CHƯƠNG 3 THIẾT kế MẠCH lực

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH LỰC 3.1 Chọn thiết bị bán dẫn đóng cắt dạng động lực 3.1.1 Chọn thiết kế bán dẫn đóng cắt Tần số điện áp – tần số – có giá trị lớn, từ 100 đến 500 Hz Đây tần số lớn nghịch lưu Trong nghịch lưu sử dụng nguyên lý PWM tần số chuyển mạch cồn lớn nhiều lần tần số Chính ta phải chọn linh kiện bán dẫn làm khóa chuyển mạch phải có tốc độ chuyển mạch lớn Các loại linh kiện bán dẫn đáp ứng yêu cầu tần số là: + Transistor lưỡng cực BJT – Bipolar Junction Transistor + Transistor hiệu ứng trường MOSFET- metal Oxide Semicoducter Field Effect Transistor + IGBT kết hợp BJT MOFET Để tiến hành lựa chọn van bán dẫn thích hợp, ta tiến hành phân tích ưu nhược điểm van bán dẫn Những vấn đề BJT Trong phần ta không sâu vào cấu tạo transistor mà ta phân tích yếu tố vận hành Có thể nói BJT phần tử đóng cắt cổ điển sử dụng mục đích đóng cắt sau nhiệm vụ khuếch đại Dải công suất BJT: Ngày với kĩ thuật tiên tiến BJT có cơng suất lớn, van BJT có điện áp chịu hàng chục kilơvơn có dịng cho phếp cỡ vài nghìn Ampe Tần số chuyển mạch BJT cho phép lớn, tần số cho phép vào khoảng 10Kz Tần số giảm công suất van tăng Độ tuyến tính xung điện áp BJT lớn, nguyên nhân tụ ký sinh van nhỏ nên cho phép van chuyển mạch nhanh Nhược điểm chủ yếu BJT công suất mạch điều khiển Các BJT cơng suất lớn thường có hệ số khuếch đại nhỏ,cỡ 10 lần.Điều đồng nghĩa với công suất mạch điều khiển 1/10 công suất mạch động lực ta sử dụng khuếch đại trực tiếp Cơng suất mạch điều khiển giảm ta sử dụng mạch Dalington cho tầng khuếch đại cuối cùng,tuy gây số vấn đề trễ điều khiển chuyển mạch tần số lớn Tổn hao làm mát BJT Như ta phân tích,tổn hao BJT lớn điều khiển dịng áp Do tổn hao lớn nên mạch dùng BJT thường có cơng suất nhỏ,cỡ vài trăm oát.Việc sử dụng tần số cao làm song khơng kinh tế điều khiển làm mát van Những vấn đề MOSFET Dải công suất MOSFET Công nghệ MOSFET đời cải tiến nhược điểm điều khiển BJT Điều khiển đóng mở MOSFET điều khiển điện áp đặt lên hai cực,cực cổng (G – Gate) cực nguồn (S – Source).Việc điều khiển điện áp làm giảm kích thước tổn hao mạch điều khiển dẫn tới khả tích hợp thành vi mạch Do sử dụng hiệu trường nên MOSFET cho phép tần số chuyển mạch lớn, đến 100kHz Độ tuyến tính điện áp cao tụ kí sinh van nhỏ Tuy công suất MOSFET không cao,khả làm việc điện áp cao không BJT Các MOSFET cơng suất lớn thường có điện áp làm việc 1kV dòng điện cỡ vài chục Ampe Tổn hao làm mát MOSFET MOSFET van bán dẫn có tổn hao nhỏ tất van bán dẫn sử dụng chế độ đóng cắt Do sử dụng chuyển mạch hiệu ứng trường nên trình chuyển mạch gây tổn hao nhỏ Đi liền với việc làm mát cho MOSFET tương đối đơn giản,có thể sử dụng hiệu suất dịng cao mà đảm bảo điều kiện làm mát Do dải công suất cỡ vài trăm ốt