Tìm hiểu các loại van bán dẫn trong phòng thực hành

Ngày nay cùng với việc phát triển mạnh mẽ các ứng dụng của khoa học kỹ thuật trong công nghiệp, đặc biệt là trong công nghiệp điện tử thì các thiết bị điện tử có công suất lớn cũng được chế tạo ngày càng nhiều. Và đặc biệt các ứng dụng của nó vào các ngành kinh tế quốc dân và đời sống hàng ngày đã và đang được phát triển hết sức mạnh mẽ.

BÀI : TÌM HIỂU CÁC LOẠI VAN BÁN DẪN TRONG PHÒNG THỰC HÀNH I Một số van bán dẫn Điôt a Khái niệm Điot phần tử cấu tạo lớp tiếp giáp bán dẫn n-p Điot có hai cực: • Anơt A cực nối với lớp bán dẫn kiểu p • Catot k cực nối với lớp bán dẫn loại n Dòng điện chạy qua điôt theo chiều từ anot tới catot điện áp dương Khi âm ,dòng qua điơt gần Cấu tạo điôt b Nguyên lý làm việc Nguyên lý làm việc: van bán dẫn chiều ,trên sở tiếp giáp p – n Khi phân cực thuận : anot có điện dương ,còn katot có điện âm ,có dòng Iak Khi phân cực ngược : anot có điện thấp so với catot ,khơng có dòng Iak [Type text] Page c Đặc tính vơn ampe Thyritor a) Cấu tạo Thyritor phần tử bán dẫn cấu tạo từ bốn lớp bán dẫn P-N-P-N tạo thành tạo ba lớp tiếp giáp P-N Là J1 ,J2 ,J3 Thyritor có cực anot (A) ,và katot (K) ,với cực điều khiển G [Type text] Page b) Ngun lý hoạt động Thyritor Khi khơng có dòng điều khiển vào cực điều khiển :Khi dòng điều khiển vào cực điều khiển thyritor ,hay hở mạch cực điều khiển ,thyritor cản trở dòng điện ứng với hai trường hợp phân cực điện áp anot catot Khi điện áp 0 lúc đầu có dòng điện nhỏ chạy qua ,gọi dòng dò Điện trở tương đương mạch anot –ktot có giá trị lớn Khi tiếp giáp J1 J3 phân cực thuận ,J2 phân cực ngược ,cho đến tăng đạt giá trị phân cực thuận [Type text] Page lớn xảy tượng điện trở tương đương ,mạch anot-ktot đột ngột giảm ,dòng điện chạy qua thyrtor giá trị bị giới hạnđiện trở tải qua mạch ngồi ,Nếu dòng qua thyrtor có giá lớn mực dòng tối thiểu gọi dòng trì (Idt) thyrtor dẫn dòng đường đặc tính thuận Khi dòng điện vào cực điều khiển : Nếu có dòng điện đưa vào cực điều khiển cathode qua trình chuyển điểm làm việc đường đặc tính thuận xảy sớm hơn,trước điện áp thuận đặt giá trị lớn Nói chung dòng điều khiển lớn điểm chuyển đặc tính làm việc xảy với nhỏ c Đặc tính vơn-ampe IGBT (Tranzitor có cực điều khiển cách ly) IGBT phần tử kết hợp khả đóng cắt nhanh Mosfed ,và khả chịu tải lớn tranzitor thường Về mặt điều khiển ,IGBT gần giống hoàn toàn mosfed ,nghĩa điều khiển điện áp ,do cơng suất điều khiển yêu cầu cực nhỏ [Type text] Page Về cấu trúc bán dẫn IGBT giống với mosfed điểm khác có them lớp p nối cới collector tạo nên cấu trúc bán dẫn p-n-p emitor collector Có thể coi IGBT tương đương tranzitor p-n-p với dòng điều khiển mosfed b Nguyên lý hoạt động IGBT Dưới tác dụng điện áp điều khiển >0 ,kênh dẫn với hạt mang điện điện tử hình thành ,giống cấu trúc MOSFET Các điện tử di chuyển phía colecto vượt qua lớp tiếp giáp n-p cấu trúc bazo colecto tranzito thường ,tạo nên dòng colecto c Đặc tính vơn ampe [Type text] Page Cách đo a DIODE: Vì diot có tiếp giáp P-N việc đo diot đơn giản, ta không cầnchỉnh “0” cho đồng hồ-Ta đặt que đen vào cực, que đỏ vào cực lại, sauđó đảo chiều que đo.Nếu kim lên trườnghợp diot tốt cực gắn với que đen kim lênlà anot, cực lại catot.Nếu