Nghiên cứu độ tin cậy của hệ thống điện tử công suất sử dụng trong công nghiệp

Các mặt hàng quan trọng nhất là những thứ trong đó khoảng cách giữa độ tin cậy thực tế và độ tin cậy cần thiết là cao nhất. Để xác định thành phần như vậy, các yếu tố như tuổi thọ mục [r]

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ HẢI PHÒNG

ISO 9001:2015

NGHIÊN CỨU ĐỘ TIN CẬY CỦA CÁC HỆ THỐNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT SỬ DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ HẢI PHÒNG

NGHIÊN CỨU ĐỘ TIN CẬY CỦA CÁC HỆ THỐNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT SỬ DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH: ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP

Sinh viên Đào Văn Phán

Giảng viên hướng dẫn :GSTSKH Thân Ngọc Hoàn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CƠNG NGHỆ HẢI PHỊNG

-

NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

Sinh viên: Đào Văn Phán - Mã SV: 1512102053 Lớp: DC1901 - Ngành: Điện Tự Động Công Nghiệp

NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI

1 Nội dung yêu cầu cần giải nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp

( lý luận, thực tiễn, số liệu cần tính tốn vẽ)

……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính tốn

……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ………

3 Địa điểm thực tập tốt nghiệp

……… ……… ………

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

Người hướng dẫn thứ nhất:

Họ tên : GSTSKH Thân Ngọc Hoàn Học hàm, học vị : Giáo sư Tiến sĩ Khoa Học

Cơ quan công tác : Trường Đại Học Quản Lý Công Nghệ Hải Phịng Nội dung hướng dẫn : Tồn đề tài

Người hướng dẫn thứ hai:

Họ tên: Học hàm, học vị: Cơ quan công tác: Nội dung hướng dẫn:

Đề tài tốt nghiệp giao ngày tháng năm

Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày tháng năm

Đã nhận nhiệm vụ ĐTTN Đã giao nhiệm vụ ĐTTN

Sinh viên Người hướng dẫn

Đào Văn Phán GSTSKH Thân Ngọc Hồn

Hải Phịng, ngày tháng năm 2019 Hiệu trưởng

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TỐT NGHIỆP

Họ tên giảng viên: Đơn vị công tác: Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Đề tài tốt nghiệp:

Tinh thần thái độ sinh viên trình làm đề tài tốt nghiệp

1 Đánh giá chất lượng đồ án/khóa luận (so với nội dung yêu cầu đề nhiệm vụ Đ.T T.N mặt lý luận, thực tiễn, tính tốn số liệu…)

2 Ý kiến giảng viên hướng dẫn tốt nghiệp

Được bảo vệ Không bảo vệ Điểm hướng dẫn

Hải Phòng, ngày … tháng … năm Giảng viên hướng dẫn

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN CHẤM PHẢN BIỆN

Họ tên giảng viên: Đơn vị công tác: Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Đề tài tốt nghiệp: Phần nhận xét giáo viên chấm phản biện

2 Những mặt hạn chế

3 Ý kiến giảng viên chấm phản biện

Được bảo vệ Không bảo vệ Điểm hướng dẫn

Hải Phòng, ngày … tháng … năm Giảng viên chấm phản biện

1

MỤC LỤC

Chương 1:

CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

1.2 DIODE CÔNG SUẤT

1.2.1 Nguyên lý cấu tạo làm việcvới công suất nguồn tải

1.2.2 Đặc tính Volt – Ampere (V – A)

1.2.3 Trạng thái đóng ngắt

1.2.4 Các tính chất động

1.2.5 Mạch bảo vệ diode

1.2.6 Các đại lượng định mức diode

1.3 BJT CÔNG SUẤT (BIPOLAR JUNTION TRANSISTOR)

1.3.1 Nguyên lý cấu tạo làm việc

1.3.2 Đặc tính V-A mạch có Emitter chung 10

1.3.3 Trạng thái đóng ngắt 11

1.3.4 Các tính chất động 11

1.3.5 Các đại lượng định mức transistor 12

1.3.6 Mạch kích bảo vệ cho transistor 12

1.4 MOSFET (Metal – Oxide – Semiconductor Field Effect Transistor) 16

1.5 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 19

1.6 SCR (Silicon Controlled Rectifier) 21

1.6.1 Mô tả chức 21

1.6.2 Các tính chất trạng thái 22

1.6.3 Đặc tính V-A 23

1.6.4 Khả mang tải 24

1.6.5 Mạch kích SCR 24

1.6.6 Mạch bảo vệ SCR 26

1.7 TRIAC 27

1.7.1 Đặc điểm cấu tạo 27

1.7.2 Đặc tính V-A 28

2

CHƯƠNG 2: 31

CÁC BỘ CHỈNH LƯU CÓ ĐIỀU KHIỂN DÙNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 31

2.1 TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 31

2.2 CHỈNH LƯU MỘT PHA CÓ ĐIỀU KHIỂN 32

2.2.1 Chỉnh lưu nửa chu kỳ có điều khiển 32

2.3 CHỈNH LƯU BA PHA CÓ ĐIỀU KHIỂN 35

2.3.1 Chỉnh lưu ba pha hình tia có điều khiển 35

2.3.2 Chỉnh lưu ba pha hình cầu có điều khiển 39

Chương : 43

ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỆN TỬ CỘNG SUẤT DÙNG TRONG CÔNG NGHIỆP 43

3.1 MỘT TƯƠNG LAI CÔNG NGHIỆP 43

3.2 ỨNG DỤNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀO CÔNG NGHIỆP 45

3.3 ĐỘ TIN CẬY ỨNG DỤNG CỤ THỂ CỦA CÁC THÀNH PHẦN 47

3.4 YÊU CẦU TUỔI THỌ 48

3.5 CƠ CHẾ KHÔNG THÀNH PHẦN 54

3.6 TIỀM NĂNG ĐỂ CẢI THIỆN ĐỘ TIN CẬY 55

KẾT LUẬN: 65

3 Chương 1:

Lời mở đầu :

Kỷ nguyên Truyền động điện coi kỷ 19 Tesla phát minh động khơng đồng năm 1888 Từ đó, động điện thay động nước, vốn coi động lực cho cách mạng công nghiệp lần thứ (thế kỷ 18) lần thứ hai (thế kỷ 19) Sự đời van bán dẫn công suất lớn diode, BJT, thyristor, triac tiếp IGBT thực mang đến cho truyền động điện biến đổi lớn chất lượng Bài nghiên cứu nhằm mục đích phân loại tìm hiểu độ tin cậy cảu điện tử công suát ngành cơng nghiệp phát triển nhanh chóng

CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

1.1 PHÂN LOẠI LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

- Các linh kiện bán dẫn công suất có hai chức ĐĨNG NGẮT dịng điện qua

- Trạng thái linh kiện dẫn điện (ĐÓNG): linh kiện giống điện trở có giá trị bé (gần khơng)

- Trạng thái linh kiện không dẫn điện (NGẮT): linh kiện giống điện trở có giá trị lớn

4

- Nếu linh kiện khơng có cổng điều khiển q trình chuyển trạng thái làm việc xảy tác dụng nguồn công suất ngõ ra, ta gọi linh kiện loại khôngđiều khiển

- Đối với linh kiện điều khiển được, tín hiệu điều khiển

cho dẫn dịng điện mà khơng thể tác động ngắt dịng điện qua nó, ta gọi linh kiện khơng có khả kích ngắt (SCR, TRIAC) Ngược lại, linh kiện chuyển trạng thái làm việc từ đóng sang ngắt hay từ ngắt sang đóng thơng qua tín hiệu kích thích tác động lên cổng điều khiển gọi linh kiện có khả kích ngắt (BJT, MOSFET, IGBT,GTO…)

Ta phân thành ba nhóm linh kiện sau :

- Nhóm linh kiện khơng điều khiển Diode, DIAC

- Nhóm linh kiện điều khiển kích đóng SCR, TRIAC

- Nhóm linh kiện điều khiển kích ngắt BJT, MOSFET, IGBT, GTO

1.2 DIODE CÔNG SUẤT

1.2.1 Nguyên lý cấu tạo làm việcvới công suất nguồn tải

Hình H1.2.1: Cấu trúc Diode (a) ký hiệu (b)

5

Hình H1.2.1a : Sơ đồ nguyên lý phân cực cho diode

a) phân cực thuận b) phân cực ngược

Khi ta đặt điện áp lên diode, cực dương gắn với lớp P cực âm gắn với lớpN

(hình H1.2.1a.a), điện tử chuyển từ lớp N qua lớp P Còn hạt mang điện chuyển từ lớp P sang lớp N có dịng điện chạy qua diode

