Báo-cáo-Đồ-Án-Mạch-Nghịch-Lưu-1-Pha - PDFCOFFEE.COM

1. Home
2. Báo-cáo-Đồ-Án-Mạch-Nghịch-Lưu-1-Pha

Báo-cáo-Đồ-Án-Mạch-Nghịch-Lưu-1-Pha

• Author / Uploaded
• ʚɞHảiHàiHướcʚɞ

NHÂÂN XÉT CỦA GIÁO VIÊN .............................................................................................

Views 1,171 Downloads 44 File size 2MB

Report DMCA / Copyright

DOWNLOAD FILE

Citation preview

NHÂÂN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ Hưng Yên, tháng 1 năm 2013. Giáo viên hướng dẫn Trần Văn Chương Page 1 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU.................................................................................................................................3 CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI...................................................................................4 1.1. Phân tích yêu cầu của đề tài......................................................................................................4 1.2. Mục tiêu của đề tài....................................................................................................................4 1.3.Kế hoạch tiến độ tưng tuần....................................................................................................4 1.4. Các phương án thực hiện..........................................................................................................6 1.5. Ý nghĩa của đề tài.....................................................................................................................6 CHƯƠNG 2:GIỚI THIỆU CÁC LINH KHIỆN BÁN DẪN CÔNG SUẤT.............................7 2.1. Giới thiệu về các van bán dẫn công suất..................................................................................7 2.2 .Transitor trường......................................................................................................................12 2.3 . MOSFET ((Insulated Gate Bipolar Transitor).......................................................................22 2.3.2 Nguyên lý làm việc -Phân cực cho MOSFET .....................................................................23 CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ MẠCH NGHỊCH LƯU ĐỘC LẬP......................................24 3.1. Khái niệm mach nghịch lưu....................................................................................................24 3.2. Nghịch lưu dòng.....................................................................................................................25 3.3 . Nghịch lưu áp.........................................................................................................................33 CHƯƠNG 4: GIỚI THIỆU VỀ MÁY BIẾN ÁP VÀ ĂC QUY 4.1 Máy Biến Áp........................................................................................................................40 4.2 Ăc Quy.................................................................................................................................42 CHƯƠNG 5 : TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH..............................................................44 5.1 Tính toán và thiết kết mạch động lực......................................................................................44 5.2 .Thiết kế mạch điều khiển........................................................................................................48 5.2.3 Mạch cách ly.........................................................................................................................55 5.3 Sơ đồ nguyên lý, nguyên lý hoạt động và sơ đồ boad....................................................56 KẾT LUẬN.....................................................................................................................................59 Page 2 