Giáo trình điện tử công suất (nghề điện tử dân dụng trung cấp)

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT NGHỀ: ĐIỆN TỬ DÂN DỤNG TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP Ban hành kèm theo Quyết định số:764/QĐ-CĐCG-KT&KĐCL ngày 22 tháng 11 năm 2022 Trường Cao đẳng Cơ giới Quảng Ngãi, năm 2022 (Lưu hành nội bộ) TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Điện tử công suất lĩnh vực kỹ thuật đại, nghiên cứu ứng dụng linh kiện bán dẫn công suất làm việc chế độ chuyển mạch vào trình biến đổi điện Sự đời hồn thiện linh kiện điện tử cơng suất với tính dịng điện, điện áp, tốc độ chuyển mạch ngày nâng cao Tổn hao công suất giảm đáng kể, ngày đáp ứng yêu cầu phức tạp quy luật biến đổi lượng biến đổi làm cho kỹ thuật điện truyền thống thay đổi sâu sắc Ở Việt Nam có nhiều giáo trình, tài liệu tham khảo, sách hướng dẫn tập điện tử công suất biên soạn biên dịch nhiều tác giả, chuyên gia đầu ngành điện tử công suất Tuy nhiên nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng trình đào tạo nhà trường phải bám sát chương trình khung giáo trình Điện tử cơng suất biên soạn tham gia giảng viên trường Cao đẳng Cơ giới dựa sở chương trình khung đào tạo ban hành, trường Cao đẳng Cơ giới với giáo viên có nhiều kinh nghiệm tham khảo nguồn tài liệu khác để thực biên soạn giáo trình Điện tử cơng suất phục vụ cho cơng tác giảng dạy Giáo trình thiết kế theo môn học thuộc hệ thống mơn học MĐ17 chương trình đào tạo nghề Điện tử dân dụng cấp trình độ trung cấp nghề dùng làm giáo trình cho học viên khóa đào tạo, sau học tập xong mơn học này, học viên có đủ kiến thức để học tập tiếp môn học, môn học khác nghề Quảng Ngãi, ngày tháng năm 2022 Tham gia biên soạn Phan Ngọc Bảo Chủ biên ………… ……… … MỤC LỤC TT NỘI DUNG Lời giới thiệu TRAN G 2 Mục lục 3 Bài 1: Linh kiện điện tử công suất 11 Khái niệm điện tử công suất 12 Linh kiện điện tử công suất 21 Bài 2: Mạch tạo xung kích 55 Giới thiệu mạch kích 56 Mạch tạo xung kích khơng đồng 56 Mạch tạo xung kích đồng 61 10 Bài 3: Chỉnh lưu pha có điều khiển 68 11 Khái niệm kỹ thuật chỉnh lưu 69 12 Chỉnh lưu bán kỳ 70 13 Chỉnh lưu toàn kỳ 74 14 Chỉnh lưu cầu đối xứng 77 15 Chỉnh lưu cầu không đối xứng 80 16 Bài 4: Chỉnh lưu ba pha có điều khiển 84 17 Khái niệm kỹ thuật chỉnh lưu 85 18 Chỉnh lưu ba pha hình tia có điều khiển 86 19 Chỉnh lưu cầu đối xứng có điều khiển 89 20 Chỉnh lưu cầu khơng đối xứng có điều khiển 93 21 Bài 5: Biến đổi điện áp 97 22 Khái niệm kỹ thuật biến đổi điện AC Bộ biến đổi điện áp xoay chiều pha điều khiển toàn chu 23 kỳ 24 Biến đổi điện AC pha điều khiển không đối xứng 98 100 25 Biến đổi điện AC pha điều khiển đối xứng 102 26 Bộ biến đổi điện áp xoay chiều ba pha tải mắc hình 107 27 Bộ biến đổi điện áp xoay chiều ba pha tải mắc tam giác 107 99 28 Bài 6: Nghịch lưu – Biến