Khi điện áp ngược đặt lên diode (cực dương gắn với lớp N cực âm gắn với lớp P – hình H1.2.1a.b), điện tử phần tử mang điện dạng lỗ trống điện tử tự bị kéo xa mối nối, kết có dịng điện rị vào khoảng vài mA chạy qua

Khi điện áp ngược tiếp tục tăng điện tích tăng gia tốc gây lên va chạm dây chuyền làm hàng rào điện bị chọc thủng diode tính chất dẫn điện theo chiều (diode bị hỏng)

Trên hình vẽ, đầu lớp P gọi Anode (A) lớp N Cathode (K)

6

Hình H1.2.2: Đặc tính V – A thực tế (a) lý tưởng(b)

Đặc tính có hai nhánh: nhánh thuận tương ứng với trạng thái dẫn điện (nằm góc phần tư I) nhánh nghịch tương ứng với trạng thái ngắt (nằm góc phần tư III) hình H1.2.2 Trong đó, hình H1.2.2a đặc tính V – A thực tế, hình H1.2.2b đặc tính lý tưởng

Giải thích ký hiệu :

- U0: điện áp khóa diode, U0 = 0,3V 0,6V tùy theo chất bán

dẫn.-UF: điện áp thuận diode

- UR: điện áp ngược diode (điện áp đánh thủng)

- IF: dòng điện thuận chạy qua diode

1.2.3 Trạng thái đóng ngắt

Khi điện áp đặt vào anode cathode lớn điện áp khóa diode diode dẫn điện, ngược lại diode khóa (khơng dẫn điện)

UAK> U0: diode dẫn điện

UAK< U0: diode ngưng dẫn

Ta xét với trường hợp diode lý tưởng : UAK> 0: diode dẫn điện

UAK< 0: diode ngưng dẫn

7

Quá trình chuyển mạch: trình diode chuyển từ trạng thái dẫn điện sang trạng thái ngắt

Hình H1.2.4: Quá trình chuyển mạch

Trong khoảng [0t0] diode dẫn dịng qua dịng thuận IF

Tại thời điểmt0 diode ngắt, dòng qua diode (dòng thuận) giảm dần

Khitt1: dòng thuận tiến tới 0, chuyển động hạt dẫn nên

diode tiếp tục dẫn với dịng có chiều ngược lại

Khi tt2: hạt dẫn tiêu tán hết, diode khôi phục khả khoá áp

ngược

Khi tt3: dịng ngược giảm Qúa trình ngắt diode kết thúc

8

Hình H1.2.5: Mạch bảo vệ diode

Để hạn chế ảnh hưởng tượng áp bảo vệ cho diode công suất, ta mắc song song với diode mạch lọc RC.Tuy nhiên, diode cơng suất thực tế tích hợp sẳn mạch RC

1.2.6 Các đại lượng định mức diode

Điện áp định mức: điện áp ngược lớn (URM) lặp lại tuần hồn trêndiode

Dịng điện định mức: dịng điện thuận lớn (IFM) chạy qua diode mà không làm cho diode bị hỏng

Để tăng khả chịu áp tải ta ghép nối tiếp diode, để tăng khả chịu dòng tải ta ghép song song diode

Hình dạng số diode thực tế hình H1.2.6

Hình H1.2.6: Một số diode thực tế

9

1.3.1 Nguyên lý cấu tạo làm việc

Transistor cấu tạo cấu trúc lớp dạng n-p-n (hình H1.3.1a) p-n-p (hình H1.3.1b).Nhưng dạng n-p-n sử dụng nhiều loại có kích thước nhỏ với mức điện áp dịng điện

Transistor có cực: cực Base (B), cực Collector (C) cực Emitter (E) linh kiện điều khiển hồn tồn thơng qua cực B E Mạch công suất nối cực C E

Ký hiệu transistor hình H1.3.1a

Hình H1.3.1: Nguyên lý cấu tạo transistor

Hình H1.3.1a : Ký hiệu transistor

10

Trên hai cực B E điện áp điều khiển uBE.Các điện cực C, E sử dụng làm cơng tắc đóng ngắt mạch cơng suất Điện áp điều khiển phải có tác dụng tạo dòng iB đủ lớn để điện áp hai cực C E đạt giá trị không (uCE=0)

Transistor linh kiện điều khiển hoàn toàn dịng điện iB

Hình H1.3.1b : Sơ đồ mắc theo dạng Emitter chung

1.3.2 Đặc tính V-A mạch có Emitter chung

Đặc tính V-A ngõ mạch mắc theo dạng E chung hình H1.3.2a (đặc tính thực tế) hình H1.3.2b (đặc tính lý tưởng)

11

Đặc tính ngõ ra: biểu diễn quan hệ đại ngõ iC = f(uCE), thông số biến thiên dịng kích iB Các đặc tính ngõ vẽ cho giá trị khác iB

Đường thẳng biểu diễn UCE = U - ICRC đường đặc tính tải Giao điểm đường với đặc tính ngõ xác định điểm làm việc transistor

Trong vùng chứa đặc tính ngõ ra, ta phân biệt ba vùng: vùng nghịch, vùng bảo hịa vùng tích cực

Vùng nghịch: iB= 0, transistorởtrạng thái ngắt Dịng iCcó giá trịnhỏkhơngđáng kể qua transistor tải gọi dòng điện rò

Vùng bảo hòa: vùng giới hạn xác định điện thếUCE= UCE(sat)nhỏnhất cóthể đạt ứng với giá trị IC cho trước vùng giới hạn đường đặc tính

I B=

Nếu điểm làm việc nằm vùng bảo hịa (xem điểm đóng hình H1.3.2a), transistor đóng, transistor làm việc khóa đóng ngắt dịng điện

Vùng tích cực: vùng transistor hoạt độngởchế độkhuếch đại tín hiệu

1.3.3 Trạng thái đóng ngắt

IB ≥ IB(sat) : BJT đóng IB = : BJT ngắt

Với IB(sat) dòng điện IB bảo hòa Để đơn giản, ta thường xét điều kiện đóng ngắt transistor điều kiện lý tưởng

IB> : BJT đóng IB = : BJT ngắt

1.3.4 Các tính chất động

12

Hình H1.3.4: Quá trình chuyển mạch transistor

Q trình chuyển mạch tạo nên cơng suất tổn hao đóng ngắt transistor Cơng suất tổn hao làm giới hạn tần số hoạt động transistor.Khi đóng ngắt, dòng điện qua transistor lớn điện áp mức cao nên giá trị tức thời công suất tổn hao lớn

Quá trình chuyển đổi điểm làm việc từ vị trí NGẮT đến vị trí ĐĨNG (hoặc ngược lại) mơ tả hình H1.3.4a.Q trình kéo dài thời gian ton toff

1.3.5 Các đại lượng định mức transistor

Định mức điện áp: giá trị điện áp cực đại hai cực C, E iB= haicực B, E iC = Các giá trị giá trị tức thời

Định mức dòng điện: giá trịcực dòng điện iC, iE, iB Đó giá trịcực đại tức thời transistor đóng trạng thái bảo hịa

Công suất tổn hao: công suất tổn hao tạo chủyếu cực C

PC = UCE.IC.Công suất tổn hao làm cho transistor nóng lên.Khi transistor làm việc, nhiệt độ sinh transistor không vượt giá trị nhiệt độ cho phép, thường 1500C

1.3.6 Mạch kích bảo vệ cho transistor

13

Sơ đồ mạch giản đồ xung kích hình 1.3.6.Khi xung điện áp UB đưa vào, dòng điện qua cổng B bị giới hạn điện trở R1

Hình 1.3.6: Sơ đồ mạch kích giản đồ xung kích b Điều khiển ngắt:

Khi điện áp UB giảm xuống giá trị âm U2< 0, hai cực B, E xuất điện áp ngược tổng điện áp UB UC

Sau tụ C xả hết, điện áp BE xác lập U2< nên transistor bị kíchngắt

Thí dụ sơ đồ mạch kích

14

Cổng Base BJT công suất điều khiển cuộn thứ cấp C3 biến áp xung cuộn dây TX1.Cuộn sơ cấp C1, C2 Để điều khiển đóng BJT Q4, điện áp có giá trị dương cấp cho đầu A làm cho Transistor Q3 đóng, cuộn C1 tích điện, điện áp dương xuất cuộn C3, đồng thời cuộn C2 khơng có dịng chạy qua BJT Q2 ngắt, Q1 đóng nối tắt cổng Base Q2 xuống masse

Khi xung áp điều khiển đầu A giảm xuống 0, hai BJT Q1 Q3 ngắt Khi Q3 ngắt cuộn C1 hở không cấp nguồn, đồng thời cuộn C2 cấp điện Q2 đóng Do khác cực tính nên cuộn C3 xuất điện áp ngược ngắt Q4 Diode D1 D2 có tác dụng bảo vệ q dịng

