Đề tài thiết kế và chế tạo mạch nghịch lưu một pha

NHÂN
̣ XET
́ CUA
̉ GIAO
́ VIÊN
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................

Hưng Yên, tháng 11 năm 2013.
Giao
́ viên hướng dâñ

Nguyễn Đình Hùng


MỤC LỤC

LỜI NĨI 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 đ ược s ử d ụng
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 c ấp,
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 đ ại.
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
tốn thiết kế phục vụ cho việc hoàn thiện sản phẩm.
Dưới sự hướng dẫn chỉ bảo nhiệt tình của thầy Nguyễn Đình Hùng cùng với
sự cố gắng nỗ lực của các thành viên trong nhóm chúng em đã hồn thành xong đồ án
của mình.Tuy nhiên do thời gian và kiến thức cịn hạn chế nên khơng 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 cơ giáo, cùng bạn bè để đề tài được hoàn thiện hơn.
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
1. Giới thiệu về các van bán dẫn công suất.
Các phần tử bán dẫn cơng suất đều có những đặc tính cơ bản chung, đó là:

Các van bán dẫn chỉ làm việc trong chế độ khố, khi mở cho dịng chạy qua thì
có điện trở tương đương rất nhỏ, khi khố khơng cho dịng chạy qua thì có điện trở
tương đương rất lớn.
Các van bán dẫn chỉ dẫn dòng theo một chiều khi phần tử được đặt dưới điện
áp phân cực ngược, dịng qua phần tử chỉ có giá trị rất nhỏ, cỡ mA, gọi là dịng rị.
1.1. Điốt cơng suất.
1.1.1. Chất bán dẫn
• Chất bán dẫn tạp loại P: Khi ta trộn thêm một lượng vừa đủ một nguyên tố ở
phân nhóm 3 vào Silic hoặc Ge (phân nhóm 4) ngun tố này có 3 e thuộc lớp ngồi
cùng như vậy nó sẽ bị thiếu 1e để tham gia liên kết với Si hoặc Ge. Kết quả trong
mạch tinh thể bị dưa ra các lỗ trống.Lỗ trống mang điện tích dương Positive và ta
gọi là bán dẫn loại P và hạt thiểu số là e.
• Chất bán dẫn tạp loại n: Khi ta trộn thêm một lượng vừa đủ một nguyên tố ở
phân nhóm 5 vào Si hoặc Ge (thuộc một cơng nghệ đặc biệt) ngun tố này có 5e ở
lớp ngoài cùng, như vâỵ sẽ thừa ra một e. Khi tham gia liên kết với Si hoặc Ge, kết
quả trong mạng tinh thể bị dư ra các e, các e mang điện tích âm Negative, và ta gọi
chất bán dẫn này là loại N.

Hình 1: Hình dạnh và ký hiệu
1.1.2. Nguyên lý làm việc
a) Khi phân cực thuận: Ta thực hiện mạch bên với điều kiện điện áp của nguồn
ngoài Un sẽ tạo ra một điện trường En>Etx (và ngược với Etx) kết quả ta được điện
trường tổng đặt nên tiếp giáp J Et=En+Etx có chiều hướng đi từA tới K chiều của


điện trường này tạo điều kiện thuận lợi cho các hạt đa số di chuyển dễ dàng (vùng
P hạt đa số là lỗ trống, vùng N hạt đa số là e) làm cho dòng điện khuyếch tán lớn đi
từ A tới K và hầu như toàn bộ điện áp ngoài đặt vào J.
b) Phân cực ngược: Ta đấu A vào âm của nguồn ta đấu K vào dương của nguồn
Kết quả Et =En+Etx có chiều hướng làm cho các hạt thiểu số di chuyển dễ dàng và

ngăn cản các hạt đa số. Do mật độ hạt thiểu số rất nhỏ nên chỉ có một dịng đi ện
rất nhỏ qua J gọi là dòng rò đi từ K tới A
c) Đặc tính Volt-Ampere (V-A)