trường hợp kimđều lên khơng lên diot bị hỏng b TIRISTO: Với thyristor việc xác định chân dễ dàng hơntransitor.Thường SCR cơng suất lớn chân G thường nhỏ nhiều so với chân A K Chínhvì ta xác định A,K cách nhưsau:-Vặn đồng hồ thang đoΩx10(hoặc 1).Có thể chỉnh ‘0” thơi được.Sau đặt que đenvào chân G, que đỏ vào chân lại.Nếu mà kim lên chân chân K, suy chân lại chân A Còn mà khơng biết chân G ta tìm cách tìm cặp chân màcó điện trở vơ với chiều que đo.Khi cặp chân cặp A,K,suy chân lại chân G.Nếu khơng tồn cặp chân nói SCR hỏng SCR có loại trụ, loại đĩa, modul… [Type text] Page • Hình ảnh số van bán dẫn phòng thí nghiệm Tiristor dạng đĩa Đặc tính kĩ thuật Điện áp cho phép :2000v,2200v ,2400v • Dòng trung bình dạng nửa sin : =870 A • Dòng xung đỉnh 10ms : I= 9200 A • Điện ápđiều khiển = V • Dòng điều khiển =300 mA • Trở kháng nhiệt =0,0342 KW • Nhiệt độ lớn tiếp giáp bán dẫn : • Lực ép cho phép : 1000-2000 kgf • Trọng lượng : 340 g Tiristor có ren vặn • • [Type text] Page Đặc tính kĩ thuật • • • • • (AV) T vỏ =100 = 4000A =(AC))=1600V (IRKD166-16) (=)=1,43 V Triistor dạng hộp nén ,cách ly với vỏ [Type text] Page • • • • • • • • Đặc tính kĩ thuật : =400 V Dòng trung bình T vỏ =85 ; =280 A Dòng trung bình không lặp lại 10 ms : I=6900A Điện áp điều khiển :=3V (max) Dòng điều khiển =150 mA Trở kháng nhiệt = 0,04 KW Nhiệt độ lớn tiếp giáp bán dẫn :T=125 Trọng lượng :535g BÀI : Các mạch chỉnh lưu Chỉnh lưu hình tia pha [Type text] Page Ð1 U2' U1 U2 Ð2 a Sơ đồ đấu dây Chỉnh lưu tia pha [Type text] Page 10 id Ð1 Ð2 Ld Ud U2 T1 b T2 Rd Sơ đồ đấu dây [Type text] Page 17 BÀI 3: Bộ băm xung chiều 1) 2) Khái niệm Là thiết bị dùng để thay đổi điện áp chiều tải từ nguồn điện chiều cố định ứng dụng: Để điều chỉnh tốc độ động điện chiều,tạo nguồn ổn áp dải rộng Nguyên lý chung băm xung chiều Ut Tr E Rt t ut to to T Như giá trị trung bình điện áp tải nhận : = = E =E Trong : – Thời gian Tr dẫn – tham số điều chỉnh T- chu kì đóng cắt van Cấu trúc chung băm xung chiều [Type text] Page 18 LĐV 3) 4) MV LĐR TẢI Các van bán dẫn băm xung chiều Các van bán dẫn phù hợp với băm xung chiều phải van chopheps điều khiển mở khoá ,tức van điều khiển hoàn toàn loại :transistor GTO Các loại van điều khiển hồn tồn • BT • MOSFET • IGBT • GTO Mơ qua matlab [Type text] Page 19 [Type text] Page 20 Bài 4: Biến tần nghịch lưu A Bộ nghịch lưu 1, Khái niệm: - Bộ nghịch lưu dùng để chuyển đổi lượng từ nguồn điện chiều sang nguồn điện xoay chiều để cung cấp cho tải xoay chiều - Đại lượng điều khiển ngõ dòng áp ,còn lại nghịch lưu dòng hay nghịch lưu áp - Nguồn chiều cung cấp cho nghịch lưu áp có tính chất nguồn điện áp nguồn cho nghịch lưu dòng có tính chất nguồn dòng điện.Các nghịch lưu tương ứng gọi là nghịch lưu áp nguồn áp nghịch lưu dòng điện nguồn dòng gọi tắt nghịch lưu áp nghịch lưu dòng - Nghịch lưu nguồn áp: dạng này, dạng điện áp tải định dạng trước (thường có dạng xung chữ nhật) dạng dòng điện phụ thuộc vào tính chất tải Nguồn điện áp cung cấp phải nguồn sức điện động có nội trở nhỏ Trong ứng dụng điều khiển động cơ, thường sử dụng nghịch lưu nguồn áp [Type text] Page 21 Nghịch lưu nguồn dòng: ngược với dạng trên, dạng dòng điện tải định hình trước, dạng điện áp phụ thuộc vào tải Nguồn