đồ án điện tử công suất

SVTH :nguyễn văn bạo– 06Đ2 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
Chương I:
Tổng quan về động cơ không đồng bộ.
I Khái niệm chung :
Động cơ không đồng bộ là máy điện xoay chiều , làm việc
theo nguyên lý cảm ứng điện từ , có tốc độ n của rotor khác với
tốc độ từ trường quay trong động cơ
n
1
. Động cơ đồng bộ được sử
dụng rộng rãi trong sản xuất và trong sinh hoạt vì chể tạo đơn
giản , giá thành rẻ , độ tin cậy cao , vận hành đơn giản , hiệu suất
cao và hầu như không bảo trì . Gần đây do kỹ thuật điện tử phát
triển , nên động cơ không đồng bộ đã đáp ứng được yêu cầu điều
chỉnh tốc độ vì vậy động cơ không đồng bộ càng được sử dụng
rộng rãi hơn .Dãy công suất của nó rất rộng từ vài W đến hàng
ngàn kW . Hầu hết là động cơ ba pha , có một số động cơ công
suất nhỏ là một pha .
II .Cấu tạo động cơ không đồng bộ :
Cấu tạo động cơ không đồng bộ gồm hai bộ phận chính là stator
và rotor , ngoài ra còn có vỏ máy , nắp máy và trục máy . Trục máy
làm bằng thép , trên đó gắn rotor , ổ bi và phía cuối có gắn một quạt
gió đẻ làm mát máy doc trục .
a.Stator: gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn , ngoài ra
còn có vỏ máy và nắp máy
+ Lõi thép : lõi thép có dạng hình trụ , làm bằng các lá thép kỹ
thuật điện , được dập rảnh trong rồi ghép lại với nhau tạo thành các
rảnh theo hướng trục . Lõi thép được ép vào trong vỏ máy .
+Dây quấn stator : dây quấn stator thuờng được làm bằng dây
đồng có bọc cách điện và đặt trong các rảnh của lõi thép . Dòng điện
xaoy chiều ba pha chạy qua dây quấn ba pha stator sẽ tạo nên từ trường

quay .
+Vỏ máy :vỏ máy gồm thân và nắp làm bằng gang
b.Rotor: rotor gồm lõi thép, dây quấn và trục máy
+Lõi thép : lõi thép rotor gồm các lá thép kỹ thuật điện được
lấy từ phần bên trong của lõi thép stator ghép lại , mặt ngoài dập rảnh
để đặt dây quấn , ở giữa có dập lỗ để lắp trục .
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
1
SVTH :nguyễn văn bạo– 06Đ2 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
+Trục: trục của động cơ không đồng bộ làm bằng thép , trên có
gắn lõi thép rotor
+Dây quấn :dây quấn động cơ không đồng bộ có hai kiểu :
rotor ngắn mạch còn gọi là rotor lồng sóc và rotor dây quấn .
Rotor lồng sóc gồm các thanh đồng hoặc thanh nhôm đặt trong
rảnh và bị ngắn mạch bởi hai vành ngắn mạch ở hai đầu .Với động cơ nhỏ
, dây quấn rotor được đúc nguyên khối thành thanh dẫn , vành ngắn mạch
, cánh tản nhiệt và cánh quạt làm mát . Các động cơ công suất trên 100
kW thanh dẫn làm bằng đồng được đặt vào các rãnh rotor và gắn chặt vào
vành ngắn mạch .
Rotor dây quấn cũng như dây quấn stator và có cùng số đôi cực
từ như dây quấn stator . Dây quấn kiểu này luôn đấu kiểu sao và ba đầu
ra đấu vào ba vành trượt , gắn vào trục quay của rotor và cách điện với
trục . Ba chổi than cố định và luôn tỳ trên vành trượt này để dẫn điện
vào một biến trở cũng nối sao nằm ngoài động cơ để khởi động hoặc
điều chỉnh tốc độ.
III.Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ :
Khi dòng điện ba pha chạy trong dây quấn stator thì trong khe
hở không khí xuất hiện từ trường quay với tốc độ n1=60f1/p ( f1 là tần
số lưới điện , p là số đôi cực từ của máy , n1 là từ trường quay ). Từ
trường này quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch đặt trên lõi sắt

rotor , làm cảm ứng trên rotor các sđđ
E
2
. Do rotor kín mạch nên trong
dây quấn rotor có dòng điện I2 chạy qua .Từ thông do dòng điện này
sinh ra hợp với từ thông của stator tạo thành từ thông tổng ở khe hở .
Dòng điện này trong dây quấn rotor tác dụng với từ thông khe hở sinh
ra momen .Tác dụng có quan hệ mật thiết với tốc độ n của rotor .
Trong những phạm vi tốc độ khác nhau thì chế độ làm việc của động
cơ cũng khác nhau .
IV .Phân loại động cơ không đồng bộ:
a.Phân theo kết cấu vỏ máy :
+Kiểu kín
+Kiểu bảo vệ
+Kiểu hở
b.Phân theo số pha:
+Một pha
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
2
SVTH :nguyn vn bo 062 GVHD:LM TNG C
+Hai pha
+Ba pha
V. Cỏc i lng nh mc ca ng c khụng ng b :
+Cụng sut nh mc : P
m
+in ỏp nh mc : U
m
+Dũng in nh mc :I
m
+Tc nh mc: n

