Thiết kế mạch nghịch lưu 300w dùng sg 3525 có thay đổi điện áp tần số ra trên tải

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÁC LINH KIỆN CÔNG SUẤT,NGHỊCH LƯU Giới thiệu van bán dẫn công suất 1.1 Điốt công suất 1.2 Tiristor ( SCR ) 1.3.Triắc 10 1.4 Transitor BJT công suất 11 1.5 Transistor MOS công suất ( MOSFET ) 14 1.6 Máy biến áp acquy 16 Nghịch lưu 18 2.1 Khái niệm phân loại sơ đồ nghịch lưu 18 2.2 Các sơ đồ nghịch lưu độc lập pha 19 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ MẠCH NGHỊCH LƯU 23 Phương án lựa chọn 23 Sơ đồ chân nguyên lý hoạt động ic SG 3525 24 Nguyên lý hoạt động toàn hệ thống: 27 Mạch điều khiển mạch lực 28 4.1 Nhiệm vụ chức mạch điều khiển : 28 4.2 Nhiệm vụ chức mạch lực 29 CHƯƠNG III : TÍNH TỐN VÀ CHẾ TẠO MẠCH NGHỊCH LƯU 30 Tính tốn máy biến áp 30 Mạch lực 32 2.1 Chọn van: 32 2.2 Hình dạng kí hiệu 32 2.3.Thông số 33 Tính tốn mạch điều khiển: 34 Sơ đồ 35 4.1 Sơ đồ mạch điều khiển 35 4.2 Sơ đồ mạch động lực 35 4.3 Sơ đồ mạch in 36 KẾT LUẬN 37 LỜI NÓI ĐẦU Ngày với phát triển nhanh chóng kỹ thuật bán dẫn cơng suất, thiết bị biến đổi điện dùng linh kiện bán dẫn công suất sử dụng nhiều công nghiệp đời sống nhằm đáp ứng nhu cầu ngày cao xã hội Trong thực tế sử dụng điện ta cần thay đổi tần số nguồn cung cấp, biến tần sử dụng rộng rãi truyền động điện, thiết bị đốt nóng cảm ứng, thiết bị chiếu sáng Bộ nghịch lưu biến tần gián tiếp biến đổi chiều thành xoay chiều có ứng dụng lớn thực tế hệ truyền động máy bay, tầu thuỷ, xe lửa Trong thời gian học tập nghiên cứu, học tập nghiên cứu môn Điện tử công suất ứng dụng lĩnh vực hệ thống sản xuất đại Vì để nắm vững phần lý thuyết áp dụng kiến thức vào thực tế, chúng em nhận đồ án môn học với đề tài: “Thiết kế chế tạo mạch nghịch lưu pha” Với đề tài giao, chúng em vận dụng kiến thức để tìm hiểu nghiên cứu lý thuyết, đặc biệt chúng em tìm hiểu sâu vào tính tốn thiết kế phục vụ cho việc hoàn thiện sản phẩm Dưới hướng dẫn bảo nhiệt tình thầy Nguyễn Đình Hùng với cố gắng nỗ lực thành viên nhóm chúng em hồn thành xong đồ án mình.Tuy nhiên thời gian kiến thức cịn hạn chế nên khơng tránh khỏi thiếu sót thực đồ án Vì chúng em mong nhận nhiều ý kiến đánh giá, góp ý thầy giáo, bạn bè để đề tài hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! Nhóm sinh viên thực hiện: Hồng Anh Tuấn Nguyễn Xuân Tùng CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÁC LINH KIỆN CÔNG SUẤT,NGHỊCH LƯU Giới thiệu van bán dẫn công suất Các phần tử bán dẫn cơng suất có đặc tính chung, là: Các van bán dẫn làm việc chế độ khố, mở cho dịng chạy qua có điện trở tương đương nhỏ, khố khơng cho dịng chạy qua có điện trở tương đương lớn Các van bán dẫn dẫn dòng theo chiều phần tử đặt điện áp phân cực ngược, dịng qua phần tử có giá trị nhỏ, cỡ mA, gọi dòng rò 1.1 Điốt cơng suất 1.1.1 Chất bán dẫn • Chất bán dẫn tạp loại P: Khi ta trộn thêm lượng vừa đủ nguyên tố phân nhóm vào Silic Ge (phân nhóm 4) nguyên tố có e thuộc lớp ngồi bị thiếu 1e để tham gia liên kết với Si Ge Kết