Chương 2: Truyền động điện

Chương 2 trong Dịch tài liệu truyền động điện trình bày những nội dung như: Khí cụ bán dẫn công suất, bộ chỉnh lưu diode, công suất tổn hao và dòng định mức, sóng xung dòng định mức, dòng hoạt động tần số cao, điều kiện lựa chọn điện dung, sự tăng vọt dòng điện định mức.

Trang 1

HTTP://DT05.NET – Dientau05@yahoo.com – Dientau05@gmail.com 1

5 Nguyn ð c H ng –Không có trong bn này

6 Phm Văn Ho (Page 82-87)

Edit and Convert :

Nguyễn Hoàng Sơn Nguyễn Vũ Hiệp

May 16, 2008

Trang 2

- Đỗ Trọng Hà -

KHÍ CỤ BÁN DẪN CÔNG SUẤT

Đại cương:

Tất cả linh kiện bán dẫn công suất AC và DC dùng biến đổi và điều khiển công suất điện Những linh kiện vận hành trong chuyển mạch hiện đại (không ON và OFF) kết quả tổn hao bị giảm và hiệu suất chuyển đổi được cải thiện so với vận hành kiểu trực tiếp

Thực tế linh kiện bán dẫn công suất trong việc điều khiển động cơ có thể xét như:

Bộ chỉnh lưu diode

Thyristor ( gồm điều khiển pha, loại cố định và bất đối xứng)

Thyristor cổng ngắt (GTO)

Transitor lưỡng cực (BJT)

MOSFET

Transitor lưỡng cực cổng cách li (IGBT)

Thyristor chỉnh lưu cổng tổ hợp (IGCT)

Và nhiều linh kiện khác

Cần xem xét những đường đặc tuyến quan trọng của linh kiện Điện cực tuyến điều khiển cho nhiều quá trình vận hành của chúng, trong phần đại cương, tổ hợp với tích phân của nhiều rào bảo vệ như dòng quá tải Cho bộ phận này, chi tiết của mạch hoạt động, cho nhiều linh kiện nhất, dung sai mô tả điều kiện của cực điều khiển linh kiện

BỘ CHỈNH LƯU DIODE

Điểm nối PN diode, hình 2.1, là linh kiện bán dẫn một chiều Nó có thể xét như công tắc điện chế độ dẫn của nó phụ thuộc vào cực tính điện áp ngoài đặt vào Khi điện áp dương đủ cao đặt vào anode với điện áp tương thích đặt vào cathode, dòng điện sẽ có hướng

di chuyển Linh kiện có tác dụng như công tắc ngắt, điện áp chuyển tiếp sụt qua một đến hai volts đặc trưng linh kiện Đảo lại, khi điện áp âm đặt vào, dòng điện bị cản trở và diode bị khối điện áp cao đặt lên, VRRM, nó là điện áp ngược cực đại có thể đặt vào nếu phá vỡ mối nối PN bị ngăn cản Đường đặc tuyến điện áp – dòng điện của diode được biểu diển hình 2.1c, minh hoạ dạng hoạt động

Diode không hoạt động như một công tắc lý tưởng khi nó bị cưỡng bức từ một điều kiện dẫn

Trang 3

điện tới điều kiện khoá Đảo chiều dòng điện, với giá trị đỉnh Irrm, dòng thời gian đảo phục hồi trr, nhìn hình 2.2 thời gian, lưu trữ tổn hao, mức cho dòng điện chuyển tiếp, mối nối PN bị phá huỷ Tổng tổn hao phục hồi, Qrr, với Irrm và trr, dạng cấu kiện của đặc điểm kĩ thuật diode; đó là những tham số quan trọng trong nhiều ứng dụng như họ xác định năng lượng tổn hao trong mỗi khoảng thời gian công tắc tắt

Thời gian khôi phục đảo chiều giảm bởi kết cấu của mẫu tạp chất của mối nối PN và bởi vỉa giống như tạp chất với phần tử riêng hoặc bức xạ mối nối với một tia electron

Đường bao bị mẫu giảm số hạt tải điện trong diode và giảm thời gian Irrm và trr là cả hai giảm Một phần hiệu suất của nó là điện áp ngoài sụt tăng lên đó là trade off giữa nó và tốc độ

Tổng thể, một diode dùng cho bộ chỉnh lưu hạ tần của nguồn AC biến đổi DC có trr dài, và Qrr

cao nhưng nó tối ưu cho điện áp đặt vào sụt nhỏ nhất Nhiều loại của diode dùng trong định mức cao đến 8000V và 6000A diode với đường đặc tuyến cố định, trr ngắn và Qrr chậm, tìm kiếm như diode khôi phục nhanh Nhưng đó là tối ưu cho điều chỉnh tốc độ họ hướng đến điện áp đặt vào cao hơn nó hạn chế dòng định mức đưa vào chip Iode phục hồi nhanh tìm thấy mạch dùng trong mối nối một chiều ( ở nó từ dòng chuyển mạch phải nhanh và đến linh kiện công tắc cơ bản) và bộ chỉnh lưu tần số cao

THYRISTOR

Thyristor , hoặc silicon controlled rectifier (SCR) , là linh kiện bán dẫn 4 lớp PNPN như hình 2.3 Trong chế độ tắt của linh kiện có thể xét như ba diode cùng loại, dòng điện dẫn bị cản theo hướng không xác định Hình 2.3c đường đặc tính đảo giống như của diode; tuy nhiên, đường đặc tuyến chuyển tiếp lượng dòng biểu hiện không khác dòng điện rò cho đến khi nút điều khiển, J2, bị phá vỡ Dòng Anode Ia (is then able to low), dung sai ngưỡng ngoài tải và điện dung cung ứng

Điện áp thuận vượt quá bằng độ lớn điện áp đảo mạch, bởi vì trong chế độ khoá J1 chống gần như tất cả điện áp, mối nối J3 vượt qua ở 10V Đôi khi phá vỡ trong chuyển tiếp hướng xuất hiện, thyristor hoạt động giống một diode nó có hai mối nối (J1 và J2) bởi vì miền cực P thì trung gian chuyển tiếp dòng điện Toàn phần điện áp rơi chuyển tiếp thì khoảng 1.5V đến 2V