m
+Hiu sut nh mc :
m


+ H s cụng sut nh mc

cos

VI. iu chnh tc ng c khụng ng b :
Trổồùc õỏy, nóỳu coù yóu cỏửu õióửu chốnh tọỳc õọỹ cao thổồỡng duỡng õọỹng cồ õióỷn
mọỹt chióửu. Nhổng ngaỡy nay nhồỡ kyợ thuỏỷt õióỷn tổớ phaùt trióựn nón vióỷc õióửu chốnh
tọỳc õọỹ õọỹng cồ khọng õọửng bọỹ khọng gỷp khoù khn mỏỳy vồùi yóu cỏửu phaỷm vi
õióửu chốnh, õọỹ bũng phúng khi õióửu chốnh vaỡ nng lổồỹng tióu thuỷ.
Ta thỏỳy caùc phổồng phaùp õióửu chốnh chuớ yóỳu coù thóứ thổỷc hióỷn :
+
Trón stato
: Thay õọứi õióỷn aùp U õổa vaỡo dỏy quỏỳn stato, thay õọứi sọỳ õọi cổỷc
tổỡ p dỏy quỏỳn stato vaỡ thay õọứi tỏửn sọỳ f nguọửn õióỷn.
+
Trón rọto
: Thay õọứi õióỷn trồớ rọto, nọỳi cỏỳp hoỷc õổa sõõ phuỷ vaỡo rọto.
a.iu chnh tc bng cỏch thay i in ỏp:
Ta õaợ bióỳt, hóỷ sọỳ trổồỹt tồùi haỷn s
m
khọng phuỷ thuọỹc vaỡo õióỷn aùp. Theo (14.40)
vaỡ (14.43), nóỳu r
2
khọng õọứi thỗ khi giaớm õióỷn aùp nguọửn U
1

, hóỷ sọỳ trổồỹt tồùi haỷn s
m
seợ khọng õọứi coỡn M
max
giaớm tố lóỷ vồùi. Vỏỷy hoỹ õỷc tờnh thay õọứi nhổ hỗnh (14.7)
laỡm cho tọỳc õọỹ thay õọứi theo. Phổồng phaùp nỏửy chố thổỷc hióỷn khi maùy mang taới,
coỡn khi maùy khọng taới giaớm õióỷn aùp nguọửn, tọỳc õọỹ gỏửn nhổ khọng õọứi.
b) iu chnh tc bng cỏch thay i tn s ngun:

N IN T CễNG SUT
3
SVTH :nguyn vn bo 062 GVHD:LM TNG C


Hỡnh I.1 iu chnh tc bng cỏch thay i in ỏp ngun
a) S mch ng lc b) c tớnh c theo in ỏp
Vồùi õióửu kióỷn nng lổỷc quaù taới khọng õọứi, coù thóứ tỗm ra õổồỹc quan hóỷ giổợa õióỷn
aùp U
1
, tỏửn sọỳ f
1
vaỡ mọmen M. Trong cọng thổùc vóử mọmen cổỷc õaỷi, khi boớ qua
õióỷn trồớ r
1
thỗ mọmen cổỷc õaỷi coù thóứ vióỳt thaỡnh :

Trong õoù C laỡ mọỹt hóỷ sọỳ.
Giaớ thióỳt U
1
vaỡ M laỡ õióỷn aùp vaỡ mọmen luùc tỏửn sọỳ f

1
, cn cổù vaỡo õióửu kióỷn
nng lổỷc quaù taới khọng õọứi, ta coù :
N IN T CễNG SUT
4
Hỡnh I.2 S iu chnh tc bng cỏch thay i tn s ngun.
a) S khi .b) c tớnh U/f khụng i
SVTH :nguyn vn bo 062 GVHD:LM TNG C
Toùm laỷi, khi thay õọứi tỏửn sọỳ f
1
, ta phaới õọửng thồỡi thay õọứi U
1
õổa vaỡo õọỹng cồ.
Trổồỡng hồỹp U
1
/f = C
te
vaỡ tỏửn sọỳ giaớm coù õỷc tờnh cồ nhổ hỗnh 14.7b, caùch õióửu
chốnh naỡy coù caùc õỷc tờnh thờch hồỹp vồùi loaỷi taới cỏửn M
C
= C
te
khi vỏỷn tọỳc thay õọứi.
c) Thay i tc bng cỏch iu chnh in tr Roto :
Thay õọứi õióỷn trồớ dỏy quỏỳn rọto, bũng caùch mừc thóm bióỳn trồớ ba pha vaỡo
maỷch rọto cuớa õọỹng cồ rọto dỏy quỏỳn nhổ hỗnh 14.15a.
Do bióỳn trồớ õióửu chốnh phaới laỡm vióỷc lỏu daỡi nón coù kờch thổồùc lồùn hồn bióỳn
trồớ khồới õọỹng. Hoỹ õỷc tờnh cồ cuớa K rọto dỏy quỏỳn khi duỡng bióỳn trồớ õióửu chốnh
tọỳc õọỹ trón hỗnh 14.15b. Khi tng õióỷn trồớ, tọỳc õọỹ quay cuớa õọỹng cồ giaớm.
Tỏửn sọỳ õoùng cừt vaỡ õióỷn trồớ tổồng õổồng cuớa maỷch BX :