mạch tinh thể bị dưa lỗ trống.Lỗ trống mang điện tích dương Positive ta gọi bán dẫn loại P hạt thiểu số e • Chất bán dẫn tạp loại n: Khi ta trộn thêm lượng vừa đủ nguyên tố phân nhóm vào Si Ge (thuộc cơng nghệ đặc biệt) ngun tố có 5e lớp cùng, vâỵ thừa e Khi tham gia liên kết với Si Ge, kết mạng tinh thể bị dư e, e mang điện tích âm Negative, ta gọi chất bán dẫn loại N Hình 1: Hình dạnh ký hiệu 1.1.2 Nguyên lý làm việc a) Khi phân cực thuận: Ta thực mạch bên với điều kiện điện áp nguồn Un tạo điện trường En>Etx (và ngược với Etx) kết ta điện trường tổng đặt nên tiếp giáp J Et=En+Etx có chiều hướng từA tới K chiều điện trường tạo điều kiện thuận lợi cho hạt đa số di chuyển dễ dàng (vùng P hạt đa số lỗ trống, vùng N hạt đa số e) làm cho dòng điện khuyếch tán lớn từ A tới K toàn điện áp đặt vào J b) Phân cực ngược: Ta đấu A vào âm nguồn ta đấu K vào dương nguồn Kết Et =En+Etx có chiều hướng làm cho hạt thiểu số di chuyển dễ dàng ngăn cản hạt đa số Do mật độ hạt thiểu số nhỏ nên có dịng điện nhỏ qua J gọi dịng rị từ K tới A c) Đặc tính Volt-Ampere (V-A) ng.max rị đo Hình 2: Đặc tính Volt-Ampere (V-A) Nếu đặt EAK>0 có dịng điện chảy qua tạo điện áp rơi khoảng 0,7v (với Si) Khi dòng điện Iđm Nếu điện áp UAK< điện tử tự lỗ trống bị đẩy xa J kết có dịng điện rị vào khoảng vài mA chảy qua Khi tiếp tục tăng điện áp UAK theo chiều âm hạt thiểu số tăng tốc với động lớn gây va chạm làm bẻ gẫy liên kết vùng J theo hình thức dây truyền, kết quảlà hàng loạt điện tích sinh ởvùng J làm cho dòng điện tăng đột ngột, dòng sẽphá hỏng diode Trị số điện áp ngược gây hỏng van diode gọi Ungmax (trị số điện áp ngược cực đại ) Trong thực tế điện áp ngược cho phép đặt vào van: Ungthực tế = (0,7÷0,8) Ungmax van van an tồn -Khi đặt hiệu điện UAK> điện tử vùng N vượt qua vùng mặt ghép J sang miền P đến cực dương nguồn Nếu nhiên đặt UAK0 diode, dịng điện I khơng thể tức thời đạt giá trị U/R mà phải khoảng thời gian ký hiệu ton (turn on time ) để điện tích đa số dịng loạt di động,ton cỡ µs (micro giây) -Khi tần số nguồn F≥100Khz diode tính dẫn điện theo chiều( chế độ khóa ) 1.2 Tiristor ( SCR ) Tirirtor thiết bị gồm bốn lớp bán dẫn P1,N1,P2,N2 tạo thành, tirirtor phải cấp xung dương hoạt động Do SCR thiết kế phải có chân : chân Anot, Katot chân điều khiển G Hình 4: Cấu tạo tiristor Hình 5: Ký hiệu hình thực tế Nguyên lý hoạt động : Đặt Tiristor điện áp chiều, Anốt nối vào cực dương, Katôt nối vào cực âm nguồn điện áp J1 J3 phân cực thuận, J2 phân cực ngược Gần toàn điện áp nguồn đặt mặt ghép J2 điện trường nội Ei J2 có chiều từ N1 hướngvề P2 điện trường ngồi tác động chiều với Ei vùng chuyển tiếp vùng cách điện mở rộng khơng có dịng điện chạy qua Tiristor bị đặt điện áp + Mở Tiristor: Cho xung điện áp dương Ug tác động vào cực G (dương xo với K) điện tử từ N2 sang P2 Đến đây, số điện tử chảy vào cực G hình thành dịng điều khiển Ig chạy theo mạch G-J3-K-G phần lớn điện tử chịu sức hút điện trường tổng hợp mặt ghép J2 lao vào vùng chuyển tiếp này, tăng