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật bán dẫn công suất, các thiết bị biến đổi điện năng dùng các linh kiện bán dẫn công suất đã được sử dụng nhiều trong công nghiệp và đời sống nhằm đáp ứng các nhu cầu ngày càng cao của xã hội. Trong thực tế sử dụng điện năng ta cần thay đổi tần số của nguồn cung cấp, các bộ biến tần được sử dụng rộng rãi trong truyền động điện, trong các thiết bị đốt nóng bằng cảm ứng, trong thiết bị chiếu sáng... Bộ nghịch lưu là bộ biến tần gián tiếp biến đổi một chiều thành xoay chiều có ứng dụng rất lớn trong thực tế như trong các hệ truyền động máy bay, tầu thuỷ, xe lửa... Trong thời gian học tập và nghiên cứu, được học tập và nghiên cứu môn Điện tử công suất và ứng dụng của nó trong các lĩnh vực của hệ thống sản xuất hiện đại. Vì vậy để có thể nắm vững phần lý thuyết và áp dụng kiến thức đó vào trong thực tế, chúng em được nhận đồ án môn học với đề tài: “Thiết kế và chế tạo mạch nghịch lưu một pha”. Với đề tài được giao, chúng em đã vận dụng kiến thức của mình để tìm hiểu và nghiên cứu lý thuyết, đặc biệt chúng em tìm hiểu sâu vào tính toán thiết kế phục vụ cho việc hoàn thiện sản phẩm. Dưới sự hướng dẫn chỉ bảo nhiệt tình của thầy Trần Văn Chương cùng với sự cố gắng nỗ lực của các thành viên trong nhóm chúng em đã hoàn thành xong đồ án của mình. Tuy nhiên do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi thiếu sót khi thực hiện đồ án này. Vì vậy chúng em rất mong sẽ nhận được nhiều ý kiến đánh giá, góp ý của thầy cô giáo, cùng bạn bè để đề tài được hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Nhóm sinh viên thực hiện: Lê Tuấn Anh Cao Đăng Ánh Page 3 CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1. Phân tích yêu cầu của đề tài. Với yêu cầu của đề tài khi đó chúng ta phải đi thiết kế một bộ nghịch lưu cho ra điện áp xoay chiều là 220V từ nguồn ắc quy 12V, tần số trong mạch đo được là 50Hz, công suất ra của bộ nghịch lưu là 300W. Mạch lấy nguồn ắc quy 12V cấp trực tiếp cho mạch và cho biến áp. Biến áp ở đây sử dụng như một bộ kích nhằm kích nguồn áp lên giá trị cao hơn nhiều lần so với giá trị áp ban đầu. Chính vì mạch có khả năng biến đổi nguồn một chiều thành nguồn xoay chiều nên mạch có tính thiết thực rất lớn trong thực tế. Mạch là mạch công suất vì vậy linh kiện được sử dụng phần lớn là linh kiện công suất. Mạch sử dụng các van bán dẫn công suất như Transistor, MOSFET, IGBT…Trong quá trình chạy mạch thì xung tạo ra là xung vuông và được khuyếch đại lên bằng các van bán dẫn là Transistor, IGBT… 1.2. Mục tiêu của đề tài. Nắm được một cách tổng quan về các phần tử bán dẫn công suất. Nghiên cứu về các mạch nghịch lưu, hiểu được nguyên lý làm việc của mạch nghịch lưu, các phương pháp biến đổi từ đó lựa chọn một phương án tối ưu nhất để có áp dụng trên đồ án của mình và ngoài thực tiễn. Page 4 1.3.Kế hoạch tiến độ tưng tuần STT Tuần Công việc thực hiện Người thực hiện - Nhận đề tài, sắp xếp công việc cho từng tuần(phân chia công việc cho từng thành viên) 1 Cả nhóm 1 -Tìm tài liệu liên quan: điện tử công suất, truyền động điện - Tìm hiểu nguyên lý các mạch có liên quan đến đề tài. Tuấn Anh - Tham khảo ý kiến những người có chuyên môn, các anh chị khóa trước. Ánh -Đưa ra cơ sở lý thuyết chung của đề tài. -.Đưa ra ý tưởng thiết kế mạch 2 2 - Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch, tính toán thông số rồi tiến hành chạy mô phỏng. Tuấn Anh Ánh Cả nhóm - Ráp mạch và khảo sát trên bo mạch( nếu gặp lỗi chỉnh sửa lại) 3 3 - Đo, chuẩn đoán các thông số điện. - Tiến hành vẽ mạch, in mạch. - Lắp ráp hoàn tất sản phẩm - Chuẩn hoá nội dung, làm quyển lý thuyết. Page 5 Cả nhóm 4 4 - Hoàn tất sản phẩm, kiểm tra toàn bộ nội dung. Cả nhóm 1.4. Các phương án thực hiện. Nhóm thực hiện đề tài sử dụng hai phương pháp chủ yếu:  Phương pháp tham khảo tài liệu: Nguồn tài liệu chủ yếu bằng tiếng anh được tìm kiếm trên mạng Internet.  