Phổồng phaùp nỏửy gỏy tọứn hao trong bióỳn trồớ nón laỡm hióỷu suỏỳt õọỹng cồ giaớm.
N IN T CễNG SUT
5
SVTH :nguyn vn bo 062 GVHD:LM TNG C
Tuy vỏỷy, õỏy laỡ phổồng phaùp khaù õồn giaớn, tọỳc õọỹ õổồỹc õióửu chốnh lión tuỷc trong
phaỷm vi tổồng õọỳi rọỹng nón õổồỹc duỡng nhióửu trong caùc õọỹng cồ cọng suỏỳt cồớ
trung bỗnh.
N IN T CễNG SUT
6
SVTH :nguyn vn bo 062 GVHD:LM TNG C
Hỡnh I.3iu chnh tc ng c roto dõy qun bng cỏch thay i
in tr roto.
a) S iu chnh.b) c tớnh .c)S mch h d)S mch kớn.
d) iu chnh tc bng cỏch ni cp tr nng lng v ngun:
Nng lổồỹng trổồỹt tỏửn sọỳ f
2
= sf
1
leợ ra tióu hao trón õióỷn trồớ phuỷ õổồỹc chốnh lổu
thaỡnh nng lổồỹng mọỹt chióửu (hỗnh 15.9), sau õoù qua bọỹ nghởch lổu õổồỹc bióỳn õọứi
thaỡnh nng lổồỹng xoay chióửu tỏửn sọỳ f traớ vóử nguọửn.
Quan hóỷ giổợa hóỷ sọỳ trổồỹt s vaỡ goùc mồớ cuớa thyristor :
ióỷn aùp ra cuớa chốnh lổu cỏửu ba pha :
ióỷn aùp ra cuớa nghởch cỏửu
N IN T CễNG SUT
7
SVTH :nguyễn văn bạo– 06Đ2 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
Chương II:
TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
I.ĐIÔT CÔNG SUẤT

1.CẤU TẠO:
Hình a:cấu tạo của Điôt
Hình b:kí hiệu của Điôt
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
8
Hình I.4 Sơ đồ điều chỉnh tốc độ bằng cách nối cấp trả năng lượng về nguồn
( b )
Anôt
Katoát
( a )
- +
- +
-α 0 α
q
N
N
P
d
NP
SVTH :nguyễn văn bạo– 06Đ2 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
Điôt công suất là linh kiện bán dẫn công suất có hai cực , được cấu tạo bởi 1 lớp
bán dẫn N và 1 lớp bán dẫn P ghép lại
2.NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC
Hình a:sự phân cực thuận Điôt
Hình b: sự phân cực ngược Điôt
Khi đặt Điôt công suất dưới điện áp nguồn U có cực như hình vẽ,chiều
của điện trường ngoài ngược chiều với điện trường nội tại
i
E
.Thông thường U>

i
E
thì dòng điện chạy trong mạch ,tạo nên điện áp rơi trên Điôt khoảng 0.7V khi
dòng điện là định mức .Vậy sự phân cực thuận hạ thấp barie điện thế .Ta nói mặt
ghép PN được phân cực thuận .
Khi đổi chiều điện áp đặt vào Điôt , điện trường ngoài sẽ tác động cùng
chiều với điện trường nội tại
i
E
.Điện trường tổng cản trở sự di chuyển của các
điện tích đa số .Các điện tử của vùng N di chuyển thẳng về cực dương của nguồn
U làm cho điện thế vùng N đã cao lại càng cao hơn so với vùng P.Vì thế vùng
chuyển tiếp ngày càng rộng ra ,không có dòng điện chạy qua mặt ghép P-N.Ta
gọi mặt ghép P-N bị phân cực ngược .Nếu tiếp tục tăng U, các điện tích được
gia tốc, gây nên sự va chạm dây chuyền làm Barie điện thế bị đánh thủng .
Đặc tính Vôn-Ampe của Điôt công suất được biểu diễn gần đúng bằng
biểu thức : I = I
S
[ exp (eU/kT) – 1 ]
Trong đó:
-Is :dòng điện rò ,khoảng vài chục mA
- e = 1,59.10
- 19
Coulomb
-k = 1,38.10
- 23
: hằng số Bolzmann
- T = 273 + t
0
: Nhiệt độ tuyệt đối (

0
K)
-

t
0
: Nhiệt độ của môi trường (
0
C)
-U: điện áp đặt trên Điôt (V)
Hình 2.3 Đặc tính Vôn-Ampe của Điôt :
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
9
( a )
+ -
U
E
i
P N
( b )
- +
U
E
i
P N
I
U
U
Z
U

γ
1
2
SVTH :nguyễn văn bạo– 06Đ2 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
Gồm 2 nhánh :
-nhánh thuận
-nhánh ngược
Khi Điôt được phân cực thuận dưới điện áp U thì Barie điện thế
i
E
giảm
xuống gần bằng 0.Tăng ,lúc đầu dòng tăng từ từ cho đến khi U lớn hơn khoảng
0.1V thì I tăng một cách nhanh chóng , đường đặc tính có dạng hàm mũ.
Tương tự ,khi phân cực ngược cho Điôt ,tăng U ,dòng điện ngược tăng từ
từ .khi U lớn hơn 0.1V dòng điện ngược dừng lại cỡ vài chục mA và được kí
hiệu là
s
I
. dòng
s
I
là do các hạt dẫn thiểu số tạo nên .Nếu tiếp tục tăng U thì các
hạt dẫn thiểu số di chuuyển càng dể dàng hơn ,tốc độ di chuyển tỉ lệ thuận với
điện trường tổng hợp , động năng của chúng tăng lên .Khi U  = 
z
U

thì sự va
chạm giữa các điện tích thiểu số di chuyển với tốc độ cao sẽ bẻ gãy các liên kết
nguyên tử silic trong vùng chuyển tiếp xuất hiện các điện tử tự do mới .Rồi