tốc, động lớn bẻ gãy liên kết nguyên tử Silic, tạo nên điện tử tự Số điện tử giải phóng tham gia bắn phá nguyên tử Silic vùng Kết phản ứng dây truyền làm xuất nhiều điện tử chạy vào N1 qua P đến cực dương nguồn điện ngoài, gây nên tượng dẫn điện ạt, J trở thành mặt ghép dẫn điện, điểm xung quanh cực G phát triển toàn mặt ghép Địên trở thuận Tiristor khoảng 100K Ω cịn trạng thái khố, trở thành 0,01Ω Tiristor mở cho dịng chạy qua.Tiristor khố +UAK > 1V Ig > Igs1 Tiristor mở Trong Igs1 dịng điều khiển tra sổ tay tra cứu Tiristor Ton: thời gian mở thời gian cần thiết để thiết lập dòng điện chạy Tiristor, tình từ thời điểm phóng dịng Igvào cực điều khiển Thời gian mở Tiristor kéo dài khoảng 10 sµ + Khố Tiristor: có hai cách làm giảm dịng làm việc I xuống giá trị dịng trì đặt điện áp ngược lên Tiristor Khi đặt điện áp ngược lên Tiristor: UAK>E nên điện trường E2 tạo lớn,và lớp bán dẫn bajơ mỏng ,nên phần điện tích tới cực B, cịn phần lớn điện từ bị J2 hút tới nguồn dương tạo dòng colectơ tải Rt ,IE= IC+IB, IB dòng điện khiển Khi U BE giảm IB↓I C Khi U BE=0 U BE0 (loại kênh n đặt sẵn,suất dòng điện tử kênh dẫn nối Svà D mạch ngồi có dịng điện cực máng ID (đi vào D ) UGS=0 -Nếu đặt UGS>0, điện tử tự vùng đế (là hạt thiểu số) hút vào vùng kênh dẫn đối diện với cực cửa làm giầu hạt dẫn cho kênh dẫn, tức làm giảm điện trở kênh dẫn, làm dòng điệncực máng ID tăng,chế độ làm việc gọi chế độ giàu MOSFET -Nếu UGS0, vùng đế đối diện cực G xuất Etd (do cảm ứng tĩnh điện ) hùnh thành kênh dẫn nối liền D-S Khi UGS tăng R kênh giảm ID tăng MOSFET vảm ứng làm việc UGS>0 làm việc chế độ giàu kênh Hình 13: Đặc tính V- A MOSFET 1.6 Máy biến áp acquy 1.6.1 Máy biến áp - Máy biến áp thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi điện áp hệ thống dòng điện xoay chiều giữ nguyên tần số Hệ thống điện đầu vào máy biến áp ( trước lúc biến đổi ) có : điện áp U1, dòng điện I1, tần số f Hệ thống điện đầu máy biến áp ( sau biến đổi ) có : điện áp U2, dịng điện I2 tần số f - Đầu vào máy biến áp nối với nguồn điện, gọi sơ cấp.Đầu nối với tải gọi thứ cấp Các đại lượng, thơng số sơ cấp ký hiệu có ghi số : số vòng dây sơ cấp w1, điện áp sơ cấp U1, dòng điện sơ cấp I1, công suất sơ cấp P1 Các đại lượng thông số thứ cấp có số : số vịng dây thứ cấp w2, điện áp thứ cấp U2, dòng điện thứ cấp I2, công suất thứ cấp P2 - Nếu điện áp thứ cấp lớn sơ cấp máy biến áp tăng áp Nếu điện áp thứ cấp nhỏ điện áp sơ cấp gọi máy biến áp giảm áp Máy biến áp có hai phận : lõi thép dây quấn + Lõi thép máy biến áp : - Lõi thép máy biến áp dùng để dẫn từ thơng máy, chế tạo từ vật liệu dẫn từ tốt, thướng thép kỹ thuật điện Lõi thép gồm hai phận : - Trụ nơi để đặt dây quấn - Gơng phần khép kín mạch từ trụ Trụ khơng tạo thành mạch từ khép kín Để giảm dịng điện xốy lõi thép, người ta dùng thép kỹ thuật điện ( dày 0,35mm đến 0,5mm, hai mạch có sơn cách điện ) ghép lại với thành lõi thép + Dây quấn máy biến áp : - Dây quấn máy biến áp thường chế tạo dây đồng ( nhơm ), có tiết diện