cắt dòng điện chịu điện áp cao ngày lớn với tổn hao công suất giảm đáng kể, ngày đáp ứng yêu cầu phức tạp quy luật biến đổi lợng biến đổi Sự phát triển phần tử bán dẫn có vai trò định cho phát triển Điện tử công suất, góp phần tạo nhiều chủng loại biến đổi với ứng dụng ngày rộng rÃi công nghiệp sống Hiểu rõ nguyên lý hoạt động đặc tính phần tử bán dẫn điều vô quan trọng để sử dụng phát huy hết hiệu phần tử bán dẫn ứng dụng cụ thể Tính kỹ thuật chủ yếu phần tử bán dẫn công suất thể qua khả đóng cắt dòng điện, khả chịu điện áp đặc tính liên quan đến trình đóng cắt nh vấn đề điều khiển chúng Trớc hết ta cần thấy phần tử bán dẫn công suất có đặc tính chung, là: Tổng quan Phơng pháp công nghệ kỹ thuật chế tạo PTCS Lớn * Các van bán dẫn làm việc chế độ khoá, mở cho dòng chạy qua có điện trở tơng đơng nhỏ, khoá không cho dòng chạy qua có điện tở tơng đơng lớn Nhờ tổn hao công suất trình làm việc tích dòng điện chạy qua với điện áp rơi phần tử có giá trị nhỏ * Các van bán dẫn dẫn dòng theo chiều phần tử đợc đặt dới điện áp phân cực thuận Khi điện áp đặt lên phần tử phân cực ngợc, dòng qua phần tử có giá trị nhỏ, cỡ mA, gọi dòng rò Về khả điều khiển, van bán dẫn đợc phân loại thành: * Van không điều khiển, nh điốt, * Van có điều khiển, lại phân ra: - Điều khiển không hoàn toàn, nh tiritsto, triac, - Điều khiển hoàn toàn, nh bipolar tranzito, MOSFET, IGBT, GTO 2.2 Chất bán dẫn Chất bán dẫn loại vật liệu có điện trở suất giới hạn khoảng điện trở suất chất cách điện chất dẫn điện, thay đổi theo tăng giảm nhiệt độ Khi t0 tăng điện trở suất chất bán dẫn giảm ngợc lại Loại vật liệu bán dẫn đợc sử dụng chủ yếu phần tử bán dẫn công suất Silic (Si) Nguyên tố thuộc phân nhóm nhóm IV bảng hệ thống tuần hoàn Mendelep - Có điện tử lớp Khi ta kết hợp nguyên tố Si víi mét nguyªn tè thc PNC nhãm V nh− P mà lớp có điện tử tự điện tử tham gia vào liên kết với điện tử tự Si làm xuất điện tử tự cấu tróc m¹ng tinh thĨ Sù xt hiƯn cđa electron tự làm tăng tính dẫn điện điện tử (e) có điện tích âm nên chất gọi bán dẫn loại n (Negative - âm) Còn kết hợp với Silic nguyên tố thuộc nhóm III có điện tử thuộc lớp xuất lỗ trống cấu trúc tinh thể Lỗ hổng nhận điện tử tạo nên điện tích dơng làm tăng tính dẫn điện Chất đợc gọi bán dẫn loại P (Positive - dơng) - chất bán dẫn loại n hạt mang điện chủ yếu điện tử, bán dẫn loại P lỗ trống lại hạt mang đợc chủ yếu Tuỳ theo nồng độ thành phần Tổng quan Phơng pháp công nghệ kỹ thuật chế tạo PTCS Lớn Điện trờng tổng hợp làm dễ dàng cho di chuyển điện tích đa số dẫn đến làm cho lớp tiếp giáp hẹp lại khiến trở thành dẫn điện Khi ta nói mặt ghép p - n đợc phân cực thuận + Ngợc lại đặt vào hai mặt ghép p-n điện trờng E trùng với điện trờng nội Ei điện trờng tổng có chiều trùng với điện trờng nội