Hình 2: Đặc tính Volt-Ampere (V-A)
Nếu đặt EAK>0 sẽ có dịng điện chảy qua và tạo ra một điện áp rơi khoảng 0,7v
(với Si) .
Khi dòng điện là Iđm Nếu điện áp UAK< 0 các điện tử tự do và các lỗ trống bị đẩy ra
xa J kết quả chỉ có dịng điện rị vào khoảng vài mA có thể chảy qua .Khi tiếp t ục
tăng điện áp UAK theo chiều âm thì các hạt thiểu số sẽ được tăng tốc với động năng
lớn và gây ra va chạm làm bẻ gẫy các liên kết vùng J theo hình thức dây truyền, kết
quảlà hàng loạt các điện tích mới được sinh ra ởvùng J làm cho dòng điện tăng đột
ngột, dòng này sẽphá hỏng diode. Trị số điện áp ngược gây hỏng van diode gọi là
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 của van thì van an tồn.
-Khi đặt một hiệu điện thế UAK> 0 điện tử vùng N vượt qua vùng mặt ghép J sang
miền P và đến cực dương của nguồn. Nếu bỗng nhiên đặt U AK<0, các điện tử ở
vùng P phải quay về vùng N. Sự di chuyển này tạo nên dòng đi ện ng ược
chảy qua diode từ K tới A trong thời gian ngắn,nhưng cường độ dòng đi ện
này lớn hơn hơn nhiều so với dịng điện ngược bình thường. Ban đầu dịng điện
ngược này khá lớn, sau đó suy giảm và khoảng một thời gian t off (turn off time) nó
giảm xuống gần bằng khơng.Giá trị của toff cỡ µs.


-Đang ở chế độ khố, dịng điện ngược qua van rất nhỏ, không đáng kể, nếu bỗng
nhiên đặt UAK>0 và diode, dịng điện I khơng thể tức thời đạt giá trị
U/R mà phải mất một khoảng thời gian ký hiệu là t on (turn on time ) để các điện tích
đa số dịng loạt di động,ton cỡ µs (micro giây) .
-Khi tần số nguồn F≥100Khz thì diode sẽ mất tính dẫn điện theo một chiều( mất
chế độ khóa ) .

1.2. Tiristor ( SCR ).
Tirirtor là một thiết bị gồm bốn lớp bán dẫn P1,N1,P2,N2 tạo thành, tirirtor phải
được cấp một xung dương thì nó mới hoạt động. Do đó SCR thiết kế phải có 3
chân : chân Anot, Katot và chân điều khiển G.

Hình 4: Cấu tạo của tiristor

Hình 5: Ký hiệu và hình thực tế
Nguyên lý hoạt động :
Đặt Tiristor dưới điện áp một chiều, Anốt nối vào cực dương, Katôt nối vào cực âm
của nguồn điện áp. J1 J3 phân cực thuận, J2 phân cực ngược. Gần như toàn bộ điện
áp nguồn đặt trên mặt ghép J2 điện trường nội tại Ei của J2 có chiều từ N1 hướngvề
P2 điện trường ngoài tác động cùng chiều với Ei vùng chuyển tiếp cũng là vùng cách
điện càng mở rộng ra khơng có dịng điện chạy qua Tiristor mặc dù nó bị đặt dưới
điện áp.
+ Mở Tiristor: Cho một xung điện áp dương Ug tác động vào cực G (dương xo với
K) các điện tử từ N2 sang P2. Đến đây, một số ít các điện tử chảy vào cực G và hình
thành dịng điều khiển Ig chạy theo mạch G-J3-K-G còn phần lớn điện tử chịu sức
hút của điện trường tổng hợp của mặt ghép J 2 lao vào vùng chuyển tiếp này, tăng
tốc, động năng lớn bẻ gãy các liên kết nguyên tử Silic, tạo nên điện tử tự do mới.


Số điện tử mới được giải phóng tham gia bắn phá các nguyên tử Silic trong vùng kế
tiếp. Kết quả của phản ứng dây truyền làm xuất hiện nhiều điện tử chạy vào N 1
qua P 1 và đến cực dương của nguồn điện ngoài, gây nên hiện tượng dẫn điện ào ạt,
J 2 trở thành mặt ghép dẫn điện, bắt đầu từ một điểm xung quanh cực G rồi phát
triển ra toàn bộ mặt ghép. Địên trở thuận của Tiristor khoảng 100K Ω khi cịn ở
trạng thái khố, trở thành 0,01Ω khi Tiristor mở cho dịng chạy qua.Tiristor khố
+UAK > 1V hoặc Ig > Igs1 thì Tiristor sẽ mở. Trong đó I gs1 là dịng điều khiển được

tra ở sổ tay tra cứu Tiristor. Ton: thời gian mở là thời gian cần thiết để thiết lập dòng
điện chạy trong Tiristor, tình từ thời điểm phóng dịng Igvào cực điều khiển. Thời
gian mở Tiristor kéo dài khoảng 10 s µ .
+ Khố Tiristor: có hai cách làm giảm dịng làm việc I xuống dưới giá trị dịng duy trì
đặt một điện áp ngược lên Tiristor. Khi đặt điện áp ngược lên Tiristor: UAK<0, J 1và
J 3bị phân cực ngược, J2 phân cực thuận, điện tử đảo chiều hành trình tạo nên dịng
điện ngược chảy từ Katốt về Anơt, về cực âm của nguồn điện ngồi. Thời gian
khố toff: thời gian khi bắt đầu xuất hiện dòng điện ngược (t0).

i
IV
Ung.max

IG2 > IG1 > IGO

I rị
0 Uv.th

u

IG = 0

Uth.max

Hình 6: Đặc tính V – A của tiristor
1.3.Triắc
Triắc là thiết bị bán bẫn ba cực, bốn lớp có đường đặc tính volt – ampe đ ối
xứng, nhận góc mở cho cả hai chiều.Thực chất Triắc được chế tạo giống như 2
SCR ghép song song với nhau, dùng để dẫn dòng AC cả hai chiều khi cực G đ ược
kích xung dương hoặc áp âm.