Mạch phát tín hiệu để điều khiển mạch công suất dùng bán dẫn thường yêu cầu cách ly điện.Điều thực optron hặc biến áp xung

Biến áp xung: gồm cuộn sơ cấp có thểcó nhiều cuộn thứcấp Sơ đồnguyên lý mạch cách ly tín hiệu điều khiển dùng biến áp xung hình 1.3.6b

Optron: gồm nguồn phát tia hồng ngoại dùng diode quang mạch thu dùngphototransistor hình 1.3.6c

15

Hình 1.3.6c: Sơ đồ nguyên lý cách ly tín hiệu điều khiển dùng Optron Mạch bảo vệ transistor: bảo vệ transistor trước tượng tăng nhanh điện áp dòng điện qua transisitor Mạch bảo vệ hình 1.3.6d

Mạch RC có tác dụng hạn chế chế tăng điện áp hai cực C, E Cuộn kháng Ls làm giảm tăng dòng điện qua BJT

Hình 1.3.6d :Mạch bảo vệ BJT

16

Hình 1.3.6e : Hình dạng số transistor thực tế

1.4 MOSFET (Metal – Oxide – Semiconductor Field Effect Transistor)

MOSFET transistor có khả đóng ngắt nhanh tổn hao đóng ngắt thấp MOSFET sử dụng ứng dụng cơng suất nhỏ (vài KW)

MOSFET có cấu trúc NPN PNP Hình H1.4 mơ tả cấu trúc MOSFET loại NPN ký hiệu

17

MOSFET điều khiển đóng ngắt xung điện áp đặt vào cực cổng (G).Khi điện áp dương đặt lên hai cổng G S dịng điện dẫn từ cực D tới cực S

MOSFET có điện trở dẫn điện lớn nên công suất tổn hao dẫn điện lớn.Đặc tính V-A MOSFET loại N hình H.1.4.1 Đặc tính có dạnggiống đặc tính V-A BJT

Hình 1.4.1: Đặc tính V-A MOSFET

MOSFET trạng thái ngắt điện điện áp cổng thấp giá trị UGS.Điện áp kích cho MOSFET phải dạng liên tục.Giá trị điện áp kích tối đa ±20V

Mạch kích MOSFET

Sơ đồ mạch kích hình H1.4.1 Khi có điện áp UG, tụ điện C1 tích điện dịng điện vào cực G:

IG 

UG

R

S

Sau xác lập, điện áp cực cổng là: U

GS

U G.RG

18

Hình 1.4.2: Sơ đồ mạch kích cho MOSFET

Đối với sơ đồ hình 1.4.1, điện áp kích U1 mức cao, Q1 dẫn Q2 khóa làm cho MOSFET dẫn.Khi tín hiệu U1 mức thấp, Q1 ngắt, Q2 dẫn làm cho MOSFET ngắt điện

Mạch kích cho MOSFET cách ly với mạch tạo tín hiệu điều khiển thơng qua biến áp xung optron (1.4.3.a,b)

19

Hình 1.4.4: Hình dạng số MOSFET

1.5 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)

Nguyên lý cấu tạo, ký hiệu mạch điện tương đương IGBT hình 1.5.IGBT transistor cơng suất đại, có kích thước gọn nhẹ, có khả chịu điện áp dịng điện lớn, có độ sụt áp dẫn điện vừa phải

Việc kích dẫn IGBT thực xung điện áp đưa vào cổng G Đặc tính V-A IGBT có dạng tương tư đặc tính V-A MOSFET

20

Hình 1.5: Cấu tạo(a), ký hiệu(b) mạch tương đương(c) IGBT

IGBT có khả làm việc với dòng điện lớn chịu điện áp ngược cao

Thời gian đáp ứng đóng ngắt IGBT nhanh (khoảng vài µs)

IGBT có khả hoạt động tốt khơng cần đến mạch bảo vệ.Trong trường hợp đặc biệt, sử dụng mạch bảo vệ MOSFET áp dụng cho IGBT

Module IGBT thông minh (Intelligent Power Module): chế tạo cơng nghệ tích hợp cao Trên module chức phần tử IGBT, mạch kích lái, mạch bảo vệ, cảm biến dòng điện.Các module đạt độ tin cậy cao

Mạch kích IGBT thiết kế tương tự mạch kích cho MOSFET Do giá thành IGBT cao, đặc biệt cho cơng suất lớn, mạch kích lái IGBT chế tạo dạng IC công nghiệp Các IC có khả tự bảo vệ chống tải, nắn mạch, chế tạo tích hợp dạng module riêng (1, 2, 4, driver) tích hợp module bán dẫn (bao gồm mạch lái, IGBT mạch bảo vệ)

21

Hình 1.5.1a: Hình dạng số IGBT thực tế

Hình 1.5.1b: Các board mạch điều khiển bảo vệ IGBT

1.6 SCR (Silicon Controlled Rectifier) 1.6.1 Mô tả chức

22

Hình 1.6.1: Nguyên lý cấu tạo(a), ký hiệu(b) mạch tương đương(c) SCR

Sơ đồ thay SCR mạch transistor hình 1.6.1c Khi đưa vào hai cổng G, K xung dịng IG SCR dẫn điện.SCR trì trạng thái dẫn điện xung dịng IG bị ngắt

1.6.2 Các tính chất trạng thái

SCR có hai trạng thái:

+ Trạng thái khóa: Anode chịu điện áp dương so với cathode

+ Trạng thái nghịch: điện áp Anode âm so với Cathode Để SCR chuyển sang trạng thái dẫn điện phải thỏa mãn hai điều kiện sau:

+ SCR trạng thái khóa

+ Có xung dịng điện kích IG> đủ lớn

Hiện tượng ngắt SCR: trình chuyển từtrạng thái dẫn điện sang trạng tháikhơng dẫn điện hình 1.6.2 Quá trình gồm hai giai đoạn:

+ Giai đoạn làm dòng thuận bị triệt tiêu

23

Hình 1.6.2: Đặc tính động SCR

1.6.3 Đặc tính V-A

Đặc tính V-A ngõ ra: biểu diễn quan hệ điện áp dịng điện qua hai cực Anode Cathode (hình 1.6.3)

Hình 1.6.3: Đặc tính V-A SCR

+ Nhánh thuận (1): SCRởtrạng thái dẫn điện Độsụt áp Anode vàCathode nhỏ không đáng kể

24

1.6.4 Khả mang tải

Khả chịu áp SCR đạt đến hàng chục KV, thơng thường mức ÷ 7KV.Dịng điện trung bình khoảng 5000A, độ sụt áp dẫn điện nằm khoảng 1,5 ÷ 3V, phần lớn SCR làm mát khơng khí

Các SCR đặc biệt:

SCR cao áp: có điện áp lặp lại lớn khoảng vài ngàn volt SCR nhanh: đóng ngắt nhanh, khả chịu áp dòng thấp

Photothyristor: đóng bình thường xung kích vào cổng G tia sáng lên vị trí định vỏ SCR

1.6.5 Mạch kích SCR

25

Hình 1.6.5: Mạch kích SCR

Mạch kích hình 1.6.5a: tác dụng điện áp lên mạch cổng B Q1, Q1 dẫn bảo hòa làm xuất điện áp Vcc cuộn sơ cấp máy biến áp xung làm cảm ứng xung điện áp phía thứ cấp Xung áp tác dụng lên cổng G SCR làm cho dẫn điện.Khi khóa xung kích, Q1 bị ngắt, dịng qua máy biến áp xung trì qua mạch cuộn sơ cấp diode Dm

Hình 1.6.5b: xung điều khiển kết hợp với tín hiệu phát xung vng qua cổng AND trước đưa vào cổng B Q1 để hạn chế tổn hao mạch cổng

26

Hình 1.5.6a: Mạch kích SCR đơn

1.6.6 Mạch bảo vệ SCR

Hình 1.6.6: Mạch bảo vệ SCR

Để giảm tốc độ thay đổi dịng điện, ta dùng cảm kháng mắc nối tiếp với SCR (hình 1.6.6a)

27

Hình dạng số loại SCR thực tế hình 1.6.6a

1.6.6a : Một số SCR thực tế

1.7 TRIAC

1.7.1 Đặc điểm cấu tạo

TRIAC cấu tạo hai SCR mắc đối song (hình 1.7.1) Do linh kiện cóthể dẫn điện theo hai chiều

28

Hình 1.7.1: Cấu tạo TRIAC(a) ký hiệu (b) đặc tính V-A (c)