những điện tích tự do mới này chịu sự tăng tốc của điện trường tổng hợp lại tiếp
tục bắn phá các nguyên tử silic .kết quả tạo phản ứng dây chuyền tạo làm cho
dòng điện ngược tăng lên ào ào và sẽ phá hỏng Điôt.Do đó để bảo vệ Điôt ta chỉ
cho chúng làm việc với giá trị điện áp :U=(0.7-0.8)
z
U
.
Các thông số kỉ thuật để chọn Điôt :
-Dòng điện định mức
dm
I
(A)
-Điện áp ngược cực đại : U
ngmax
( V )
- Đi ện áp rơi trên Điôt ∆U ( V )
3. Ứng dụng
ứng dụng chủ yếu của Điôt công suất là chỉnh lưu dòng điện xoay chiều
thành dòng điện một chiều cung cấp cho tải.
II.TRANSITOR CÔNG SUẤT
1.CẤU TẠO
Transitor bán dẫn công suất là linh kiện bán dẫn gồm có 3 lớp
:PNP hay NPN.

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
10
Hình 2. 4 Transistor PNP:
a). cấu tạo
b). ký hiệu
( b )

C
B
E
( a )
E
B
C
N
P
P
Hình 2. 5 Transistor NPN:
a). cấu tạo
b). ký hiệu
( a )
E
C
B
P
N
N
C
B
E
( b )
SVTH :nguyễn văn bạo– 06Đ2 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
Về mặt vật lý ,transitor gồm 3 phần :phần phát ,phần nền và phần
thu.vùng nền B rất mỏng .
Transitor công suất có cấu trúc và ký hiệu như sau:
a.cấu trúc b.ký hiệu
2.Nguyên lý hoạt động

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
11
( b )
( a )
E
I
C
B
U
BE
I
E
C
I
B
U
CE
E • •
B
C
•
•
•
Base
p
-
I
E
+
I

C
I
E
Colecto
r
Emiter
C
CE
E
N
•
•
•
•
N
p
•
•
•
-
+
R
E
U
EE
U
CC
R
C

•
•
•
P
Sơ đồ phân cực của transitor
SVTH :nguyễn văn bạo– 06Đ2 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
Điện thế
BE
U
phân cực thuận là nguyên nhân làm cho vùng phát E phóng
điện tử vào vùng P (cực B). Hầu hết các điện tử (electron) sau khi qua vùng B
rồi qua tiếp mối nối thứ hai phía bên phải hướng tới vùng N (cực thu),khoảng
1% được giữ lại ở vùng B .Các lỗ trống vùng nền di chuyển vào vùng phát.
Dòng điện đo được trong vùng phát gọi là dòng phát
E
I
.
Dòng
C
I
gồm 2 thành phần:
- Thành phần thứ nhất (thành phần chính )là tỉ lệ của hạt electron từ cực
phát tới cực thu .Tỷ lệ này phụ thuộc cấu trúc của transitor và là hằng
số được tính trước đối với từng transitor riêng biệt. Hằng số đã được
định nghĩa là
α
.Vậy thành phần chính của
C
I
=

α
E
I
.
- Thành phần thứ hai là thành phần qua mối nối B-C ở chế độ phân cực
ngược lại khi
E
I
=0.Dòng này được gọi là dòng
CBO
I
dòng này rất nhỏ.
Vậy dòng qua cực thu
C
I
=
α
E
I
+
CBO
I
*Các thông số của transitor công suất :
-
C
I
:dòng colectơ mà transitor chịu được .
-
ESC
U

:điện áp
EC
U
khi transitor dẫn bão hoà .
-
EOC
U
: điện áp
EC
U
khi mạch Bazơ để hở
-
EXC
U
:điện áp
EC
U
khi mach bazơ bị khoá bởi điện áp âm.
-
on
t
:thời gian cần thiết để điện áp
EC
U
giảm từ U xu ống giá trịU
CESat
≈ 0.
- t
f
: thời gian cần thiết để i

C
từ giá trị I
C
giảm xuống 0.
- t
S
: Thời gian cần thiết để U
CE
từ giá trị U
CESat
tăng đến giá trị điện áp
nguồn U.
- P: Công suất tiêu tán bên trong transitor. P = U
BE
.I
B
+ U
CE
.I
C
.
- Khi transitor ở trạng thái mở: I
B
= 0, I
C
= 0 nên P = 0.
- Khi transistor ở trạng thái đóng: U
CE
= U
CESat.

Trong thực tế transitor thường được cho làm việc ở chế độ khoá I
B
= 0,
I
C
= 0,transitor được coi như hở mạch . Nhưng với giá trị gốc ở trạng thái có giá trị bão
hoà., thì transitor về trạng thái đóng hoàn toàn .Transitor là linh kiện phụ thuộc nên cần
phối hợp dòng điện gốc và dòng điện góp. Ở trạng thái bão hoà để duy trì khả năng điều
khiển và để tránh điện tích ở cực gốc quá lớn,dòng điện gốc ban đầu phải cao để chuyển
sang trạng thái dẫn nhanh chóng , Ở trạng thái khoá dòng diện gốc phải giảm cùng quy luật
với dòng điện góp để tránh hiện tượng chọc thủng thứ cấp .
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
12
( b )
( a )
I
C
U
CE
b
a
U
CE
I
C
I
C
•
SVTH :nguyễn văn bạo– 06Đ2 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
Hinh 2.7: a). Trạng thái ngắn mạch hay đóng mạch I

