Báo cáo Điện tử số ĐỀ TÀI: “THIẾT KẾ NGHỊCH LƯU ĐIỆN ÁP VỚI TẦN SỐ RA KHÔNG ĐỔI

Báo cáo Điện tử số ĐỀ TÀI: “THIẾT KẾ NGHỊCH LƯU ĐIỆN ÁP VỚI TẦN SỐ RA KHÔNG ĐỔI Báo cáo Điện tử số ĐỀ TÀI: “THIẾT KẾ NGHỊCH LƯU ĐIỆN ÁP VỚI TẦN SỐ RA KHÔNG ĐỔI Báo cáo Điện tử số ĐỀ TÀI: “THIẾT KẾ NGHỊCH LƯU ĐIỆN ÁP VỚI TẦN SỐ RA KHÔNG ĐỔIBáo cáo Điện tử số ĐỀ TÀI: “THIẾT KẾ NGHỊCH LƯU ĐIỆN ÁP VỚI TẦN SỐ RA KHÔNG ĐỔIBáo cáo Điện tử số ĐỀ TÀI: “THIẾT KẾ NGHỊCH LƯU ĐIỆN ÁP VỚI TẦN SỐ RA KHÔNG ĐỔIBáo cáo Điện tử số ĐỀ TÀI: “THIẾT KẾ NGHỊCH LƯU ĐIỆN ÁP VỚI TẦN SỐ RA KHÔNG ĐỔIBáo cáo Điện tử số ĐỀ TÀI: “THIẾT KẾ NGHỊCH LƯU ĐIỆN ÁP VỚI TẦN SỐ RA KHÔNG ĐỔIBáo cáo Điện tử số ĐỀ TÀI: “THIẾT KẾ NGHỊCH LƯU ĐIỆN ÁP VỚI TẦN SỐ RA KHÔNG ĐỔIBáo cáo Điện tử số ĐỀ TÀI: “THIẾT KẾ NGHỊCH LƯU ĐIỆN ÁP VỚI TẦN SỐ RA KHÔNG ĐỔI

HỌC VIỆN KĨ THUẬT MẬT MÃ KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÁO CÁO ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ĐỀ TÀI: “THIẾT KẾ NGHỊCH LƯU ĐIỆN ÁP VỚI TẦN SỐ RA KHÔNG ĐỔI” Nhóm học phần: Giảng viên HD: Sinh viên thực hiện: DT1DVKD6 Đặng Văn Hải Nguyễn Tuấn Anh Vũ Quốc Đạt Trần Việt Linh TP Hà Nội, Ngày 21 tháng 10 năm 2023 Page LỜI NÓI 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 không chế biến đổi nguồn lượng điện Điện tử công suất ứng dụng rộng rãi hầu hết ngành cơng nghiệp đại Có thể kể đến ngành kỹ thuật mà có ứng dụng tiêu biểu biến đổi bán dẫn công suất : truyền động điện, giao thông đường sắt, nấu luyện thép, gia nhiệt cảm ứng, điện phân nhôm từ quặng mỏ,các q trình điện phân cơng nghiệp hóa chất, nhiều thiết bị công nghiệp dân dụng khác Trong năm gần công nghệ chế tạo phần tử bán dẫn công suất có tiến vượt bậc ngày trở nên hoàn thiện dẫn đến việc chế tạo biến dổi ngày nhỏ gọn, nhiều tính sử dụng ngày dễ dàng Trong biến đổi điện tử công suất không nhắc đến nghịch lưu điện áp Các biến đổi ngày ứng dụng rộng rãi đặc biệt lĩnh vực điều khiển động cơ, tiết kiệm lượng Đây đề tài đồ án này: “ Thiết kế nghịch lưu độc lập nguồn áp với tần số không thay đổi ” Bản báo cáo em gồm chương lớn:  Chương 1:Giới thiệu chung  Chương 2:Lựa chọn phương án thiết kế  Chương 3:Thiết kế mạch lực  Chương 4:Thiết kế mạch điều khiển  Chương :Mô hệ thống phần mềm mô Em xin chân thành cảm ơn thầy Đặng Văn Hải hướng dẫn chúng em hoàn thành đồ án Trong trình làm đồ án, lần đầu tiếp cận với đồ án, chúng em không tránh khỏi sai sót, em mong thầy bảo thêm Page MỤC LỤC Lời nói đầu Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Khái niệm chung Nghịch lưu độc lập (NLĐL) 1.2 Nghịch lưu độc lập nguồn dòng 1.3 Nghịch lưu độc lập nguồn áp 1.3.1 Nghịch lưu độc lập nguồn áp pha Hình1.1 Mạch NLĐL nguồn điện áp pha 1.3.2 Ngịch lưu độc lập nguồn áp ba pha Hình 1.2 Mạch NLĐL nguồn điện áp cầu pha 8 1.4 Yêu cầu nghịch lưu nguồn áp 1.5 Giới thiệu chung diode IGBT 1.5.1 Diode 1.5.1.1 Nguyên lý làm việc Hình 1.3 Đặc tuyến Volt-Ampe 1.5.2 IGBT 1.5.2.