Phương pháp thực hành: Song song với việc đọc tài liệu nhóm thực hiện đề tài đã thực hành trên mô hình để dễ dàng nắm bắt được lý thuyết. 1.5. Ý nghĩa của đề tài. Để giúp sinh viên có thể có thể củng cố kiến thức, tổng hợp và nâng cao kiến thức chuyên nghành cũng như kiến thức ngoài thực tế. Đề tài còn thiết kế chế tạo thiết bị, mô hình để các sinh viên trong trường đặc biệt là sinh viên khoa Điện – Điện tử tham khảo, học hỏi tạo tiền đề nguồn tài liệu cho các học sinh, sinh viên khoá sau có thêm nguồn tài liệu để nghiên cứu và học tập. Những kết quả thu được sau khi hoàn thành đề tài này trước tiên là sẽ giúp chúng em có thể hiểu sâu hơn về các bộ nghịch lưu, các phương pháp biến đổi điện áp. Từ đó sẽ tích luỹ được kiến thức cho các năm học sau và ra ngoài thực tế CHƯƠNG 2:GIỚI THIỆU CÁC LINH KHIỆN BÁN DẪN CÔNG SUẤT 2.1. Giới thiệu về các van bán dẫn công suất 2.1.1. DIODE công suất a>Cấu tạo đặc điểm và phân loại: Page 6 -Diode công suất là phần tử bán dẫn có một tiếp giáp PN. Diện tích bề mặt tiếp giáp được chế tạo lớn hơn so với diode thông thường, có thể đạt tới hàng trục mm 2. Mật độ dòng điện cho phép của tiếp giáp cỡ 10A/mm. 2 Do vậy dòng điện định mức của một số loại diode có thể đạt tới hàng trăm ampe, như PK200, thậm chí hàng nghìn ampe như BB2-1250. Cấu tạo và ký hiệu của diode công suất được mô tả như hình 2.1 -Điode có 2 loại thường được dùng trong các mạch chỉnh lưu công suất lớn: *Diode chỉnh lưu Gecmani (Ge): Tiếp giáp của diode Ge phần lớn được chế tạo bằng phương pháp làm nóng chảy IN (indi) với nhiệt độ thích hợp, trong bán dẫn Ge loại N. Miếng bán dẫn Ge được hàn với nền bằng thép. Tinh thể Ge được đặt trong vỏ bọc hợp kim cova để bảo vệ và liên kết với bộ phận tản nhiệt. -Đặc điểm của Diode Ge là điện áp chịu đựng được khoảng 400V, nhưng sụt áp trên Diode nhỏ nên được sử dụng trong các bộ chỉnh lưu điện áp thấp. Diode Ge thường bị đánh thủng do nhiệt độ. Nhiệt độ cho phép của Diode Ge là 75 0C, nên khi làm việc ở nhiệt độ cao dòng điện ngược tăng lên đáng kể dẫn đến chất lượng chỉnh lưu thấp, do vậy ta có thể coi nhiệt độ cho phép là nhiệt độ tới hạn của Diode Ge. *Diode chỉnh lưu silic (Si): Page 7 -Diode chỉnh lưu Si được chế tạo bằng cách làm nóng chảy nhôm trong tinh thể Si loại N, hoặc làm nóng chảy hợp kim thiếc phốt pho, hay vàng antimoan trong tinh thể silic loại P. Ngoài ra người ta còn chế tạo bằng phương pháp khuếch tán Phốt pho vào tinh thể Si loại N. Công nghệ chế tạo kiểu khuếch tán thường được áp dụng cho các loại diode công suất lớn. -Tinh thể Si và tiếp giáp PN được bọc bởi vỏ kim loại, tinh thể bán dẫn được hàn bằng hợp kim bạc- antimoan hay vàng- antimoan. - Diode Si có điện áp ngược cho phép cỡ 2500V, nhưng độ xụt diện áp trên Diode Si cũng cao hơn Diode Ge. Nhiệt độ cho phép của Diode Si khá cao tmax = 1250C, và hiện tượng đánh thủng chủ yếu cũng là do nhiệt độ. b>Nguyên lý làm việc và đặc tính vôn – ampe: -Khi tiếp giáp PN của diode được đặt đưới tác dụng của điện áp bên ngoài, nếu điện trường ngoài cùng chiều với điện trường E thì vùng nghèo điện tích xẽ được mở rộng ra, nên điện trở tương đương của diode càng lớn và dòng điện xẽ không thể chạy qua. Lúc này toàn bộ điện áp xẽ được đặt lênvùng nghèo điện tích, ta nói rằng diode bị phân cực ngược. Hình 2.2 -Khi điện trường ngoài ngược chiều với điện trường E thì vùng nghèo điện tích xẽ bị thu hẹp lại. Nếu điện áp bên ngoài lớn hơn 0,65V thì vùng nghèo điện tích xẽ thu hẹp lại đến bằng không, và các điện tích có thể di chuyển tự do qua cấu trúc của diode. Dòng điện đi qua diode lúc này chỉ bị hạn chế do điện trở tải ở mạch ngoài. Khi đó ta nói rằng diode được phân cực thuận. Hình 2.2. Page 8 E E ng - n p + + - + - E + ng + + - p - n + + + - + - + - vùng nghèo các điện tích Hướng di chuyển các các điện tích Hình 2.2a. Hình 2.2b. *Đặc tính vôn – ampe: A U A A U n g ,m a x 0 U U 0 D0 m A U U 0 D0 m A § Æc tÝn h th ù c t Õ c ñ a d i o d e § Æc tÝn h tu y Õn t Ýn h h ã a c ñ a d i o d e m A § Æc tÝn h l ý t ë n g c ñ a d i o d e Hình 2.3.