tần 110 29 Khái niệm kỹ thuật nghịch lưu 111 30 Bộ biến đổi điện 112 31 Bộ biến đổi điện loại bán cầu 113 32 Bộ biến đổi điện loại cầu đầy đủ Bộ biến đổi điện song song (Biến đổi với biến có điểm 33 giữa) 34 Kỹ thuật điều khiển biến đổi điện 113 117 35 Mạch nghịch lưu pha 24VDC 220VAC 120 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO 128 113 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC Tên Mơn học: ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT Mã mơn học: MĐ17 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: - Vị trí: Mơn học Điện tử cơng suất học sau môn học, môn học kỹ thuật sở, đặc biệt mô đun, môn học: Mạch điện; Điện tử - Tính chất: Là mơn học chun mơn nghề - Ý nghĩa vai trị mơn học: Điện tử cơng suất đóng vai trị quan trọng ngành Điện, Điện tử, đáp ứng yêu cầu phức tạp qui luật biến đổi lượng, kích thước nhỏ gọn, khả đóng cắt cao, tổn hao công suất thấp Môn học trang bị cho học viên kiến thức kỹ Điện tử công suất - Đối tượng: Là giáo trình áp dụng cho học sinh trình độ Trung cấp nghề Điện tử dân dụng Mục tiêu môn học: - Kiến thức: A1 Vẽ nêu nguyên lý hoạt động mạch chỉnh lưu yêu cầu A2 Giải thích dạng sóng vào, biến đổi AC-AC A3 Giải thích nguyên lý làm việc tính tốn biến đổi AC-AC - Kỹ năng: B1 Vận dụng kiến thức cấu tạo nguyên lý hoạt động mạch tạo xung biến đổi dạng xung B2 Vận dụng loại mạch điện tử công suất thiết bị Điện tử dân dụng - Năng lực tự chủ trách nhiệm: C1 Chủ động, nghiêm túc học tập cơng việc C2 Giữ gìn vệ sinh cơng nghiệp, đảm bảo an toàn cho người thiết bị Chương trình khung nghề Điện tử dân dụng Mã MH/M Tên mơ đun, mơn học Đ Số Tín Thời gian đào tạo (giờ) Trong Thực hành/ Tổng Lý thực Kiểm số thuyết tập/thí tra nghiệm /bài tập MH 01 Các mơn học chung/đại cương Chính trị MH 02 Pháp luật 15 MH 03 Giáo dục thể chất Giáo dục quốc phòng - An ninh Tin học 30 24 2 45 21 21 45 15 29 90 30 56 77 1645 524 1053 68 30 15 13 I MH 04 MH 05 MH 06 II MH 07 MH 08 Ngoại ngữ (Anh văn) Các môn học, mô đun chuyên môn ngành, nghề Kỹ thuật an toàn điện 12 255 94 148 13 30 15 13 70 43 24 3 45 38 MĐ 10 Điện kỹ thuật Tín hiệu phương thức truyền dẫn Đo lường Điện- Điện tử 60 27 30 MĐ 11 Linh kiện điện tử 75 25 47 MĐ 12 Kỹ thuật mạch điện tử I 120 42 73 MĐ 13 Kỹ thuật mạch điện tử II 90 30 56 MĐ 14 Kỹ thuật số 90 30 57 MĐ 15 Kỹ thuật vi điều khiển 90 30 57 MĐ 16 Thiết kế mạch điện tử 75 22 50 MĐ 17 Điện tử công suất 60 28 30 MH 09 MĐ18 MĐ 22 Điện tử nâng cao Hệ thống âm thanh- máy thu hình Sửa chữa nguồn máy tính Sửa chữa thiết bị điện gia dụng PLC- Cơ Bản MĐ 23 Thực tập sản xuất 11 300 10 275 15 Tổng cộng 89 1900 618 1201 81 MĐ 19 MĐ 20 MĐ 21 90 27 59 120 40 77 90 30 56 120 40 77 120 47 67 Chương trình chi tiết mơn học Số TT Tên môn học Tổng số 10 Thời gian (giờ) Lý Thực Kiểm thuyết hành tra 5 5 Linh kiện