Giống SCR, ta khơng thể điều khiển ngắt dịng điện qua TRIAC

Điều kiện ngắt dòng điện qua TRIAC giống điều kiện ngắt SCR

1.7.2 Đặc tính V-A

Đặc tính V-A TRIAC tương tự SCR Do khả dẫn điện theo hai chiều, đặc tính V-A TRIAc có dạng đối xứng qua tâm góc tọa độ (hình 1.7.1c)

Việc kích đóng TRIAC chia thành hai trường hợp: • UV> 0:

c) UG> 0, IG> d) UG< 0, IG< • UVR< 0: c) UG> 0, IG> d) UG< 0, IG<

Trên thực tế, việc kích cho TRIAC thực dịng kích dương cho trường hợp dịng qua TRIAC dương dịng kích âm dịng qua TRIAC âm (chiều dương qui ước chiều từ M1 đến M2 hình 1.7.1a)

29

Hình 1.7.2: Một dạng mạch kích cho TRIAC

1.7.2a: Một số hình dáng TRIAC

1.8 GTO

Đặc điểm cấu tạo :

GTO có cấu tạo hình 1.8a Cũng giống SCR, GTO kích đóng xung dịng điện đưa vào cổng G điện áp Anode -Cathode

dương U AK0 Tuy nhiên, GTO có khả điều khiển ngắt xung dòng

đưa vào cổng

30

Hình 1.8: Cấu trúc GTO(a), sơ đồ tương đương(b) ký hiệu (c)

Điểm khác biệt GTO so với SCR xung dịng kích IG đưa vào cổng G GTO phải trì liên tục suốt thời gian GTO dẫn điện

Linh kiện GTO cần phải có mạch bảo vệ.q trình ngắt GTO địi hỏi sử dụng xung dịng kích đủ rộng nên thời gian ngắt kéo dài Mạch bảo vệ GTO hình 1.8.Tụ điện C có giá tr t 2àF ữ àF

Hỡnh 1.8.1: Mch bảo vệ GTOHình 1.8.2: Hình dáng thực tế

31 CHƯƠNG 2:

CÁC BỘ CHỈNH LƯU CĨ ĐIỀU KHIỂN DÙNG ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT

2.1 TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

Diode linh kiện tự dẫn điện (khi UAK> 0) nên điện áp chỉnh lưu (điện áp chiều) có giá trị khơng đổi.Đối với số loại tải có u cầu thay đổi điện áp (ví dụ điều chỉnh tốc độ động cơ) chỉnh lưu dùng diode khơng đáp ứng Do đó, người ta thay diode thyristor (hay gọi SCR) để điều chỉnh giá trị điện áp chỉnh lưu

SCR thuộc nhóm linh kiện điều khiển kích đóng.Việc ngắt SCR thực nằng cách đặt điện áp ngược triệt tiêu dòng điện qua

Để kích đóng SCR phải thỏa hai điều kiện: + Xuất điện áp khóa SCR: UAK>

+ Có dịng xung kích đủ lớn tác động vào cỗng G

Góc điều khiển (hay cịn gọi góc kích, ký hiệu ): góc tính từ thời điểm mở tự nhiên đến thời điểm có xung kích đưa vào cực G SCR

Thời điểm mở tự nhiên thời điểm mà diode bắt đầu dẫn điện Gọi X0 thời điểm mở tự nhiên Ta có:

+ Đối với chỉnh lưu pha: X0 = (hình H2.1a)

+ Đối với chỉnh lưu ba pha: X0=6 hay X0=300 (hình H2.7b)

32

Gọi Xlà vị trí đưa xung kích vào cực G SCR

Ta xác định góc kích  sau:  X  X 0

2.2 CHỈNH LƯU MỘT PHA CÓ ĐIỀU KHIỂN 2.2.1 Chỉnh lưu nửa chu kỳ có điều khiển

Sơ đồ mạch chỉnh lưu điều khiển bán kỳ pha tải trở hình H2.2.1a với tải R – L – E hình H2.2.1b.Tải chiều R – L - E thường động điện chiều

Hình H2.2.1: Sơ đồ chỉnh lưu bán kỳ pha có điều khiển Đồ thị dạng sóng ngõ chỉnh lưu hình H2.2.1

33

Điện áp chỉnh lưu có xung, chu kỳ áp chỉnh lưu với chu kỳ nguồn áp xoay chiều Ở hình H2.2.2a, tải trở nên điện áp nguồn U khơng điện áp chỉnh lưu Ud khơng dịng điện qua tải Id khơng

Ngược lại, hình H2.2b, tải có khả lưu trữ lượng (tải R-L-E ) nên điện áp nguồn không, linh kiện không ngắt mà tiếp tục dẫn dịng điện tải Id>0 Khi Id=0 linh kiện ngưng dẫn điện áp chỉnh lưu Ud = E

Trong hai trường hợp trên, dòng điện tải ln có đoạn khơng nên gọi dòng tải gián đoạn

Giả sử điện áp nguồn xoay chiều có dạng: u(t)Umsin(t)

Trị trung bình điện áp chỉnh lưu:

2



U msin(t ).d (t )

Um

U (1  cos ) (3.2) U

d 

 1

U d() d  cos(t ) 





2 0 2   2

Với: U trị hiệu dụng điện áp nguồn.

 góc kích từ

SCR dẫn điện khoảng thời gian chu kỳ điện áp nguồn Do đó, trị trung bình dịng điện qua linh kiện

I  Id

SCR

2

Điện áp ngược lớn đặt lên linh kiện: U

n max

U

m

Phạm vi góc điều khiển: 01800

34

Hình 2.2.2: Sơ đồ chỉnh lưu cầu dùng SCR

Dạng diện áp giống trường hợp chỉnh lưu hình tia biên độ gấp đơi Điện áp trung bình lối

Ngoài sơ đồ chỉnh lưu cầu trên, cịn có mạch chỉnh lưu gọi không đối xứng với việc thay hai SCR hai diod

Tuy nhiên mạch điều khiển đơn giản, dễ sử dụng giá thành hạ

35

2.3 CHỈNH LƯU BA PHA CÓ ĐIỀU KHIỂN 2.3.1 Chỉnh lưu ba pha hình tia có điều khiển

Ta xét tải chỉnh lưu tải trở (hình 2.3.1a) tải R-L-E (hình 2.3.1b)

Hình 2.3.1: Sơ đồ chình lưu tia ba pha

Giả sử dịng tải liên tục Do đó, thời điểm, dòng điện tải kép kin qua nhánh chứa nguồn SCR dẫn điện

Do tính chất đối xứng nguồn nên SCR kích đóng đối xứng theo trật tự T1, T2, T3, T1, … Giản đồ xung kích đóng, dạng sóng điện áp dịng điệnchỉnh lưu hình H3.11 Khi linh kiện dẫn điện điện áp ngõ chỉnh lưu với điện áp nguồn nối với linh kiện

36

Hình 2.3.1a: Giản đồ xung kích dạng sóng ngõ chỉnh lưu Các hệ dòng tải liên tục:

Điện áp tải phụ thuộc vào điện áp nguồn góc điều khiển  Điện áp

tải có ba xung chu kỳ điện áp nguồn Chu kỳ điện áp tải

TpT3(với T chu kỳ điện áp nguồn)

Phạm vi góc điều khiển: điện áp khóa phạm vi góc điều khiển (0,)

37

Khi điện áp tải có trì trung bình dương có nghĩa tải nhận lượng từ nguồn chỉnh lưu làm việc chế độ chỉnh lưu Khi điện áp tải có trị trung bình âm, dịng tải dương nên tải phát lượng ta gọi chỉnh lưu làm việc chế độ nghịch lưu

Mỗi SCR dẫn điện 1/3 chu kỳ áp nguồn, trị trung bình qua nó:

I  Id

SCR

3

Điện áp khóa điện áp ngược lớn đặt lên tryristor:

Ghi chú: tải trở, dòng điện tải chỉliên tục phạm vi góc kích<300 Khi  300thì điện áp có đoạn khơng nên dịng tải bị gián đoạn trị trung bình điện áp chỉnh lưu trường hợp là:

Ví dụ 1: Bộ chỉnh lưu tia ba pha điều khiển mắc vào tải chứa R = 10,

E=50V vàL lớn làm cho dòng tải liên tục phẳng Áp nguồn xoay chiều ba pha có trị hiệu dụng U = 220V Mạch trạng thái xác lập

a Tính trị trung bình điện áp chỉnh lưu dịng chỉnh lưu góc điều khiển

 3( rad)

b Tính cơng suất trung bình tải

38

Ví dụ 1: Cho chỉnh lưu tia ba pha với tải R = 10, E = 0, L = Nguồn áp ba pha có trị hiệu dụng điện áp pha U = 220V Cho góc điều khiển =600

a Vẽ dạng sóng điện áp chỉnh lưu dịng điện tải Nhận xét dịng

điện tải

b Tính trị trung bình áp chỉnh lưu, dịng điện tải cơng suất trung bình tải

Giải:

a Dạng sóng áp chình lưu dịng điện tải hình 2.3.1b

Hình 2.3.1b Nhận xét: dịng điện tải bị gián đoạn

a Trị trung bình điện áp tải:

b Trị trung bình dịng điện tải:

I Ud  148,  14, 86 A

d

R 10

39

2.3.2 Chỉnh lưu ba pha hình cầu có điều khiển

Hình 2.3.2

Nguồn xoay chiều ba pha lý tưởng mắc vào chỉnh lưu cầu gồm SCR hình 2.3.2 Các điện áp UdA UdK điện áp từ điểm nút chung nhóm linh kiện (nhóm Anode nhóm Cathode) đến điểm trung tính nguồn áp ba pha

Giả sử dòng điện qua tải liên tục Theo định luật Kirchhoff ta có: U d= U dA- UdK

Nhóm anode Nhóm cathone

40

Ta phân tích mạch chỉnh lưu hình 2.3.2 thành tổng hai nhóm mạch chỉnh lưu tia hình 2.3.2a Thứ tự dẫn điện linh kiện giống

mạch chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển (T1,T6)  (T1,T2)  (T3,T2) 

(T3,T4)  (T5,T4) (T5,T6)

Xét nhóm anode: giảsửT1đóng, T3và T5ngắt Ta có: U

dA

u

a

Xét nhóm cathode: giảsửT6đóng, T2và T4ngắt Ta có: U dK ub

Điện áp ngõ chỉnh lưu T1 T6 dẫn: U d U dA U dK  u a ub uab

Tương tự cặp linh kiện dẫn điện lại: • (T1,T2): U d u a uc uac

• (T3,T2): U d u a uc uac

• (T3,T4): U d ub u a uba

• (T5,T4): U d uc u a uca

• (T5,T6): U d uc ub ucb

41

Hình 2.3.2b

Xung kích cho linh kiện: đểkích dẫn thành cơng cho linh kiện, xung kíchphải kích lặp lại khoảng dẫn Trình tự kích linh kiện từ T1, T2, …, T6 hình 2.3.2cc Khoảng cách xung kích

đồng thời đến xung kích lặp lại 1200 điện

42

A B Hình 2.3.2c: Giản đồ xung kích cho linh kiện Hệquả: dịng tải liên tục:

Dạng điện áp tải có xung, phụ thuộc vào góc điều khiển điện áp nguồn xoay chiều1/6 chu kỳ điện áp nguồn: Chu kỳ điện áp chỉnh lưu

43 Chương :

ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỆN TỬ CỘNG SUẤT DÙNG TRONG CÔNG NGHIỆP

3.1 MỘT TƯƠNG LAI CÔNG NGHIỆP

Hệ thống thiết bị điện tử công suất sử dụng ngày nhiều loạt lĩnh vực ứng dụng, chẳng hạn hệ truyền động điện có tốc độ thay đổi tốc độ, xe điện, hệ thống lượng tái tạo Những yếu tố trở nên quan trọng tạo nên việc phát triển ,như lĩnh vực ứng dụng lên ánh sáng, máy bay điện, hệ thống y tế Hoạt động đáng tin cậy đời thiết kế điều cần thiết cho hệ thống điện tử công suất , đặc biệt độ tin cậy thiết bị điện tử điện trở thành điều kiện kiên cho an toàn hệ thống số địa bàn trọng điểm, ví dụ, lượng, y tế, vận chuyển

Môi trường hoạt động địi hỏi thách thức khía cạnh độ tin cậy hệ thống điện tử công suất Tùy thuộc vào việc áp dụng hệ thống cụ thể, số yếu tố gây căng thẳng , ví dụ: nhiệt độ cao, độ ẩm, bụi, độ rung, nhiễu điện từ (EMI), xạ gây nguy hiểm cho hoạt động an toàn thành phần Số lượng lớn yếu tố mong manh hệ thống điện tử công suất bao gồm chất bán dẫn, tụ điện, từ tính, điều khiển, cảm biến, thiết bị phụ trợ Sự thất bại phận đơn lẻ gây thời gian chết chi phí bảo trì

Sự cần thiết hệ thống đáng tin cậy buộc hai học viện ngành công nghiệp để theo đuổi tiến nghiên cứu độ tin cậy

44

thu cách khảo sát lớn nhóm chuyên gia hệ thống điện tử đáng tin cậy từ ngành điện tử công nghiệp

Cho đến nay, có vài điều tra rộng khảo sát dựa liên quan đến khía cạnh độ tin cậy hệ thống điện tử công suất, thấy chuyên gia, hoàn thành Hầu hết thực ngành công nghiệp lượng gió xử lý sẵn có cơng viên gió, so sánh tuabin khác nhau, độ tin cậy subassemblies Tuy nhiên, điều tra bao gồm phân tích tỷ lệ thất bại thành phần hệ thống điện tử công suất Cuộc khảo sát tồn ngành cơng nghiệp báo cáo tài liệu tiến hành năm 2008 (và tính đến việc phân tích yếu tố gây stress)

Các thành phần hệ thống điện điện tử

Với gia tăng nhu cầu hệ thống điện tử công suất điều kiện vê chức hiệu suất, phức tạp chúng phát triển Nhóm lại thành loại thể hình 3.2.3 màu sắc, sơ đồ hệ thống cấp hệ thống lượng gió, quang điện (PV) thiết lập, xe điện trình bày hình 3.2.2,

Trong sơ đồ khối hệ thống lượng gió chung thể hình 3.3, thành phần khí bao gồm rotor, sân hệ thống yaw, hộp số, phép đo gió Bộ chuyển đổi máy phát điện điều khiển sử dụng theo dõi công suất tối đa

45

3.2 ỨNG DỤNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀO CƠNG NGHIỆP

Hình 3.2.1 - Sự phân bố lĩnh vực ứng dụng khác

Các sơ đồ hệ thống cấp hiển thị thành phần khơng bao gồm yếu tố xe buýt liệu, liên kết thông tin liên lạc, cảm biến mạch bảo vệ Số lượng lớn thành phần hệ thống làm tăng nguy bị trục trặc thất bại Do , điều quan trọng không giải phần chất bán dẫn điện, tụ điện , trình điều khiển mà cịn hồn chỉnh thành phần hệ thống

46

Hình 3.2.3 - Các thành phần hệ thống lượng gió ADC: chuyển đổi tương tự sang số; DAC: chuyển đổi công nghệ kỹ thuật số; PWM: điều chế độ rộng xung; nC: vi điều khiển; SG: máy phát điện đồng bộ; IG: máy phát điện cảm ứng; DSP: xử lý tín hiệu kỹ thuật số; FPGA: mảng lập trình trường

Sự cần thiết hệ thống đáng tin cậy buộc hai học viện ngành công nghiệp để theo đuổi tiến nghiên cứu độ tin cậy

47

3.3 ĐỘ TIN CẬY ỨNG DỤNG CỤ THỂ CỦA CÁC THÀNH PHẦN

Các mặt hàng quan trọng thứ khoảng cách độ tin cậy thực tế độ tin cậy cần thiết cao Để xác định thành phần vậy, yếu tố tuổi thọ mục tiêu, yếu tố gây căng thẳng điển hình , chế thất bại phân tích khảo sát chuyên gia ngành công nghiệp điện tử

Từ quan điểm kỹ thuật xem, độ tin cậy xác suất mà hệ thống thành phần thực chức cần thiết mà không bị lỗi theo điều kiện quy định cho thời gian định Nó phân biệt với mạnh mẽ, khả hệ thống để vận hành đầy đủ phạm vi phạm vi biến tham số định Ngày nay, ngành công nghiệp giai đoạn chuyển đổi mơ hình hướng tới hệ thống điện tử công suất đáng tin cậy Đặc biệt , ngành công nghiệp ô tô hàng không vũ trụ đưa yêu cầu độ tin cậy cho hệ thống điện tử công suất họ, u cầu an tồn Định nghĩa độ tin cậy cho trước đưa ba tình dẫn đến nhu cầu độ bền độ tin cậy:

1) Các chức cần trở nên phức tạp khó khăn để hoàn

thành

2) Các điều kiện quy định trở nên khắc nghiệt 3) Các thời gian định tăng

48

Hình 3.3.1 - Các thành phần hệ thống xe điện trạm thu phí ECU: Bộ điều khiển động

Cuộc khảo sát cung cấp nhìn tổng quan vấn đề độ tin cậy cảm nhận nhìn vào trạng nghiên cứu lĩnh vực

3.4 YÊU CẦU TUỔI THỌ

Để xác định tuổi thọ dự kiến hệ thống điện tử công suất ứng dụng xác định trước, người tham gia khảo sát hỏi thời gian tồn mục tiêu hệ thống điện tử công suất sản xuất công ty họ Nhiều lựa chọn Các câu trả lời hình 3.4.1 đưa theo lĩnh vực ứng dụng khác Rất người hỏi cho kiếp sống ngắn năm năm điển hình.Thay vào đó, hầu hết ứng dụng , thời gian mục tiêu 20 năm dường chuyện bình thường.Thời mục tiêu dài từ 20-30 năm dự kiến hệ thống lượng gió.Các kết đồng ý với điều tra Yang et al năm 2008 với thời gian mục tiêu xác định Wang et al vào năm 2014 Hơn nữa, điều mong đợi tuổi thọ hệ thống điện tử công suất không thay đổi đáng kể thời gian thập kỷ trước

49

điện tử công suất sản xuất công ty bạn lĩnh vực ứng dụng gì?’

