đồ án sử dụng biến tần điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha

SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 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 HOÀNG NHÂN– 10D3 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 :NGUYỄN HỒNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
+Hai pha
+Ba pha
V. Các đại lượng định mức của động cơ khơng đồng bộ :
+Cơng suất định mức : P
đm
+Điện áp định mức : U
đm
+Dòng điện định mức :I
đm
+Tốc độ định mức: n

đm
+Hiệu suất định mức :
đm
η

+ Hệ số cơng suất định mức
ϕ
cos

VI. Điều chỉnh tốc độ động cơ khơng đồng bộ :
Trỉåïc âáy, nãúu cọ u cáưu âiãưu chènh täúc âäü cao thỉåìng dng âäüng cå âiãûn
mäüt chiãưu. Nhỉng ngy nay nhåì k thût âiãûn tỉí phạt triãùn nãn viãûc âiãưu chènh
täúc âäü âäüng cå khäng âäưng bäü khäng gàûp khọ khàn máúy våïi u cáưu phảm vi
âiãưu chènh, âäü bàòng phàóng khi âiãưu chènh v nàng lỉåüng tiãu thủ.
Ta tháúy cạc phỉång phạp âiãưu chènh ch úu cọ thãø thỉûc hiãûn :
+
Trãn stato
: Thay âäøi âiãûn ạp U âỉa vo dáy qún stato, thay âäøi säú âäi
cỉûc tỉì p dáy qún stato v thay âäøi táưn säú f ngưn âiãûn.
+
Trãn räto
: Thay âäøi âiãûn tråí räto, näúi cáúp hồûc âỉa sââ phủ vo räto.
a.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp:
Ta â biãút, hãû säú trỉåüt tåïi hản s
m
khäng phủ thüc vo âiãûn ạp. Theo (14.40)
v (14.43), nãúu r’
2
khäng âäøi thç khi gim âiãûn ạp ngưn U
1

, hãû säú trỉåüt tåïi hản
s
m
s khäng âäøi cn M
max
gim tè lãû våïi. Váûy h âàûc tênh thay âäøi nhỉ hçnh
(14.7) lm cho täúc âäü thay âäøi theo. Phỉång phạp náưy chè thỉûc hiãûn khi mạy
mang ti, cn khi mạy khäng ti gim âiãûn ạp ngưn, täúc âäü gáưn nhỉ khäng
âäøi.
b) Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số nguồn:
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT
3
SVTH :NGUYN HONG NHN 10D3 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.
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 HONG NHN 10D3 GVHD:LM TNG C
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 :
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
N IN T CễNG SUT
5
SVTH :NGUYN HONG NHN 10D3 GVHD:LM TNG C
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. 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 HONG NHN 10D3 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 HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC

Chương II:
TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
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
SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
I.ĐIÔT CÔNG SUẤT
1.CẤU TẠO:
Hình a:cấu tạo của Điôt
Hình b:kí hiệu của Điôt
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 thuân Điôt
Hình b: sự phân cực ngược Điôt
Khi đặt Điôt công suất dưới điện áp nguồn U có cực tính như hình
vẽ,chiều của điện trưòng ngoài ngược chiều với điện trương 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 cực tính điện áp đặt vào Điôt , điện trường ngoài sẽ tác
động cùng chiều với điện trường nội tại
i
E

.Điện trường tổng cộng 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 vìng chuyển tiếp ngày càng rộng ra ,không có dòng điện chạy
qua mặt ghép PN.Ta gọi mặt ghép PN 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)
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
9
( b )
Anôt
Katoát
( a )
- +
- +
-α 0 α
q
N
P
d
NP
( a )
+ -
U
E
i
P N
( b )
- +
U
E
i
P N
SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
Hình 2.3 Đặc tính Vôn-Ampe của Điôt :

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
I
U
U
Z
U
γ
1
2

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 HOÀNG NHÂN– 10D3 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
H2.6 Sơ đồ phân cực của transitor
SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
Điện thế
BE
U
phân cực thuận mối nối B-E (PN) là nguyên nhân làm cho
vùng phát E phóng điện tử vào vùng P (cực B).hầu hết các điện tử (elẻcton) sau
khi qua vùng B rồi qua tiếp mối nối thứ hai phia 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.
Mối nối B-E phân cực thuận như một Điôt có điện kháng nhỏ và điện áp
rơi trên nó nhỏ thì mối nối B-C được phân cực ngược bởi điện áp
cc
U
.Bản chất
mối nối B-C này giống như một Điôt phân cực ngược và điện kháng mối nối B-
C rất lớn.
Dòng điện đo được trong vùng phát gọi là dòng phát
E
I
.Dòng điện đo
được trong mạch cực C.

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 truc 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
.
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
12
SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
- 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 .
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.
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

13
( b )
( a )
I
C
U
CE
b
a
U
CE
I
C
I
C
•
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
SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
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
. 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 truc như hình:
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

14
•
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 HOÀNG NHÂN– 10D3 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.
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
15
Q2
NPN
Q1
PNP
ge
V
C
EGE
+
P
−
N
CE
V

3GE
V
>
2GE
V
2GE
V
>
1GE
V
1GE
V
=
GT
V
1GE
V
=
GT
V
SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
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 :
-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
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
16
H2.11 Đặc tính tĩnh của IGBT
c
I
t
0

GE
V
t
0
SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
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 .
-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
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
17
SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC

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
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
18
SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
. 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
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.
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
19
Z
tải
SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
- 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.
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
20
M
SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 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
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
21
SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
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 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
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
22
SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
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 :
-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

23
SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 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
24
SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 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.
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
25
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