đặc tuyến von-ampe của diode Đặc tính V-A của diode gồm 2 nhánh, nhánh thuận(1) nằm ở góc phần tư thứ nhất ứng với UAK  0, nhánh ngược (2) nằm ở góc phần tư thứ ba ứng với UAK  0 hình 2.3 Page 9 -Trên đường đặc tính thuận của diode nếu điện áp U AK được tăng dần từ 0 đến vượt quá giá trị UD0 0,6 – 0,7V, gọi là điện áp rơi trên diode theo chiều thuận, thì dòng điện đi qua diode có thể đạt tới giá trị rất lớn, nhưng điện áp rơi trên diode hầu như không đổi. -Trên đường đặc tính ngược diode nếu điện áp U AK được tăng dần từ 0 đến giá trị Ungmax thì dòng điện qua diode có giá trị rất nhỏ, gọi là dòng dò. Cho đến khi U AK đạt đến giá trị lớn hơn Ungmax thì dòng điện qua diode tăng đột ngột, như vậy khả năng cản trở dòng điện của diode theo chiều ngược bị phá vỡ. Đây là hiện tượng diode bị đánh thủng. -Trong những tính toán thực tế người ta thường dùng đặc tính gần đúng đã tuyến tính hóa của diode. Biểu thức toán học của đường đặc tính này là: u = UD0 + iDRD Trong đó: UD0(V); ID (A); RD (). -Đặc tính V-A của diode thực tế là khác nhau, nó phụ thuộc vào dòng điện cho phép và điện áp ngược mà diode chịu được. Theo đặc tính lý tưởng thì điện trở tương đương của diode bằng 0 theo chiều thuận và bằng  theo chiều ngược. c> Biểu thức giải tích đặc tính V-A  Đặc tính V-A của diode được biểu diễn gần đúng bằng biểu thức: I = Is( e q .U k .T Trong đó: - 1) Is - Dòng điện rò khoảng vài trục mA. q - Điện tích của điện tử (q = 1,59.10-19 C). k - Hằng số Boltzmann (k = 1,38.10-23 J/K). T = 2730 + t0 - Nhiệt độ nhiệt đối (0K). t0 - Nhiệt độ môi trường 0C u – Điện áp đặt trên diode (V) Page 10 d>Các tham số cơ bản của Diode Giá trị trung bình của dòng điện cho phép chạy qua diode theo chiều thuận, ID .Trong quá trình làm việc dòng điện chạy qua diode sẽ làm phát nóng tinh thể bán dẫn của diode. Công suất tổn hao của diode khi đó sẽ bằng tích dòng điện chạy qua nó với điện áp rơi trên diode. Diode chỉ dẫn dòng theo một chiều từ anốt đến catot. Điều này có nghĩa là công suất phát nhiệt tỷ lệ với dòng điện trung bình qua diode, Vì vậy giá trị I D là một thông số quan trọng để lựa chọn một diode trong một ứng dụng cụ thể. - Giá trị điện áp ngược lớn nhất mà diode có thể chiệu đựng được, Ung,max. Ung,max là giá trị điện áp ngược lớn nhất mà diode có thể chịu đựng được, đây cũng là một thông số quan trọng để lựa chọn một diode. Như ở đặc tính vôn – ampe đã chỉ ra, quá trình diode bị đánh thủng là quá trình không thể đảo ngược được, vì vậy trong các ứng dụng thực tế khi lựa chọn diode phải luôn đảm bảo U AK 0 và UGS< 0 như hình vẽ Hình 2.8 (đối với JFET kênh P, các chiều điện áp phân cực sẽ ngược lại sao cho tiếp giáp P-N bao quanh kênh dẫn luôn được phân cực ngược). Do tác dụng của các điện trường này, trên kênh dẫn xuất hiện một dòng điện (là dòng điện tử đối với loại kênh N) hướng từ cực D tới cực S, được gọi là dòng điện cực máng I D. Dòng IĐ có độ lớn tuỳ thuộc và các giá trị UDS và UGS vì độ dẫn điện của kênh phụ thuộc mạnh vào cả hai điện trường này.Điều này có thể giải thích như sau: ID - ID D G S + -U D U D S G + S - + G S - Page 15 U G S -U DS + -U D -ID ID -U G S U G S Hình 2.8. Ký hiệu, đặc tính điều khiển của FET kênh N và FET kênh P Khi đặt điện áp -UGS giữa cực G và cực S (hình 2.8) thì cả hai tiếp giáp PN đều bị phân cực ngược.Trong chất bán dẫn loại P và N bắtđầu hình thành vùng chắn làm cho dòng điện không còn chạy qua được giữa hai vùng tiếp giáp PN phân cực ngược.Khi vùng chắn cứ rộng mãi ra thì dòng điện trong kênh nhỏ dần đi.Trong kênh gần cực Source là rộng nhất và phía cực Drain thì nhỏ hơn. Điện áp -UGS càng lớn bao nhiêu thì vùng chắn trong kênh càng lớn bấy nhiêu và dòng điện chạy trong kênh càng nhỏ đi bấy nhiêu.