Hình 3.4.1 Tuổi thọ

Các thành phần hệ thống điện tử công suất tiếp xúc với yếu tố gây căng thẳng phụ thuộc vào ứng dụng điều kiện hoạt động Do đó, kiến thức ứng dụng có liên quan căng thẳng vô quan trọng

Các yếu tố gây căng thẳng liên quan đến nhiệt độ ảnh hưởng đến độ tin cậy số thành phần hệ thống điện tử công suất, chẳng hạn bảng mạch in (PCB), chất bán dẫn, tụ điện Đối với bán dẫn, yếu tố ứng suất có liên quan đến mối nối trung bình mặt xe đạp nhiệt độ ngã ba mặt khác xe đạp nhiệt độ ngã ba tiếp tục chia thành mà gợi lên nhiệt độ môi trường điều gợi lên thành phần tự sưởi ấm (còn gọi xe đạp điện) Các yếu tố gây căng thẳng liên quan đến nhiệt độ có mặt khắp nơi, mà làm cho chúng phù hợp Nhưng xe đạp nhiệt thua lỗ nội khó tránh khỏi

50

Nguồn EMI tìm thấy hệ thống điện tử cơng suất riêng mình, thiết bị điện tử khác phạm vi, lưới điện Họ vĩnh viễn gây nguy hiểm cho hoạt động khơng bị ảnh hưởng hệ thống Ngược lại với EMI, xạ vũ trụ mặt đất gây đốt cháy chất bán dẫn điện, thể thực nghiệm vào năm 1994 chủ đề nghiên cứu tích cực Tác hại EMI phụ thuộc vào che chắn mật độ trình cài đặt hệ thống điện điện tử

51

Hình 3.4.2 Các yếu tố gây căng thẳng quan trọng hệ thống điện tử công suất

- Các yếu tố gây căng thẳng quan trọng hệ thống điện tử công suất ứng dụng, từ câu trả lời chun gia ngành cơng nghiệp cho câu hỏi, ‘Đó là, phù hợp để kinh nghiệm bạn, yếu tố gây căng thẳng quan trọng điện tử công suất hệ thống chuyển đổi lĩnh vực ứng dụng này?

52

53

54

ứng dụng cánh đồng Các kết dường hiển thị khác biệt ứng dụng Tuy nhiên, xe điện, khí yếu tố điện coi dễ bị thất bại hơn ứng dụng khác tác nhân gây stress nhiệt độ Sự xuất chúng phụ thuộc vào ứng dụng nơi hoạt động Ở điều kiện mơi trường rộng gây căng thẳng cho thành phần này, đặc biệt cho xe điện Những kết phản ánh khảo sát ngành tiến hành

Những nghiên cứu tương lai gấp rút tiến hành

3.5 CƠ CHẾ KHÔNG THÀNH PHẦN

Để tạo thuận lợi cho đời mục tiêu toàn hệ thống, độ tin cậy tất thành phần hệ thống cần phải đảm bảo Trong phần này, chế thất bại với chế độ thất bại kết cung cấp cho thành phần chọn hệ thống điện tử công suất ảnh hưởng liên quan đến hiệu chúng độ tin cậy

Sự thất bại chất bán dẫn điện hai thất bại trên, cấp chip thất bại gói bán dẫn Trong văn học, đánh giá mô tả chế thất bại có liên quan khác Lỗi bao bì mức độ đóng gói thường hậu việc liên tục thay đổi ứng suất nhiệt áp dụng mối liên kết tích tụ bên bao vây hệ thống dẫn đến ngưng tụ nước, gây tăng dòng rò rỉ ăn mòn Tiếp xúc với dịng chảy nhiệt độ mơi trường đặc trưng cho chu kỳ đêm / ngày gây gia tăng đáng kể nồng độ nước Ảnh hưởng độ ẩm nghiên cứu để lắp ráp PCB

Tác động học, chẳng hạn rung động sốc, chủ yếu ảnh hưởng đến độ bền thành phần khí mối liên kết thành phần PV điện.Như với hầu hết mối quan tâm độ tin cậy , trình mệt mỏi khí nhanh nhiều vấn đề Ảnh hưởng kết hợp nhiệt

55

Thu thập thơng số bảng liệu, an tồn để hy vọng vấn đề thay đổi tham số giảm sút khác không xảy Tuy nhiên, căng thẳng tải gây thất bại thiết bị Một chế thất bại cụ thể mà khơng tránh hoàn toàn đơn kiện kiệt sức gây xạ vũ trụ Trong trường hợp này, vững mạnh thiết bị điện áp, áp dụng ứng dụng phân tích để đánh giá liệu dự kiến tỷ lệ thất bại chấp nhận cho ứng dụng định.cảm biến thành module điện tử cơng suất làm giảm xuất yếu tố ký sinh đường dẫn thấp Tuy nhiên, mạch khuếch đại nhạy cảm với EMI, xảy gần trực tiếp đến yếu tố chuyển đổi

Tụ thành phần dễ bị thất bại hệ thống điện tử cơng suất Ba loại tụ tụ điện phân nhôm (Al-Caps), tụ điện màng polypropylen (MPPF-Caps), tụ gốm nhiều lớp (MLC-Caps) Các chế hao mòn

Theo đó, ngành cơng nghiệp tham gia khảo sát yêu cầu xác định yếu tố quan trọng để nghiên cứu để cải thiện độ tin cậy hệ thống chuyển đổi lượng điện tử Đối với câu hỏi này, câu trả lời văn yêu cầu.Các câu trả lời gán cho danh mục sử dụng trước thể hình 3.6.1.Rõ ràng phần lớn người tham gia muốn thấy nghiên cứu nhiều tập trung vào chất bán dẫn điện, mô-đun điện bán dẫn, tụ điện.Trong lĩnh vực tụ, tụ điện phim đặt tên thường xuyên Trong số câu trả lời văn bản, khơng có thành phần cụ thể đặt tên, tuyên bố chung nghiên cứu mà nên giải phần tiếp xúc với mơi trường khắc nghiệt (ví dụ, nhiệt độ cao độ ẩm)

56

Trong phần này, đề cập thảo luận tiềm phương pháp khác để cải thiện độ tin cậy Nói chung, có hai hướng nghiên cứu để tăng độ tin cậy hệ thống điện tử công suất :

1) Tìm kiếm củng cố vật liệu cứng mối liên kết dễ bị thất bại

2) Thay đổi việc sử dụng thành phần để giảm căng thẳng

Thành phần cải tiến

Việc phân tích lợi nhuận sản phẩm tạo điều kiện cho việc phát thành phần dễ bị thất bại hệ thống.Điều dẫn đến số cải tiến tăng sức mạnh.Những tiến công nghệ kết nối lắp ráp mô-đun đạt Quá trình thiêu kết nhiệt độ thấp tham gia thay hàn chip sử dụng để tăng vững mạnh kết nối, trái phiếu thay áp lực dịng sản phẩm có độ tin cậy cao kiểm tra chất bề mặt giảm cách tránh góc 90 ° mơ hình Cách bố trí PCB dịng chảy làm mát tối ưu hóa để làm mát tụ điện