điện tử công suất Mạch tạo xung kích 10 Chỉnh lưu pha có điều khiển 11 5 Chỉnh lưu ba pha có điều khiển 13 Biến đổi điện áp Nghịch lưu biến tần 45 15 28 Cộng: Điều kiện thực mơn học: 3.1 Phịng học Lý thuyết/Thực hành: Đáp ứng phòng học chuẩn 3.2 Trang thiết bị dạy học: Projetor, máy vi tính, bảng, phấn, tranh vẽ 3.3 Học liệu, dụng cụ, mơ hình, phương tiện: Giáo trình, mơ hình thực hành, dụng cụ nghề điện, điện tử, điện tử dân dụng… 3.4 Các điều kiện khác: Người học tìm hiểu thực tế mạch điện tử cơng suất nhà máy, xí nghiệp cơng nghiệp Nội dung phương pháp đánh giá: 4.1 Nội dung: - Kiến thức: Đánh giá tất nội dung nêu mục tiêu kiến thức - Kỹ năng: Đánh giá tất nội dung nêu mục tiêu kỹ - Năng lực tự chủ trách nhiệm: Trong trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu trước đến lớp + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học + Nghiêm túc trình học tập 4.2 Phương pháp: Người học đánh giá tích lũy mơn học sau: 4.2.1 Cách đánh giá - Áp dụng quy chế đào tạo Cao đẳng hệ quy ban hành kèm theo Thơng tư số 04/2022/TT-BLĐTBXH, ngày 30/3/2022 Bộ trưởng Bộ Lao động – Thương binh Xã hội - Hướng dẫn thực quy chế đào tạo áp dụng Trường Cao đẳng Cơ giới sau: Điểm đánh giá + Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1) + Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2) + Điểm thi kết thúc môn học 4.2.2 Phương pháp đánh giá Phương pháp đánh giá Thường xuyên Định kỳ Phương pháp tổ chức Viết/ Thuyết trình Viết thực hành Kết thúc Vấn đáp mơn học thực hành 4.2.3 Cách tính điểm Hình thức kiểm tra Trọng số 40% 60% Chuẩn đầu đánh giá Tự luận/ Trắc nghiệm/ A1, C1, C2 Báo cáo Tự luận/ Trắc nghiệm/ thực A2, B1, C1, C2 hành Vấn đáp thực A1, A2, A3, B1, hành mơ hình B2, C1, C2 Số cột Thời điểm kiểm tra Sau 10 Sau 31 Sau 60 - Điểm đánh giá thành phần điểm thi kết thúc môn học chấm theo thang điểm 10 (từ đến 10), làm tròn đến chữ số thập phân - Điểm môn học tổng điểm tất điểm đánh giá thành phần môn học nhân với trọng số tương ứng Điểm mơn học theo thang điểm 10 làm trịn đến chữ số thập phân Hướng dẫn thực môn học 5.1 Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng Trung cấp Điện tử dân dụng 5.2 Phương pháp giảng dạy, học tập môn học 5.2.1 Đối với người dạy * Lý thuyết: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực bao gồm: Trình chiếu, thuyết trình ngắn, nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu, tập cụ thể, câu hỏi thảo luận nhóm… * Thực hành: - Phân chia nhóm nhỏ thực tập thực hành theo nội dung đề - Khi giải tập, làm Thực hành, thí nghiệm, tập: Giáo viên hướng dẫn, thao tác mẫu sửa sai chỗ cho nguời học - Sử dụng mơ hình, học cụ mơ để minh họa tập ứng dụng hệ truyền động dùng điện tử công suất, loại thiết bị điều khiển * Thảo luận: Phân chia nhóm nhỏ thảo luận theo nội dung đề * Hướng dẫn tự học theo