Hình 7: Ký hiệu triac
A1 và A2 là hai đầu nối để dẫn dịng điện chính, G là cực điều khiển
Triac có thể dẫn dịng theo một trong trường hợp sau.

Hình 8: Đặc tính V- A của Triac


1.4. Transitor BJT công suất
1.4.1. Cấu tạo và ký hiệu:
Transistor lưỡng cực có cấu tạo gồm các miền bán dẫn P,N mà ta có hai cấu trúc
khác nhau pnp, npn.
Cấu tạo

Hình 9: Cấu tạo và ký hiệu của transistor
Miền thứ nhất của transistor là miền Emiter với đặc điểm có nồng độ tạp chất lớn
nhất, điện cực nối với miền này gọi là emitơ E. Miền thứ hai là miền Bazơ với
nồng độ tạp chất và độ dày nhỏ nhất, điện cực nối với miền này gọi là cực bazơ
B.Miền còn lại là miền collect với nồng độ tạp chất trung bình được nối với cực
colectơ. Tiếp giáp giữa p-n của E-B là tiếp giáp Emintơ JE, tiếp giáp p-n giữa B-C là
tiếp giáp Colectơ về ký hiệu cần chú ý chiều mũi tên hướng từP-N
1.4.2. Nguyên lý làm việc:
Để transistor làm việc người ta phải đưa điện áp 1 chiều tới các điện cực của nó,
gọi là phân cực cho transistor. Đối với tất cả 2 loại PNP hay NPN cần phân cực
cho:


Hình 10: Diện áp phân cực cho trasistor
Je phân cực thuận Jc phân cực ngược.

Cụ thể ta xét quà trình phân cực cho loại PNP.
Transistor làm việc ở chế độ khố (đóng hoặc mở) cho nên U CE Do tiếp giáp JE được
phân cực thuận nên các hạt đa số chuyển động dễ dàng qua tiếp giáp J E tới vùng bán
dẫn bazơ, kết quả là làm điện trở của tiếp giáp JE giảm và làm xuất hiện dòng điện
IB.Lớp Jc bị phân cực ngược nhưng E2>>E 1 nên điện trường E2 tạo ra khá lớn,và do
lớp bán dẫn bajơ mỏng ,nên chỉ một phần điện tích đi tới cực B, còn phần l ớn các
điện từ bị J2 hút về và đi tới nguồn dương tạo ra dòng colectơ quá tải Rt ,IE=
IC+IB, IB dòng điện khiển .
Khi U BE giảm IB↓I

Khi U BE=0 hoặc U

C.

<0 (phân cực ngược cho JE ) thì JE ngăn

BE

cản sự di chuyển các hạt đa số di chuyển qua nó à IC=0 .Transistor bị khố .
Các thơng số cơ bản của Transistor ở chế độ đóng cắt :
- ICMAX : Dịng điện colectơ cực đại .
- UCES: Điện ápUCE khi transistor khoá (IB=0) .
- USC : Thời gian đóng của transistor, là khoảng thời gian để điện áp U CE0 giảm
xuống UCES(chưyền từkhoá sang mở) – Tf thời gian cần thiết để IC giảm tới khơng
(chuyển từ mở bão hồ sang khố ).
- Ts thời gian cần thiết để tăng UCE từ UCES UCE0.
- PT công suất tổn thất trong transistor PT =U

.I B+U

BE

transistor ở chế độ khố : Đó là mối quan hệ I C =F(UCE)

.I C .Họ đặc tính tĩnh của

CE


Hình 11: Đặc tính V –A của transistor ngược
Vùng 1: Vùng khuếch đại tính tĩnh .
Vùng 2: Vùng khuếch đại bão hoà .
Vùng 3: Vùng van bị đánh thục.
Vùng 4:Vùng van bị đánh thủng.
1.5. Transistor MOS công suất ( MOSFET ).