cung cấp phải nguồn phải có điện cảm đầu vào đủ lớn đảm bảo điều khiển thao nguyên tắc điều khiển ổn định dòng điện - Nghịch lưu nguồn cộng hưởng: Loại dùng nguyên tắc cộng hưởng mạch hoạt động, dạng dòng điện ( điện áp ) thường có dạng hình sinh Cả điện áp dòng điện tải phụ thuộc vào tín chất tải Trong trường hợp nguồn điện đầu vào đại lượng ngõ không giống Vd: nghịch lưu cung cấp dòng điện xoay chiều từ nguồn áp chiều ,ta gọi chúng nghịch lưu điều khiển dòng điện từ nguồn điện áp nghịch lưu dòng nguồn áp Các nghịch lưu tạo thành phận chủ yếu cấu tạo nghịch boojj biến tần ,ứng dụng quan trọng tương đối rộng rãi chúng nhắm vào lĩnh vực truyền động điện động xoay chiều với độ xác cao ,trong lĩnh vực tần số cao ,bộ nghịch lưu dùng thiết bị lò biến tần ,thiết bị trung tần ,thiết bị hàn trung tần Bộ nghịch lưu dùng làm nguồn điện xoay chiều cho nhu cầu gia đình ,lamf nguồn liên tục UPS ,điều khiển chiếu sang ,bộ nghịch lưu lĩnh vực bù nhiễu cơng suất phản kháng 2, phân loại Bộ nghịch lưu áp • Áp pha • Áp pha Bộ nghịch lưu dòng • Dòng pha • Dòng pha Nghịch lưu cộng hưởng nối tiếp Nghịch lưu cộng hưởng song song - - - - [Type text] Page 22 B Biến tần Khái niệm - Biến tần thiết bị biến đổi dòng xoay chiều với tần số lưới điện thành dòng xoay chiều có tần số khác với tần số lưới Bộ biến tần sử dụng hệ truyền động điện , chức thay đổi tần số nguồn cung cấp cho động để thay đổi tốc độ động thay đổi tần số nguồn cung cấp thực việc biến đổi theo nhiều phương thức khác, không dùng mạch điện tử Trước kia, công nghệ chế tạo linh kiện bán dẫn chưa phát triển, người ta chủ yếu sử dụng nghịch lưu dùng máy biến áp Ưu điểm thiết bị dạng sóng dạng điện áp ngõ tốt ( hài ) cơng suất lớn ( so với biến tần hai bậc dùng linh kiện bán dẫn ) nhiều hạn chế : • Giá thành cao phải dùng máy biến áp công suất lớn • Tổn thất máy biến áp chiếm đến 50% tổng tổn thất hệ thống nghịch lưu • Chiếm diện tích lắp đặt lớn, dẫn đến khó khăn việc lắp đặt, bảo trì thay • Điều khiển khó khăn, khoảng điều khiển khơng rộng dễ bị áp ngõ có tượng bão hòa từ lõi thép máy biến áp [Type text] Page 23 - Cấu trúc biến tần Phân loại : - - Theo số pha : - pha - Hai pha - Ba pha Theo cấu trúc : - Biến tần trực tiếp - Biến tần gián tiếp: Theo đặc tính thơng số : - Thông số đầu vào -Nguồn áp - Nguồn dòng [Type text] Page 24 Tìm hiểu biến tần gián tiếp : Các biến tần gián tiếp có cấu trúc sau : + U1, f1 CL _ NL _ Trong : CL – Là chỉnh lưu L - Bộ lọc NL – Bộ nghịch lưu Cấu trúc mạch lọc [Type text] U2 ,f2 + L Page 25 S9 L1 S11 S7 L2 C L3 Udc S12 S8 Chỉnh lưu biến đổi điện áp xoay chiều thành chiều ,chỉnh lưu khơng điều chỉnh điềuchỉnh Nhược điểm biến tần gián tiếp hiệu suất thấp (vì qua biến đổi ) cơng suất ,kích thước biến đổi lớn -Biến tần trực tiếp dùng tiritor : Biến tần trực tiếp biến đổi tần số trực tiếp từ lưới điện xoay chiều ,không thông qua khâu trung gian chiều Nguyên lý làm việc bô biến tần : Để đơn giản ,giả thiết tải trở ,van lý tưởng Điện áp tải ()gồm nửa dương âm [Type text] Page 26 Nửa sống dương tạo nhóm van I làm việc ( T1,T2 ,T3) ,còn song âm tạo nhóm van II Làm việc (T4 ,T5 ,T6 ) Lần lượt đóng mở nhóm I ,II , ta tạo tải điện áp xoay chiều có giá trị = Trong : m1 số pha điện áp lưới góc điều