Ei làm ngăn cản di chuyển điện tích đa số dễ dàng cho di chuyển điện tích thiểu số Khi lớp tiếp giáp tăng lên làm tăng tính cách điện Ngời ta nói mặt ghép bị phân cực ngợc Đặc tính Vôn-Ampe Diode: + Vùng I đặt vào Anot điện áp dơng so với Catot Diode đợc đặt điện áp thuận nên Diode thông, có dòng điện chạy qua tạo nên điện áp rơi khoảng 0,7V + Vùng II đặt điện áp ngợc lên Diode : Diode bị khoá, có dòng điện rò cỡ mA chạy qua + Vùng III đặt điện áp ngợc lớn ngỡng (cực đại) mà Diode chịu đợc hàng rào điện bị chọc thủng Ngời ta gọi Diode bị đánh thủng tính dẫn điện chiều I (A) Điện áp rơi I Điện áp chọc thủng II U (V) Dòng điện rò III Hình 1.3 Đặc tính V - A Diode Đặc tính V-A đợc biểu diễn gần điện áp biểu thức : Tổng quan Phơng pháp công nghệ kỹ thuật chế tạo c¸c PTCS Lín ( ) ( ) − ⇒ Sin λ + α − ϕ = Sin α − ϕ e tg (48) Phơng trình (1- 49) để xác ®Þnh thêi gian dÉn ®iƯn cđa Thyristor ( λ ) > dòng điện gián đoạn < dòng điện liên tục T1 it ~ u1 T2 ut Rt Lt u1 ut α π λ t1 π +α 2π 3π ωt ωt t2 it ωt H×nh 1.31 Đồ thị dòng áp băm xung xoay chiều tải R+L 3.3.2 Bộ điều chỉnh xung áp xoay chiỊu ba pha - Ng−êi ta cã thĨ t¹o điều chỉnh xung áp xoay chiều ba pha theo hai cách: + Cách thứ ghép từ ba biến đổi pha có dây trung bình nh hình vẽ 1.32a Khi dòng qua pha không phụ thuộc vào dòng pha khác, giải thích nguyên lý hoạt động hoàn toàn giống nh sơ đồ pha + Cách thứ hai biến đổi xung áp ba pha đợc đấu sao, dây trung tính nh hình vẽ 1.32b trình dẫn dây dòng pha phải tơng thích với trình dẫn dòng pha khác 50 Tổng quan Phơng pháp công nghệ kỹ thuật chế tạo PTCS Lớn - Do cách nối van bán dẫn nên để có dòng chạy qua động thời điểm phải có hai van hai pha khác dẫn dòng - Khi ba Thyristor ba pha dẫn điện điện áp tải trùng với điện ¸p pha cña nã (UZA = Ua, UZB = Ub , UZC = UC) - Khi chØ cã hai van dẫn điện điện áp tải nửa điện áp dây hai pha mà có hai van dÉn dßng ⎛⎜U ZA = U ab ⎞⎟ - Đối với tải có tính điện cảm: + Nếu góc điều khiển < mà đặt xung điều khiển vào van bán dẫn van dẫn dòng từ thời điểm = trở dòng điện điện áp động phụ thuộc vào góc điều khiển (hình a) + Nếu góc điều khiển > tuỳ thuộc vào giá trị tức thời điện áp dây mà có lúc có ba van ba pha khác dẫn dòng hai van hai pha khác dẫn dòng (hình b) Khi góc điều khiển vợt giá trị giới hạn > gh không tồn chế độ dẫn dòng ba pha mà có chế độ dẫn dòng hai pha 51 Tổng quan Phơng pháp công nghệ kỹ thuật chế tạo c¸c PTCS Lín O B A T1 T4 T3 C T6 ZA T5 T2 ZB ZC (a) B A T1 T4 T3 C T6 ZA T5 ZB T2 ZC O (b) Hình 1.32 Sơ đồ điều chỉnh xung áp pha 3.4 Nghịch lu độc lập - Bằng quy luật đóng, mở van bán dẫn công suất để thực trình biến đổi điều khiển lợng điện dòng chiều thành dòng xoay chiều có tần số cố định thay đổi đợc, số pha thứ tự pha giá trị điện áp, trình chuyển