Hình 12: Cấu tạo và ký hiệu của MOSFET kênh n


Transistor MOS có ba cực :
D - cực máng ( drain ) : các điện tích đa số từ thanh bán dẫn chảy ra máng.
S - cực nguồn ( source ) : các điện tích đa số từ cực nguồn chảy vào thanh bán
dẫn.
G - cực cổng ( gate ) : cực điều khiển.
Tương đương về thuật ngữ giữa Transistor MOS và Transistor lưỡng cực.
Transistor MOS

Transistor lưỡng cực

D

Colectơ C

S

Emitơ E

G

Bazơ B

VDD : nguồn điện máng.

VCC

VGG : nguồn điện cổng.

VBB

ID : dòng điện máng.

IC

Để phân cực cho MOSFET người ta đặt một điện áp U DS >0 (loại kênh n đặt sẵn,suất
hiện dòng điện tử trên kênh dẫn nối giữa Svà D và trong mạch ngồi có dịng đi ện
cực máng ID (đi vào D ) ngay cả khi UGS=0.
-Nếu đặt UGS>0, điện tử tự do trong vùng đế (là hạt thiểu số) được hút vào vùng kênh
dẫn đối diện với cực cửa làm giầu hạt dẫn cho kênh dẫn, tức làm giảm điện trở của
kênh dẫn, làm dòng điệncực máng ID tăng,chế độ làm việc này gọi là chế độ giàu của
MOSFET.

-Nếu UGS<0, quá trình trên sẽ ngược lại,làm kênh dẫn bị nghèo đi do các hạt dẫn (e)
bị đẩy ra xa khỏi kênh ,R kênh tăng,tuỳ theo mức độ tăng UGS theo chiều âm sẽ làm
giảm ID giảm . Đây là chế độ nghèo của MOSFET.Bằng thực nghiệm ta có được họ
đặc tuyến như sau: Với kênh cảm ứng, khi UGS ≤0 thì ID=0do tồn tại hai tiếp giáp P-N
mẵ đối nhau tại vùng máng -Đế và nguồn -Đế,do đó khơng tồn tại kênh dẫn nối D và
S. Khi UGS>0, tại vùng đế đối diện cực G xuất hiện các E td (do cảm ứng tĩnh điện )
và hùnh thành kênh dẫn nối liền D-S .Khi UGS tăng thì R kênh giảm à ID tăng .
MOSFET vảm ứng chỉ làm việc khi UGS>0 và làm việc ở chế độ giàu kênh.


Hình 13: Đặc tính V- A của MOSFET
1.6. Máy biến áp và acquy.
1.6.1 Máy biến áp.
- Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng
điện từ, dùng để biến đổi điện áp của hệ thống dòng điện xoay chiều nhưng vẫn 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 ra của máy biến áp ( sau khi biến đổi )
có : điện áp U2, dịng điện I2 và tần số f.
- Đầu vào của máy biến áp nối với nguồn điện, được gọi là sơ cấp.Đầu ra nối
với tải gọi là thứ cấp. Các đại lượng, các thông số sơ cấp trong ký hiệu có ghi chỉ số
1 : số vòng dây sơ cấp w1, điện áp sơ cấp U1, dịng điện sơ cấp I1, cơng suất sơ cấp
P1. Các đại lượng và thơng số thứ cấp có chỉ số 2 : số vòng dây thứ c ấp w 2, điện áp
thứ cấp U2, dòng điện thứ cấp I2, công suất thứ cấp P2.
- Nếu điện áp thứ cấp lớn hơn sơ cấp là máy biến áp tăng áp. Nếu điện áp thứ
cấp nhỏ hơn điện áp sơ cấp gọi là máy biến áp giảm áp.
Máy biến áp có hai bộ phận chính : lõi thép và dây quấn.
+ Lõi thép máy biến áp :
- Lõi thép máy biến áp dùng để dẫn từ thơng chính của máy, được chế tạo từ những
vật liệu dẫn từ tốt, thướng là thép kỹ thuật điện. Lõi thép gồm hai bộ
phận :

- Trụ là nơi để đặt dây quấn.
- Gông là phần khép kín mạch từ giữa các trụ.
Trụ và khơng tạo thành mạch từ khép kín.
Để giảm dịng điện xốy trong lõi thép, người ta dùng lá thép kỹ thuật điện ( dày
0,35mm đến 0,5mm, hai mạch có sơn cách điện ) ghép lại với nhau thành lõi
thép.
+ Dây quấn máy biến áp :
- Dây quấn máy biến áp thường được chế tạo bằng dây đồng ( hoặc nhôm ), có
tiết diện trịn hoặc chữ nhật, bên ngồi dây dẫn có bọc cách điện.
- Dây quấn gồm nhiều vịng dây và lồng vào trụ lõi thép. Giữa các vòng dây,
giữa các dây quấn có cách điện với nhau và các dây quấn có cách điện với lõi thép.
Máy biến áp có hai thường có hai hoặc nhiều dây quấn. Khi các dây quấn đ ặt trên
cùng một trụ, thì dây quấn thấp áp đặt sát trụ thép, dây quấn cao áp đặt ra lồng ngoài.
Làm như vậy sẽ giảm được vật liệu cách điện.