Vật lý không tiếp cận vật lý thất bại (POF) cách tiếp cận để

nâng cao độ tin cậy sản phẩm sử dụng kiến thức nguyên nhân gốc rễ

cơ chế thất bại Khái niệm dựa hiểu biết mối quan hệ yêu cầu đặc điểm vật lý sản phẩm phản ứng yếu tố sản phẩm

với tác nhân gây stress vàảnh hưởng đến xuống cấp với cẩn trọng sử dụng

điều kiện thời gian hoạt động Ảnh hưởng yếu tố căng thẳng đến phận sản phẩm vật liệu đánh giá theo ảnh hưởng chúng hoạt động để sử dụng Các biến bổ sung thành phần biến thể quy trình sản xuất, điều kiện sử dụng, thời gian phục vụ Cách tiếp cận áp dụng để tăng tuổi thọ độ tin cậy mô-đun điện tử công suất Kỹ thuật PoF kết nối chặt chẽ với thuật ngữ thiết kế cho độ tin cậy Mục

tiêu đảm bảo đủ mạnh mẽ hệ thống trình thiết kế

thành phần tính tốn liên quan đến yếu tố gây căng thẳng xảy

q trình hoạt động Sử dụng phân tích căng thẳng, sức mạnh cần thiết hệ

57

được xác định, thường vấn đề đa thông số Các cấu trúc liên kết chịu lỗi thảo luận phương pháp

Phương pháp tích cực:

Phương pháp tích cực để cải thiện độ tin cậy cấu trúc điều khiển dựa phần mềm áp dụng hoạt động Mục đích để thay đổi vận hành hệ thống để tái lieve căng thẳng thành phần khơng có có ảnh hưởng nhỏ đến hiệu suất tổng thể

Một phương pháp theo dõi tình trạng (CM) Khái niệm để đánh giá tình trạng sức khỏe thành phần hệ thống phát lỗi phơi thai để có hành động khắc phục trước thất bại

Ví dụ, giảm nhiệt độ ngắn hạn ngăn chặn giảm biên độ lỗ tạm thời gia tăng cách tăng tần số chuyển mạch.Một mơ hình điện nhiệt sử dụng để có ước tính trực tuyến nhiệt dộ lường giao Ngoài ra, nhiệt độ đo thơng qua nhiệt số điện áp dụng kiểm soát nhiệt hoạt động khả để giảm căng thẳng nhiệt, việc sử dụng thương mại chưa báo cáo

Đối với tụ, gợn gợn nhiệt độ điện áp xác định căng thẳng dẫn đến thất bại Một đặc điểm chỉnh lưu kết nối dòng ac-line truyền lượng xung đến dc Điều mở đường cho việc bảo trì thực nhu cầu hệ thống thay bám vào khoảng cố định Bắt đầu từ tình trạng hệ thống tiếng, CM cho phép dự đoán khởi đầu thất bại hao mòn Khi trạng thái quan trọng chẩn đoán, thiết bị nhắm mục tiêu để bảo trì theo kế hoạch

Kiểm sốt nhiệt tích cực sử dụng thông số điều khiển chu vi liên quan đến tem ảnh hưởng đến nhiệt độ ngã ba mô-đun điện bán dẫn trực tuyến

58

một vài hoạt động kiểm sốt nhiệt tích cực đề xuất Một phân loại tham số kiểm soát lựa chọn theo mức độ thứ bậc tương tác với hệ thống trình bày hình 3.6.2 Các lớp đạt từ kiểm sốt hệ thống xuống trình điều khiển cổng Trên lớp kiểm sốt tại(dịng điện), thay đổi giới hạn tại, dc liên kết điện áp, lưu hành chuyển đổi con-nối kết song song, công suất phản kháng lưu hành kiểm sốt nhiệt độ ngã ba Trên lớp điều biến , lựa chọn tần số chuyển đổi phương pháp điều chế áp dụng Trên lớp phần cứng,

Hình3.6.1 Các thành phần hệ thống điện tử cơng suất

59

Hình 3.6.2 Phân loại thơng số để kiểm sốt nhiệt hoạt động thời điểm tương tác với hệ thống điều khiển

Chỉ có 13% số người hỏi tin số lượng trọng tâm nghiên cứu đủ cho nhu cầu công nghiệp

Hình 3.6.3 độ lệch chuẩn xung quanh giá trị trung bình

60

Hình 3.6.4 bảng hiển thị giá trị trung bình tất câu trả lời

- Các phương pháp để đạt độ tin cậy cao cho hệ thống điện tử công suất, từ câu trả lời chuyên gia bảng với tuyên bố, ‘Hãy xếp hạng tùy chọn sau để đạt độ tin cậy cao cho hệ thống điện tử công suất.’Quy mô từ năm (ưu tiên cao nhất) (ưu tiên thấp nhất).Các hiển thị giá trị trung bình tất câu trả lời

Al-Caps với MPPF-Caps đáng tin cậy Tuy nhiên, mạch bổ sung chương trình điều khiển nguồn thất bại tiềm làm tăng chi phí, đó, chúng thực sản phẩm công nghiệp

61

động đạt điểm cao thứ hai Thêm dự phòng vào hệ thống tăng cường sử dụng thiết bị băng thông rộng nhận điểm số thấp nhất.Thiết bị băng thông rộng cung cấp lợi đáng kể, chẳng hạn tốc độ chuyển đổi cao nhiệt độ hoạt động cao hơn, cho phép mật độ lượng tăng lên Tuy nhiên, điều làm cho quản lý nhiệt độ họ quan trọng, dẫn đến lo ngại cho PCB thành phần mà thiết bị kết nối

xác minh thực nghiệm phương pháp tích cực để cải thiện độ tin cậy phức tạp Các phận có đời thang điểm từ năm, mà làm xét nghiệm đời real-time tốn thời gian đánh giá.Ngoài ra, điều kiện thử nghiệm độ ẩm xạ phải giữ không đổi suốt q trình thử nghiệm Do đó, kiểm tra tuổi thọ tăng tốc (ALTS) sử dụng để ước lượng sống thời gian thành phần Đối với alts, căng thẳng liên quan xác định sau áp dụng cho thiết bị thử nghiệm với liều lượng định lượng nếp nhăn Nhiều thử nghiệm cần thiết để tạo đủ liệu thống kê.Đối với căng thẳng nhiệt, cách phổ biến để xác định mối quan hệ căng thẳng sống thời gian tồn mô hình Arrhenius Ngay có vài thơng số coi là, thiết kế

Hình 3.6.5 bảng % câu trả lời ý kiến trạng nghiên cứu độ tin cậy

62

thống chuyển đổi điện tử công suất tương lai người mẫu tuổi thọ cho thành phần phức tạp dựa liệu thực nghiệm Vì vậy, nhạy cảm với lỗi Việc thiếu phương pháp xác minh cách dễ dàng áp dụng vấn đề chung nghiên cứu độ tin cậy

Nhà nước nghiên cứu đáng tin cậy để phát quan điểm chung ngành công nghiệp tình trạng nghiên cứu liên quan đến độ tin cậy chuyển đổi lượng điện tử, câu hỏi hỏi tình trạng cơng việc Các kết trình bày Hình 3.6.5

Ba câu trả lời đại diện cho ý kiến khác đánh giá trạng nghiên cứu độ tin cậy Chỉ có 13% số người hỏi tin số lượng

Hình 3.6.6 Biếu đồ biểu thị hợp tác nghiên cứu độ tin cậy

- Một số cách đầy hứa hẹn để nâng cao độ tin cậy hệ thống điện tử công suất, từ câu trả lời chuyên gia ngành công nghiệp cho câu hỏi, ‘Theo kinh nghiệm bạn, mà đường hứa hẹn để cải thiện độ tin cậy?’

63

được hiểu lời kêu gọi hành động Họ gợi ý nghiên cứu nhiều lĩnh vực độ tin cậy nên thực nỗ lực nghiên cứu nên liên kết tốt với nhu cầu ngành công nghiệp

Cách hứa hẹn để cải thiện đáng tin cậy đa số câu trả lời đề xuất trọng tâm số lượng tái nghiên cứu trách nhiệm pháp lý không đầy đủ cho nhu cầu ngành công nghiệp, câu nhằm xác định cách tiếp cận để tổ chức nghiên cứu độ tin cậy coi đường hứa hẹn để cải thiện độ tin cậy tương lai Việc tái sults cung cấp Hình 3.3.6

Các câu trả lời rõ ràng cho thấy hợp tác nghiên cứu dẫn đầu toàn ngành coi hứa hẹn cách tiếp cận để nâng cao độ tin cậy, nghiên cứu công ty Một lợi lớn nghiên cứu dẫn đầu ngành cơng nghiệp tối ưu phù hợp với nhu cầu ngành công nghiệp.Các phương pháp sử dụng tập trung vào thành phần lựa chọn cho nhu cầu thị trường phù hợp nhất.Ngồi ra, cơng ty nghiên cứu có lợi ích để có lợi cạnh tranh tránh cần thiết để tham gia cộng bên khu vực nhạy cảm Sự tự tin thấp công việc thực trung tâm tái tìm kiếm kết nối nhu cầu ngành công nghiệp nghiên cứu thực thực trang web.Một cách giải thích chun gia ngành xem xét nghiên cứu Trung tâm không liên quan đến ứng dụng thực tế