nhóm: Nhóm trưởng phân cơng thành viên nhóm tìm hiểu, nghiên cứu theo yêu cầu nội dung học, nhóm thảo luận, trình bày nội dung, ghi chép viết báo cáo nhóm 5.2.2 Đối với người học: Người học phải thực nhiệm vụ sau: - Nghiên cứu kỹ học nhà trước đến lớp Các tài liệu tham khảo cung cấp nguồn trước người học vào học môn học (trang web, thư viện, tài liệu ) - Sinh viên trao đổi với nhau, thực thực hành báo cáo kết - Tham dự tối thiểu 80% giảng tích hợp Nếu người học vắng >20% số tích hợp phải học lại mơn học tham dự kì thi lần sau - Tự học thảo luận nhóm: Là phương pháp học tập kết hợp làm việc theo nhóm làm việc cá nhân Một nhóm gồm 2-3 người học Uc t T T/2 UL E t UV1 t  Hình 6-4 Giản đồ điện áp, dòng điện phần tử Lắp ráp khảo sát hoạt động mạch a Thiết bị dụng cụ chuẩn bị - Bộ dụng cụ cầm tay nghề điện tử - Panel chân cắm nhỏ - Máy đo VOM DVOM - Máy sóng kênh 40MHz - Linh kiện điện tử rời phục vụ cho - Mạch in thiết kế sơ đồ sẵn - Dây nối mạch điện - Linh kiện làm tải giả cho mạch - Chì hàn, nhựa thơng - Dây có chốt cắm đầu b Qui trình thực + Lắp ráp mạch theo sơ đồ (hình 6-3) cho trước: + Cấp nguồn cho mạch + Đo giá trị điện áp vào/ ra, dạng điện áp vào/ra mạch Nhận xét + Tự thiết kế mạch theo yêu cầu cho trước giá trị điện áp đầu dịng tiêu thụ tải c Báo cáo thí nghiệm Sinh viên cần hoàn thành yêu cầu sau: - Trình bày q trình thí nghiệm theo trình tự hướng dẫn - Ghi kết thí nghiệm vào báo cáo - Giải thích kết thu - Nhận xét, đánh giá so sánh kết 118 Bộ nghịch lưu áp ba pha Sơ đồ mạch Sơ đồ mạch nghịch lưu áp pha cho (hình 5-5) + E V1 D1 V3 D3 V5 D5 V4 D4 V6 D6 V2 D2 C - ZA ZB ZC Hình 6-5 Bộ nghịch lưu áp pha Gồm van điều khiển hoàn toàn V1 đến V6 điốt ngược D1 đến D6 Các điốt giúp cho trình trao đổi CS phản kháng tải với nguồn Đầu vào chiều nguồn áp với đặc trưng có tụ C với giá trị đủ lớn, Z A = ZB= ZC phụ tải đấu Y ∆ Nguyên lý hoạt động Mỗi van vào dẫn cách 60 0, khoảng điều khiển dẫn van khoảng từ 1200 đến 1800 Để thuận tiện cho việc xây dựng hệ thống điều khiển, van thường chọn giá trị 1200, 1500 1800 Giả sử van chọn khoảng dẫn 1800 Theo luật điều khiển van : V1 V4 dẫn lệch 1800 tạo pha A V3 V6 dẫn lệch 1800 tạo pha B V5 V6 dẫn lệch 1800 tạo pha C Các pha lệch 1200 Dạng điện áp tải xây dựng sau: + 0≤ α ≤ 600: V1, V5, V6 dẫn, ( ZA // ZC) nt ZB trở kháng nên: UA = UC = 1/3 E; UB = 2/3 E Tương tự: + 600 ≤ α ≤ 1200: V1, V2, V6 dẫn : UC = UB = 1/3 E; UA = 2/3 E + 120≤ α ≤ 1800: V2, V3, V4 dẫn: UA = UC = 1/3 E; UB = 2/3 E Giá trị hiệu dụng điện áp pha: √ 2π √2 U pha = U 2pha (θ )dθ= E ∫ 2π 119 Suy ra: UA (t) = 2/3 E sin ωt UB (t) = 2/3 E sin (ωt – 1200) UC (t) = 2/3 E sin (ωt + 1200) Lắp ráp khảo sát hoạt động mạch a Thiết bị dụng cụ chuẩn bị - Bộ dụng cụ cầm tay nghề điện tử - Panel chân cắm nhỏ - Máy đo VOM DVOM - Máy sóng kênh 40MHz - Linh