a : Lõi thép máy biến áp b : Dây quấn máy biến áp
Hình 14 :Lõi thép và dây quấn máy biến áp
-Để làm mát và tăng cường cách điện cho máy biến áp, người ta thường đặt lõi
thép và dây quấn trong một 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 là loại bình hố học dùng để tích trữ năng lượng điện và làm nguồn
điện cung cấp cho các thiết bị điện như động cơ điện, bóng đèn làm nguồn ni cho
các linh kiện điện tử vv...
-

Sức điện động lớn, ít thay đổi khi phóng nạp điện.

-

Sự tự phóng nạp điện.

-

Năng lượng nạp điện và bao giờ cũng bé hơn năng lượng điện mà ăcquy


-

phóng ra.

- Điện trở trong của ác quy nhỏ. Nó bao gồm điện trở của các bản cực, điện trở
dung dịch điện phân có xét đến sự ngăn cách của các t ấm ngăn các b ản c ực.
Thường trị số điện trở trong của ac quy khi đã nạp điện đầy là 0.001đến 0.0015 và
khi ăcquy phóng điện hồn tồn là 0.02 đến 0.025

Q trình nạp điện cho ăcquy

Hình 15: Q trình nạp điện cho ắc quy
- Có hai loại ăcquy là: ăcquy axit ( hay ăcquy chì ) và ăcquy kẽm (ăcquy sắt kền
hay ăcquy cadimi - kền ). Trong đó ăcquy axit được dùng rộng rãi và phổ biến hơn.
2. Nghịch lưu.
2.1. Khái niệm và phân loại sơ đồ nghịch lưu.
Khái niệm: Nghịch lưu là quá trình biến đổi điện áp một chiều thành điện áp xoay
chiều một pha hoặc ba pha....
Phân loại:
Nghịch lưu chia làm 2 loại chính: Nghịch lưu phụ thuộc và nghịch lưu độc lập .
Trong đó nghịch lưu phụ thuộc là nghịch lưu có điện áp, tần số, góc pha và thứ tự

pha phụ thuộc vào lưới điện mà đầu ra của nó mắc song song vào.


Nghịch lưu độc lập lại được chia ra nghịch lưu độc lập nguồn áp và nguồn dịng.
Trong đó nghịch lưu độc lập nguồn áp thì ln định ra một điện áp có biên độ, tần
số, góc pha và thứ tự pha không phụ thuộc vào loại tải và chỉ phụ thuộc vào tín hiều
điều khiển, điện áp thường có dạng hình chữnhật cịn dịng điện phụthuộc vào tải
có thể là hình chữ nhật, hình răng cưa, hình sin, dạng hàm mũ
Cịn nghịch lưu độc lập nguồn dịng thì ln định ra một dịng điện có biên đ ộ, t ần
số, góc pha và thứ tự pha khơng phụthuộc vào loại tải và chỉ phụ thuộc vào tín hiều
điều khiển, dịng điện thường có dạng hình chữnhật cịn điện áp phụ thuộc vào tải có
thể là hình chữ nhật, hình răng cưa, hình sin, dạng hàm mũ
2.2. Các sơ đồ nghịch lưu độc lập một pha
2.2.1. Thiết bị biến đổi dòng điện một pha
a. Sơ đồ một pha có điểm trung tính

Hình 16: Sơ đồmột pha có điểm trung tính
Sơ đồgồm một máy biến áp có điểm giữa phía sơ cấp, hai Tiristor anôt nối vào cực
dương của nguồn nuôi E thông qua hai nửa cuộn dây sơcấp của máy biến áp, do đó
cịn có tên là onduleur song song. Ở đầu vào của onduleur dòng ta đấu nối tiếp với
một điện cảm lớn LK vừa để giữcho dòng điện vào để hạn chế đỉnh cao của dòng
điện Ickhi khởi động. Tụ điện C gọi là tụ điện chuyển mạch.Đặc điểm của onduleur
dịng là có dịng điện tải dạng “Sinus chữnhật” cịn dạng điện áp trên tải thì do thơng
số mạch tải quyết định.