Với thyristor thuận không đối xứng nó thường mở bằng cách đưa một dòng xung dương,IG, vào cựu cổng, kết quả J2 bị phá vỡ ( giả sử linh kiện khoá thuận) Đôi khi dòng anode vượt qua dòng chốt, xung cực có thể bị phá huỷ Dạng sóng đặc trưng của dòng cực, dòng anode và điện áp anode cathode mở biểu diển trên hình 2.4 thời gian mở đặc trưng cho thyristor là một vài micro giây, phụ thuộc dòng anode

Thyristor trong chế độ đẫn, dòng anode phải đạt được mức dòng chốt,IL, và không dưới dòng định mức,IH, IL lớn hơn IH

Thyristor thường đóng bằng dòng cưỡng bức anode giảm xuống không bằng cách đặt điện áp vào nhỏ nhất một chu kỳ của thời gian trước dó nó có thể không có lợi chế dộ khoá thuận, như biểu diển trong hình 2.4 mức thứ nhất của ngắt dòng điện đảo chiều bởi vì thay đổi lưu lại một thời gian, trr, trong khi J1 và J2 khôi phục Khi chế tạo nó giống một diode đóng Điều khiển mối nối J2 cần một thời gian bổ sung để khôi phục, gọi đó là thời gian tái hợp, tqr, và một lần

Trang 4

có thể có một điện áp thuận ờ chế độ xác lập lớn nhất Toàn bộ thời gian tắt, tq là một tham số quan trọng cho thyristor trong ứng dụng đóng mở nhanh

Trang 5

Thyristor gating requirements ( yêu cầu chọn thyristor)

Chỉ số cổng cathode của một thyristor giống nhau tại một mối nối PN nghèo và sẽ thay đổi giữa năng suất cho một loại xác định Đã biết thyristor mở, dòng điện cổng và cấp điện áp nhỏ nhất phải đạt được, phụ thuộc nhiệt độ mối nối, nó giữa vùng điện trở cao và thấp biểu diển trong hình 2.5a nó thì cần đảm bảo giá trị công suất đỉnh (VG*IG) không vượt quá Hình 2.5b biều diễn một dạng đặc tuyến đặc trưng, minh hoạ điều kiện giới hạn

Một mô hình đơn giản hoácủa một bản cực mạch biến áp dòng thì biểu diễn tong hình 2.6 Dung sai điện trở R1 dòng điện cổng trong khi R2 cung cấp một liên kết qua cực cổng dẫn đến làm giảm điện áp cổng khi thyristor ở tring chế độ tắt đạt được thời gian mở ngắn, dòng điện cổng yêu cầu độ cao nhọ nhất của 1A/us Một xung kế tiếp của cổng, hình 2.6b, đáp ứng bởi dòng điều khiển cổng, kết quả xác định tới sự suất hiện khi điều kiện ngoài thì tiện dụng cho sự dẫn điện

Trang 6

Công suất tổn hao và dòng định mức

Sự vận hành bình thường thyristor công suất phân tán trong khuôn khổ của khả năng chịu nhiệt từ:

Tổn hao dẫn điện thuận, nó là một hàm số của chế độ điện áp và dòng thuận

Tổn hao đóng mở, nó là năng lượng tán xạ trong khoảng mở và tắt

Tổn hao dò điện trạng thái khoá, nó là hàm số của chế độ ngắt thuận hoặc dòng dò ngược và điện áp khoá

Nhiệt phát sinh phải loại bỏ bằng một hệ thống làm mát trong giai đoạn nhiệt độ mối nối lớn nhất của linh kiện không vượt quá ( thường 1250C cho thyristor ) Đẳng thức tiếp mô tả mối quan hệ giữa nhiệt độ mối nối TJ và công suất tích thoát PD cho một và bán dẫn:

TJ =PDx Rthjc + Tcase

Với Rthjc là nhiệt điện trở, vỏ mối nối, và Tcase là nhiệt độ vỏ của linh kiện

Dễ hiểu, hệ thống làm mát tốt, công suất lớn hơn nhờ có lớp vỏ tản nhiệt, nó dẫn điện có dung lượng dòng lớn hơn

Đó là dung sai xác định, tuy nhiên, biểu diễn bằng dòng điện hiệu dụng định mức Nó đảm bảo nhiệt dư của chổ nối bên trong và dây nối bị ngăn cản Thyristor cho dòng trung bình định mức dựa trên lớp vỏ cách nhiệt thực tế cho dạng song xác định, và một dòng hiệu dụng, định mức, cả hai thì không vượt quá Hãng sản xuất cung cấp đồ thị của công suất trung bình (versus) dòng điện trung bình, hình 2.7a, và lớp tản nhiệt được (versus) dòng trung bình cho khác hình sóng, hình 2.7b từ biểu đồ trên hình 2.7a nó thể hiện dòng trung bình sụt với chu trình hoạt động, đường nét cuối ở điểm khi dòng hiệu dụng lớn nhất đạt được Hình 2.7b chứng tỏ nhiệt độ ở mối nối là 1300C và tất cả đường cong hội tụ tại điểm như dòng điện sụt Dữ liệu của loại đó là bản chất cho lựa chọn của loại thyristor và cho thiết kế của bộ làm mát

Sóng xung dòng định mức

Nó thì có thể cho nhiệt độ mối nối bị vượt quá cho giai đoạn ngắn của nhiễu dưới hoặc vượt quá điều kiện Thyristor điện trở cao hơn và nó có thể tháo rỡ nhiệt độ cao thì tỉ lệ : I2*tp

Tp là xung thời gian và I là giá trị hiệu dụng của dòng xung vượt quá thời gian tp

Giả sử bình sai tất cả phát nhiệt không tán xạ nhưng lưu trong khối silicon I2t định mức có thể xác lập và là tham số trong xác định độ lớn của bộ bảo vệ cho bảo vệ quá tải Thyristor vẫn là một sóng không lặp định mức, một nữa dạng sóng sin, cho 10ms và là đặc trưng như nhau khoảng 10 lần dòng hiệu dụng định mức