mạch dòng điện van thân nghịch lu định mà không cần nguồn dòng điện xoay chiều khác 3.3.1 Sơ đồ nghịch lu độc lập nguồn điện áp cầu pha tải có tính chất cảm kháng 52 Tổng quan Phơng pháp công nghệ kỹ thuật chế tạo PTCS Lín + Ed V1 D1 Cd a V3 it Lt Rt D3 b ut V4 D4 V2 D2 3π ωt - ϕt it ut Ed 2π V1V4 π D1D4 uv1 iv1 V1V4 V2V3 D2D3 D1D4 iv1 uv1 ωt uD1 iD1 uD1 id t t Hình 1.33 Sơ đồ đồ thị NL độc lập nguồn điện áp - Vì tải có tính chất cảm kháng nên dòng điện chậm pha so với điện áp góc t từ → ϕ t cã Ut > 0, it < D1 D4 thông + Từ t → π : Cã ut > 0, it > V1V4 thông + Từ + ϕ t cã ut < 0, it > ®ã D2D3 th«ng + Tõ π + ϕ t → 2π : ut < 0, it > ®ã V2 V3 thông - Ta thấy t cần có chuyển mạch từ D1 sang V1, D4 sang V4 Tại : Cần có chuyển mạch tõ V1 → D3, V4 → D2 π + ϕt : D2 → V2; D3 → V3 2π : D1 → V1; D4 → V4 - XÐt sù chun m¹ch van: 53 Tổng quan Phơng pháp công nghệ kỹ thuật chế tạo PTCS Lớn Ví dơ t¹i π : V1 → D3; V4 → D2 Trớc thời điểm khoảng : Ta cã iv1 = iv4 = it >> → theo yêu cầu tải phải đổi dấu chiều điện áp ur (từ (+) sang âm) phải cỡng khoá v1 v4 (phải chọn v1 v4 van điều khiển hoàn toàn) Khi dòng qua v1 v4 giảm 0, tính chất điện cảm tải sinh sức phản điện động chống lại giảm dòng điện khoá V1, V4 sức phản điện động kháng mạch qua D1 D2 Tại + t : ( + t ) sau dòng điện tải đổi dần từ (+) sang (-) tức dòng điện tải chạy ngợc chiều với dòng điện qua D2 D3 D2 D3 bị khoá dòng điện ngợc thời điểm phát xung điều khiển vào v2 v3 hai van thông tiếp tục trì dòng điện tải 3.3.2 Sơ đồ nghịch lu độc lập nguồn dòng điện cầu pha tải cảm kháng id + Ld Ed A it a uv V3 V1 Lt Rt b ut K V4 ϕt Id ut it V1V4 V1V4 π uv1 iv1 Id V2 iv1 2π V2V3 3π ωt uv1 t uv t Hình 1.34 Sơ đồ đồ thị NL độc lập nguồn dòng điện cầu pha Ed + Ld: tạo thành nguồn dòng điện chiều lý tởng có giá trị I2 54 Tổng quan Phơng pháp công nghệ kỹ thuật chế tạo PTCS Lín + Tõ ÷ π : cã it > 0: v1, v4 thông dẫn dòng tải ữ π : it < 0: v2, v3 th«ng π ÷ π : it > 0: v1, v4 th«ng + Tại : cần có chuyển mạch từ v1 → v3; v4 → v2 t¹i π : v3 → v1; v2 → v4 + XÐt sù chuyÓn m¹ch: T¹i π : v1v4 → v2v3: ThËt vËy tr−íc thời điểm : v1 v4 thông ut < 0, vt thông qua v1 v4 đặt ngợc điện áp lên v2v3 (uv3 = ut < 0, uv2 = ut < 0) Do vËy nÕu phát xung vào v2 v3 hai van không thông đợc phải khoá cỡng v1 v4 Khi v1 v4 đà khoá, uv1 = uv2 = uv3 = uv4 = Ed > phát xung v2 v3 hai van thông dẫn dòng tải Vì v1 ữ v4 phải chọn loại van điều khiển hoàn toàn 3.3.3 Nghịch lu dòng ba pha tải cảm dïng Thyristor th−êng - Do sư dơng c¸c Thyristor th−êng nên để khoá đợc Thyristor phải có tụ chuyển mạch (c1, c3, c5 c2, c4, c6) để giảm ảnh hởng tải đến trình nạp tụ ngời ta sử dụng diot ngăn (D1 ữ D6): Dd + Ld tạo nguồn dòng lý tởng có giá trị Id - Để đảm bảo khoá đợc Thyristor tạo hệ thống dòng điện ba pha