B
lớn, I
C
do tải giới
hạn
b). Trạng thái hở mạch I
B
= 0.
Các tổn hao chuyển mạch của transitor có thể lớn .Trong lúc chuyển mạch , điện
áp trên các cực và dòng điện của transitor cùng lớn . Tích của dòng điện và điện
áp cùng với thời gian chuyển mạch tạo nên tổn hao năng lượng trong quá trình
chuyển mạch .Công suất tổn hao chính xác do chuyển mạch là hàm số của các
thông số của mạch phụ tải và dạng biến thiên của dòng điện gốc.
*Đặc tính tĩnh của transitor: U
CE
= f (I
C
).
Để cho khi transitor đóng , điện áp sụt bên trong có giá trị nhỏ
,người ta phải cho nó làm việc ở chế độ bão hoà , tức là I
B
ph ải đủ lớn để I
C
cho
điện áp U
CE
nhỏ nhất.
Ở chế độ bão hoà điện áp sụt trong transitor công suất bằng 0.5 đến 1V trong khi
đó của tiristo là 1.5V.
3. Ứng dụng của transitor công suất

Transitor công suất dùng để đóng cắt dòng điện một chiều có cường độ
lớn .Tuy nhiên trong thực tế Transitor thường cho làm việc ở chế độ khoá .
I
B
= 0, I
C
= 0: transitor coi như hở mạch.
III.TRANSITOR MOS CÔNG SUẤT
Transitor trường FET được chế tạo theo công nghệ MOS (metal –oxid-
semiconductor) thường được sử dụng như những chuyển mạch có công suất
lớn.Khác với transitor lưỡng cực được điều khiển bằng dòng điện ,transitor MOS
được điều khiển bằng điện áp .Transitor MOS gồm các cực chính :cực máng
(drain ),cực nguồn (source)và cửa Gate(G).Dòng điện máng - nguồn được điều
khiển bằng điện áp cửa - nguồn
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
13
Hình 2. 9 Đặc tính tĩnh của transitor U
CE
= f ( I
C
).
Vùng
tuyến
tính
Vùng gần bão hoà
Vùng bão hoà
hoøa
U
CE
I

C
•
Cửa
•
• nguồn
•
máng
( b )
( a )
= 3V
= 4,5V
= 6V
= 9V
= 7,5V
Dòng
điện
máng
Điện
trở
hằng
số
Điện áp máng - nguồn
SVTH :nguyễn văn bạo– 06Đ2 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
. Transitor MOS công suất
Hình2.10 a)Họ đặc tính ra
b)ký hiệu thông thường kênh N
Transitor MOS là loại chuuyển mạch nhanh .Với điện áp 100V tổn hao dẫn ở
chúng lớn hơn ở transitor lưỡng cực và tiristo ,nhưng tổn hao chuyển mạch nhỏ
hơn nhiều .Hệ số nhiệt điện trở của transitor MOS là dương .Dòng điện và điện
áp cho phép của transitor MOS lớn hơn transitor lưỡng cực và tiristo.

IV.TRANSITOR TRƯỜNG LƯỠNG CỰC CỔNG CÁCH LY IGBT
Transitor trường lưỡng cực cổng cách ly IGBT là một linh kiện
bán dẫn công suất trong đó phối hợp hai transitor lưỡng cực PNP,NPN và một
MOSFET có cấu trúc như hình vẽ:
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
14
Q2
NPN
Q1
PNP
ge
V
C
EGE
+
P
−
N
CE
V
SVTH :nguyễn văn bạo– 06Đ2 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
a)Mồi IGBT
Điện áp
CE
U
dương khi điện áp
GE
V
lớn hơn một điện áp ngưỡng
t

V
,khi đó xuất hiện các kênh dẫn .Các điện tử chạy qua kênh này và bơm thêm
vào lớp
−
N
có điện thế giảm đi .Chuyển tiếp
+
P
−
N
trở nên dẫn và đưa IGBT vào
trạng thái dẫn.
Vùng
−
N
nhận các điện tử của êmitơ và lỗ của colectơ , điện trở suất của nó sẽ
giảm đi và điện trở biểu kiến của nó nhỏ hơn điên trở của MOSFET ,do vậy
vùng
−
N
sẽ không được bơm thêm các lỗ.
b)Dập tắt IGBT
việc dẫn bằng các hạt thiểu số có ưu điểm làm giảm điện áp rơi ở
trạng thái dẫn ,nhưng có nhược điểm làm tăng thời gian dập tắt ,do đó hạn chế
tần số làm việc cho phép của IGBT .
Khi triệt tiêu tính hiệu điều khiển trên cổng ,dòng điện
C
I
được tắt theo
hai giai đoạn :

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
15
3GE
V
>
2GE
V
2GE
V
>
1GE
V
1GE
V
=
GT
V
1GE
V
=
GT
V
H2.11 Đặc tính tĩnh của IGBT
c
I
t
GE
V
t
0

SVTH :nguyễn văn bạo– 06Đ2 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
-Đầu tiên các kênh biến mất và MOSFET bị khoá một cách nhanh chóng ,
điều này làm cho
c
i
bước đầu giảm đi .Tiếp theo các hạt dư thừa của vùng
−
N
sẽ
tái hợp dần và dòng điện
c
i
sẽ giảm chậm .
-Chuyển tiếp côlectơ-Bazơ của transitor này có một điện dung ký sinh
làm cho cực của nó có một điện áp gần bằng điện áp máng-nguồn của MOSFET
đầu vào .
Ở thời điểm dập tắt ,nếu điện áp máng - nguồn này giảm quá nhanh dòng
điện qua điện dung kí sinh gửi tới R sẽ phóng và có thể đưa transitor vào trạng
thái dẫn .
Để IGBT có thể được điều khiển lại bằng cổng G thì
c
i
phải giảm dưới
mức duy trì thác .Việc giảm hệ số khuyếch đại của các transitor NPN và PNP có
thê tránh được hiện tượng này .Giảm hệ số khuyếch đại cua transitor PNP làm
tăng điện áp rơi thuận của IGBT do đó tốt hơn là nên giảm hệ số khuyếch đại
của transitor NPNbằng cách sử dụng lớp đệm và khuyếch tán sâu
+
P
.