Độ lớn của điện trở R DS giữa Source và Drain của JFET phụ thuộc vào độ lớn của điện áp U GS.Như vậy điện áp có thể làm thay đổi được điện trở RDS.Khi các vùng chắn tiếp xúc với nhau thì dòng điện sẽ bị gián đoạn và kênh lúc này bị thắt lại.Dòng điện I D lúc này sẽ bằng không.Vì tiếp giáp PN phÂn cực ngược nên chỉ có một dòng điện rất nhỏ chạy qua, do đó việc điều khiển dòng điện I D bằng điện áp -UGS có công suất tổn hao rất nhỏ. c, Đường đặc tính ra của JFET Đường đặc tính đầu ra biểu diễn sự phụ thuộc giữa dòng điện cực máng I D và điện áp UDS khi UGS bằng hằng số. Vùng tuyến tính Khi UDS nhỏ, ID tăng mạnh tuyến tính theo UDS và ít phụ thuộc vào UGS. Đây là vùng làm việc mà JFET giống như điện trở thuần cho tới lúc đường cong bị uốn mạnh Page 16 Vùng bão hoà Khi UDS đủ lớn, ID phụ thuộc rất yếu vào UDS và phụ thuộc mạnh vào UGS.Đây là vùng làm việc mà JFET giống như một phần tử khuếch đại, dòng điện I D được điều khiển bằng điện áp UGS. Vùng đánh thủng Khi UDS có giá trị khá lớn, I D tăng đột biến do tiếp giáp PN bị đánh thủng, hiện tượng thác lũ xảy ra tại khu vực gần cực D do điện áp ngược đặt lên tiếp giáp PN tại vùng này là lớn nhất. d, Phương pháp lấy đường đặc tính đầu ra:  Điều chỉnh nguồn điện áp U2 = 0  Đặt U1 ở gái trị mong muốn giữa 0 và -6V và giữ bằng hằng số  Đóng công tắc S1 và điều chỉnh U2 các giá trị khác nhau  Đọc dòng ID ở mỗi giá trị UDS  Mở công tắc S1, chỉnh U2 về không và U1 thay đổi các giá tri khác nhau  Đọc dòng ID ở mỗi giá trị UGS  Giữ nguyên U2 điều chỉnh thay đổi U1  Đọc dòng ID ở mỗi giá trị UGS Hình 2.9 Phương pháp lấy đặc tính ra của MOSFETs Page 17 Hình 2.10 Đặc tuyến đầu ra của JFET e, Các tham số của JFET Tham số giới hạn Dòng điện IDmax là dòng điện máng cực đại cho phép (ứng với UGS =0) Điện áp UDSmax là điện áp máng nguồn cực đại cho phép Điện áp UGSmax là điện áp cổng nguồn cực đại cho phép Điện áp khoá UGS(P) là điện áp cổng nguồn làm cho dòng ID = 0 Tham số làm việc Điện trở đầu ra dòng một chiều RDS: RDS = UDS/ID Điện trở đầu ra dòng xoay chiều r DS: rDS = UDS/ID, rDS thể hiện độ dốc của đường đặc tính đầu ra trong vùng bão hoà. Hỗ dẫn của đặc tính truyền dẫn S: S = ID/ UGS cho biết tác dụng điều khiển của điện áp cực cổng tới dòng cực máng. Page 18 2.2.3 Transitor MOSFET (Transitor trường cực cổng cách li) Ở MOSFETs, sự điều khiển không thông qua lớp chắn mà qua một lớp cách điện. Lớp cách điện này về nguyên tắc có cấu tạo từ oxít kim loại cũng chính vì vậy mà người ta gọi là MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor FET). Khi viết tắt người ta cũng thường hay viết IFET (I: insulated) hoặc IGFET (IG: insulated gate). MOSFETs được chia làm hai loại: Loại có kênh liên tục hay còn gọi là MOSFETs có kênh đặt sẵn và loại có kênh gián đoạn còn gọi là MOSFETs có kênh cảm ứng. MOSFETs có kênh liên tục có khả năng dẫn điện khi UGS = 0V. Ở MOSFETs có kênh gián đoạn thì ngược lại, khi UGS = 0V thì nó không dẫn. Mỗi loại kênh liên tục hay gián đoạn đều có phân loại theo chất bán dẫn là kênh N hay kênh P. a Cấu trúc và ký hiệu: -Không giống như Transitor thường được giới thiệu ở phần trên, chúng được điều khiển bằng dòng điện. Còn MOSFET được điều khiển bằng điện áp nên công suất điều khiển rất nhỏ, do vậy MOSFET có thể được điều khiển trực tiếp từ các đầu ra của các vi mạch công suất nhỏ. -Trên hình 2.11 biểu diễn cấu trúc của một MOSFET kênh dẫn kiểu n. trong đó G là cực điều khiển cách ly hoàn toàn với cấu trúc bán dẫn bởi lớp điện môi mỏng silicđioxit (SiO2) nhưng có cách điện rất lớn. Nếu kênh dẫn là kiểu n thì các hạt mang điện xẽ là các electron (các hạt điện tử) do đó cực tính điện áp của cực máng là cực dương, còn cực gốc