kiện điện tử rời phục vụ cho - Mạch in thiết kế sơ đồ sẵn - Dây nối mạch điện - Linh kiện làm tải giả cho mạch - Chì hàn, nhựa thơng - Dây có chốt cắm đầu b Qui trình thực + Lắp ráp mạch theo sơ đồ (hình 6-5) cho trước: + Cấp nguồn cho mạch + Đo giá trị điện áp vào/ ra, dạng điện áp vào / mạch Nhận xét + Tự thiết kế mạch theo yêu cầu cho trước giá trị điện áp đầu dòng tiêu thụ tải c Báo cáo thí nghiệm Sinh viên cần hồn thành u cầu sau: - Trình bày q trình thí nghiệm theo trình tự hướng dẫn - Ghi kết thí nghiệm vào báo cáo - Giải thích kết thu - Nhận xét, đánh giá so sánh kết Các phương pháp điều khiển nghịch lưu áp 6.1 Phương pháp điều khiển theo biên độ 6.1.1 Nội dung phương pháp điều khiển theo biên độ Phương pháp gọi tắt phương pháp điều biên Khác với phương pháp sử dụng kỹ thuật điều chế độ rộng xung (PWM) cần nguồn áp DC không đổi, phương pháp điều biên đòi hỏi điện áp nguồn DC điều khiển Độ lớn điện áp điều khiển cách điều khiển nguồn điện áp DC 120 Chẳng hạn sử dụng chỉnh lưu có điều khiển kết hợp chỉnh lưu không điều khiển biến đổi điện áp DC Bộ nghịch lưu áp thực chức điều khiển tần số điện áp Các công tắc cặp công tác pha tải kích đóng với thời gian nửa chu kỳ áp Mạch điều khiển kích đóng cơng tắc nghịch lưu áp đơn giản Bộ nghịch lưu áp ba pha điều khiển theo biên độ gọi nghịch lưu áp bước Tần số áp tần số đóng ngắt linh kiện Các thành phần sóng hài bội ba bậc chẵn không xuất áp dây cung cấp cho tải Cịn lại sóng hài bậc cao cần khử bỏ biện pháp sóng hài Sóng hài bậc cao xuất dạng điện áp cao, hạn chế phạm vi sử dụng phương pháp điều biên, tần số thấp Nếu sử dụng SCR kết hợp với chuyển mạch làm chức công tắc nghịch lưu áp, chuyển mạch làm việc phụ thuộc vào độ lớn nguồn áp chiều , phương pháp điều biên rõ ràng không phù hợp để điều khiển điện áp tải phạm vi áp nhỏ Tuy nhiên, trường hợp điều khiển theo biên độ đòi hỏi nguồn DC điều khiển phương pháp khác dựa vào kỹ thuật PWM sử dụng nguồn điện áp DC không đổi Trong trường hợp nguồn DC tạo nên từ lưới điện AC qua chỉnh lưu không điều khiển mạch lọc chứa tụ trực tiếp từ nguồn dự trữ dạng pin, acqui 6.1.2 Điều khiển nghịch lưu áp theo biên độ a Thiết bị dụng cụ chuẩn bị - Bộ dụng cụ cầm tay nghề điện tử - Panel chân cắm nhỏ - Máy đo VOM DVOM - Máy sóng kênh 40MHz - Linh kiện điện tử rời phục vụ cho - Mạch in thiết kế sơ đồ sẵn - Dây nối mạch điện - Linh kiện làm tải giả cho mạch - Chì hàn, nhựa thơng - Dây có chốt cắm đầu b Qui trình thực + Lắp ráp mạch theo sơ đồ hình cho trước: + Cấp nguồn cho mạch, cấp nguồn cho điện áp kích + Thay đổi điện áp DC Đo điện áp đầu vào/ đầu ra, đo dạng điện áp vào / mạch Nhận xét 121 + Tự thiết kế mạch theo yêu cầu cho trước giá trị điện áp đầu dòng tiêu thụ tải + Kết luận hoạt động mạch c Báo cáo thí nghiệm Sinh viên cần hồn thành u cầu sau: - Trình