2.Các thông số của IGBT
-Điện áp khoá côlectơ – êmitơ
SCE
V
:là điện áp côlectơ-êmitơ cực
đại ở trạng thái khoá khi cổng và êmitơ ngắn mạch .
-Điện áp cổng –êmitơ
SGE
V
:là điện áp cổng –êmitơ cho phép khi
côlectơ ngắn mạch với êmitơ.
-Dòng điện côlectơ một chiều
c
i
-Dòng điện đỉnh côlectơ lặp lại
CM
I
:là dòng điện cực đại quá độ
mà IGBT có thể chịu được ,có trị số cao hơn
c
i
.
-Công suất tiêu tán cực đại
M
P
-Nhiệt độ chuyển tiếp
j
T
:là nhiệt độ cho phép của chuyển tiếp khi
làm việc .

-Dòng điện tải cảm
LM
I
-Dòng điện rò côlectơ-êmitơ
SCE
I
:là dòng điện rò ở điện áp định
mức khi ,dòng điện quy định khi cổng được nối ngắn mạch với êmitơ.
-Điện áp côlectơ- êmitơ bão hoà
SatCE
V
-Độ hỗ dẫn thuận
FE
g
-Điện tích cổng tổng
C
Q
-Thời gian trễ khi đóng
d
t
:là thời gian giữa 10% điện áp cổng đến
10% dòng côlectơ cuối cùng .
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
16
0
SVTH :nguyễn văn bạo– 06Đ2 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
-thời gian tăng trưởng
r
t
:là thời gian cần thiết để dòng điện côlectơ

tăng đến 90% của giá trị cuối từ 10% của giá trị cuối .
-Thời gian trễ mở
doff
t
-Thời gian giảm
f
t
-Điện dung vào
ies
C
- Điện dung ra
res
C
- Điện dung truyền đạt ngược :
res
C
-Diện tích làm việc an toàn SOA
3. ỨNG DỤNG
Ưu điểm của IGBT là đơn giản ,môđun hoá , điều khiển đơn
giản ,cách ly về điện giũa các môđun
IGBT được sử dụng làm bộ chuyển mạch của bộ nghich lưu , ứng
dụng trong cả cung cấp điện và truyền động điện
Chương III :
TỔNG QUAN VỀ BIẾN TẦN.
I. Khái niệm :
Biến tần là bộ biến đổi nguồn điện áp với các thông số điện áp và tần số
không thành nguồn điện áp với các thông số điện áp và tần số thay đổi được .
Thông thường biến tần làm việc với nguồn điện áp vào là điện áp lưới nhưng
về nguyên tắc biến tần có thể làm việc với bất kỳ nguồn điện áp xoay chiều
nào .

II. Phân loại biến tần :
Dựa vào nguyên lý hoạt động của nó người ta chia làm hai loại : Biến tần
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
17
SVTH :nguyễn văn bạo– 06Đ2 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
trực tiếp và biến tần gián tiếp .
1.Biến tần trực tiếp :
Là bộ biến đổi tần số đầu vào f
1
thành tần số f
2
bằng cách đóng cắt dòng xoay
chiều tần số f
1
.
Biến tần trực tiếp thường được cấu tạo từ những nhóm chỉnh lưu cầu mắc
song song ngược.Cho xung lần lược vào các nhóm đó ta có thể có được dòng
điện tải theo yêu cầu.Như vậy điện áp xoay chiều U(f1) chỉ cần qua một van
là chuyển ngay ra tải U(f
2
) vì vậy hiệu suất của bộ biến tần này lớn.
Tuy nhiên cấu trúc trúc của bộ biến tần này phức tạp ,gồm nhiều van nên vấn
đề điều khiển gặp nhiều khó khăn , nó chỉ thích hợp cho truyền động điện có
công suất lớn ,tốc độ làm việc thấp ,vì việc tần số f
2
ở đầu ra phụ thuộc và f
1
.