ta nên sử dụng MOSFET làm phần tử đóng cắt Những vấn đề IGBT Kết hợp ưu điểm BJT mặt công suất MOSFET mặt điều khiển,IGBT đời Sự đời IGBT giải cho BJT tổn hao điều khiển tăng công suất đóng cắt Dải cơng suất IGBT Dải cơng suất IGBT nói lớn van sử dụng nguyên lý chuyển mạch dòng xung điều khiển Do không bị hán chế điều khiển nên chế tạo IGBT với cơng suất lớn với giá thành không cao Ngày IGBT với công suất lớn với giá thành không cao.Ngày IGBT chế tạo điện áp cỡ 6kV dòng điện cỡ 3kA,trong yêu cầu điện áp mạch điều khiển khoảng 20V không cần dòng điều khiển điều khiển IGBT điện áp MOSFET Tần số chuyển mạch IGBT lớn, thơng thường IGBT cơng suất có tần số làm việc khoảng 20kHz Tổn hao làm mát cho IGBT Trong q trình vận hành IGBT có tổn hao thấp BJT song lại cao MOSFET Do trình làm mát IGBT phải đặc biệt ý dải công suất tăng cao Qua phân tích cộng với đối chiếu cơng suất thiết kế nghịch lưu ta chọn IGBT làm phần tử chuyển mạch Những điều quan trọng IGBT Cũng giống MOSFET,ta có hai loại IGBT IGBT loại N IGBT loại P Hình vẽ 2.5 trình bày cấu tạo bên IGBT loại N, tất vấn đề nói đến sau ta lấy IGBT loại làm ví dụ Nguyên nhân phần lớn IGBT loại N loại P hồn tồn phân tích tương tự Hình 3.1: Cấu trúc bên vủa IGBT loại N Ta thấy IGBT có ba lớp tiếp giáp J1, J2 J3 hình 2.5 Quá trình điện xảy ba lớp Vì ta tiến hành phân tích hoạt động IGBT dựa cấu trúc ba lớp tiếp giáp Trạng thái đóng mở van điều khiển,giống MOSFET,bằng điện áp cực cổng VG Khi có điện áp đặt lên cực G cực E nhở điện áp cần thiết mở van bán dẫn khơng có biến đổi lớp MOSFET van trạng thái khóa Khí nối với nguồn điện áp đặt lớp tiếp giáp J 2, điện áp gây nên dòng trơi bán dẫn,dịng điện có giá trị nhỏ định ngĩa dòng điện rò van Điện áp chọc thủng theo chiều thuận điện áp chọc thủng lớp tiếp giáp Đây loại đại lượng quan trọng cho van bán dẫn, phần tử bán dẫn bị pha hủy điện áp dòng điện lớp tiếp giáp bị đánh thủng Ngày nay, công nghệ bán dẫn phát triển nên chế tạo IGBT điện áp cao dịng điện lớn Các IGBT cơng suất chế tạo đến điện áp khoảng 6.3kV dịng điện cỡ vài nghìn Ampe Bên cạnh tích hợp IGBT khối thành cầu ba pha tạo điều kiện thuận lợi cho việc làm mát tập trung Hình 3.2: Cấu trúc bên IGBT dẫn 3.2 Sơ đồ mạch động lực Mạch động lực gồm phần sau đây: + Phần chỉnh lưu + Phần nghịch lưu  Phần chỉnh lưu : Phần chỉnh lưu bao gồm máy biến áp chỉnh lưu chỉnh lưu không điều khiển – chỉnh lưu diode Biến áp chỉnh lưu máy biến áp lực thông thường đấu Δ /Y Mục đích kiểu đấu nhằm loại trừ sóng hài thứ cấp, không cho qua chỉnh lưu tiêu tán thành phận bên sơ cấp nhằm tránh dòng điện vào lưới Chỉnh lưu diode dùng loại diode công suất nối theo sơ đồ cầu Sơ đồ cầu có ưu điểm cho điện áp chiều Sau chỉnh lưu chất lượng caovaf khả cho điện áp lớn dùng loại van chỉnh lưu khác  