Thyristor thông thường, nó là đóng bởi điện áp ngược đặt vào, có cấu trúc nó cần sửa đổi đặc tuyến áp dụng riêng Ba loại của thyristor thông dụng:

thyristor cho bộ chỉnh lưu AC (phase control thyristor) – thyristor dùng trong AC úng dụng là đóng, hoặc chỉnh lưu, dĩ nhiên bằng sự tồn tại của AC cung ứng, nó thay đổi cực tính trong nữu chu kỳ xoay chiều thyristor thì được thiết kế có điện áp thuận thấp, dòng khuếch đại định mức

ở hao tổn của thời gian đóng tương đối

Trang 7

i dài ( đặc trưng 100 đến 200us) Nó không sao bởi vì thyristor tần số đóng mở thấp

Bằng thuận chiều và đảo chiều điện áp lên đến 12000V là có thể cho thyristor điều khiển pha lớn áp dụng cho AC cung cấp lên đến 500VAC, nó thì thường định loại 1400V, được phép vượt thông số hai lần

Nó thì thường hoạt động dùng (RC networks) hệ thống điện trở tụ và qua biến trở thyristor cho thêm sự bảo vệ

ii Fast thyristor – là linh kiện cơ bản dùng trong mạch DC như trong bộ tạo xung, hoặc

inverters, mặc dù hiện nay sử dụng không nhiều như linh kiện mới như IGBT có thể thay thế nó trong nhiều ứng dụng Trong mạch DC nó không tự nhiên đảo chiều của đáp ứng cho bộ chỉnh lưu thyristor, nó thì phải điều khiển bằng mạch ngoài Chu trình của điều kiện đóng dưới gọi là chỉnh lưu cưởng bức tương phản đến đường chỉnh lưu Đặc trưng mạch chỉnh lưu là rẻ vì nó bao gồm cuộn dây, bộ tụ và thyristor phụ; tuy nhiên kích thước có thể giảm nếu tq, tổng thời gian đóng, là đóng đến nhỏ nhất Thiết kế của thyristor thì tối ưu cho tq thấp (giá trị đặc trưng, 15 dến 20us)

Trang 8

nhưng khốn nổi nó không hiệu suất của điện áp sụt tăng, hậu quả dòng điện định mức giảm

iii ( không đối xứng) Asymmetric thyristor – trong nhiều ứng dụng đóng mở nhanh bộ

đảo chiều điện dung của thyristor không yêu cầu vì một diode đối xứng phải được nối qua linh kiện hoạt động dẫn điện Nhà sản xuất có khai thác gọi asymmetric thyristor hoặc ASCR, nó có thời gian tq thất hơn fast thyristor nhưng sử dụng giới hạn ở bộ đảo chiều Thời gian đóng thất băngˆ8 us là có thể trong duy trì nhận được 15V bộ đảo chiều

Kỹ thuật khác cho tăng hiệu suất của cả ASCR và fast thyristor là dùng xen kẽ cấu trúc cổng nó xét đến tăng linh kiện di/dt định mức ở chế độ mở Kỹ thuật đó gộp hiệu quả vùng mở của silicon có sẵn ở bắt đầu của cổng kích, ngăn cản quá mật độ dòng gần cổng nó có thể dẫn đến linh kiện hỏng

Dòng hoạt động tần số cao

Mặc dù ASCR và fast thyristor có thiết kế cho hoạt động điều chỉnh cao, tần số có thể đóng mở trong hoạt động là giới hạn đến xấp xỉ 1-2 kHz với bộ chỉnh lưu cưỡng bức Tần số đóng mở cao với tốc độ cao của dòng thuận cao kết quả tổi hao chế độ mở đạt được rất đáng kể: trong một vài tình trạng linh kiện không hoàn toàn mở dẫn đến bị giới hạn dòng lan truyền qua chip, nhu cầu dòng bị giảm

Dòng cộng hưởng, giống như nó dùng trong cảm ứng nhiệt, vượt qua sự cố của tổn hao đóng cắt bằng công tắc mở ở điểm chuyển qua dòng không hoặc điện áp không Kỹ thuật chạy fast thyristor dùng tới 50kHz Ngoài ra, dạng dòng cộng hưởng của dòng chỉnh lưu cưởng bức và trong một vài thyristor phụ là không yêu cầu cho bộ chỉnh lưu như hàm sử dụng bằng mạch thyristor

Thyristor cực đóng

Thyristor cực đóng (GTO), giống thyristor thông thường, có thể chốt trong dẫn bằng một cực tín hiệu dương ngắn, không giống thyristor, GTO có thể phục hồi chế độ khoá thuận bằng đặt vào một điện áp âm ở cực tín hiệu GTO có thể thay thế fast thyristor và nó được ghép bộ chỉnh lưu DC ứng dụng làm công tắc Dấu hiệu dòng và còn cấu trúc GTO biểu diễn hình 2.8 Nó thể hiện 4 lớp linh kiện với dung tích điện áp giống của thyristor Cực nền thì xen kẽ cao với cathode, sản xuất một mẫu cấu trúc nó là thiết kế dung lượng dòng cao bằng cản trở truyền dẫn trong cathode dưới cực tiếp điểm Nó vẫn đảm bảo mật độ dòng qua tắt chế độ đóng Mặc dù vật chất hoạt động của GTO thì rất phức tạp, nó thì chỉ hỗ trợ hai kiểu transitor của GTO, hình 2.8c, hiểu như trạng thái đóng là đạt được Linh kiện có thể xét như hai transitor được nối thông nó có hoạt động tự duy trì: dòng collector của transitor cấp dòng base cho transitor còn lại Nó thể hiện (bỏ qua dòng dò ) dòng anode IA :

) (

1

*

PNP NPN

NPN IG

Trang 9

IG là dòng cực, αNPN là base khuếch đại, α= β/(1+ β) và β là dòng khuếch đại transitor, IC/IB, dòng khuếch đại là phụ thuộc trên dòng collector và tăng như dòng tăng từ 0 truyền dẫn của thyristor thì bắt đầu bằng một xung dòng cực nó nâng vòng khuếch đại (αNPN + αPNP) đến phần tử đơn vị từ dẳng thức cao hơn IA là vô cùng