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động IGBT 9 10 11 Hình 1.4 Cấu trúc bán dẫn 12 Hình 1.5 Ký hiệu IGBT mạch điện 12 Chương 2: Các phương pháp điều khiển cho NLĐL nguồn áp pha 2.1 Cải thiện điện áp cho nghịch lưu độc lập điện áp 13 13 Page 2.2 Điều chế PWM cho nghịch lưu độc lập điện áp pha 13 Hình 2.1 Sơ đồ mạch nghịch lưu PWM pha 14 Hình2.2 Điện áp nghịch lưu PWM đơn cực 15 Hình 2.3 Đồ thị xác định thời điểm kích mở thysistor 16 Hình 2.4 Giải thích việc sử dụng sóng tam giác để so sánh 17 Hình 2.5 Điều chế độ rộng xung lưỡng cực 18 2.3 Lựa chọn phương án thiết kế Chương 3: Thiết kế mạch lực 3.1 Mạch lực 3.1.1 Nhiệm vụ chức mạch lực 18 19 19 19 3.2 Chọn van IGBT 19 3.3 Tính tốn chọn diote 20 3.4 Tính giá trị tụ C 21 3.5 Tính tốn lọc 21 3.6 Tính tốn mắt lọc chặn tần số sóng mang 21 Chương 4: Thiết kế mạch điều khiển 24 4.1 Nhiệm vụ chức mạch điều khiển 24 4.2 Tính tốn mạch điều khiển 25 4.2.1 Tính tốn để có xung 80Hz 25 4.2.2 Tính tốn xung tam giác cực tính 25 Page Hình 4.1 sơ đồ tạo xung cưa cực tính 4.2.3 Tính tốn mạch tạo xung đồng Hình 4.2: sơ đồ tạo xung đồng 4.2.4 Điều kiện nguyên lý hoạt động sơ đồ cầu Wien Hình 4.3 sơ đồ cầu Wien Chương 5: Mô hệ thống phần mềm mô 5.1 Một số phần mềm mô điện tử công suất 26 26 27 27 28 29 29 5.1.1 Phần mềm TINA 29 5.1.2 Phần mềm PSIM 30 5.2 Mô mạch lực 30 Hình 5.1 Sơ đồ mạch lực 31 Hình 5.2 Đồ thị nghịch lưu độc lập dùng phương pháp SPWM 31 5.3 Mô mạch điều khiển Hình 5.3 Sơ đồ mạch điều khiển 32 32 Hình 5.4 Đồ thị mơ mạch dao động hình sin 32 Hình 5.5 Đồ thị xung tam giác 33 KẾT LUẬN 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO 35 Page Chương 1: Giới thiệu chung 1 Khái niệm chung nghịch lưu độc lập (NLĐL) Nghịch lưu độc lập thiết bị biến đổi nguồn điện chiều thành xoay chiều (cịn gọi biến đổi DC-AC) có tần số thay đổi làm việc với phụ tải độc lập Nhiều loại phụ tải xoay chiều yêu cầu nguồn cung cấp có tham số điện áp, tần số thay đổi phạm vi rộng Trong thực tế, biến tần hợp thành chỉnh lưu nghịch lưu độc lập để biến nguồn điện có thông số không thay đổi thành nguồn điện có thơng số thay đổi được, đáp ứng yêu cầu phụ tải NLĐL phân loại thành :  NLĐL nguồn áp  NLĐL nguồn dòng  NL cộng