Phần mạch nghịch lưu : Mạch nghịch lưu ta dùng sơ đồ nghịch lưu cầu ba pha sử dụng phần tử đóng cắt MOSFET cơng suất Đầu tải đầu hình Y Ngồi phần tử mạch lọc, mạch lọc có tác dụng bảo vệ nghịch lưu chỉnh lưu diode, lọc xung điện tần số lớn cho nguồn cung cấp Các mạch lọc bao gồm: + Mạch lọc nghịch lưu: Bao gồm mạch lọc trước sau chỉnh lưu Các mạch có tác dụng lọc thành phần điên áp cung cấp cho tải ngăn ko cho thành phần sóng hài sang phần điện áp chiều + Mạch lọc từ lưới tránh xung điện áp cao: Đó mạch lọc RC mắc sau máy biến áp lực, mạch có tác hững xung điện áp cao từ lưới sau qua máy biến áp Nhờ có mạch mà xung điện áp giảm đáng kể trước vào mạch chỉnh lưu Thiết bị bảo vệ đóng cắt mạch Aptomat bên sơ cấp cầu chì bên thứ cấp 3.3.Tính tốn chon máy biến áp + Công suất biểu kiến máy biến áp: S = K s Pd = K s P 4200 = 1,05 = 5188,23(VA ) η 0,85 + Điện áp pha sơ cấp:Up=220V + Phương trình cân điện áp có tải: U cos α = U đm + 2∆U V + ∆U d + ∆U ba Trong đó: α = 10° làgóc dự trữ có sụt áp điện lưới ∆U V =1,.8V sụt áp Thyristor ∆U d ≈ làsụt áp dây nối ∆U ba =6%.Uđm=6%.350=21(V) sụt áp điện trở điện kháng máy biến áp ⇒ U =  350 + 2.1, 65 + + 21 = 380(V ) cos10° Điện áp pha thứ cấp máy biến áp: U2 = U d π 380 = = 162,5(V ) Ku + Dòng hiệu dụng thứ cấp máy biến áp: I2 = I đm = 24,5( A) + Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp: I1 = K ba I = U2 162,5 I2 = 24,5 = 18, 09( A) U1 220 *Tính sơ mạch từ: + Tiết diện sơ trụ QFe = k Q S ba 5188,23 = = 35,29 (cm2) m.f 3.50 Trong đó: kQ=6 hệ số phụ thuộc phương thức làm mát m=3 số trụ máy biến áp f=50(Hz) tần số dịng điện + Đường kính trụ: d Fe = 4.QFe = π 4.35,29 = 6,7(cm) π + Chuẩn đốn đường kính trụ theo tiêu chuẩn d=7 cm + Chọn loại thép ∃330 thép có độ dày 0,5 mm + Mật độ từ cảm Bt=1 T + Chọn tỉ số m=h/d=2,3 => h=2,3.d=2,3.7=16,1 (cm) + Chọn chiều cao trụ 16 cm + Chọn chiều cao trụ 16 cm - với đường kính trụ 80mm ta có trụ bậc - thiết diện trụ bậc thang = ( 5.40 + 6.55 + 9.65 + 14.75)=4330 - thiết diện hiệu trụ máy biến áp : QT = = 0,95 43,30 = 41,14 =43,30 Hình 3.3: Hình dáng cắt ngang trụ máy biến áp +Tổng chiều dày bậc thang trụ : D = (5 + + + 14) =68 mm = 6,8 cm + Số thép bậc : - bậc : = 16 0,5 = 64 - bậc : = 0,5 = 36 - bậc : = 0,5 = 24 - bậc : = 0,5 = 20 + Chế tạo gông từ có kích chiều rộng trụ : Chiều dày gông : b = d = 6,8 cm Chiều cao gông bawbgf chiều cao thép trụ máy biến áp : a = 7,5 cm + Thiết diện gông : = a b = 7,5 6,8 = 51 + Thiết diện hiệu gông : = +Số thép gông : = 0,95 51 = 48,45 cm2 = = 136 +Tính xác mật độ từ cảm trụ : BT = = =1,48T + Mật dộ từ cảm gông : = BT = 1,48 = 1,25T *Tính tốn dây quấn + Số vòng dây pha sơ cấp máy biến áp : W1 = U1 220 = = 280,81(vòng ) 4, 44.f QFe Bt 4, 44.50.35, 29.10 −4.1 Lấy W1=281 vòng + Số vòng dây pha thứ cấp