thường nối với đế P. -Trên cấu trúc ký hiệu gạch chéo giữa D&S để chỉ ra rằng bình thường không có kênh dẫn nối giữa D và S. Page 19 so u r c e (S ) D G n n n p n p G n S n a> D r a in (D ) b> Hình 2.11: Cấu trúc bán dẫn và ký hiệu của MOSFET Page 20 b>Nguyên lý làm việc: so u r c e (S ) so u r c e (S ) G - G n n n p n p n n G n n p p n n n n p n D r a in (D ) + b> n p n n n a> so u r c e (S ) n D r a in (D ) c D r a in (D ) Hình 2.12 : Sự tạo thành kênh dẫn trong cấu trúc bán dẫn của MOSFET Trong chế độ làm việc bình thường U DS > 0. Giả sử UGS = 0.khi đó kênh dẫn hoàn toàn không xuất hiện và giữa cực S và cực D lúc này là tiếp giáp p-n bị phân cực ngược, điện áp xẽ rơi hoàn toàn trên tiếp giáp này, còn dòng qua cực gốc và cực máng sẽ rất nhỏ. - Nếu UGS< 0 thì vùng bề mặt giáp cực điều khiển xẽ tích tụ các lỗ (P) do đó dòng điện giữa cực gốc và cực máng vẫn hầu như không có (hình 2.12a.). -Nếu UGS> 0 và đủ lớn thì vùng bề mặt giáp cực điều khiển xẽ tích tụ các điện tử, như vậy một kênh dẫn đã được hình thành, lúc này dòng điện giữa cực máng và cực gốc chỉ phụ thuộc vào điện áp UDS (hình 2.12 b.) -Trên cấu trúc MOSFET hình (hình 2.12 c.) ta thấy rằng giữa cực gốc và cực máng tồn tại một tiếp giáp p-n, tương đương với một diode ngược nối giữa D và S, đó chính là ưu điểm của MOSFET. Page 21 c> Đặc tính ra của transistor MOSFET kênh N: ID V V G S G S V V V = 7 ,5 V G S G S = 9V = 6V = 4 ,5 V G S = 3V 0 V S Hình 2.13: Họ đặc tính ra của MOSFET kênh N Trên đường đặc tính ta thấy khi đặt điện áp điều khiển nhỏ hơn một mức nào đấy cỡ 3V thì giữa cực máng và cực gốc điện trở rất lớn dòng qua đó gần bằng không. Khi điện áp cỡ 6-7V thì MOSFET sẽ trong chế độ dẫn, thông thường người ta điều khiển MOSFET bằng diện áp cỡ 15V để giảm điện áp rơi trên 2 cực D và S. khi đó U DS gần như tỷ lệ với dòng ID. MOSFET tác động rất nhanh có thể đóng, mở với tần số trên 100KHZ. Khi MOSFET dẫn dòng thì điện trở rất nhỏ khoảng 0,1 đối với MOSFET -1000V và khoảng 1 với MOSFET -500V. Ngày nay người ta đã chế tạo được MOSFET với U DS tới 500V và ID tới hàng trục ampe.Vì vậy MOSFET được dùng nhiều để làm khóa điện tử vì chịu được tần số cao và nó giữ vai trò quan trong trong các thiết bị biến tần có khâu trung gian. 2.3 MOSFET ((Insulated Gate Bipolar Transitor) 2.3.1 Cấu trúc và ký hiệu: - MOSFET là phần tử kết hợp khả năng đóng cắt nhanh của MOSFET với khả năng chịu tải của transistor thường. MOSFET cũng là phần tử được điều khiển bằng điện áp, do đó công suất điều khiển rất nhỏ, dạng tín hiệu thường là các xung điện áp 15V. Page 22 -Cấu trúc của MOSFET cũng đưa ra ba cực Emitor, colector, và cực điều khiển. Nhưng MOSFET khác với MOSFET ở chỗ giữa E & C là cấu trúc bán dẫn p-n-p chứ không phải n-n. Có thể coi MOSFET giống như một transtor được điều khiển bởi một MOSFET. Hình 2.14 a> Cấu trúc MOSFET, b> Cấu trúc MOSFETtương đương mộttranzitor với một MOSFET, c> Ký hiệu MOSFET 2.3.2 Nguyên lý làm việc - Phân cực cho MOSFET sao cho U CE> 0, sau đó cấp vào cực G một điện áp điều khiển UGE> 0 với một giá trị đủ lớn. Khi đó hình thành một kênh dẫn với các hạt là điện tử giống như MOSFET.Các hạt điện tử di chuyển về phía cực C, vượt qua lớp tiếp giáp p-n tạo nên dòng colector.-Thời gian đóng cắt của MOSFET nhanh hơn transistor thường, trễ khi mở khoảng 0,15s , trễ khi khóa khoảng 1s. công suất điều khiển MOSFET rất nhỏ thường dạng điện áp điều khiển là 15V. Để mở thường cấp tín hiệu +15V, để khóa thường cấp tín hiệu là -15V. Page 23 CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ MẠCH NGHỊCH LƯU ĐỘC LẬP 3.1. Khái niệm mach nghịch lưu Trong công nghệ, ta thường gặp vấn đề biến đổi điện áp một chiều thành điện xoay chiều và ngược lại bằng các thiết bị nắn điện. Các thiết bị đó được gọi là nghịch lưu. Vậy nghịch lưu là quá trình biến đổi năng lượng một chiều