Trong quy trình kỹ thuật, dòng anode thì dung sai bằng tải Hoạt động đóng thì gây ra rút ra đủ dòng từ cực dến vỏ vòng khuếch đại sụt đến một điểm tại dừng hoạt động duy trì Tắt khuếch đại βoff thì hệ số của dòng anode được điều chỉnh đến dòng âm cực yêu cầu gây ra đóng, và là một tham số quan trọng Giá trị đặc trưng của βoff dưới ba và năm Giảm vòng khuếch đại, và từ đó tăng khuếch đại đóng, cực thì thường nối đến cathode với điện trở thấp với bó, cực phát, nó có hiệu ứng phụ của làm nhạy thấp cho trạng thái mở Khốn nổi, nó là một dung sai dòng anode lớn có thể công tắc đóng; cơ bản thì khoảng 4 lần dòng trung bình

Trang 10

-Phạm Văn Hà -

ðIỀU KIỆN LỰA CHỌN ðIỆN DUNG

-cửa âm chỉ số của điện dung giống nhau và cĩ điểm nút PN và chia đơi đường chuyền của một kiểu đã cho đường cong cường độ dịng điện của điện dung,cổng ko cĩ điện dung và ko cĩ điện áp phải đạt phân áp tối thiểu,chỉ số trong lớp chuyển tiếp nhiệt độ ở đĩ chỉ số điện trở caova thấp giới hạn ở hình 2.5a bản vẽ minh hoạ 2.5b chỉ ra đặc điểm được chọn cĩ tính chất đặc thù

1 ví dụ được rút gọn của một đường bắt lửa mạch xung được biệu hiện ở hình minh hoạ 2.6 biến trở R1 giới hạn cường độ dịng điện trong khi R2 cung cấp 1 điện trở kháng thấp đi qua cửa thiết bị bất cứ cổng điên áp nơi mà điện dung đang ở chế độ tắt để đặt được tong thời gian ngắn cường độ dịng điện cường độ dịng điện phải nhỏ nhất 1A/ms.một chuối cổng mạch,hình 2.6b được cấp bởi cổng dịng điện làm vận hành làm bắn lửa sảy ra khi điêu kiện bên ngồi thích ứng với sự truyền dẫn

ðỘ THẤT THỐT VÀ MỨC ðỘ CƯỜNG ðỘ DỊNG ðIỆN

Trong sự vận hành bình thường mức tán xạ điện dung trong hình thái đốt cháy cuối cùng cĩ dạng:

- về sự thất thốt truyền dẫn, đặc trưng của điện áp thuận và cường độ dịng điện chuyển tiếp

- sự thất thoat đảo mạch,năng lượng tán xạ trong quá trình mở và tắt

- thất thốt độ rị bị nghén, đặc trưng của sự chuyển tiếp sang thời kỳ tắt hoặc dịng rị rỉ máy đảo chiều và thất thốt điện áp

- phát sinh độ thất thoat phải loại bỏ bởi hệ thống làm lạnh bên duới ma ko vượt quá nhiệt độ lớn nhất của máy(thường là 125 độ C cho một điện dung)

- theo đĩ đẵng thức miêu tả mối quan hệ giữa nhiệt độ tại điểm nút Tj và độ giảm Pd cho nhửng dụng cụ bán dẫn

• Tj=Pd.Rthjc+Tcase Rthjc là điện trở nhiệt,sự rị rỉ lớp bọc và Tcase là nhiệt độ vỏ mạch

Rõ rang là cĩ hiệu dụng hệ thống làm lạnh,lớn hơn độ cĩ thể d0ược tán xạ cho nhiệt độ vỏ ngồi cho phép cĩ khả năng cường độ dịng điện lớn hơn

giới hạn thì hưu hạn,tuy nhiên được hiện thị bởi dịng điện hiệu dụng định mức điều này đảm bảo

sự đốt nĩng thừa của mỗi ghép bên trong và dây điên bị cản điên dung trở thành bản cực định mức dịng điện trung bình tại nhiệt độ vỏ thực tế cho dạng song được xác định,và một hiệu mức hiệu dụng,cả 2 phải khơng vượt quá.sản phẩm cungn cấp biểu độ cương độ dĩng điện trung bình hình 2.7a và được phép chứa nhiệt độ dong điện trung bình cho dạng song khác nhau nhu hình 2.7b.từ biểu đồ hình 2.7a cĩ thể được nhìn thấy dịng điện trung bình giảm vời chu trình hoat động, đường kết thúc tại điểm khi dịng điện hiện dạng lớn nhất đạt được biểu đồ hình 2.7b cho thấy nhiệt độ tại điểm nútlớn nhất là 130 độ C và tất cả các đường đồng quy tại điểm này như dịng điên giảm.mẫu thong tin là chủ yếu cho sự lựa chọn kích cỡ điện dung và thiết kế làm giảm sự đốt nĩng

Trang 11

bảo vệ khi quá tảiñiện dung còn ñưa 1 ñịnh mức ñột biến.một nửa vòng sin trong hình,trong 10ms

và ñiển hình bằng nhau 10 lần dòng ñiên mức hiệu dụng

ñiện dung quy ước ñược ñặt bởi chương trình công dụng của ñiện áp ñảo.kết cấu có thể phong hoá

ñể có chỉ số ñến ưng dụng ñặc chưng.có 3 loại ñiện dung có thể ñươc phân biệt

hiện tượng chuyển mạch dòng xoay chiều AC ñiện dung ñược sử dụng cho AC ở chế ñộ tắt hoặc luân chuyển một cách tự nhiên bởi sự tồn tại của nguồn AC,làm thay ñổi phân cực cửa một nửa chu kì làm việc luân chuyển ñiện dung ñược thiết kế có một ñiện áp thuận, ñịnh mức dòng ñiên nhỏ nhất của phí tổn thời gian tắt dài tương ñối(ñiển hình 100 tới 200ms) ñiều này ko có vấn ñề gì bởiñiện dung bộ chuyển tần suất thấp

chuyển tiếp bằng và ñiện áp ñảo chiều lên ñên 1200v có thể dung ñiện dung dai ñoạn lớn ứng dụng cho cung ứng AC lên tới 500VAC bình thường nó ñinh loại 1400v cho phép 2 yếu tố quá tải