2n1 là tổng số vòng dây sơ cấp.
n2 là sốvòng dây thứcấp.
i,v là dịng và áp phía thứcấp.
Hoạt động của sơ đồ:Giả thiết cho xung mở T1 điểm A được T1 nối với cực âm của

nguồn E. bấy giờV 0 –VA= u1= E, do hiệu ứng biến áp tự ngẫu nênVB =Vo = u1=
E.như vậy tụ điện C được nạp điện áp bằng 2E, bản cực dương ở bên phải. Bây giờ
nếu cho xung mở T2, Tiristor này mở và đặt điện thế điểm B vào mạch catôt T 1 khiến
T 1 bị khoá lại, tụ điện C sẽ bị nạp ngược lại, sẵn sàng để khoá T2 khi ta cho xung
mở T1 Phía thứ cấp ta nhận được dịng “Sinus chữnhật” mà tần số của nó phụ thuộc
vào nhịp phát xung mởT1,T2
b. Sơ đồ cầu một pha.

:
Hình 17: Sơ đồ cầu một pha
Các tín hiệu điều khiển được đưa vào từng đơi Tiristor T1, T2 lệch pha với tín hiệu
điều khiển đưa vào đơi T3 ,T4 một góc 180o Điện cảm đầu vào nghịch lưu lớn (Ld=
∞), do đó dòng điện đầu vào id được san phẳng (biểu đồ xung), nguồn cấp cho
nghịch lưu là nguồn dòng và dạng dịng 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 (+) ở bên trái và cực (-) ở bên phải. Khi
tụ C nạp đầy, dòng qua tụ giảm về không. Do i = ic = it=Id = hằng số, nên lúc đầu
dịng qua tải nhỏ và sau đó dịng qua tải tăng lên. Sau một nửa chu kỳ (t = t1) người ta
đưa xung vào mởcặp van T3,T4. Cặp T3,T4 mở tạo ra q trình phóng điện của tụ C
từcực (+) vềcực (-) . Dịng phóng ngược chiều với dòng qua T1 và T2 sẽ làm cho T1
và T2 bị khố lại.Q trình chuyển mạch gần như tức thời. Sau đó t ụC sẽ đ ược nạp
điện theo chiều ngược lại với cực (+) ở bên phải và cực (-) ởbên trái. Dòng nghịch


lưu i =id=-Id (đã đổi dấu). Đến thời điểm t = t2 người ta đ ưa xung vào mởT1,T2 thì
T3,T4 sẽ bị khố lại và q trình được lặp lại như trước. Như vậy chức năng cơ bản
của tụ C là làm nhiệm vụ chuyển mạch cho các Tiristor. Tại thời điểm t1 khi mởT3
và T4 thì T1 và T2 sẽ bị khoá lại bởi điện áp ngược của tụ C đặt vào. Khoảng thời
gian duy trì diện áp ngược ( t1 -t’1 ) là cần thiết để duy trì qúa trình khố và phục hồi
tính điều khiển của van và t’1- t01= tk ≥ toff là thời gian khoá của Tiristor hay chính là

thời gian phục hồi tính điều khiển. kt .ω β = là góc khố của nghịch lưu.
2.2.2. Nghịch lưu điện áp 1 pha
a.Sơ đồ không điều chế

Hình 18: Sơ Đồ mạch điện
Trong đó : -T1,T2,T3,T4: Là các thyristor có nhiệm vụ để đóng cắt hoặc điều chỉnh thay
đổi điện áp xoay chiều ra tải.
-R, L: là phụ tải của động cơ điện xoay chiều.
-D1,D2,D3,D4: Là các diơt dẫn dịng khi tải trả năng lượng về nguồn ni.
-is: Là dịng nguồn xoay chiều dạng răng cưa.
Khi is > 0 thì nguồn cung cấp năng lượng cho tải (các thyristor dẫn dịng)
Khi is < 0 thì tải năng lượng về nguồn ni (các diơt dẫn dịng).
-

C: Tụ lọc.

-

MBA: máy biến áp 1 pha có điện áp sơ cấp đặt lên các van và điện áp thứ
cấp đặt lên tải.

*Nguyên lý làm việc :


Giả sử T2 và T4 đang cho dòng chạy qua (Dòng tải đi từ B). Khi t=0 cho xung mở T1 và
T3, T2 và T4 bị khóa lại, dịng tải i=-Im khơng thể đảo chiều một cách đột ngột. Nó
chảy tiếp theo chiều cũ nhưng theo mạch D13tải1 và suy giảm dần, D1 và D3 dẫn dòng
khiến T1 và T3 vừa kịp mở đã bị khóa lại. Khi t=t1, i=0, D1 và D3 bị khóa lại, T1 và T3
sẽ mở lại nếu còn xung điều khiển tác động ở các cực G 1, G3 dòng tải i và tăng chảy
theo chiều từ A.