trịn chữ nhật, bên ngồi dây dẫn có bọc cách điện - Dây quấn gồm nhiều vòng dây lồng vào trụ lõi thép Giữa vòng dây, dây quấn có cách điện với dây quấn có cách điện với lõi thép Máy biến áp có hai thường có hai nhiều dây quấn Khi dây quấn đặt trụ, dây quấn thấp áp đặt sát trụ thép, dây quấn cao áp đặt lồng Làm giảm vật liệu cách điện a : Lõi thép máy biến áp b : Dây quấn máy biến áp Hình 14 :Lõi thép dây quấn máy biến áp -Để làm mát tăng cường cách điện cho máy biến áp, người ta thường đặt lõi thép dây quấn thùng chứa dầu máy biến áp.Đối với biến áp công suất lớn, vỏ thùng dầu dầu có chứa cánh tản nhiệt 1.6.2 Ăcquy -Ăcquy loại bình hố học dùng để tích trữ lượng điện làm nguồn điện cung cấp cho thiết bị điện động điện, bóng đèn làm nguồn ni cho linh kiện điện tử vv - Sức điện động lớn, thay đổi phóng nạp điện - Sự tự phóng nạp điện - Năng lượng nạp điện bé lượng điện mà ăcquy - phóng - Điện trở ác quy nhỏ Nó bao gồm điện trở cực, điện trở dung dịch điện phân có xét đến ngăn cách ngăn cực Thường trị số điện trở ac quy nạp điện đầy 0.001 đến 0.0015 ăcquy phóng điện hồn tồn 0.02 đến 0.025 Quá trình nạp điện cho ăcquy Hình 15: Quá trình nạp điện cho ắc quy - Có hai loại ăcquy là: ăcquy axit ( hay ăcquy chì ) ăcquy kẽm (ăcquy sắt kền hay ăcquy cadimi - kền ) Trong ăcquy axit dùng rộng rãi phổ biến Nghịch lưu 2.1 Khái niệm phân loại sơ đồ nghịch lưu Khái niệm: Nghịch lưu trình biến đổi điện áp chiều thành điện áp xoay chiều pha ba pha Phân loại: Nghịch lưu chia làm loại chính: Nghịch lưu phụ thuộc nghịch lưu độc lập Tải FULL ( 36 trang): bit.ly/2GPcZE7 Dự phịng: fb.com/TaiHo123doc.net Trong nghịch lưu phụ thuộc nghịch lưu có điện áp, tần số, góc pha thứ tự pha phụ thuộc vào lưới điện mà đầu mắc song song vào Nghịch lưu độc lập lại chia nghịch lưu độc lập nguồn áp nguồn dịng Trong nghịch lưu độc lập nguồn áp ln định điện áp có biên độ, tần số, góc pha thứ tự pha không phụ thuộc vào loại tải phụ thuộc vào tín hiều điều khiển, điện áp thường có dạng hình chữnhật cịn dịng điện phụthuộc vào tải hình chữ nhật, hình cưa, hình sin, dạng hàm mũ Cịn nghịch lưu độc lập nguồn dịng ln định dịng điện có biên độ, tần số, góc pha thứ tự pha không phụthuộc vào loại tải phụ thuộc vào tín hiều điều khiển, dịng điện thường có dạng hình chữnhật cịn điện áp phụ thuộc vào tải hình chữ nhật, hình cưa, hình sin, dạng hàm mũ 2.2 Các sơ đồ nghịch lưu độc lập pha 2.2.1 Thiết bị biến đổi dòng điện pha a Sơ đồ pha có điểm trung tính Hình 16: Sơ đồmột pha có điểm trung tính Sơ đồgồm máy biến áp có điểm phía sơ cấp, hai Tiristor anôt nối vào cực dương nguồn nuôi E thông qua hai nửa cuộn dây sơcấp máy biến áp, cịn có tên onduleur song song Ở đầu vào onduleur dòng ta đấu nối tiếp với điện cảm lớn LK vừa để giữcho dòng điện vào để hạn chế đỉnh cao dòng điện Ickhi khởi động Tụ điện C gọi tụ điện chuyển mạch.