ñó là thực tế chung ñể sử dung RC và ñiện trở thay ñổi khi ñi qua ñiên dung và hệ thống bảo vệ ñiên dung

ñiện dung nhánh-những thiết bị ñó sử dụng chung trong dong DC như bị ñổi ñiện hay bị biến tần mặc dù sử dụng chúng bây giờ thì thường xuyên bé hơn những thiết bị hiện ñại như IBGTs, ñổi chỗ cho chúng trong nhiều hệ thống ứng dụng giữa dòng,dong DC ko có sự ñảo chiều tự nhiên của nguồn cung cấp cho sự ñổi chiều ñiện dung.nó phải ñược dẫn xuất bởi dòng ñiện bên ngoài.cách thức ñể tắt trong những ñiều kiên ñó ñươc gọi là cưỡng chế ñường chuyền trong những nút lại ñến

hệ thống truyền ñiên cao bỏi thanh 2 phần cảm biến.bộ tụ ñiện và ñiện dung bổ sung,cho lên kích

cỡ của chúng có thể ñược giảm bởi tq,toàn bộ thời gian ngừng ñuọc giữ ở mức ñộ nhỏ nhất.tq giá trị từ 15-30ms.diều này có tác ñộng nhỏ gia tang ko xác ñịnh ñến ñộ sụt ñiên áp thuận làm giảm ñịmh mức dòng ñiện sau ñó

-ñiện dung ko ñối xứng-trong nhiều hệ thống cắt mạch nhanh khoá bảo vệ ñiện dung thì khôngn bị bắt buộc bởi diot ñối xong phải ñược lien kết qua thiết bị ñể cho dòng ñiện phản ứng

sản phẩm ñược khai thác hồi phục này ñược ñưa ra ñiều duy bất ñối xứngASCR ngay cả thòi gian chậm hơn tq;hơm ñiện dung nhanh nhưng tải hao tổn của khoá ñảo bất giới hạn.thời gian tắt chậm 8ms có thể trong khi vẩn duy trì 15v khoá ñảo chiều nhận ñược

-kĩ thuật khác cho thấy’’enhancing’’ ñặc tính của ASCR và sử dụng ñiện dung nhanh là sử dung một cấu trúc cổng sen ké gia tăng một cách ñãng cân nhắc,thiết bị ñịnh mức di/dt ở chế ñộ hoạt ñộng kĩ thuật nàyảnh hưởng rộng tới vùng hoạt ñộng của ‘’silicon’’ có giá trị ở cổng bắt lửa.cản trở mật ñộ dòng ñiện dư thừa gần cổng có thể dẫn tới hỏng máy

ðIỀU HÀNH DÒNG ðIỆN TẦN SUẤT CAO

mặc dù ASCR và ñiện dung dược thiết kế cho viêc ñiều chỉnh vận tốc cao,tấn suất cao nhất vẫn có thể bị tắt trong thực tế bị giói hạn từ 1-2khz với sự chuyền ñiện cưỡng chế tần suất bị tắt cao,lien kết với ñộ mức cao cửa võng dòng ñiện do chiều thuận gây ra, ñộ suy giảm mở ñể ñạt tới tốc ñộ rất quan trọng.trong một vài truòng hợp thiết bị ko mở chiều rộng dòng ñiện giới hạn cho dòng ñịnh mức dòng ñiện ngắt nhu cầu

dòng ñiện tải cộng hưởng cũng như sử dụng những cái ñó trong bộ phận làm long cảm ứng, ñể khắc phục vấn ñề giảm sự ngắt cho quá tải bằng cánh ngắt tại ñiểm tải ñiện qua dòng ñiện ñiểm không hay ñiện áp ñiểm không.kĩ thuật này cho phép ñiện dung nhanh ñược sử dụnglênn ñến 50khz hơnn nữa mạch cộng hưởng tải của sự chuyền dòng ñiện cưỡng chế và một cấu trúc ñiện bổ xung thì ko buộc phải chuyển mạch như ñăc trưng này là sử dụng bởi ñiện dung chinh

CỬA ðIỆN DUNG ðÓNG

của ñiênn dung ñóng(GTO) giống như ñiện dung thông thường có thể bị chặn ñường dẫn bởi dấu hiệu cổng dương ngắn ko giống như ñiện dung GTO có thể khôi phục chế ñộ cản thuận chiều ,sự vận dụng của dấu hiệu cực âm.GTO có thể thay thế cho ñiện dung nhanh ,dòng ñiện dần lien kết ở

Trang 12

ứng dụng ngắt DC biểu tượng dòng ñiện và cấu trúc GTO thích hợp ñược biểu hiện ở hình 2.8 nó vẫn còn là 1 linh kiện 4 lớp với ñiện áp giống nhau khu vực cổng thì sen ké với cực âm canot sản xuất một kết cấu theo mẫu ñể ñưa ñiên dung ngắt dòng cao bằng cách ngăn cản sự dẩn liên tục vào vùng cực âm giữa những công tắc cổng ñiều này chắc chắn rằng ngay cả mật ñộ dòng ñiện ñi qua ren trong suốt quá trình tắt mặc dù sự ñiều hành GTO thì rất phức tạp nhưng no lại có ích ñể tham chiếu ñến 2 bản mẫu ñiên trở của GTO ,hình 2.8c chỉnh trạng thái tắt ñạt ñược như thế nào thiết bị

có thễ ñược xét như 2 ñiện trở lien kết co tái sinh.bộ gom của một dòng ñiện chuẩn cho ñiện trở khác no có thể ñược biểu hiện ở cực dương Ia ñược tạo bởi:

Ia=(Ig-@npn)/I-2@npn

ðộ khuyếch ñại dòng ñiện thì lệ thuộc vào bộ thu ống góp và làm tăng dòng ñiện từ ñiểm không sự dẫn dòng ñiện ñược bắt ñầu từ cổng mạch ñiện.mà nâng ñộ khuyếch ñại (@npn+@npn) phần

tử ñơn vị ñể ñẳng thức bên trên Ia là vô cưc

Trong thực tế dòng ñiện dương thì có giới

TRANSISTOR LƯỠNG CỰC-CỔNG CÁCH ðIỆN

-Transistor lưỡng cực-cổng cách ñiện(IGBT) kết nối những ñường bao tốt nhất của MOSFET và BJT ñể ñưa ra 1 linh kiện ñiều khiển ñiện áp với chế ñộ tổn hao thấp ñường ñi của dòng ñiện va sự

bố trí cực ñược trình bày ở hình 2.20a

VẬN HÀNH

Trang 13

-ðiện trở trên của MOSFET ñiện áp cao thì hầu hết ñáng ñể khoảng lệch xã như ñã giải thích ở bộ phận trước Trong 1 IGBT, ñiện trở suất của khoảng này thì bị khử nặng bởi sự phun của bệ charge

từ 1 lớp bán dẫn bổ sung trong linh kiện Cách chế tạo thì ñược gọi là sự ñiều biến ñiện dẫn suất và kết quả trong chế ñộ tổn hao mở,có thể so sánh với hững thứ ñó của BJT 1 IGBT có thể bị ở chế

ñộ như một Transistor PNP khuyếch ñại thấp và MOSFET liên kết như ở hình 2.20b, lớp bán dẫn

bổ sung trở thành cực phát của Transistor PNP Nó cũng như cực thu của IGBT

-ðiện áp chế ñộ mở Vce(sat)của IGBT có 3 thành phần:

Vce(sat)=Vbe+(Id x Rdrift)+(Id x Rch)

Trong ñó: Vbe là sụt áp chuyển mạch của Transistor PNP

Rdrift là ñiện trở khoảng lệch và nhiều nhất là nhỏ hơn trong 1 ñương lượng MOSFET,xứng ñáng ñể sự ñiều biến ñiện dẫn suất

Rch là ñiện trở kênh của MOSFET -Giá trị ñặc trưng cho Vce(sat) là 2-3V ở dòng ñịnh mức, và 25’C Một linh kiện ñịnh mức ñã ñược ñánh giá là 1200V

-Cổng rãnh IGBTs ñược phát triển gần ñây với một khách quan hẹp hình dáng ngoài cả 2 Rdrift

và Rchcung cấp 1 Vce thấp hơn cho cường ñộ dòng ñiện

-Có 2 loại IGBT cơ bản : chọc xuyên qua (PT) và không chọc xuyên qua (NPT).Sự khác biệt liên

hệ ñến ñộ sụt và ñộ dày của khoảng lệch và lớp cực thu,loại PT có khoảng lệch mỏng hơn và ñộ sụt cực thu cao hơn loại NPT Nói chung linh kiện loại NPT có sự chuyển mạch ñộc lập nhiệt ñộ nhanh hơn và 1 hệ số nhiệt ñộ cực (+) của Vce,và linh kiện PT có 1 sự ñộc lập nhiệt ñộ của tổn hao chuyển mạch,và 1 hệ số nhiệt ñộ cực (-) của Vce

-Không như MOSFET, IGBT không có diot nhiễu sẵng bên trong cấu trúc của nó,vậy nên 1 diot nhanh tiện dụng ñồng thời có thể ñược chọn ñể hợp với tốc ñộ của IGBT

Trang 14

ðIỆN ÁP VÀ DỊNG ðIỆN ðỊNH MỨC

-ðiện áp định mức cơ bản của IGBT là bộ thu-phát đánh thủng điện áp(Vce) xác lập với điện áp phát cổng zero Những kết cấu cĩ giá trị với những định mức từ250V lên tới 6500V.Mặc dù cấu hình cho phép dịng định mức cực đại lên tới 2400A, những kết cấu này sử dụng nhiều chip IGBT liên kết đồng thời Chip đơn đều cĩ định mức tối đa là 300A

CHẾ ðỘ CHUYỂN MẠCH VÀ CỔNG TRUYỀN ðỘNG

-Giống như MOSFET, IGBT là bộ điều khiển điện áp và cổng hiện tại 1 tải điện dung đến dịng truyền động ðể ở vị trí mở khi tụ đã được nạp đến cao hơn giới hạn điện áp cổng phát,thường là 4-5V ðiển hình 1 IGBT 1200V-100A sẽ mở trong ít hơn 200ns Trong suốt thời gian dẫn,điện áp cổng phát bị giữ ở mức thấp nhất cĩ thể để tổn hao dẫn nhỏ nhất Chế độ tắt được bắt đầu bằng cách ngưng nạp cho cổng tụ phát Cấu trúc MOSFET tắt đầu tiên , cấp Ic đến sụt nhanh đến 1 mức trung gian 1 sự sụt chậm của dịng theo sau đĩ như là tắt cấu trúc PNP Khơng may, cồng dẫn dịng chỉ cĩ thể điều khiển MOSFET tắt và khơng ảnh hưởng đến chế độ PNP mở Thời gian tắt trễ

và thời gian sụt dịng thì ngăn hơn nhiều so với đương lượng Transistor lưỡng cực bởi vì độ

khuyếch đại thấp của cấu trúc PNP và bước phát triển làm giảm tuổi thọ vận chuyển Cả 2 biện pháp này đều cĩ ảnh hưởng của việc tăng Vce(sat) nên cĩ 1 sự tắt hụt giữa tổn hao chuyển mạch thấp và tổn hao dẫn thấp để đưa ra sự xuất hiện tốt nhất trong tần số thấp và cao,những IGBT ứng dụng thì cĩ giá trị trong những họ khác nhau, khách quan cho mỗi tổn hao dẫn thấp hay chuyển mạch thấp

-Cả 2 thời gian mở và tắt có thể điều chỉnh được bởi bộ chọn của cổng giá trị chống lại Cái này điều khiển tỉ lệ tại cái mà ngõ vào tụ là nạp hay không nạp Đây là 1 đường bao rất quan trọng như nó cho phép mở để đặt ở 1 tỉ lệ thích hợp chỉ số phục hồi đảo chiều của diot Free-wheeling (lăn) và cấp tỉ lệ của tắt(off) để bị khử nếu yêu cầu dean mức điện cảm quá tải điện áp

-Suốt trạng thái off,cổng phát IGBT thì giữ 1 cách bình thường ở mức thấp nhất -5V đến chắc chắn rằng kết cấu không thể bị hỏng turn on