bày q trình thí nghiệm theo trình tự hướng dẫn - Ghi kết thí nghiệm vào báo cáo - Giải thích kết thu - Nhận xét, đánh giá so sánh kết 6.2 Phương pháp điều chế độ rộng xung (Điều biến xung hình sin (SPWM)) 6.2.1 Nội dung phương pháp điều chế độ rộng xung Q trình chuyển mạch nhánh cơng tắc nghịch lưu dòng tạo nên xung gai điện áp tác dụng không tốt đến hoạt động phần tử mạch điện Độ lớn gai điện áp giảm bớt cách kéo dài thời gian chuyển mạch Thông thường chức thực nhờ tụ điện chứa mạch Để xung gai điện áp giảm nhiều, tụ điện lớn thời gian chuyển mạch kéo dài Do đó, tần số đóng cắt cơng tắc khơng thể cao Phương pháp đòi hỏi độ lớn dòng điện DC phải điều khiển phương pháp điều biên thực điều rộng xung mạch nghịch lưu dịng để cải tiến dạng sóng dịng điện ngõ dãy tần số làm việc thấp Phương pháp điều chế độ rộng xung nghịch lưu dòng ba pha cho dạng dòng điện phần với dạng cho phương pháp bước Tại số vị trí, dịng điện qua pha tải có độ lớn thay ± I ± I thay số vị trí khác Xét dịng điện it1 qua pha chẳng hạn S2 dẫn, cách đóng ngắt liên tục S1 S3, ta có độ lớn dịng tải it1 it1 = I S1 đóng, S3 ngắt it1 = S3 đóng, S1 ngắt Để đạt sóng dịng điện ba pha đối xứng, dạng dòng điện điều chế pha phải chứa xung trung tâm rộng tối thiểu π/3 Khi hai pha điều chế xung, pha thứ ba không thay đổi trạng thái dẫn điện Gọi n số lần thay đổi trạng thái dòng điện pha tải ¼ chu kỳ dịng tải, chọn vị trí kích thích hợp cơng tắc, ta khử bỏ ( n-1 ) sóng hài dịng tải, đồng thời điều khiển biên độ sóng hài theo giá trị cho trước 122 it1 it2 it3 Hình 6-6 Điều chế độ rộng xung 6.2.2 Điều khiển nghịch lưu dòng theo độ rộng xung a Thiết bị dụng cụ chuẩn bị - Bộ dụng cụ cầm tay nghề điện tử - Panel chân cắm nhỏ - Máy đo VOM DVOM - Máy sóng kênh 40MHz - Linh kiện điện tử rời phục vụ cho - Mạch in thiết kế sơ đồ sẵn - Dây nối mạch điện - Linh kiện làm tải giả cho mạch - Chì hàn, nhựa thơng - Dây có chốt cắm đầu b Qui trình thực + Lắp ráp mạch theo sơ đồ hình cho trước: + Cấp nguồn cho mạch, cấp nguồn cho điện áp kích + Thay đổi độ rộng xung Đo điện áp đầu vào/ đầu ra, đo dạng điện áp vào / mạch Nhận xét + Tự thiết kế mạch theo yêu cầu cho trước giá trị điện áp đầu dòng tiêu thụ tải + Kết luận hoạt động mạch c Báo cáo thí nghiệm Sinh viên cần hồn thành u cầu sau: 123 - Trình bày q trình thí nghiệm theo trình tự hướng dẫn - Ghi kết thí nghiệm vào báo cáo - Giải thích kết thu - Nhận xét, đánh giá so sánh kết Mạch nghịch lưu pha 6VDC 220VAC Nguyên lý mạch biến đổi điện áp Nguyên lý mạch nâng điện áp acquy trình bày sau: Hình 6.7 Mạch nghịch lưu 6VDC220VAC Điện áp acquy đưa tới điểm trung tính cuộn sơ cấp biến áp T1, hai Mosfet Q1 Q2 nối chung cổng nguồn S để nối tới cực âm acquy, cổng máng D Q1 Q2 nối với đầu lại sơ cấp máy biến áp nối với cực dương acquy Mạch khuếch đại đẩy kéo (push-pull) Giới thiệu mạch push-pull Nguyên lý mạch đẩy kéo dạng xung dòng, áp trình bày sau: 124 Hình 6.8 Sơ đồ nguyên lý mạch Push-pull đồ thị dạng xung a) Sơ đồ nguyên lý b) Xung điện áp VDS van Q1 c) X ung điện áp VDS van Q2 Sơ đồ gồm máy biến áp với nhiều cuộn thứ cấp Cuộn thứ cấp cung cấp cặp xung vuông lệch 1800 mà biên độ xác định số vịng dây cuộn thứ cấp Hai van động lực Q1 Q2 loại mosfet Khi hai van mở làm điện áp rơi cuộn sơ cấp giảm lượng V DS (là điện áp rơi hai cực D S van) Điện áp V DS phụ thuộc vào nội trở RDSon van dẫn dòng chảy qua van Khi hai van mở đặt xung áp hình vng có trị số Vg -VDS đến nửa cuộn sơ cấp Hình 6.9 Dạng sóng điện áp 125 Nguyên nhân lựa chọn đẩy kéo cho biến đổi điện áp Để nâng điện áp từ điện áp acquy lên thành điện áp cao dùng nhiều mạch biến đổi là: Push-pull trình bày trên, Half bridge, Full-bridge, hay Flyback Hình 6.10 Sơ đồ nguyên lý mạch Half bridge Hình 6.11 Sơ đồ nguyên lý mạch Full bridge Hình 6.12 Sơ đồ nguyên lý mạch Flyback Tuy nhiên Flyback dùng cho mạch công suất bé 100W Với lõi biến áp Half bridge Full bridge có cơng suất cao so với Push -pull Nhưng mạch Half bridge cần có thêm hai tụ điện áp cuộn dây nửa điện áp nguồn cấp với điện áp cuộn thứ cấp biến áp Half bridge có số vịng dây lớn gấp đơi Push pull Bộ Full bridge khắc phục nhược điểm có số vịng thứ 126 cấp lớn half bridge cần tới Mosfet mạch lực, khiến mạch trở nên phức tạp, cồng kềnh, tăng chi phí cho sản phẩm Với cơng suất khơng lớn (150W) ta sử dụng mạch push pull hợp lý, mạch có tới hai cuộn sơ cấp cuộn sơ cấp có số vịng nhỏ nên kinh tế Tính tốn biến áp động lực Thiết kế biến áp động lực với tổng tổn thất nhỏ nhất, gồm số bước sau: Kiểm tra B nhỏ mật độ từ cảm bão hịa lõi lõi chọn thỏa mãn Ngược lại ta phải chọn lõi có kích thước lớn so với lõi chọn Bước Tính số vịng cuộn dây kích thước dây quấn Số vịng cuộn sơ cấp tính theo cơng thức: 127 Hình 6.13 Dạng xung áp dịng biến áp mạch push-pull Với nghịch lưu mà thiết kế theo thông số thực nghiệm đo cơng suất biến áp phải 110W Với mạch push pull ta có giản đồ xung hình 6.13 Biến áp thiết kế dùng cho mạch push pull nên bên sơ cấp có hai cuộn Tuy nhiên để dễ tính tốn ta quy cuộn hình vẽ Thực tế 128 dạng sóng i2b(t) giống i2a(t) lệch pha 1800 Trong trường hợp điện áp Vg điện áp hai cực acquy Acquy dùng cho nghịch lưu loại acquy chì 6V-20Ah Vgmax acquy nạp đầy V Chọn tần số chuyển mạch fs = 50 Hz , tần số hoạt động biến áp f0 = 50Hz Biến áp thực tế sử dụng mạch: Biến áp có điện nguồn Volt, điện 220 Volt dòng thứ cấp 0.5 (A), ta sử dụng sắt từ có lõi điện tích 16,5 cm2 ,tần số 50 Hz Tính cơng suất dịng sơ cấp: Cơng suất cuộn thứ cấp : 220 Volt x 0,5 Ampere = 110 Watt Nguồn Volt dịng sơ cấp I = 110 Watt / Volt = 18,3 (A) Tính số vịng dây: Thay trị số vào cơng thức ta có: Do ta quấn thứ cấp : 220 