máy biến áp : W2 = U W1 162,5.281 = = 207,55(vòng ) U1 220 Lấy W2=208 vòng + Chọn sơ mật độ dòng máy biến áp : + Dây đồng, máy khô, chọnJ1=J2=2,75(A/mm2) + Tiết diện dây sơ cấp : S1 = I1 18, 09 = = 6,57(mm ) J1 2, 75 + Chọn dây dẫn tiết diên hình vng, cách điện cấp B + Chuẩn hóa tiết diện :S1=7(mm2) + Kích thước dây dẫn có kể cách điện Slcđ=a1.b1=1,5.1,5=2,25( mm ) + Tính lại mật độ dòng cuộn sơ cấp: J1 = I1 18, 09 = = 2, 58( A / mm ) S1 Tiết diện dây thứ cấp: S2 = I 24,5 = = 8,9(mm ) J 2, 75 + Chọn dây dẫn tiết diên hình vng, cách điện cấp B + Chuẩn hóa tiết diện :S2=9(mm2) + Kích thước dây dẫn có kể cách điện Slcđ=a2.b2=2.2=4(mmxmm) + Tính lại mật độ dịng cuộn sơ cấp: J2 = I 24, = = 2, 72( A / mm ) S2 * Kết cấu dây dẫn sơ cấp : Thực quấn dây kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trục + Tính sơ số vòng dây lớp cuộn sơ cấp : W1 = h − 2.hg b1 kc = 16 − 2.1,5 0,95 = 82(vong ) 0,15 Trong đó: Kc = 0,95 hệ số ép chặt h : chiều cao trụ hg : khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp + Chọn sơ khoảng cách điện gơng 1,5 cm + Tính sơ số lớp dây cuộn sơ cấp: n11 = W1 281 = 3, 42 (lớp) = Wl1 82 + Chọn số lớp n11 = lớp có 281 vòng chia thành lớp, chọn lớp đầu có 70 vịng, lớp thứ có 71 vịng + Chiều cao thực tế cuộn sơ cấp: h1 = Wl1.b1 82.0,15 = =12,95 (cm) 0,95 0,95 + Chọn ống quấn dây cách điện vật liệu cách điện có bề dày S01 = 0,1 (cm) + Khoảng cách từ trụ tới cuộn dây sơ cấp : cd01 = (cm) + Đường kính ống cách điện Dt = dFe + 2.cd01 – 2.S01 = + 2.1 –2.0,1 = 8,8(cm) + Đường kính cuộn sơ cấp Dt1 = Dt + 2.S01 = 8,8+ 2.0,1= (cm) + Chọn bề dày cách điện lớp dây cuộn sơ cấp cd11=0,1(mm) + Bề dày cuộn sơ cấp: Bd1 = (a1 + cd11)n11 = (0,15+0,01).3,42=0,56(cm) + Đường kính ngồi cuộn sơ cấp: Dn1 = Dtl + 2.Bdl = 9+2.0,56=10,09 (cm) + Đường kính trung bình cuộn sơ cấp: dt1 + d n1 + 10, 09 = =9,55(cm) 2 Dtb1 = + Chiều dài dây quấn sơ cấp: l1 = W1 .Dtb =281.π.9,55= 8426,20(cm) =84,26(m) Chọn bề dày cách điện cuộn sơ cấp cuộn thứ cấp : cd12 = (cm) * Kết cấu dây thứ cấp: + Chọn sơ chiều cao cuộn thứ cấp: h2 = h1 = 12,95(cm) + Tính sơ số vịng dây lớp: w12 = h2 12,95 k2 = 0,95 = 62 (vịng) b2 0, + Tính sơ lớp dây thứ cấp n12 = W2 208 = =3,35 (lớp) Wl 62 + Chọn số lớp dây quấn thứ cấp n 12 = lớp chọn lớp đầu có 50 vịng, lớp thứ có 58 vịng + Chiều cao thực tế cuộn thứ cấp h2 = Wl 62 b2 = 0, = 13,05(cm) kc 0,95 + Đường kính cuộn thứ cấp Dt2 = Dn1 + 2.cd12 = 10,09+2.1=12,09(cm) + Chọn bề dày cách điện lớp dây cuộn thứ cấp cd21 = 0,1(mm) + Bề dày cuộn thứ cấp: Bd2 = (a2 + cd21).n12 = (0,2+0,01).3,35=0,702(cm) + Đường kính cuộn thứ cấp Dn2= Dt2 + 2Bd2 = 12,09+2.0,702=13,52(cm) + Đường kính trung bình cuộn thứ cấp: Dtb2 = (cm) + Chiều dài dây thứ cấp l2 = W2.Dtb2 = 208 12,085=8367,44(cm) = 83,67(m) + Đường kính