Đặc điểm onduleur dòng có dịng điện tải dạng “Sinus chữnhật” cịn dạng điện áp tải thơng số mạch tải định 2n1 tổng số vòng dây sơ cấp n2 sốvịng dây thứcấp i,v dịng áp phía thứcấp Hoạt động sơ đồ:Giả thiết cho xung mở T1 điểm A T1 nối với cực âm nguồn E giờV –VA= u1= E, hiệu ứng biến áp tự ngẫu nênVB =Vo = u1= E.như tụ điện C nạp điện áp 2E, cực dương bên phải Bây cho xung mở T2, Tiristor mở đặt điện điểm B vào mạch catôt T khiến T bị khoá lại, tụ điện C bị nạp ngược lại, sẵn sàng để khoá T2 ta cho xung mở T1 Phía thứ cấp ta nhận dịng “Sinus chữnhật” mà tần số phụ thuộc vào nhịp phát xung mởT1,T2 b Sơ đồ cầu pha : Hình 17: Sơ đồ cầu pha Các tín hiệu điều khiển đưa vào đôi Tiristor T1, T2 lệch pha với tín hiệu điều khiển đưa vào đơi T3 ,T4 góc 180o Điện cảm đầu vào nghịch lưu lớn (Ld= ∞), dịng điện đầu vào id san phẳng (biểu đồ xung), nguồn cấp cho nghịch lưu nguồn dòng dạng dòng điện nghịch lưu (i) có dạng xung vng Khi đưa xung vào mở cặp van T1,T2 , dòng điện i = id= Id Đồng thời dòng qua tụ C tăng lên đột biến , tụ C bắt đầu nạp điện với cực (+) bên trái cực (-) bên phải Khi tụ C nạp đầy, dòng qua tụ giảm không Do i = ic = it=Id = số, nên lúc đầu dịng qua tải nhỏ sau dòng qua tải tăng lên Sau nửa chu kỳ (t = t1) người ta đưa xung vào Tải FULL ( 36 trang): bit.ly/2GPcZE7 Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net mởcặp van T3,T4 Cặp T3,T4 mở tạo q trình phóng điện tụ C từcực (+) vềcực (-) Dịng phóng ngược chiều với dòng qua T1 T2 làm cho T1 T2 bị khố lại.Q trình chuyển mạch gần tức thời Sau tụC nạp điện theo chiều ngược lại với cực (+) bên phải cực (-) ởbên trái Dòng nghịch lưu i =id=-Id (đã đổi dấu) Đến thời điểm t = t2 người ta đưa xung vào mởT1,T2 T3,T4 bị khố lại q trình lặp lại trước Như chức tụ C làm nhiệm vụ chuyển mạch cho Tiristor Tại thời điểm t1 mởT3 T4 T1 T2 bị khoá lại điện áp ngược tụ C đặt vào Khoảng thời gian trì diện áp ngược ( t1 -t’1 ) cần thiết để trì qúa trình khố phục hồi tính điều khiển van t’1t01= tk ≥ toff thời gian khố Tiristor thời gian phục hồi tính điều khiển kt ω β = góc khố nghịch lưu 2.2.2 Nghịch lưu điện áp pha a.Sơ đồ khơng điều chế Hình 18: Sơ Đồ mạch điện Trong : -T1,T2,T3,T4: Là thyristor có nhiệm vụ để đóng cắt điều chỉnh thay đổi điện áp xoay chiều tải -R, L: phụ tải động điện xoay chiều -D1,D2,D3,D4: Là diôt dẫn dịng tải trả lượng nguồn ni -is: Là dòng nguồn xoay chiều dạng cưa Khi is > nguồn cung cấp lượng cho tải (các thyristor dẫn dịng) Khi is < tải lượng nguồn ni (các diơt dẫn dịng) - C: Tụ lọc 3450559 ... trước lúc biến đổi ) có : điện áp U1, dịng điện I1, tần số f Hệ thống điện đầu máy biến áp ( sau biến đổi ) có : điện áp U2, dịng điện I2 tần số f - Đầu vào máy biến áp nối với nguồn điện, gọi sơ... Khái niệm: Nghịch lưu trình biến đổi điện áp chiều thành điện áp xoay chiều pha ba pha Phân loại: Nghịch lưu chia làm loại chính: Nghịch lưu phụ thuộc nghịch lưu độc lập Tải FULL ( 36 trang): bit.ly/2GPcZE7... fb.com/TaiHo123doc.net Trong nghịch lưu phụ thuộc nghịch lưu có điện áp, tần số, góc pha thứ tự pha phụ thuộc vào lưới điện mà đầu mắc song song vào Nghịch lưu độc lập lại chia nghịch lưu độc lập nguồn áp nguồn