H3.1 Sơ đồ nguên lý biến tần trực tiếp dùng Thyristo

2.Biến tần gián tiếp :
Biến tần gián tiếp hay còn gọi là biến tần có khâu trung gian một chiều .Gồm
bộ chỉnh lưu để biến đổi nguồn xoay chiều thành một chiều sau đó lại dùng
bộ chỉnh lưu để biến đổi nguồn một chiều thành nguồn xoay chiều .Khâu
trung gian một chiều đóng vai trò một kho tích lũy năng lượng dưới dạng
nguồn áp dùng tụ điện hoặc nguồn dòng dùng cuộn cảm ,tạo ra một khâu
cách ly nhất định giữa phụ tải và nguồn điện áp lưới .
Tùy thuộc khâu trung gian làm việc trong chế độ nguồn dòng hay nguồn áp
mà biến tần được chia ra làm ba loại chính :
- Biến tần nguồn dòng .
- Biến tần nguồn áp với nguồn có điều khiển.
- Biến tần nguồn áp với nguồn không điều khiển (sử dụng nghịch lưu áp
biến điệu bề rộng xung).
a. biến tần nguồn dòng :
Biến tần nguồn dòng dùng chỉnh lưu có điều khiển ,nghịch lưu thyristo.
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
18
Z
tải
SVTH :nguyễn văn bạo– 06Đ2 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
H3.2 Sơ đồ nguyên lý biến tần nguồn dòng
Trên sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển cùng với cuộn cảm tạo nên nguồn dòng
cung cấp nghịch lưu .Nghịch lưu ở đây là sơ đồ nguồn dòng song song .Hệ
thống tụ chuyển mạch được cách ly với tải qua hệ thống điôt cách ly .Dòng ra
nghịch lưu có dangjxung chữ nhật ,điện áp ra có dạng tương đối sin nếu phụ
tải là động cơ.
Ưu điểm :
+ ưu điểm cơ bản của biến tần loại này là có sơ đồ đơn giản nhất và sử dụng
loại thyristo có tần số đóng cắt không cao lắm .
+ Biến tần loại này khi dùng với động cơ không đồng bộ là sơ đồ có khả

năng trả năng lượng về nguồn ,khi động cơ chuyển sang chế độ máy phát
dòng đầu vào nghịch lưu vẫn được giữ không đổi nhưng chuyển sang chế độ
làm việc với góc điều khiển lớn hơn 90
0
,nghĩa là chuyển sang làm việc ở chế
độ nghịch lưu phụ thuộc,nhờ đó năng lượng từ phía nghịch lưu được đưa về
lưới .Biến tần nguồn dòng cũng không sợ chế đọ ngắn mạch vì hệ thống giữ
dòng không đổi nhờ chỉnh lưu có điều khiển và cuộn kháng trong mạch một
chiều .Với công suất nhỏ thì sơ đồ này không phù hợp vì hiệu suất kém và
cồng kềnh nhưng với công suất trên 100kW thì đây là một phương án hiệu
quả .
Nhược điểm :
Có hệ số công suất nhỏ và phụ thuộc vào tải nhất là khi tải nhỏ.
b. Biến tần nguồn áp :với nguồn có điều khiển .
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
19
M
SVTH :nguyễn văn bạo– 06Đ2 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
a)
b)

h3.3 sơ đồ nguyên lý biến tần nguồn áp với nguồn có điều khiển .
a)Chỉnh lưu có điều khiển
b)Dùng chỉnh lưu không điều khiển và bộ biến đổi xung áp một
chiều.
Biến tần nguồn áp loại này dùng nghịch lưu nguồn áp với đầu vào một chiều
điều khiển được .Điện áp một chiều cung cấp có thể dùng chỉnh lưu có điều
khiển hoặc không điều khiển sau đó điều chỉnh nhờ bộ biến đổi xung áp một
chiều .Với phương án 2 thì hệ số công suất của sơ đồ sẽ không đổi ,không
phụ thuộc vào tải .Tuy nhiên khi đó sơ đồ sẽ qua nhiều khâu biến đổi và hiệu

suất sẽ kém do đó chỉ phù hợp với tải nhỏ dưới 30kW
Biến tần nguồn áp có dạng điện áp ra xung chữ nhật ,biên độ được điều chỉnh
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
20
SVTH :nguyễn văn bạo– 06Đ2 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
nhờ thay đổi điện áp một chiều .Hình dạng và giá trị điện áp ra không phụ
thuộc vào tải ,dòng điện do tải xác định .Điện áp ra có độ méo phi tuyến
lớn ,có thể không phù hợp với 1 số loại tải .
c. Biến tần nguồn áp biến điệu bề rộng xung :

H3.4 sơ đồ nguyên lý biến tần nguồn áp biến điệu bề rộng xung
Biến tần loại này dùng chỉnh lưu không điều khiển ở đầu vào .Điện áp và tần
số ở đầu ra sẽ hoàn toàn do phần nghịch lưu xác định .nghịch lưu thường sử
dụng các van điều khiển hoàn toàn như GTO ,IGBT,BJT công suất …
IGBT và BJT công suất được sử dụng cho biến tần công suất tới 300kW ,điện
áo lưới đầu vào đến 690V.Tần số sóng mang thường đến 12 kHz đối với
công suất đến 55kW ,với công suất lớn hơn tần số này bị giới hạn dưới 3kHz
( IGBT sẽ được giới thiệu kỹ hơn ở phần sau).
GTO được sử dụng cho các biến tần công suất trên 300kW ,điện áp lưới đến
690V ,tần số sóng mang 1 kHz.
Tần số đóng cắt cao hơn trong biến điệu bề rộng xung tạo ra điện áp đầu ra
gần như sin hoặc chỉ cần những lọc LC đơn giản là có thể tạo ra điện áp hình
sin tuyệt đối .
Vì sử dụng chỉnh lưu không điều khiển ở đầu vào nên hệ số công suất của sơ
đồ gần như bằng 1( cỡ 0,98) và không phụ thuộc vào phụ tải .Tuy nhiên ở
thời điểm đóng điện ban đầu dòng nạp cho tụ một chiều có thể có giá trị rất
lớn ,cần phải được hạn chế .
3.Các phương pháp thông dụng điều khiển bộ nghịch lưu áp :
Có nhiều phương pháp để điều chế tạo ra điện áp và tần số mong muốn để
điều khiển động cơ .Trong chương này ta khái quát 2 phương pháp thường