trung bình cuộn dây D12 = Dt + Dn + 13,52 = = 11, 26 (cm) 2 r12 = D12 11, 26 = = 5, 63 (cm.) 2 * Tính thông số máy biến áp + Điện trở cuộn thứ cấp máy biến áp 750C R1= l1 s = 0,02133 Trong 75 84, 26 = 0,256 ( ) = 0,02133 ( ) + Điện trở máy biến áp 750C R2= l2 s = 0,02133 83, 67 = 0,28( ) +Điện trở máy biến áp quy đổi thứ cấp: 2 W   208  RBA = R2 + R1  ÷ = 0, 256 + 0, 28  ÷ = 0,33(  281   W1  + Sụt áp điện trở máy biến áp Ta có : I d = p 4200 = = 14,11( A ) η U dm 0,85.350 Ur = RBA.Id = 0,33 14,11=4,65 ( ) + Tổn hao ngắn mạch máy biến áp: Pn = 3.RBA.I2 = 3.0,33 ( 24,5 ) = 594,24(W) ) Pn % = ∆pn 594, 24 100 = 100 = 11, 45 (W) s 5188 + Điện áp ngắn mạch tác dụng Unr = RBA I 0,33.24,5 100 = 100 = 4,97 (%) U2 162,5 +Hiệu suất thiết bị chỉnh lưu: = U d + I d 350.14,11 = 100 = 95, (%) s 5188 * Xác định góc mở cực tiểu cực đại + Chọn góc mở cực tiểu = 100 Với góc mở làdự trử ta bù giảm điện áp lưới + Khi góc mở nhỏ Udmax = Udo.cos max điện áp trên tải lớn nhất: =Ud đm tương ứng tốc độ động lớn nmax = nđm Khi góc mở lớn Ud = Udo.cos = = max =thì điện áp tải nhỏ tương ứng tốc độ động nhỏ nmin Ta có: max = arcos U d Ud Trong đó: Ud xác định sau: D= nmax U d max − I udm Ru = nmin U d − I udm Ru Udmin = Udmin = Udmin = Thay số : Udmin = 62,85 V Thay số : α max = arcos U d = arcos =86o Ud0 * Xác định điện cảm cuộn kháng lọc: Từ phân tích ta thấy góc mở tăng biên độ thành phần sóng hải bậc cao lớn, có nghĩa đập mạch điện ấp, dòng điện tăng lên Sự đập mạch làm xấu chế độ chuyển mạch vành góp, đồng thời gây tổn phụ dạng nhiệt động Để hạn chế đập mạch ta phải mắc nối tiếp với động cuộn kháng lọc đủ lớn để: Im ≤ 0,1 Iư dm Ngoài tác dụng hạn chế thành phần sóng hài bậc cao, cuộn kháng lọc cịn có tác dụng hạn chế vùng dịng điện gián đoạn Điện kháng lọc tính góc mở = max Ta có Ud + u~ = E + Rut.Id + i~ +L Cân vế: U=R +L R L nên U= L Trong thànhphần xoaychiều bậc cao, thành phần sóng bậc k=1 có mức độ lớn gần ta có: = U1m.sin(60 +φ) nên Vậy Im = U1m U 1m ≤ 0,1.I udm Suy L= 6.2.π f I dm 6.2.π f L =6 số xung đập mạch chu kì điện áp Trong U1m = U d cosα max + 62 tg 2α max 62 − 2,34.380.cos860 + 62 tg 86 =304,14(v) U1m = 2 −1 Thay số: L= 304,14 = 0, 005 ( H ) 6.2.π 50.30 3.4Tính tốn nghịch lưu Hình 3.4 Sơ đồ mạch NLĐL nguồn điện áp pha Sử dụng hình thức làm mát van tự nhiên: + hệ số dự trữ dòng điện: ki = + hệ số dự trữ điện áp: k u = 1,4 3.4.1 Tính tốn chọn van IGBT * Điện áp lớn đặt lên van: U V max (V) Xét thời điểm van V1 mở, van V4 dẫn: Cực C V1 nối với cực dương nguồn Vg Hình 3.5 Van V4 thông nối cực E V1 với cực âm nguồn Vg Như điện áp lớn đặt lên van IGBT là: U V max = V g = 2.3 2.3 U dm = 220 = 622,25(V ) 2.q 2.0,75 Trong q hệ số biến điệu (0 < q < 0.866) * Dòng điện trung bình qua van: Biểu thức dịng trung bình qua van động lực chu kỳ điện áp ra: π I m I V = 4.