Thiết kế bộ nghịch lưu độc lập nguồn áp một pha

TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Đề tài: Thiết kế bộ nghịch lưu độc lập nguồn áp một pha

Giảng viên hướng dẫn : GV. NGUYỄN THỊ ĐIỆP
Sinh viên thực hiện: BÙI THIÊN KIỀU
PHẠM THỊ LINH
PHẠM THỊ THANH XUÂN
Lớp : D7-CNTD1

Hà Nội, tháng 04 năm 2015


CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NGHỊCH LƯU ĐỘC LẬP
I.1 CÁC VẤN ĐỀ CHUNG
Nghịch lưu độc lập hay otonom là thiết bị biến đổi từ tĩnh của dòng điện một chiều
sang xoay chiều có tần số bất kì.

I.2. PHÂN LOẠI
Nghịch lưu độc lập nguồn áp:
- Điện áp ra có dạng hình chữ nhật , có giá trị không đổi , còn đường cong của
dòng thì phụ thuộc vào loại tải.
- Nguồn điện cung cấp làm việc như máy phát điện động , vì vậy trong thực tế
cần lắm thêm 1 tụ điện lớn.
- Khi tải có tính cảm kháng nhất thiết phải sử dụng điot ngược để đảm bảo sự
cân bằng năng lượng cảm kháng.
- Đặc tính tải Utải = f(Itải) có dạng nằm ngang

• Nghịch lưu độc lập nguồn dòng:
- Dòng ra gồm dòng tải và dòng chuyển mạch tiristor của tụ điện có dạng
hình chữ nhật, còn điện áp phụ thuộc vào các thông số tải
- Nguồn điện cung cấp làm việc như nguồn dòng nên phải mắc nối tiếp thêm
một cuộn kháng lớn.
- Khi tải có tính cảm kháng, sự cân bằng công suất kháng thực hiện bằng tụ
điện chuyển mạch vì vậy tải tổng hợp nhất thiết phải có đặc tính dung
kháng.
- Đặc tính tải có dạng đường thẳng nghiêng.
• Nghịch lưu độc lập cộng hưởng.
Đặc điểm cơ bản của nghịch lưu cộng hưởng là quá trình chuyển mạch của van dựa
vào hiện tượng cộng hưởng. Giá trị điện cảm không lớn như nghịch lưu dòng ( Ld = ) và
không nhỏ hơn nghịch lưu áp ( Ld = 0 ), mà chiếm một vị trí trung gian sao cho khi kết hợp
với điện cảm của tải Lt và tụ điện C thì trong mạch sẽ xuất hiện hiện tượng dao động .
•

I.3. MỘT SỐ LOẠI VAN BÁN DẪN DÙNG TRONG NGHỊCH LƯU
1. Khái niệm
Van bán dẫn là các phần tử bán dẫn công suất được sử dụng trong sơ đồ các bộ
biến đổi như các khóa điện tử, khi mở dẫn dòng thì nối tải vào nguồn, khi khóa thì ngắt tải
ra khỏi nguồn, không cho dòng điên chạy qua.
2. Đặc điểm
Các van bán dẫn chỉ làm việc trong chế độ khóa, khi mở cho dòng điện chạy qua thì
có điện trở tương đương rất nhỏ, khi khóa không cho dòng chạy qua thì có điện trở tương


đương rất lớn.Nhờ đó tổn hao công suất trong quá trình làm việc bằng tích của dòng điện
chạy với điện áp rơi trên phần tử sẽ có điện trở rất nhỏ.
Chỉ dẫn dòng theo một chiều khi phần tử được đặt dưới điện áp phân cực thuận.
Khi điện áp đặt lên phần tử phân cực ngược dòng qua phần tử chỉ có giá trị rất nhỏ, cỡ