dùng nhất là :
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
21
SVTH :nguyễn văn bạo– 06Đ2 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
-Phương pháp điều chế độ rộng xung (SinPWM)
-Phương pháp điều chế vector không gian (Space Vector).
a.Phương pháp điều chế độ rộng xung (SinPWM)
Để tạo ra một điện áp xoay chiều bằng phương pháp SINPWM, ta sử dụng
một tín hiệuxung tam giác tần số cao đem so sánh với một điện áp sin chuẩn
có tần số f. Nếu đem xung điều khiển này cấp cho một bộ biến tần một pha
thì đó ngõ ra sẽ thu được một dạng điện áp dạng điều rộng xung có tần số
bằng với tần số nguồn sin mẫu và biên độ hài bậc nhất phụ thuộc vào nguồn
điện một chiều cung cấp và tỉ số giữa biên độ sóng sin mẫu và sóng
mang.Tần số sóng mang phải lớn hơn tần số của sóng sin mẫu. Sau đây là
hình vẽ miêu tả nguyên lý
của phương pháp điều rộng sin một pha:
H2.5 Nguyên lý của phương pháp điều chế độ rộng xung .
Khi V
control
>V
tri
thì V
AO
= V
dc
/2
Khi V
control
< V
tri

thì V
AO
= -V
dc
/2
Như vậy, để tạo ra nguồn điện 3 pha dạng điều rộng xung, ta cần có nguồn
sin 3 pha mẫu và giãn đồ kích đóng của 3 pha sẽ được biểu diển như hình
vẽ dưới đây:
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
22
SVTH :nguyễn văn bạo– 06Đ2 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
Ta cần tính được biên độ hài bậc nhất của điện áp ngõ ra từ tì số biên
độ giữa sóng mang và sóng tam giác. Ta có công thức sau tính biên độ của hài
bậc nhất:
2
DC
t
U
kU =
Trong đó k là tỉ số giữa biên độ sóng sin mẫu và biên độ sóng mang . còn gọi
là tỉ số
điều biên.
cary
dk
U
U
k =
b.Phương pháp điều chế vector không gian:
Chương IV:
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

23
SVTH :nguyễn văn bạo– 06Đ2 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
MẠCH ĐỘNG LỰC


I-BỘ NGHỊCH LƯU:
Như đã giới thiệu trong phần tổng quan về biến tần ,đối với những động cơ có
công suất nhỏ dưới 30kW (động cơ của ta có công suất là 1kW ) phù hợp nhất ta
dùng bộ biến tần nguồn áp với nguồn có điều khiển(dùng chỉnh lưu không điều
khiển ,điện áp một chiều cấp cho nghịch lưu điều khiển nhờ bộ băm) ,điều khiển
theo phương pháp biến điệu bề rộng xung. Van bán dẫn dùng trong bộ nghịch
lưu có thể là BJT công suất ,IGBT, GTO Ở đây ta dùng IGBT .
1.Sơ đồ nguyên lý và quá trình chuyển mạch :



H4.1 Sơ đồ nguyên lí của bộ nghịch lưu.
Tụ C
0
đảm bảo nguồn là nguồn áp và để tiếp nhận năng lượng phản kháng từ tải.
Phương pháp điều khiển các van IGBT thông thường nhất là điều khiển cho góc
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
24
Chỉnh
lưu
Lọc
Nghịch
lưu
Tải
D

5n
D
3n
D
1n
T
3
T
5
T
1
Z
C
Z
B
Z
A
D
2n
D
6n
D
4n
T
4
T
6
T
2
C

0
SVTH :nguyễn văn bạo– 06Đ2 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
mở của van là
o
180
=
λ
và
o
120
=
λ
.Ở đây ta xét góc dẫn với tải đấu sao như
thiết băng cách xác định điện áp trên tải trong từng khoản thời gian 60
0
(vì cứ
60
0
có một trạng thái chuyển mạch) với nguyên tắc van nào dẫn coi như thông
mạch .Nhìn chung sơ đồ này có dạng một pha tải nối với hai pha đấu song song
nhau .Do vậy điện áp 1 pha trên tải sẽ chỉ có hai giá trị là
3
z
U
(Khi một pha đấu
song song với 1 trong 2 pha còn lại )hoặc
3
2
z
U

khi một pha nối tiếp với nhánh
song song còn lại.Với giả thiết tải đối xứng :
• Nguyên tắc chuyển mạch :
Cho góc mở của IGBT là 180
0
và cứ 60
0
tiếp theo (kể từ khi IGBT trước đó được
mở thì một IGBT khác mở) .Như vậy trong cùng một thời gian có 3 IGBT mở :
T
0
o
60÷
oo
12060 ÷
oo
180120 ÷
oo
240180 ÷
oo
300240 ÷
oo
360300 ÷
T1 1 1 1 0 0 0
T2 0 1 1 1 0 0
T3 0 0 1 1 1 0
T4 0 0 0 1 1 1
T5 1 0 0 0 1 1
T6 1 1 0 0 0 1
Bảng trạng thái đóng mở của các IGBT

Xét quá trình chuyển mạch từ T
5
sang T
2
tương ứng với khoảng (
oo
600 ÷
) sang
(
oo
12060 ÷
) .
Trong khoảng
oo
600 ÷
thì T
1
,T
5
,T
6
dẫn, chiều dòng điện qua tải được xác định
như hình vẽ :
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
25