VÙNG VẬN HÀNH AN TOÀN

-Đường FBSOA và RBSOA cho 1 chip IGBT là cả 2 bình phương và giới hạn bởi tầm điện áp đánh thủng và kéo dòng điện thu Idm , thường là 2 lần dòng 1 chiều (DC) Id Bình phương SOA làm IGBT -1 cơ cấu rất thẳng và cho phép vận hành không cần dòng giảm sốc hay là hệ thống khử tổn hao và kích thướt Mặc dù chip RBSOA là bình phương ,cấu hình RBSOA có thể có 1 vài sự khử trong Vce ở dòng lớn Cái này xứng để điện cảm kết nối với thiết kế ,trong suốt khi turn off điện áp tăng lên tại chip cao hơn cái kia ở cực Bởi IGBTs không chịu thiệt hại từ sự phá vỡ phụ ,không giống BJTs RBSOA cho 1 Eupec SM100GD120DLC thì được trình bày ở hình 2.21

ĐỒ THỊ DÒNG NGẮN

Trang 15

-Hầu hết IGBTs được sản xuất cho những ứng dụng năng lượng cao thì tầm điện ngắn Nghĩa là cấu hình có thể chịu bền được 1 chu kỳ ngắn của 1 tổn hao cao mà không có gây tổn hao.1 loại cấu hình sẽ là định mức cho dòng ngắn thời gian của 10us với chế độ chạy thử của 1 dòng gấp 10 lần Id, với 1 áp cực thu của nửa điện áp định mức và125’C Suốt chế độ khuyết này cấu trúc nhiệt độ có thể vượt quá 300’C Bộ điều khiển và dòng cổng truyền động phải dò tìm chế độ quá dòng và chuyển sang chế độ off IGBT trong khỏang thời gian định mức để tránh tổn hao Dòng ngắn này có thể bị điều khiển bằng cách thay đổi điện áp cổng Cho cấu hình

EupecDN2 1 Vce 10và17V sẽ sinh dòng ngắn của khỏang giữa 2và10 lần Id Để khử quá áp điện cảm ,khi off dòng ngắn lớn dòng cổng truyền động có thể chậm xuống tới off, thấp hơn những chế độ này bằng cách giới hạn dòng cổng nạp

SỰ VẬN HÀNH DÃY(BỘ) VÀ ĐỒNG THỜI

-Mặc dù những cấu hình thì cho phép lên tới 6500V Giá trị bình thường là hơn 330V cho 1 vài ứng dụng ở nay thì không đủ và những cấu hình phải kết nối thành dãy(bộ) Cái này thì dễ dàng đạt được với IGBTs hơn là với những cấu hình năng lượng khác xứng đáng để cho phép kết nối của chỉ số điện áp điều khiển , chuyển mạch nhanh , bình phương SOA Hình 2.22 chỉ

ra cách 2 IGBTs có thể kết nối trong bộ Trong thời gian rất nhanh , là cân bằng bở tụ nó có thể nhỏ hơn 1 dòng điện tương tự sử dụng BJTs hay Thyristor Suốt thời gian chuyển mạch, sự khác biệt trong thời gian trễ từ 1 cấu hình đến thứ khác sẽ đứng đầu để điện áp không cân bằng Dòng điện cực (+), được biểu diễn bằng đường zener và IGBT, giới hạn Vce để 1 giá trị nhỏ điện áp cao hơn điện áp đánh thủng của zener Cổng điều khiển điện áp nghĩa là dòng nhỏ thì cần thiết và chác chán chuyển mạch nhanh IGBT thì có thể thay thế cách vận hành này vì bình phương SOA

-Cấu hình có thể kết nối đồng thời đề tạo nên năng lượng chuyển mạch với tầm khỏang vài

KA Khi sử dụng cấu hình với nhiệt độ ,hệ số nhiệt độ cực (+) nhỏ hay không quá tầm thì được

Trang 16

đòi hỏi.Khi sử dụng cấu hình với hệ số nhiệt độ cực (-), nó thường để chọn cầu hình với cùng

THYRISTOR CỔNG DÀI HẠN TRỌN VẸN (IGCT)

-IGCT là 1 sự tiến bộ của GTO và có cùng cấu trúc cấu hình thiết yếu.Vậb hành với 1 turn off độ khuyếch đại 1 3-5 cho GTO đạt được turn off nhanh hơn và đòi hỏi cho khử nhiều Ngoài

ra để chế độ chính xác cho off sự quy nạp dòng cổng phải rất chậm Để đạt được như vậy dòng cổng là trọn vẹn vào cấu hình –IGCT có thể dùng có hay không có diot đồng thời

-Giống với 1 GTO ,IGCT là 1 cấu hình 4 lớp với cấu trúc cổng kỹ thuật số cao Cấu hình có thể khởi động vào chế độ on bằng cách ứng dụng 1 dòng điện cực(+) cho phép dòng qua giũa Anot và Catot 1 lần chuyển mạch trên dòng thì chỉ sai định mức bởi dòng ngòai Điện áp chế độ on thì thường là 3V cho cấu hình 4500V định mức Turn off có thể đạt được bằng cách đảo chệch dòng năng lượng chính hay cách bình thường hởn làtách dòng từ cổng Dòng đủ thì tách từ cổng do đó không có dòng qua ngang cổng tới Catot và cấu hình có lẽ giống 1 Transistor PNP Nó giúp turn off nhanh với 1 SOA tương tự cho 1 Transistor lưỡng cực

ĐIỆN ÁP VÀ DÒNG ĐỊNH MỨC

Trang 17

-Điện áp tối đa mà nó có thể bị khóa được đại diện bằng VDRM ,với cấu hình cho phép lên tới 5500V Điện áp này thì lớn hơn điện áp tối đa mà nó có thể liên tục trong suốt chuyển off Trạng thái on trung bình và r.m.s dòng định mức.ITAVE và ITRMS,dòng tải lớn nhất Trong trạng thái on,cấu hình có thể chịu được dòng vượt cao, nhưng cấu hình không thể chuyển sang off những dòng này Dòng lớn nhất , nó có thể turn off dưới mức xác định được ,là ITGQM Những cấu hình với định mức lên tới 4000A Dòng điều khiển tối đa gấp 2 lần dòng trạng thái on