mA, gọi là dòng rò.
Tính năng kĩ thuật chủ yếu của van bán dẫn công suất thể hiện qua khả năng đóng cắt
dòng điện, khả năng chịu điện áp và các đặc tính liên quan đến quá trình đóng cắt cũng
như vấn đề điều khiển chúng.
3. Phân loại
Van có điều khiển:
- Điều khiển hoàn toàn :Bibolar Transistor, MOSFET, IGBT, GTO.
- Điều khiển không hoàn toàn : Tiristor
4.Các loại van thường dùng
4.1.Transistor công suất (Bipolar Junction Transistor – BJT)
Transistor lưỡng cực là thiết bị gồm ba lớp bán dẫn : NPN hoặc PNP, được dùng để
đóng cắt dòng điện một chiều có cường độ tương đối lớn. Hệ số khuếch đại dòng β
=10→100 , điện áp VBE ≈ 1V, Vcc = 1→1,5V

Hình 1.2. Transistor thuận – ngược
Transistor công suất được sử dụng như một khóa điện tử, chịu được tần số đóng cắt tương
đối cao nên còn được gọi là phần tử khuếch đại chuyển mạch, chỉ làm việc ở hai trạng thái
đóng- cắt, dẫn- không dẫn.


Hình 1.3 .Bộ khuếch đại chuyển mạch hai trang thái
4.3..MOSFET
Mosfet có cấu trúc bán dẫn cho phép điều khiển bằng điện áp với dòng điều khiển
cực nhỏ

MOSFET có hai loại:
•
•

N-MOSFET: chỉ hoạt động khi nguồn điện Input (Gate) là zero, các electron bên

trong vẫn tiến hành hoạt động cho đến khi bị ảnh hưởng bởi nguồn điện Input.
P-MOSFET: các electron sẽ bị cut-off cho đến khi gia tăng nguồn điện thế vào ngỏ
Input (Gate)

Thông thường chất bán dẫn được chọn là silíc nhưng có một số hãng vẫn sản xuất
các vi mạch bán dẫn từ hỗn hợp của silíc và germani (SiGe), ví dụ như hãng IBM. Ngoài
silíc và germani còn có một số chất bán dẫn khác như gali asenua có đặc tính điện tốt hơn
nhưng lại không thể tạo nên các lớp oxide phù hợp nên không thể dùng để chế tạo các
transistor MOSFET.
5. Ứng dụng thực tế
•
•
•
•
•
•
•
•

Bộ biến tần (truyền động động cơ điện xoay chiều)
Lò cảm ứng trung tần, hàn trung tần
Nguồn xoay chiều trong gia đình, nguồn lưu điện (UPS), chiếu sáng (đèn huỳnh
quang cao tần)
Bù nhiễu công suất phản kháng
Truyền tải điện cao áp một chiều (HVDC)
Cung cấp điện (từ các nguồn độc lập như ắc quy)
Giao thông
Luyện kim….

Trong đồ án này sẽ tìm hiểu về van bán dẫn điều khiển hoàn toàn: MOSFET.
I.2. Van MOSFET
I.CẤU TẠO
Mosfet là Transistor hiệu ứng trường (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)
là một Transistor đặc biệt có cấu tạo và hoạt động khác với Transistor thông thường mà
ta đã biết. Mosfet thường có công suất lớn hơn rất nhiều so với BJT. Đối với tín hiệu 1 chiều
thì nó coi như là 1 khóa đóng mở. Mosfet có nguyên tắc hoạt động dựa trên hiệu ứng từ
trường để tạo ra dòng điện, là linh kiện có trở kháng đầu vào lớn thích hợp cho khuyếch
đại các nguồn tín hiệu yếu. Mosfet được sử dụng nhiều trong các mạch nguồn Monito,
nguồn máy tính.

Hình 2.1. Transistor hiệu ứng trường Mosfet

I.2.2. Phân loại
Transistor trường MOS có hai loại:
o

Transistor MOSFET có kênh sẵn

Transistor trường MOSFET kênh sẵn còn gọi là MOSFET - chế độ nghèo (DepletionMode MOSFET viết tắt là DE -MOSFET), là loại transistor đã chế tạo sẵn kênh dẫn.