thành năng lượng xoay chiều. Các sơ đồ nghịch lưu được chia làm hai loại: Sơ đồ nghịch lưu làm việc ở chế độ phụ thuộc vào lưới xoay chiều và sơ đồ nghịch lưu làm việc ở chế độ độc lập (với các nguồn độc lập như ắc quy, máy phát một chiều ....). Nghịch lưu làm việc ở chế độ phụ thuộc có sơ đồ nguyên lý giống như chỉnh lưu có điều khiển. Mạch nghịch lưu phụ thuộc là mạch chỉnh lưu trong đó có nguồn một chiều được đổi dấu so với chỉnh lưu và góc mở  của các tiristo thoả mãn điều kiện (/2 24V là được. Từ các điều kiện tính toán trên ta đi chọn van: IRF250 với các tham số như sau: Page 48 Page 49 5.1.4 Tính chọn cầu chì - Mạch điện được tính toán với dòng làm việc tối đa bên mạch sơ cấp MBA là 2A. Để tránh hiện tượng làm việc quá tải hay ngắn mạch gây sự cố phá hỏng thiết bị ta nên chọn thiết bị bảo vệ là cầu chì cắt nhanh, với dòng điện làm việc được xác định ICC = K.I = 1,5* 2 = 3 (A) Vậy chọn cầu chì có dòng điện làm việc 2A ; điện áp 250V loại cắt nhanh. * Mạch bảo vệ quá áp sử dụng rơle và KĐTT 741 được thiết kế trên sơ đồ nguyên lý. 5.2 .Thiết kế mạch điều khiển 5.2.1 Nhiệm vụ và chức năng của mạch điều khiển Page 50 *Nhiệm vụ Như đã biết ở MOSFET là các van điều khiển hoàn toàn tức là điều khiển mở bằng xung và khoá bằng xung nên mạch điều khiển phải có các chức năng sau : - Điều chỉnh được độ rộng xung trong nửa chu kì dương của điện áp đặt lên colector và emitor của van. - Tạo ra được xung âm có biên độ cần thiết để khoá van trong nữa chu kì còn lại . -Xung điều khiển phải có đủ biên độ và năng lượng để mở và khoá van chắc chắn . -Tạo ra đươc tần số theo yêu cầu. -Dễ dàng lắp ráp, thay thế khi cần thiết, vận hành tin cậy, ổn định. -Cách ly với mạch động lực *Yêu cầu chung về mạch điều khiển là : Mạch điều khiển là khâu quan trọng trong hệ thống, nó là bộ phận quyết định chủ yếu đến chất lượng và độ tin cậy của bộ biến đổi nên cần có những yêu cầu sau:  Về độ lớn của dòng điện và điện áp điều khiển: Các giá trị lớn nhất không vượt quá giá trị cho phép. Giá trị nhỏ nhất cũng phải đảm bảo được rằng đủ cung cấp cho các van mở và khoá an toàn. Tổn thất công suất trung bình ở cực điều khiển nhỏ hơn giá trị cho phép.  Yêu cầu về tính chất của xung điều khiển : Giữa các xung mở của các cặp van phải có thời gian chết, thời gian chết này phải lớn hơn hoặc bằng thời gian khôi phục tính chất điều khiển của van .  Yêu cầu về độ tin cậy của mạch điều khiển : Phải làm việc tin cậy trong mọi môI trường như trường hợp nhiệt độ thay đổi , có từ truờng... Page 51 * Yêu cầu về lắp ráp và vân hành: Sử dụng dễ dàng, dễ thay thế , lắp ráp . . . 5.2.2 Thiết kế mạch điều khiển: Để tạo ra khối phát xung ta sử dụng vi mạch CD4047B có các thông số sau : Page 52 Sơ đồ chân của vi mạch như sau: Cấu trúc của vi mạch như sau: Page 53 Hoạt động của IC như sau: - Hoạt động của chân astable được phép khi đạt đầu vào chân 5 ở mức cao hoặc mức thấp của chân 4 hoă âc của 2 chân. Q - Độ rộng của xung vuông của Q và là hàm của đầu vào phụ thuộc vào RC Page 54 Chân 5 astable cho phép mạch làm bộ tạo dao động đa hài qua cổng 5. Độ rộng xung ở chân 13 bằng 1/2 đầu ra Q trong chế độ astable. Tuy nhiên điều này chỉ đúng 50% Trong chế độ ổn định đơn khi có sườn dương ở đầu vào +trigger(8) khi chân trigger(6) ở mức thấp các xung đầu vào có thể thuộc bất kỳ thời điểm nào tương ứng với xung đầu ra Chân 12 cho phép kích mở trở lại khi nó là xung dương Đặc điểm của vi mạch như sau: - Công suất tiêu thụ thấp - Hoạt động ở trạng thái đơn là chế độ không ổn định - Các đầu ra ổn định ở mức các thể bù bổ xung chỉ yêu cầu một tín hiệu duy nhât ngoài R hoặc C các đầu vào có điệm kiểm tra tĩnh ở điện áp 20Vđược chuẩn hoá đặc tính , đặc tính ở đầu ra chuẩn và đối xứng. Ta tính toán để có được xung ra là 50Hz như sau: t1 = -RC ln VTR VDD  VTR t2 = -RC ln ; t1 = 1.1 RC VDD  VTR 2VDD  VTR ; t2 = 1.1 RC tA = 2( t1 + t2 ) = -2RC ln (VTR .VDD  VTR ) (VDD  VTR ).