π ∫ sin(ωt )[1 + q sin(ωt + ϕ )]dωt qπ I I V = 2πm (1 + cos ϕ ) Rút gọn ta được: Dịng trung bình qua van lớn với tần số thấp là: IV = I m (1 + q) = 2.I dm 2.30 (1 + q) = (1 + 0,75) = 37,12( A) 2 ⇒ Dòng điện điện áp định mức van cần chọn là: U Vdm = k u.U V max = 1, 4.622, 25 ≈ 871,15(V ) I Vdm = k i.I V = 5.37,12 ≈ 185,6( A) Từ thông số ta chọn IGBT MG300Q1US51 hãng TOSH có thơng số : + I dm = 400 A + V ce = 3,60V + U dm = 1200V + + P d max = 2500W I ce = 4000µ A 3.4.2 Tính tốn chọn Diode * Điện áp ngược lớn đặt van U Dng max : Xét thời điểm van V1 , D4 khóa van V4 , D1 thơng: Hình 3.6 V4, D1 thông Cực Anode cua D4 nối với cực âm Vg Cực Kathode D4 van D1 thông nên nối với cực dương Vg Như điện áp ngược lớn đặt lên van U Dng max = V g * Dịng điện trung bình qua Diode: I D ( Hình V4, D1 thơng) Biểu thức dịng điện trung bình qua Diode chu kỳ điện áp là: π I D = 2π ∫ I m sin(ωt )∆t2dωt Giá trị cực đại dịng trung bình qua Diode: ID= I m (1 − q) = I dm (1 − q) = 2 2.30 (1 − 0,75) = 5,3( A) Dòng điện điện áp định mức Diode cần chọn là: U Ddm = k u.U Dng max = 1,4.622,25 ≈ 871,15(V ) I Ddm = k i.I Dng max = 5.5,3 = 26,5( A) Từ thơng số ta chọn DIODE CR20_100 có thơng số sau:  I dm = 20 A U dm = 1000V  Tổn hao điện áp trạng thái mở van: ∆U = 1,1V  Dòng điện rò nhiệt độ 25°C : I r = 10( mA)  Nhiệt độ cho phép: 200°C 3.4.3 Tính giá trị tụ C Co = q.I m ϕ − 30° sin 2 f s.∆U c Chọn chế độ làm việc nặng với ∆U c = 0,1.E0 = 0,1.622,25 = 62,225(V ) Thay số ta có: Co = 0,75 2.30 sin 30° ≈ 1,10.10−5 ( F ) = 11( µ F ) 10 62,225 3.5 Tính tốn biến đổi DC-DC Bộ biến đổi xung áp chiều DC-DC dùng điều chỉnh điện áp chiều đầu vào cho mạch lực nghịch lưu, đảm bảo cho điện áp tải có biên độ theo yêu cầu đề 3.5.1 Nguyên lý làm việc Van có tác dụng nạp lượng cho cuộn cảm L mắc nối tiếp tải với nguồn + Khi van T thông cuộn L nạp lượng dòng điện iv từ nguồn qua L van T: L diL =E dt Hình3.7: DC-DC + Khi van khóa dịng qua cuộn cảm tiếp tục trì dịng qua diơt D phụ tải: L diL = E − Vg dt Với Vg=const, dịng qua cuộn L có dạng tuyến tính, I I max giá trị lớn nhỏ dòng qua cuộn cảm, ta có: + ≤ t < t x : iL = I + E t L + t x ≤ t < T : iL = I − E − Vg L (t − t x ) UL E tx T 2T t E-Ut Imax ∆Ι Imin iv iD t Hình3.8: Điện áp E1, dòng I +Tại: t = t x : I + E t x = I max L ⇒ ∆I = I max − I = E tx L Trong chế độ xác lập: iL (t = 0) = iL (t = T ) ⇒ I = I max − ⇒ E − Vg Đặt δ = L (T − t x ) = E − Vg L (T − t x ) E T t x ⇒ Vg = E L T − tx tx E tham số điều chỉnh, < δ < ⇒ Vg = 1−δ T Vì < δ < nên Vg > E , biến đổi làm việc giống máy biến áp tăng áp với hệ số biến áp 1− δ 3.5.2.Tham số điều chỉnh δ Yêu cầu toán thiết kế đặt biến đổi điện áp E=350V ban đầu thành nguồn áp V g = 622,25V ≈ 623V Mối quan hệ điện áp đầu đầu vào biến