đối xứng luật dẫn điện Thyristor phải tuân theo nh đồ thị với thời gian dẫn van 120 Pha a: + Từ tơng tù π → π : ia = Id > có nghĩa dòng điện ia > T1D1 phải thông T4 D4 thông tơng tự pha b, pha c - Quá trình chuyển mạch: Nh đồ thị cần khoá T5D5 mở T1D1 55 Tổng quan Phơng pháp công nghệ kỹ thuật chế tạo PTCS Lín 2π : kho¸ T6D6, më T2D2 π : Kho¸ T1D1, më T3D3 4π : Kho¸ T2D2, më T4D4 5π : Kho¸ T3D3, më T5D5 2π : Kho¸ T4D4, më T6D6 Id + Ld T1 T3 c1 + c5 + - D1 T5 c3 - ZA D5 D3 ZB Ed D4 c4 D6 c2 D2 ZC c6 + - T4 Pha A T6 T2 iA uA T1D1 2π π T1D1 3π ωt T4D4 iB Pha B uB T3D3 ωt T6D6 Pha C T6D6 ωt iC uC T5D5 T5D5 T2D2 T2D2 Hình 1.35 Sơ đồ đồ thị NL độc lập nguồn dòng điện cầu pha 56 Tổng quan Phơng pháp công nghệ kỹ thuật chế tạo PTCS Lớn Ví dụ xét trình chuyển mạch T1D1 T6D6 dẫn dòng điện qua T1D1, ZA, ZB D6T6 Đồng thời có dòng n¹p cho tơ c1 qua T1 – C1 – T6 Khi tụ C1 đợc nạp đầy dòng qua tụ không Tụ C1 đợc nạp với dấu điện áp nh hình vẽ để chuẩn bị cho trình chuyển mạch khoá T1 Đến thời điểm phát xung vào T3, T3 thông thông qua T3 điện áp ngợc c1 đặt ngợc lên T1 làm cho T1 bị khoá dòng qua D1 giảm dần, dòng qua D3 tăng dần đến D1 khoá D3 thông hoàn toàn kết thúc trình chuyển mạch từ T1D1 T3D3 Tơng tự nh trình chuyển mạch cặp van 3.3.4 Nghịch lu áp ba pha sử dụng van điều khiển hoàn toàn - ta giả thiết van lý tởng, đóng mở tức thời gian dẫn van công suất 1800 điện tải đối xứng, có tính chất cảm kháng 57 Tổng quan Phơng pháp công nghệ kỹ thuật chế tạo PTCS Lớn + T1 Ed D1 T3 T5 D3 D5 Cd T4 D4 T6 T2 D6 D2 - ZA ZC ZB Pha a T1orD1 π T1orD1 3π 2π T4orD4 ωt Pha b T3orD3 T3orD3 T6orD6 ωt T6orD6 Pha c T5orD5 T5orD5 T2orD2 T2orD2 ωt Ua 2Ed /3 Ed /3 ωt Ub ωt Uc t Hình 1.36 Sơ đồ đồ thị NL độc lập nguồn điện áp cầu pha - Từ sơ đồ nguyên lý biểu đồ trạng thái pha ta thÊy + ë pha (a): tõ → π : ua > có nghĩa T1 D1 th«ng, tõ π → π : ua < 0: T4 D4 thông 58 Tổng quan Phơng pháp công nghệ kỹ thuật chế tạo PTCS Lớn + Pha (b): từ ữ 2 ub < T6 D6 thông : ub > T3 D3 3 thông + Pha (c): tõ ÷ π 2π 4π uc > T5 D5 thông : uc < T2 D2 3 thông - Dạng điện áp tải đợc xây dựng nh sau: + Xét đoạn : Pha a: T1 D1 thông Pha b: T6 D6 thông Pha c: T5 D5 thông Sơ đồ tơng đơng mạch tải nh sau: ua = uc = ub = − + Tõ π → Ed 2E d 2π : T1 (D1), T2 (D2), T6 (D6) th«ng + Ua ZA Ed ua = dE d ub = uc = − + Tõ Ub - Ed 2π → π : T1 (D1), T3 (D3), T2 (D2) thông đó: 59 ZB Uc ZC Tổng quan Phơng pháp công nghệ kỹ thuật chế tạo PTCS Lớn ua = uB = ub = − Ed 2E d - Hoàn toàn tơng tự với phần điện áp ta đợc đồ thị ba pha - Giá trị hiệu dụng điện áp pha là: upha = 2 u pha (θ )dθ = E ∫ 2π → U A (t ) = E.Sinωt U B (t ) = 2π ⎞ ⎛ E.Sin⎜ ωt − ⎟ 3 ⎠ ⎝ U c (t ) = 2π ⎞ ⎛ E.Sin⎜ ωt + 3 3.5 Thiết bị biến tần - Thiết bị biến tần thiết bị biến đổi từ dòng điện xoay chiều có