hưởng 1.2 Nghịch lưu độc lập nguồn dòng Sử dụng nguồn điện với nội trở vô lớn, dịng điện khơng đổi, khơng phụ thuộc vào tính chất phụ tải Nghịch lưu độc lập nguồn dịng gồm có:  NLĐL nguồn dịng song song pha  NLĐL nguồn dòng ba pha Nghịch lưu độc lập nguồn áp NLĐL nguồn áp sử dụng van bán dẫn điều khiển hoàn toàn IGBT, GTO, MOSFET, BJT công nghệ chế tạo phần tử hoàn chỉnh nhiều Page Ở có NL nguồn áp pha, pha 1.3.1 Nghịch lưu độc lập nguồn áp pha Sơ đồ gồm van điều khiển hoàn tồn V1, V2, V3, V4 điơt ngược D1, D2, D3, D4 Các điôt ngược bắt buộc phải có sơ đồ NLĐL nguồn áp, giúp cho trình trao đổi cơng suất phản kháng với nguồn Nguồn cung cấp nguồn áp với đặc trưng tụ Co có giá trị đủ lớn, có vai trị:  San điện áp nguồn đầu vào E chỉnh lưu  Trao đổi công suất phản kháng với tải qua điơt ngược Hình 1.1 Mạch NLĐL nguồn điện áp pha Nếu khơng có tụ Co, tụ Co q nhỏ khơng có đường chạy cho dòng phản kháng dẫn đến điện áp phần tử sơ đồ 1.3.2 Ngịch lưu độc lập nguồn áp ba pha Sơ đồ gồm sáu van IGBT V1, V2, V3, V4, V5, V6 sáu điôt ngược D1, D2, D3, D4, D5, D6 Tương tự NLĐL nguồn điện áp pha, điôt ngược có vai trị Page giúp cho q trình trao đổi cơng suất phản kháng tải nguồn Hình 1.2 Mạch NLĐL nguồn điện áp cầu pha Đầu vào chiều nguồn áp với tụ C đủ lớn Có thể dùng thêm DC-DC để có điện áp vào mong muốn Phụ tải Za=Zb=Zc đấu Y ∆ 1.4 Yêu cầu nghịch lưu nguồn áp Bộ nghịch lưu nguồn áp với tần số không biến đổi phải thỏa mãn yêu cầu sau:  Đảm bảo cho dạng dòng điện tải hình sin  Điều chỉnh vơ cấp tần số điện áp tải  An toàn người vận hành phần tử mạch gặp cố  Chi phí thiết kế vận hành thấp 1.5.Giới thiệu chung diode IGBT 1.5.1 Diode Là phần tử cấu tạo lớp tiếp giáp bán dẫn p-n diode có cực anot cực bán dẫn kiểu p, catot cực nối với bán dẫn kiểu n DÒng điện chạy theo anot Page theo chiều từ A đến K điện áp dương Khi âm, dòng qua diode gần không 1.5.1.1 Nguyên lý làm việc 5.1.1a 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 lên tiếp giáp J Et=En+Etx có chiều hướng từ A tới K chiều điện trường tạo điều kiện thuân 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 khuếch tán lớn từ A tới K toàn điện áp đặt vào J 1.5.1.1b 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 mật độ hạt thiểu số nhỏ nên có dịng điện nhỏ qua J gọi dòng rò từ K tới A 1.5.1.1c Đặc tính Volt-Ampe(V-A) Page Hình 1.3 đặc tuyến Volt-Ampe Nếu đặt Eak >0 có dịng điện chạy qua tạo điện áp rơi khoảng 0.7v ( với Si) Khi dòng điện Iđm điện áp Uak0 điện từ vùng N vượt qua vùng mặt gép J sang miền P đến cực dương nguồn Nếu nhiên đặt Uak