đổi sau: V g = − δ E ⇒δ =1 − Mặt khác δ = E Vg =1 − 350 ≈ 0, 43 623 tx ⇒ t x = δ T T Xung phát vào IGBT lấy từ chân RDO cúa vi điều khiển có tần số f = 10kHz ⇒ T = 10−4 s ⇒ t x = 0, 43.10−4 s = 0,004(ms ) 3.6 Tính tốn chọn van IGBT * Điện áp lớn đặt van U T max : Khi van T khóa van D thơng nên điện áp đặt van T V g ⇒U T max =V g = 623V * Dòng trung bình qua van I v: δ Ta có: I v = I −δ t Trong I t : dịng tiêu thụ trung bình nghịch lưu từ nguồn I t = q I m cos ϕ Chọn chế độ làm việc nặng cos ϕ = 0,43 ⇒ I t = 0,75 2.30 ≈ 24( A) ⇒ I v = 24 ≈ 18( A) − 0,43 Dòng điện điện áp định mức van cần chọn U vdm = 871,15V I vdm = k i.I v = 5.18 = 90( A) Từ thông số ta chọn IGBT GA100TS120U hãng IR có thơng số chính: + U dm = 1200V + P d max = 520W I dm = 100 A + V ce = 2,9V + + I ce = 1000µ A 3.7 Tính tốn chọn cuộn cảm L tụ điện C + Cuộn cảm L: ∆I v = δ T E E ⇒ L = δ T L ∆I v ⇒ L = 0,43.10−4 với điều kiện sai số ∆I v = 0,1.I v 350 ≈ 8,3.10−3 ( H ) = 8,3( mH ) 0,1.18 + Tụ điện C: ∆Vg = δ T It I ⇒ C = δ T t với điều kiện sai số ∆Vg = 0,1.Vg C ∆Vg 18 = 1,24.10−5 ( F ) = 12,4( µ F ) 0,1.623 So sánh giá trị Co = 11µ F nghịch lưu giá trị C = 12,4 µ F ⇒ C = 0,43.10−4 DC-DC, ta sử dụng C chung cho nghịch lưu DC-DC 3.8 Tính tốn mạch bảo vệ van bán dẫn 3.8.1 Mạch trợ giúp van (Snubber Circuit) Quá tải dòng điện đưa IGBT khỏi trạng thái bão hịa dẫn đến cơng suất phát nhiệt tăng lên đột ngột, phá hủy phần tử Khi khóa IGBT lại thời gian ngắn dòng điện lớn dẫn đến tốc độ tăng giảm dòng dI/dt lớn C-E đánh thủng phần tử, khơng xảy chế độ cố mà xảy tắt nguồn, dừng đột ngột hoạt động, nghĩa chế độ vận hành bình thường Ở ta sử dụng mạch trợ giúp RC mắc song song với van + Van IGBT MG300Q1US51 sử dụng nghịch lưu để đóng cắt dịng điện I o = 30 A điện áp E o = 623V , với tần số chuyển mạch f s = 30kHz , tụ ký sinh thân van C p = 800 pF , ta chọn thông số mạch RC: Cs = 2000 pF , Rs = E0 623 = = 20,7 ( A ) I0 30 Hình 3.9 + Van IGBT GA100TS120U sử dụng DC-DC để đóng cắt dịng điện I o = 18 A điện áp E o = 623V , với tần số chuyển mạch là: f s = 30kHz ,tụ ký sinh thân van C p = 114 pF Ta chọn thông số mạch RC: Cs = 150 pF , Rs = E0 623 = = 34,61(Ω) I0 18 ... trụ 80mm ta có trụ bậc - thiết diện trụ bậc thang = ( 5.40 + 6.55 + 9.65 + 14.75)= 433 0 - thiết diện hiệu trụ máy biến áp : QT = = 0,95 43, 30 = 41,14 = 43, 30 Hình 3. 3: Hình dáng cắt ngang trụ... 0 ,33 (  281   W1  + Sụt áp điện trở máy biến áp Ta có : I d = p 4200 = = 14,11( A ) η U dm 0,85 .35 0 Ur = RBA.Id = 0 ,33 14,11=4,65 ( ) + Tổn hao ngắn mạch máy biến áp: Pn = 3. RBA.I2 = 3. 0 ,33 ... đập mạch chu kì điện áp Trong U1m = U d cosα max + 62 tg 2α max 62 − 2 ,34 .38 0.cos860 + 62 tg 86 =30 4,14(v) U1m = 2 −1 Thay số: L= 30 4,14 = 0, 005 ( H ) 6.2.π 50 .30 3. 4Tính tốn nghịch lưu Hình 3. 4