tần số điện áp cố định sang dòng điện xoay chiều có tần số điện áp thay đổi đợc - Thiết bị biến tần đợc chia làm hai loại: Biến tần gián tiếp biến tần trực tiếp 3.5.1 Biến tần gián tiếp Cấu trúc biến tần gián tiếp: Bộ biến tần gián tiếp gồm ba khâu: + Khâu chỉnh lu: biÕn ®ỉi ngn ®iƯn xoay chiỊu sang ngn ®iƯn mét chiều + Khâu trung gian (lọc): giữ cho điện áp khâu chỉnh lu dòng khâu chỉnh lu 60 Tổng quan Phơng pháp công nghệ kỹ thuật chế tạo PTCS Lớn + Khâu lợng: biến từ nguồn chuyển sang nguồn xoay chiều có điện áp tần số thay đổi đợc Ưu điểm biến tần gián tiếp đổi chiều tần số điện áp phạm vi rộng Dễ dàng tạo nguồn (dòng, áp) theo yêu cầu Nhợc điểm số thấp kích thớc biến đổi lớn Bộ chỉnh lu chỉnh lu điều khiển chỉnh lu không điều khiển Nhng thờng dùng chỉnh lu bán điều khiển với chức làm nhiệm vụ bảo vệ cho toàn hệ thống bị tải Phần lợng thờng mạch lợng độc lập đà nêu phần 3.5.2 Biến tần trực tiếp Biến tần trực tiếp biến đổi nguồn điện xoay chiều lới điện có tần số điện áp cố định thành nguồn xoay chiều có tần số điện áp thay đổi đợc không thông qua khâu trung gian chiều Ưu điểm biến tần trực tiếp số biến đổi lợng cao Tuy nhiên nhợc điểm tần số f2 phụ thuộc vào tần số f1 * Sơ đồ bé biÕn tÇn trùc tiÕp mét pha: 61 Tỉng quan Phơng pháp công nghệ kỹ thuật chế tạo c¸c PTCS Lín ua ub uc f2 u2 i2 G1 , α G2 , Hình 1.36 Sơ đồ cấu trúc biến tần trực tiếp pha Bộ biến tần cho phép nhận đợc điện áp u2 có tần số f2 nhỏ f1 Bộ chỉnh lu G1 cung cấp cho tải dòng điện i2 tải đòi hỏi dòng điện dơng Bộ chỉnh lu G2 cung cấp cho tải dòng điện i2 tải đòi hỏi dòng điện âm Để cho điện áp tải u2 có giá trị trung bình hai chiều góc mở a1 a phải tuân theo quan hƯ: a1 + a = π Khi ®ã: u2 = U cos a1 = −U cos a Trong U cos a1 giá trị trung bình điện áp chỉnh lu G1 cung cÊp chiỊu d−¬ng - U cos a G2 cung cấp chiều âm * Sơ ®å biÕn tÇn trùc tiÕp ba pha: 62 Tỉng quan Phơng pháp công nghệ kỹ thuật chế tạo PTCS Lớn Tài liệu tham khảo [1] Võ Minh Chính (Chủ biên) Điện tử công suất NXB KHKT 2004 [2] Thân Ngọc Hoàn Điện tử công suất NXB Xây dựng năm 2004 [4] Bimal K.Rose Power Electronisc and variable frequency Driver IEEE Press [5] K.Somer and others MUltichip high power IGBT modules for traction and industrial application in Conf Res EPE 1997 [6] P.K Steimer and others IGCT A-new emerging technologûo high power low cost inverter in Conf.Rec IEEE-IAS mªting1997 [7] H.Brunner and others3300V IGBT module for traction application in Conf Rec EPE 1995 [8] H.Brunner and others Improved 3.5KVIGBT diode chipset and 800A module application in Conf Rec IEEE PESC96 [9] Điều khiển truyền động điện tàu thuỷ thiết bị bán dẫn A.P.Bogoslovski [10]-Truyền động điện tàu thuỷ A.G Iaurê [11] Đặc trng làm việc động dị thay đổi tÇn sè cđa N.I Karmaski 64