Hình 2.2. DE- MOSFET


-

Transistor MOSFET kênh cảm ứng.

Transistor trường loại MOS kênh cảm ứng còn gọi là MOSFET chế độ giàu
(Enhancement-Mode MOSFET viết tắt là E-MOSFET). Khi chế tạo không có kênh dẫn.

Do công nghệ chế tạo đơn giản nên MOSFET kênh cảm ứng được sản xuất và sử dụng
nhiều hơn.

Hình 2.4. E-MOSFET

Trong mỗi loại MOSFET này lại có hai loại là kênh dẫn loại P và kênh loại N
I.2.3. Cấu tạo
Phần chính của Mosfet có cấu trúc như hai bản cực của một tụ điện

Một bản kim loại ở phía trên được nối với chân ra (chân Gate)
(G - Gate) là cực điều khiển được cách ly hoàn toàn với cấu trúc bán dẫn còn lại bởi
lớp điện môi cực mỏng nhưng có độ cách điện cực lớn đioxil-silic (SiO2).
Hai cực còn lại là cực gốc (S - Source) và cực máng (D - Drain).


Cực máng là cực đón các hạt mang điện. Nếu kênh dẫn là n thì các hạt mang điện
sẽ là các điện tử (electron), do đó cực tính điện áp của cực máng sẽ là dương so với cực
gốc. Trên ký hiệu phần tử, phần chấm gạch giữa D và S để chỉ ra rằng trong điều kiện bình
thường không có một kênh dẫn thực sự nối giữa D và S. Cấu trúc bán dẫn của MOSFET
kênh dẫn kiểu p cũng tương tự nhưng các lớp bán dẫn sẽ có kiểu dẫn điện ngược lại. Tuy
nhiên đa số các MOSFET công suất là loại có kênh dẫn kiểu n.

Trong chế độ làm việc bình thường UDS > 0. Giả
sử điện áp giữa cực điều khiển và cực gốc bằng không,
UDS = 0, khi đó kênh dẫn sẽ hoàn toàn không xuất hiện.
Giữa cực gốc và cực máng sẽ là tiếp giáp p-n phân cực
ngược. Điện áp UDS hoàn toàn rơi trên vùng nghèo điện tích của tiếp giáp này (hình 2.a)
Nếu điện áp điều khiển âm, UDS < 0, thì vùng bề
mặt giáp cực điều khiển sẽ tích tụ các lỗ (p), do đó
dòng điện giữa cực gốc và cực máng sẽ không thể xuất

hiện. Khi điện áp điều khiển là dương, UDS > 0 và đủ
lớn bề mặt tiếp giáp cực điều khiển sẽ tích tụ các điện
tử, và một kênh dẫn thực sự đã hình thành.(hình 2.b)
Như vậy trong cấu trúc bán dẫn của MOSFET, các phần tử mang điện là các điện tử,
giống như của lớp n tạo nên cực máng, nên MOSFET được gọi là phần tử với các hạt mang
điện cơ bản, khác với các cấu trúc của BJT, IGBT, Thyristor là các phần tử với các hạt mang
điện phi cơ bản. Dòng điện giữa cực gốc và cực máng bây giờ sẽ phụ thuộc vào điện áp U DS.

Từ cấu trúc bán dẫn của MOSFET (hình 2.c), có
thể thấy rằng giữa cực máng và cực gốc tồn tại một
tiếp giáp p-n - tương đương với một diode ngược nối
giữa D và S. Trong các sơ đồ bộ biến đổi, để trao đổi
năng lượng giữa tải và nguồn thường cần có các
diode ngược mắc song song với các van bán dẫn.Ưu
điểm của MOSFET là đã có sẵn một diode nội tại như
vậy.
I.2.4. Đặc tính tĩnh (đặc tuyến VA)
Khi điện áp điều khiển UDS nhỏ hơn một ngưỡng nào đó, cỡ 3V, MOSFET ở trạng thái khoá
với điện trở rất lớn giữa cực máng D và cực gốc S. Khi UGS cỡ 5 - 7V, MOSFET sẽ ở trong chế
độ dẫn. Thông thường điều khiển MOSFET bằng điện áp điều khiển cỡ 15V để làm giảm
điện áp rơi trên D và S. Khi đó UDS sẽ gần như tỷ lệ với dòng ID.