Giai đoạn từ t=0 cho đến t1 là giai đoạn hoàn năng lượng.
Khi t=T/2 cho xung mở T2 và T4, T1 và T3 bị khóa lại, dịng chảy qua D2 và D4
khiến cho T2 và T4 vừa kịp mở đã bị khóa lại. Khi t=t3, i=0, T2 và T4 sẽ mở lại, i<0
chảy theo chiều BA. Dòng tải i biến thiên theo quy luật hàm mũ giữa hai giá trị Im và
–Im. Các xung điều khiển Thyristor thường là xung chùm.
*Biểu thức của dòng tải i:
+ Khi bắt đầu cho xung mở T1 và T3 ta có phương trình :
L + Ri = E
+ai =
Dưới dạng tốn tử Laplace ta có p.I(p) - i(0) + a.I(p) =
Trong đó : i(0) = -Im và a = do đó: i = -at)-Im.e-at
+ Khi đó xung mở T2 và T4 ta có phương trình : -L –Ri = E
Và i=1-e-a(t-T/2)]+Im.e-a(t-T/2)

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ MẠCH NGHỊCH LƯU
1. Phương án lựa chọn .
a. Phương án 1: Dùng Transistor công suất : Dùng hai Transistor công suất T và
T dao động đa hài phát ra tín hiệu đóng. Hai Transistor T và T mắc cùng với bốn điện
trở, trong đó có sử dụng trở công suất thành mạch tạo ra xung vuông.
Dùng các cổng logic : Có thể dùng các cổng logic như các cổng NAND, NOR,
cổng đảo…có thể dùng IC 4011 hoặc IC SN7400.


Dùng các con trigơ và vi mạch : Có thể dùng vi mạch 555 hoặc IC 4047B,
SG3525 là những IC phát xung chủ đạo và xung này được qua một IC khuy ếch đ ại
thuật tốn.
Sơ đồ:

Hình 19: Sơ đồ mạch nghịch lưu dung 4047
Phương án này tuy chuyển được nguồn một chiều 12V lên 220V xoay chiều

nhưng có nhược điểm độ ổn định không cao .
b. Phương án 2:
Ta sử dụng ic SG3525,với nhiều tính năng ưu việt hơn, lấy nguồn trực tiếp 12v mà
không cần bộ biến đổi nguồn nuôi cho ic. Dễ điều chỉnh độ rộng của xung ra,
khoảng deal time vừa đủ để tạo ra chu kỳ xung âm mà không xảy ra hiện tượng
trùng dẫn.
SG 3525 đưa ra xung trên 2 chân 11và 14 là dạng xung lấy từ emitơ của 2 transistor,
bên trong SG3525. Khi có xung tạo ra do dao động của mạch RC tại chân 6 va7 tạo
ra với f=50hz, qua mạch lật trạng thái đưa 2 xung trên emitơ lệch nhau 180 độ.
Điện áp ra từ chân 11-14 đưa vào cực G và kích mở cho mosfet IRF3205, với hai
xung đưa ra liên tục kích mở và đóng với tần số f=50hz. Do máy biến áp điểm giữa
sẽ tạo ra 2 sđđ lệch pha nhau 180o trên cuộn sơ cấp máy biến áp.


2. Sơ đồ chân và nguyên lý hoạt động của ic SG 3525

Hình 20: Sơ đồ chân SG3525

•8.0 V to 35 V Operation
•5.1 V ±1.0% Trimmed Reference
•100 Hz to 400 kHz Oscillator Range
•Separate Oscillator Sync Pin
•Adjustable Deadtime Control
•Input Undervoltage Lockout
•Latching PWM to Prevent Multiple Pulses
•Pulse–by–Pulse Shutdown
•Dual Source/Sink Outputs: ±400 mA Peak


Hình 21: Sơ đồ khối và chức năng.

Chức năng các chân :
-

Pin 1-Inv.input : Đầu vào đảo

-

Pin 2-Noninv.Input : Đầu vào khơng đảo.

Pin 3-Sync : Chân đồng bộ hóa,cho phép đồng bộ xung với các đơn vị khác
hoặc với bộ dao động gắn ngoài.
-

-

Pin 4-OSC Output : Đầu ra xung của bộ tạo dao động gắn trong.

Pin 5-CT :Chân này gắn với một tụ điện quyết định tần số dao động của bộ
dao động dẫn đến quyết định xung ra,CT =0.001uF-0.2uF
-

Pin 6-RT : Gắn với một điện trở để quyết định tần số của bộ tạo dao động
quết định xung ra,RT=2.0 kΩ - 150 kΩ
-

Pin 7- Discharge : Chân xả tụ ,chân này được nối với tụ và 1 điện trở gắn với
CT sẽ quyết định thời gian cách giữa các xung .
-

Pin 8-Soft-Start : Chân này nối với 1 tụ giúp khởi động êm hơn và chế độ softstart được kích hoạt khi so sánh với điện áp tham chiếu Vref.
-

Pin 9-Compensation : Chân bù này được hồi tiếp về chân đầu đảo góp phần
điều chỉnh xung ra sẽ bù nếu có sai lệch về xung .
-

-

Pin 10- Output A : Đầu ra A, xung vuông đương.