volt x 2,73 vòng = 600 vòng Sơ cấp : volt x 2.73 vịng = 16,4 vịng Tính cỡ dây: (2) Thay giá trị vào công thức (2) tìm cỡ dây thứ cấp : Thay giá trị vào cơng thức (2) tìm cỡ dây sơ cấp : 129 IC chuyên dụng sử dụng mạch Trong mạch điều khiển nghịch lưu ta hoàn tồn sử dụng mạch riêng rẽ ghép lại với Mỗi mạch thực khâu riêng: tạo xung, so sánh khâu khuếch đại Tuy nhiên điều làm cho mạch trở nên cồng kềnh, tăng chi phí cho sản phẩm, việc dùng nhiều phần tử làm cho mạch thiếu tính ổn định Điều quan trọng mạch điện tử công suất Dựa nguyên lý điều khiển chung trình bày trên, hãng chế tạo IC chuyên dụng điều biến độ rộng xung PWM dùng cho nguồn chuyển mạch Chúng tạo cách mạng việc chế tạo nguồn chuyển mạch Ngoài IC CD4047BC thị trường cịn có số loại IC chuyên dụng điều biến độ rộng xung LT1524, SG3524, HCF4047B, HCC4047B, SG3525, TL494 Loại IC chuyên dụng có nhiều ưu điểm vượt trội như: Làm việc với dải điện áp rộng: 3.0V 15V CD4047BC, 3.0 18V với HCC4047B Có khả chống nhiễu cao Hoạt động ổn định dải nhiệt độ rộng: -650C - 1500C với CD4047BC Tạo sóng với tần số cao 300 kHz Tiêu thụ lượng thấp 100 mW Mỗi hãng chế tạo IC có đơi chút khác song sơ đồ cấu tạo nguyên lý hoạt động chúng có điểm giống trình bày hình 2.21 Do thiết kế mạch điều khiển nghịch lưu ta hồn tồn thay IC cho cần thiết 130 CÂU HỎI ƠN TẬP Câu Trình bày ngun lý hoạt động mạch nghịch lưu áp pha? Câu Xác định nhiệm vụ chức khối mạch, kiểm sửa chữa hư hỏng mạch ngịch lưu áp pha? Câu Trình bày nguyên lý hoạt động mạch nghịch lưu áp ba pha? Câu Xác định nhiệm vụ chức khối mạch, kiểm sửa chữa hư hỏng mạch ngịch lưu áp ba pha? Câu Trình bày nguyên lý hoạt động mạch nghịch lưu dòng điện ? Câu Xác định nhiệm vụ chức khối mạch, kiểm sửa chữa hư hỏng mạch nghịch lưu dịng điện Câu Trình bày ngun lý hoạt động phương pháp điều khiển nghịch lưu áp ? Câu Trình bày nguyên lý hoạt động biến tần gián tiếp ? Câu Xác định nhiệm vụ chức khối mạch, kiểm sửa chữa hư hỏng mạch biến tần gián tiếp? Câu 10 Trình bày nguyên lý hoạt động biến tần trực tiếp ? Câu 11 Xác định nhiệm vụ chức khối mạch, kiểm sửa chữa hư hỏng mạch biến tần trực tiếp? tra, tra, tra, tra, tra, 131 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]- Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thịnh, Điện tử công suất, lý thuyết, thiết kế, ứng dụng, Nxb Khoa học kỹ thuật 2008 [2]- Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh, Điện tử công suất, Nxb Khoa học kỹ thuật 2004 [3]- Võ Minh Chính, Điện tử cơng suất, Nxb Khoa học kỹ thuật 2008 [4] - Phạm Quốc Hải, Phân tích giải mạch điện tử công suất, Nxb Khoa học kỹ thuật 2002 [5] – Lê Đăng Doanh, Nguyễn Thế công, Trần Văn Thịnh, Điện tử công suất tập 1,2, Nxb Khoa học kỹ thuật 2007 [6]- Tập thể giáo viên khoa Cơ điện – Trường CĐ Cơ giới, Giáo trình Điện tử công suất, 2018 132