Hình 2.4.Đặc tính tĩnh (VA)
Đặc tính tĩnh của MOSFET có thể được tuyến tính hoá chỉ bao gồm hai đoạn thể
hiện hai chế độ khoá và dẫn dòng .Theo đặc tính này dòng qua MOSFET chỉ xuất hiện khi
điện áp điều khiển vượt qua một giá trị ngưỡng UDS(th). Khi đó độ nghiêng của đường đặc
tính khi dẫn dòng đặc trưng bởi độ dẫn:

Trong đó: UDS(th), Gm là những thông số của MOSFET. Người ta có thể dùng giá trị nghịch

đảo của Gm điện trở thuận RDS(ON) để đặc trưng cho quá trình dẫn của MOSFET.
I.2.4. Phương pháp mở khóa van
1.1. Nguyên tắc hoạt động
Thí nghiệm

•

Cấp nguồn một chiều UD qua một bóng đèn D vào hai cực D và S của Mosfet Q
(Phân cực thuận cho Mosfet ngược) ta thấy bóng đèn không sáng nghĩa là không có
dòng điện đi qua cực DS khi chân G không được cấp điện.

•

Khi công tắc K1 đóng, nguồn UG cấp vào hai cực GS làm điện áp UGS > 0V => đèn
Q1 dẫn => bóng đèn D sáng.

•

Khi công tắc K1 ngắt, điện áp tích trên tụ C1 (tụ gốm) vẫn duy trì cho đèn Q dẫn =>
chứng tỏ không có dòng điện đi qua cực GS.

•

Khi công tắc K2 đóng, điện áp tích trên tụ C1 giảm bằng 0 => UGS= 0V => đèn tắt

•

=> Từ thực nghiệm trên ta thấy rằng : điện áp đặt vào chân G không tạo ra dòng GS
như trong Transistor thông thường mà điện áp này chỉ tạo ra từ trường => làm
cho điện trở RDS giảm xuống .

1.2. Quá trình đóng cắt
-

Quá trình đóng


Hình . mô hình khóa Mosfet
Khi cấp vào cực G (Gate) của Mosfet một điện áp thông qua mạch Driver
-

-

-

-

Giai đoạn thứ nhất: Điện dung đầu vào của Mosfet được nạp từ điện áp 0V đến
giá trị Uth, trong suốt quá trình đó hầu hết dòng điện vào cực G được nạp cho tụ
CGS, một lượng nhỏ nạp cho tụ CGD. Quá trình này được gọi là quá trình mở trễ
bởi vì cả dòng ID và điện áp trên cực D (Drain) đều không đổi.. Sau khi cực G
được nạp tới giá trị điện áp giữ mẫu Uth, Mosfet sẵn sàng để dẫn dòng điện.
Giai đoạn thứ hai: Điện áp cực G tiếp tục tăng từ Uth đến giá trị UMiller đây là
quá trình tăng một cách tuyến tính; dòng điện ID tăng tỉ lệ với điện áp của cực G
trong khi đó điện áp giữa hai cực UDS vẫn giữ nguyên giá trị.
Giai đoạn thứ ba: Điện áp cực G giữ nguyên ở mức điện áp Miller V DS,Miller
trong khi đó điện áp trên cực D bắt đầu giảm. Dòng điện ID trên Mosfet giữ
nguyên ở một giá trị nhất định.
Giai đoạn thứ tư: Đây là giai đoạn Mosfet dẫn bão hòa khi cấp một điện áp cao
UDR(giá trị của UDR nằm trong khoảng 10 20V ) vào cực G của Mosfet. Giá trị

cuối cùng của VGS sẽ quyết định điện trở trong RDS(ON) của van trong quá trình
mở.