-

Pin 12- Grond : Nối đất

Pin 13-Vc :Điện áp collector của trasistor mắc Dralington trong SG 3525.Điện
áp cấp vào Pin này từ 4.5 đến 35v.
-

Pin 14- Output B : Đầu ra B,xung vuông dương nhưng lệch so với xung ra ở
chân A
-

-

Pin 15-Vcc: Điện áp vào.Dải điện áp hoạt động từ 8V - 35V

Pin 16-Vref : Điện áp tham chiếu có giá trị thấp nhất là 5.0v cao nhất là 5.2v
thông thường là 5.1 V dòng lớn nhất vào pin này là 50mA tối ưu là 20mA.Điện áp

này sẽ dùng để so sánh với điện áp vào chân Soft-Start để tham chiếu chế độ
Sorft-Start và Sutdown .
-

Hoạt động của IC SG 3524 như sau:
- Phần ổn áp: chân 15 đầu vào của điện áp nguồn , sau đó đưa ra điện áp 5v
cấp cho tồn bộ hoạt động của mạch nội (với chân 16 nhận điện áp 5v). Đ ưa ra
50mA với các mạch điện bên ngoài.
- Phần tạo dao động: các mạch dao động nội bộ tần số hoạt động cho việc
điều chỉnh chuyển đổi. Các sóng dao động với điện áp từ 1v đến 3,5v.Tần số đ ược
thiết lập bởi một điện trở chân 6 và một tụ điện chân 5. Thời gian nghỉ trong hai tín
hiệu đầu ra, được điều chỉnh từ chu ky dao động của tụ điện trên chân 5
- Tín hiệu đầu ra: tín hiệu ra được lấy từ hai chân 11 và 14. Khi có xung đưa
ra kích mở cho transistor, chân 11 và 14 lần lượt có điện áp ra ,vởi dòng khoảng
100mA. Hai van bán dẫn được điều khiển lệch nhau 180 độ, do mạch lật trạng thái
đưa ra.
- Điều chỉnh độ rộng xung: Qua 1 biến trở 100k ở chân 1 .
- Giới hạn dòng điện: hạn chế việc kích hoạt khi điện áp giữa chân 4 và 5
vượt quá 200mV . Độ lợi của mạch giới hạn dòng điện là tương đ ối thấp,do đó
việc kiểm sốt giới hạn thơng thường là 5%.


Tín hiệu xung vng ở đầu ra IC:

Hình 22: Tín hiệu xung ra ở hai chân 14 và 11
3. Nguyên lý hoạt động toàn hệ thống:
- 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 .
- Khi được cấp nguồn SG3525 sẽ hoat động tạo xung 50Hz và lệch pha nhau
180 độ, xung của SG3525 phụ thuộc vào điện trở và 1 tụ.

- Để có thể điều chỉnh được tần số phát ra ta mắc 1 biến trở 50k chân 6 đ ể có
thể dễ dàng giải tần số của nó .
- Điều chỉnh điện áp đầu ra bằng biến trở từ chân 1 điều chỉnh độ rộng của
xung cấp vào cực G của IRF góc điều khiển từ 0 ÷
- Tín hiệu xung ra ở 2 chân 11 và 14 luôn lệch pha nhau 180 độ. Qua tr ở 100Ω tín
hiệu xung lúc này khoảng 5v được cấp trực tiếp vào cực G của IRF3205 khi IRF dẫn
sẽ cấp điện áp 12v cho cuộn sơ cấp của biến áp. Do xung ở chân 11 và 14 lệch nhau
180o nên biến áp điểm giữa tạo ra 2 điện áp ngược pha nhau trong 1chu kì. Từ thơng
móc vịng và cho điện áp ra thứ cấp của biến áp.
4. Mạch điều khiển và mạch lực
4.1. Nhiệm vụ và chức năng của mạch điều khiển :
Nhiệm vụ
- Điều chỉnh được độ rộng xung trong nửa chu kì dương của điện áp đặt lên
colector và emitor của van .
- Khố van trong nữa chu kì cịn lại .
- Xung điều khiển phải có đủ biên độ và năng lượng để mở và khoá van chắc
chắn .
- Tạo ra được tần số và điều chỉnh độ rộng xung.
- Dễ dàng lắp ráp, thay thế khi cần thiết, vận hành tin cậy, ổn định .
Yêu cầu chung về mạch điều khiển là :
- Mạch điều khiển là khâu quan trọng trong hệ thống, nó là bộ phận quy ết
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 khố an tồn. Tổn thất cơng 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 khơi phục tính chất điều khiển của van .