HÀNH VI CHUYỂN MẠCH VÀ CỔNG TRUYỀN ĐỘNG

-Turn on là khởi tạo bằng ứng dụng của 1 dòng cổng(+) lên tới 100A Dòng cổng thấp hơn có thể được sử dụng nhưng nó tăng thời gian turn on và giới hạn công di/dt 1 lần dẫn là khởi tạo dòng có thể bị khử để dòng phản hồi khỏang vài A Cùng với GTO , nó cần cấu hình khuyếch đại thấp tại dòng Anot thấp

-Tại lúc turn on dòng Anot di/dt phải bị giới hạn để ngăn nóng pots như dẫn leach ra từ cổng và cũng trong những ứng dụng với 1 diot Free-wheel để giới hạn di/dt có thể không bị điều khiển qua hướng cổng

-Ngòai ra để cấu hình turn off dòng cồng đủ phải bị tách ra từ cấu hình để hành động tái sinh và dừng (hãm tái sinh) Để cho phép vận hành với ít hay không snubber và ít tổn hao switch off nhất 1 bộ khuyếch đại turn off 1 được sử dụng Và nó phải hòan thành đủ nhanh để tránh dòng Redistribution trong cấu hình nó sẽ nóng pots Trong 1 thiết kế GTO chuẩn , cổng điện cảm là của cái khác , khỏang 50nH Để chuyển 1 dòng Anot 2000A ra khỏi cổng trong 1us đòi hỏi 100V Điều này dẫn đến tổn hao năng lượng cổng truyền động rất cao.Và cũng vượt quá điện áp đánh thủng cổng,xấp xĩ 20V Bởi trọn vẹn , cổng truyền động đơn vị vào IGCT bộ phận 1 điện cảm khỏang 5nH thì đạt được Giờ chỉ 10V thì có thể yêu cầu đạt được , yêu cầu dòng cổng di/dt, năng lượng cổng truyền động bị khử và điện áp đánh thủng thì không bị vượt quá

Trang 18

-Để chuyển dòng cổng lớn đòi hỏi 1 mảng của MOSFET điện áp thấp đươc sử dụng cặp tới 1 bảng của tụ phân cực thấp.Năng lượng tiêu hao, cổng truyền động có thể sấp xỉ 80W cho 700A cấu hình chuyển mạch ở 500Hz

-Cùng với 1 GTO, 1 IGCT có thời gian on hay off nhỏ nhất.Thời gian nhỏ nhất khỏang 10us, được định bởi 1 sự kiện liên tục của yêu cầu thời gian cho CĐDĐ băng qua chip để bền và cho dòng cổng truyền động chuẩn bị cho lần cghuyển mạch kế tiếp Tần số chuyển mạch trung bình lớn nhất là 500Hz, mặc dù có thể tăng lên 2KHz với cổng đơn vị và vài dòng rò trong dòng định mức

-Trong sự kiện của dòng ngắn khuyết,cấu hình phải chuyển sang turn off trước khi dòng Anot tăng đến cao nhất hay điều khiển sẽ bị tổn hao và cấu hình mất tác dụng

CẤU HÌNH NĂNG LƯỢNG VÀ NHỮNG CHẤT KHÁC

+Thyristor điều khiển MOS

-MCT đã đượ phát triển để khai thác chế độ tổn hao thấp của 1 Thyristor với năng lượng cổng truyền động thấp và hành vi điều khiển đầy đủ của 1 MOSFET Ký hiệu và dòng điện của MCT được trình bày ở hình 2.25

-Cách vận hành thì dễ dàng để hiểu từ dòng ngang ở trạng thái turn off MOSFET thì turn on, nó giữ cấu hình PNP turn off Và MCT có thể khóa điện áp cự(+) Anot Catot Để mở,FET đang tắt và phải turn on FET chuyển mạch on Nó cung cấp dòng cơ bản để Transistor NPN và tái sinh năng lượng với thyristor chuẩn 1 lần ở trạng thái on, MCT có 1 tụ tương tự để 1 Thyristor và Drop điện áp thấp khỏang 1-2V Để turn off MCT, FET dang off 1 lần nũa dược turn on Dòng ngắn này Thyristor PND cơ bản và hãm tái sinh và cấu hình tắt trong 1 maner rất tương tự, để dùng cho GTO

-Mặc dù MCT thường tổn hao trạng thái on thấp , năng lượng cổng truyền động thấp, đó là giới hạn quan trọng , tránh dùng sai cấu hình Cổng chệch phải được bảo dưỡng ở mọi thời điểm để chắc rằng cấu hình turn off, không gian vận hành chuyển mạch an tòan là giới hạn cho

1 nửa điện áp định mức ở dòng định mức Những cấu hình đã được làm với định mức tối đa xấp

xĩ 1500V,100A

+MOS turn off Thyristor

-MTO thì rất giống trong những điểm với MCT và GCT , ký hiệu và dòng được biểu diễn ở hình 2.26 Trong vài cấu hình năng lượng khác, MTO là 1 cấu hình 4 cực Trong việc bổ sung cho cực năng lượng chính, nó có 2 cổng cực, 1 on và 1 off

-Như đã thấy từ luồng dòng , MTO nối với 1 GTO, cái có thể chịu trách nhiệm cho chế độ và 1 MOSFET, cái chỉ có thể dùng suốt thời gian off Để turn on, dòng phải chạy vào cổng on 1 lần chế độ là khởi tạo và bắt đầu và dòng Anot bị giới hạn duy nhất bởi dòng ngòai Giống với GTOs, v2IGCTs 1 dòng Back-porch khỏang vài A riêng là yêu cầu để chăùc rằng cấu hình vẫn turn on với điện áp nhỏ nhất Để tắt Back-porch turn off cực cổng chuyển mạch này lên trên MOSFET với dòng truyền động ra ngoài cổng cưỡng bức, dòng cổng đủ thì chạy ngược để 1 bộ khuyếch đại chế độ turn off, cái giữ turn off nhanh hơn cho 1 GTO vận hành ở 1 bộ khuyếch

Định dạng
Số trang	36
Dung lượng	862,59 KB