( 2VDD  VTR ) Thay số : VDD = 12 V VTR = 50%. VDD Page 55 Với f = 50 ( Hz )  4.4 RC = 0.02 Chọn tụ có C = 4.7  R = 1K    T = 0.02 ( s )  RC = 4.55 10-3 F  Chọn biến trở có Rmax = 50 K Q Điện áp Umin ở  để điều chỉnh, lúc đó chọn tụ C = 0.1 Q và Q Umax ở = 0.05 V Q và = 11 V Dòng đầu ra I = +68 ( mA ) Dạng sóng đầu ra : Page 56  F Hình 5.3 Dạng sóng đầu ra của tín hiệu điều khiển Page 57 Thông qua máy biến áp đã biến đổi từ nguồn điện 12V DC lên 220V AC. Hình 5.4: Sơ đồ điện áp đầu ra lý thuyết thứ cấp máy biến áp 5.2.3 Mạch cách ly. Có tác dụng cách ly mạch động lực và mạch điều khiển, tín hiệu điều khiển vẫn được truyền nguyên vẹn từ mạch điều khiển tới mạch lực. Hình 5.5. Phần tử cách ly quang Sau khi có xung từ khối so sánh diode dẫn phát ra tín hiệu vào cực B của tranzito trong OPTO. Nếu cực C của các tranzito đã có điện áp được cấp vào từ mạch nguồn thì tranzito sẽ dẫn đặt điện áp vào cực G của các MOSFET Mạch này sử dụng bộ cách ly quang PC817 với các thông số trong bảng sau Page 58 Tính chọn giá trị điện trở Vcc−Vl−Vd 5−1,7−1,2 = =210(Ω) Id 10 Vậy ta chọn R1=330(Ω) là phù hợp. Page 59 5.3 Sơ đồ nguyên lý, nguyên lý hoạt động 5.3.1 Sơ đồ nguyên lý Hình 5.6 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch * Sơ đồ mạch board Page 60 Hình 5.7 Sơ đồ mạch board Page 61 Hình 5.8 Hình ảnh mạch thưc tế Page 62 5.3.2 Nguyên lý hoạt động. -Toàn bộ hệ thống mạch sử dụng nguồn 12v từ ắc quy.Ắc quy trong mạch sử dụng với thông số là điện áp đầu ra 12v và dòng điện là 5A. -Khi được cấp nguồn IC 4047 sẽ hoat động tạo xung 50Hz và lệch pha nhau 180 độ, xung của Ic 4047 phụ thuộc vào điện trở và 1 tụ (yêu cầu tụ điện ngoài nối giữa chân 1 và chân 3 ,1 điện trở giữa chân 2 và chân số 3cuả IC). Để tín hiệu phẳng và có ít độ dao động ta chọn điện trở 1k và 1 tụ điện phân cực 4.7 uf. -Để có thể điều chỉnh được tần số phát ra ta mắc nối tiếp điện trở với 1 biến trở 100k để có thể dễ dàng giải tần số của nó . - Tín hiệu xung ra ở 2 chân 10 và 11 luôn lệch pha nhau .được dẫn qua Diode 1N4047 và nối qua điện trở gây sụt áp trên điện trở. Suy ra ta chọn R= 1 k  . - Tín hiệu xung lúc này khoảng 1.1v được cấp trực tiếp vào chân số 1 cuả PC817.optoPC817 gồm 1led phát quang và 1 tran khuếch đại công suất - Led trên PC phát sáng có xung trên Colecto của PC. Điện áp vào làm việc của PC lớn nhất là 6V .Xung điện áp đối xứng kích mở cho IRFP 250 IRFP 250 dẫn dòng làm cho máy biến áp điểm giữa xuất hiện dòng điện trong cuộn sơ cấp ở cả hai nủa chu kỳ. + Khi xảy ra sự cố quá tải dòng tăng sẽ cắt điện áp cấp cho mạch. Page 63 KẾT LUẬN Sau quá trình thực hiện bản đồ án chúng em đã thu được một số kết quả như sau: - Giới thiệu một số ứng dụng và đặc điểm của mạch nghịch lưu một pha - Phân tích nguyên lý làm việc và các thông số trong mạch nghịch lưu một và ba pha. - Giới thiệu một số ứng dụng và đặc điểm của mạch nghịch lưu một pha. Với sự cố gắng nỗ lực của mỗi thành viên trong nhóm chúng em đã hoàn thành đồ án của mình theo đúng thời gian. Một lần nữa chúng em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong khoa Điện - Điện Tử, đặc biệt là thầy Trần Văn Chương đã trực tiếp hướng dẫn chúng em trong việc hoàn thành đồ án. Chúng em rất mong nhận được những ý kiến nhận xét, góp ý của các thầy cô và các bạn để bản đồ án của cúng em hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Page 64

×

Report "Báo-cáo-Đồ-Án-Mạch-Nghịch-Lưu-1-Pha"

Your name Email Reason -Select Reason- Pornographic Defamatory Illegal/Unlawful Spam Other Terms Of Service Violation File a copyright complaint Description Close Submit Our partners will collect data and use cookies for ad personalization and measurement. Learn how we and our ad partner Google, collect and use data. Agree & close