64

truyền tải lượng lượng gió, sẵn sàng mạnh để tốn cho hệ thống đáng tin cậy xác định, lượng gió, sẵn sàng chi trả mạnh để toán cho hệ thống đáng tin cậy xác định Các

65

KẾT LUẬN:

Qua trình thực tập luận văn tốt nghiệp giúp em hiểu rõ thực tếđồng thời củng cố lại kiến thức học suốt thời gian qua.Đề tài mang nặng lý thuyết liên quan đến ngành truyền động điện Dưới hướng dẫn GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn , sinh viên thực cố gắng để trình bày đầy đủ yêu cầu đồ án tốt nghiệp:

- Giới thiệu linh kiện bán dẫn công suất lớn như: diode, transistor, triac đặc biệt tiristor

- Giới thiệu phương pháp điều chỉnh tốc mạch chỉnh lưu có điều khiển điênh tử công suất

66

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Điện tử công suất Nguyễn Bính ( nhà xuất khoa học kỹ thuật

năm 2000), ( Các phần tử bán dẫn công suất tr11-41),(chỉnh lưu Điôt tr44-72),(chỉnh lưu Transistor 84-128)

2 H Wang, M Liserre, F Blaabjerg, “Hướng tới thiết bị điện tử

đáng tin cậy điện: Thách thức, công cụ thiết kế, hội,” IEEE Ind Electron Mag., Vol 7, khơng có.2, tr 17-26, tháng năm 2013

3 F Blaabjerg K Ma, “Tương lai điện tử công suất cho hệ

thống tua-bin gió,” IEEE J Emerg Sel Chủ đề điện Electron., Vol 1, khơng có 3,139-152, tháng năm 2013

4 JG Kassakian TM Jahns, “phát triển ứng dụng

điện Elec-tronics hệ thống,” IEEE J Emerg Sel Chủ đề điện Electron., Vol 1, khơng có 2, tr 47-58, tháng năm 2013

5 N Baker, M Liserre, L Dupont, Y Avenas, “Cải thiện độ tin

cậy mô-đun lượng: A lại quan điểm nhiệt độ ngã ba phương pháp đo lường-ment trực tuyến”, IEEE Ind Electron Mag., Vol 8, khơng có.3, tr 17-27, tháng năm 2014

6 H Wang, M Liserre, F Blaabjerg, P de Nơi Rimmen, J Jacobsen,

T Kvisgaard, J Landkildehus, “Chuyển đổi sang vật lý-of-thất bại tài xế độ tin cậy điện electron-ics” IEEE J Emerg Sel Chủ đề điện Electron., Vol 2, khơng có 1, pp 97-114 2014

7 K Fischer J Wenske, “Hướng tới chuyển đổi lượng

67

8 S Yang, A Bryant, P Mawby, D Xiang, L Ran, P Tavner,

“Một khảo sát ngành công nghiệp dựa tái trách nhiệm chuyển đổi điện tử công suất”, IEEE Trans Ind Appl., Vol 47 tuổi, khơng có 3, tr 1441-1451, Tháng năm 2011

9 PD O'Connor, P O'Connor, A Kleyner, thực hành kỹ thuật đáng

tin cậy Hoboken, NJ: Wiley, 2012

10.P Ghimire, S Beczkowski, S Munk-Nielsen, B Rannestad, PB

Thogersen, “Một đánh giá thời gian thực kỹ thuật đo lường chất nỗ lực họ để dự đốn tình trạng mặc-out IGBT,” Proc 2013 15 Conf châu Âu Điện điện tử ứng dụng (EPE),1-10.H Conseil-Gudla, Z Staliulionis, MS Jellesen, M Jabbari, JH Hattel, R Ambat, “ẩm-ity tích tụ thùng điện tử tiếp xúc với điều kiện không đổi,” IEEE Trans Compon

Packag.Manuf Technol.Năm., Vol 7, khơng có.3, tr 412- 423, năm 2017

11.SJ Watson, BJ Xiang, W Yang, PJ Tavner, CJ Crabtree, “giám

sát Điều kiện sản lượng điện máy phát điện tuabin gió sử dụng wavelets,” IEEE Trans Convers lượng., Vol 25, khơng có 3, tr 715-721, 2010

12.JS Karppinen, J Li, M Paulasto-Krockel, “Ảnh hưởng sức

mạnh VIBRA-tion tải đồng thời độ tin cậy mối liên kết ban cấp quyền điện tử assem-blies,” IEEE Trans Mater thiết bị Rel., Vol 13, khơng có.1, pp 167-176, 2013

13.H Kabza, HJ Schulze, Y Gerstenmaier, P Voss, JWW Schmid, F

68

14.M Ciappa, “Đã chọn chế thất bại mô-đun lượng

đại”, Microelectron Tái liab., Vol 42 tuổi, khơng có 4, tr 653-667, 2002

15.H Oh, B Han, P McCluskey, C Han, BD Youn, “Vật lý-of-thất

bại, tình trạng hình-ing, prognostics cổng cách điện module transistor lưỡng cực: Một đánh giá,” IEEE Trans Điện điện tử., Vol 30, khơng có 5, tr 2413-2426, tháng năm 2015

16.A Wintrich, U Nicolai, W Tursky, T Rei-mann, Ứng dụng

Hướng dẫn sử dụng điện Semiconduc-TOR, 2nd ed Semikron: Nuremberg, Đức, năm 2015

17.V Smet, F Forest, J.-J Huselstein, F Richard-eau, Z Khatir, S Lefebvre, M Berkani, “lão hóa suy chế độ mơ-đun IGBT xe đạp điện nhiệt độ cao”, IEEE Trans Ind Electron., Vol 58 tuổi, khơng có 10, tr 4931-4941, 2011

18.H Wang F Blaabjerg, “Độ tin cậy capaci-TOR cho ứng

dụng dc-link khả chuyển đổi điện tử-ic: Tổng quan”, IEEE Trans Ind Appl., Vol 50, khơng có 5, tr 3569-3578, năm 2014

19.A Volke M Hornkamp, IGBT Modules: Technologies, điều

khiển ứng dụng, 2nd ed Munich: Infineon Technologies AG, 2012

20.M Musallam, C Yin, C Bailey, M Johnson, “Mission hồ sơ

thiết kế dựa độ tin cậy thời gian thực ước tính tiêu thụ sống điện tử công suất”, IEEE Trans Điện điện tử., Vol 30, khơng có 5, tr 2601-2613, tháng năm 2015

21.W Zhang, D Xu, PN Enjeti, H Li, JT Hawke, HS

69

22.J Falck, M Andresen, M Liserre, “phương pháp tích cực để cải

thiện độ tin cậy điện Elec-tronics”, Proc 43 Annu Conf IEEE Society Indus-thử nghiệm Electronics, 2017, pp 7923-7928

23.D Murdock, J Torres, J Connors, R Lo-Renz, “kiểm soát nhiệt

tích cực điện module Elec-tronic,” IEEE Trans Ind Appl., Vol 42 tuổi, khơng có 2, tr 552-558, 2006

24.J Falck, G Buticchi, M Liserre, “căng thẳng nhiệt dựa mơ hình điều khiển dự phịng ổ đĩa Elec-tric,” IEEE Trans Ind Appl., Vol 54, khơng có 2, tr 1513-1522, 2018

25.M Andresen, K Ma, G Buticchi, J Falck, F Blaabjerg, M

Liserre, “Junction kiểm soát tempera-ture cho sức mạnh đáng tin cậy electron-ics”, IEEE Trans Điện điện tử., Vol 33 tuổi, khơng có 1,765-776, 2018

26.K Ma, M Liserre, F Blaabjerg, “ảnh hưởng công suất phản

kháng xe đạp nhiệt đa mw biến tần lượng gió,” IEEE Trans Ind Appl., Vol 49 tuổi, khơng có 2, tr 922-930, 2013

27.H Wen, W Xiao, X Wen, P Armstrong, “Phân tích đánh giá

các tụ dc-link cho điện mật độ cao hệ thống truyền động xe điện”, IEEE Trans Veh Technol.Năm., Vol 61 tuổi, khơng có 7, tr 2950-2964, năm 2012

28.R Wang, F Wang, D Boroyevich, R Burgos, R Lai, P Ning,

K Rajashekara, “Một mật độ lượng cao pha PWM chỉnh lưu với lưu trữ lượng gợn tích cực”, IEEE Trans Điện điện tử., Vol 26, khơng có 5, tr 1430-1443, Tháng năm 2011

29.JM Thebaud, E Woirgard, C Zardini, S Az-zopardi, O Briat,

70