khiển chỉnh lưu II a Sơ đồ biến đổi tần trực tiếp có điểm trung tính b Sơ đồ biến tần trực tiếp có trung tính Chủng loại biến tần Phòng thí nghiệm trang bị bốn biến tần hang siemen chế tạo [Type text] Page 27 Gồm loại sau : - Biến tần Micromaster vector - Biến tần Micromaster vector - Biến tần Micromaster vector - Biến tần Micromaster Eco III Các đặc tính Micromaster o Đề dòng cài đặt ,lập trình sử dụng o Chịu tải 200 3s 150 60s o Momen khởi động lớn điều chỉnh xác tốc đọ motor điều khiển vecter o Có thể kết hợp thêm loc o Điều chỉnh dòng nhanh o Khoảng nhiệt độ hoạt động 0-50 o Có sẵn hàm điều khiển chuẩn P ,I ,D dùng cho điều khiển vùng kín o Có sẵn nguồn 15v ,50 mA o Điều khiển từ xa qua đường truyền nối tiếp RS485 sử dụng giao thức o Cài đặt sản hàm chiều với hàm phức đặc biệt o Cài đặt sẵn phanh ngắt cho điện trở o Tăng / giảm thời gian với chương trình san o Chương trình đầu tương tự (1 cho MMV ,2 cho MDV) o Tuwjddongj phân tích đầu motor phần mềm o Tích hợp phần mềm điều khiển quạt làm mát o Có thể gắn cạnh mà khơng cần điều kiện khoảng cách o Tích hợp số thành phần bảo vệ bảo vệ dòng ,bảo vệ nhiệt ,bảo vệ thấp áp IV Những điểm ý sử dụng biến tần 1) Chỉ dẫn đấu dây Cần chắn thiết bị tụ điện chứa biến tần nối đất Dây nối đất cần ngắn dẫn điện tốt ,và dây điện nối đất cần có dây trung tính cảo nguồn hình Y,dây dẫn dẹt thích hợp chúng có trở khangs thấp có tần số cao [Type text] Page 28 Điểm trung tính động điều khiển biến tần nối trực tiếp với đất chung biến tần (PE) Sử dụng cáp bọc tốt Đối với dây khơng có lọc ngắn ,càng tốt Các công tắc tơ tụ điện cần khử nhiều Với loại xoay chiều dùng R-c ,đối với loại chiều dùng điốt Việc quan trọng đặc biệt với công tắc tơ điều khiển rowle biến tần Sử dụng cáp có voẻ bọc chống nhiễu vỏ bọc kim loại cho đấu nối với động đầu dây dẫn nối với đất 2)     3)     Hoạt động nguồn không tiếp đất Micromerster thiết kế hoạt động có sử dụng dây dẫn.thiết bị đầu khơng tiếp đất ,tuy nhiên khơng nên sử dụng ,khi ta phải í đến số vấn đề sau Sử dụng đường dây có trở kháng phù hợp với điện áp đỉnh nhỏ ,điện ap nguồn lớn 500v Thiết bị tắt với dòng vài đầu có biểu chạm đất Chỉ sử dụng với thiết bị khơng có lọc Tần số dòng xung điều khiển tối đa khz Sử dụng thời gian cất giữ Thời gian cất giữu năm -Sẽ khơng có điều khiển đặc biêt Thời gian cất giữ 1-2 năm -Cấp nguồn vào biến tần 1h trước sử dụng lệnh chạy Thời gian cất giữ -3 năm -Cấp nguồn xoay chiều 25 định mức khoảng 30’ 50 30’ tiếp theo,75 30’ phút 100 30’ lại Tổng số thời gian 2h trước cho biến tần chạy năm trở lên [Type text] Page 29 -cấp nguồn bước nhiên thời gian 2h cho bước ,tổng thời gian 8h 4) Khi sử dụng dây cấp dài Chiều dài dây cáp sử dụng phụ thuộc vào loại cáp, tần số làm việc ,dải công suất dải điện áp Trong số trường hợp dài 200m mà khơng có điều kiện đặc biệt 5) Một số tham số - Tần số đầu vào 47HZ-65HZ - Tần ssos nguồn > 0,7 - Độ phân giải 0,01Hz - Đặc tính tải 200 3s 150 60s - Chế độ bảo vệ : áp ,thấp áp nhiệt - Các chế độ bảo vệ thêm :ngắn mạch ,chạm đất ,không tải - Đầu vào tương tự /PID : Đơn cự 0-10v 210v 0-200 mA 420mA Lưỡng cực:-10+10v - Độ phân giải đầu vào tương tự 10 bít - Đầu tương đương 020mA /420mA,độ ổn định - Độ ổn định điểm đặt : tương tự