Do đó trong giai đoạn thứ tư điện áp trên cực Gate tăng từ giá trị UMiller đến giá trị
của mạch Driver UDR. Trong khi đó điện áp giữa cực D, S (UDS) giảm mạnh gần về giá trị
0V, dòng điện ID giữ không đổi.

-

Quá trình khóa


Hình .Quá trình mở Mosfet và sự phụ thuộc của tụ điện C GD vào điện áp UDS
-

-

-

-

Giai đoạn thứ nhất: Là quá trình xả điện tích trên tụ CGS,DS từ giá trị ban đầu đến
giá trị miller, điện áp trên cực D của Mosfet bắt đầu tăng dần nhưng rất nhỏ,
dòng điện trên cực D ( ID) không đổi.
Giai đoạn thứ hai: Điện áp giữa hai cực D - S của Mosfet sẽ tăng từ giá trị U DS =
ID.RDS(on) tới giá trị cuối UDS(off) .Trong suốt giai đoạn này dòng điện trên cực D
vẫn giữ không đổi. Dòng điện của cực G hoàn toàn là dòng xả của tụ trên các
cực của Mosfet.
Giai đoạn thứ ba: Điện áp cực G giảm từ giá trị Miller đến giá trị giữ mẫu U th.
Phần lớn dòng điện xả trên cực G là phóng trên tụ CGS.Giai đoạn này điện áp UGS

và dòng điện ID đều giảm tuyến tính. Trong khi đó điện áp UDS vẫn giữ nguyên
giá trị UDS(off)
Giai đoạn thứ tư: Giai đoạn này là quá trình phóng điện hoàn toàn của tụ điện
trên các cực của Mosfet, UGS giảm đến giá trị 0V. Dòng điện trên cực D giảm về
giá trị 0 và không đổi.

Quá trình mở - khóa của Mosfet là quá trình chuyển mạch giữa trạng thái trở
kháng cao và trạng thái trở kháng thấp được thực hiện trong bốn giai đoạn.
Độ dài khoảng thời gian của các giai đoạn được quyết định bởi giá trị điện dung
giữa các cực, điện áp đặt vào cực điều khiển, và dòng điện nạp xả của các tụ điện trên
cực G. Đây là thông số quan trọng để thiết kế mạch điều khiển Mosfet trong các ứng
dụng có tần số đóng cắt lớn.

I.2.5. Các thông số cơ bản của van.
1.Drain-to-Source Breakdown Voltage:
Đây là điện áp một chiều lớn nhất cho phép trên cực Drain và Source. Khi tính toán
thường lấy hệ số an toàn về điện áp là 1.5 trở lên.


2.Continuous Drain Current :
Dòng điện một chiều liên tục lớn nhất chảy qua mosfet,giới hạn bởi tổn hao dẫn ,
thường cho ở 25°C và 100°C .
3.Pulsed Drain Current:
Dòng điện xung lớn nhất chảy qua mosfet, phụ thuộc vào độrộng xung,giới hạn bởi
diện tích an toàn (Safe Operating Area-SOA).Trong quá trình quá độ , van hay phải làm
việc ở vùng dòng điện trên định mức này trong thời gian ngắn, nếu SOA bị vi phạm thì phải
áp dụng khởi động mềm
4.Gate-to-Source Voltage:
Điện áp điều khiển giữa cực Gate và Souce, thường lớn nhấtlà 20V,thực tế hay đặt
khoảng 10V,khi mosfet hoạt động xảy ra hiện tượng điện áp điều khiển bị tăng cao do ảnh

hưởng của điện dung ký sinh giữa cực Drain vàGate,khi tính toán nếu thấy điện áp này
tăng cao cần thêm một diode zener mắc giữa cực Gate và Souce.
5. Max. Power Dissipation:
Công suất tiêu tán lớn nhất trong điều kiện làm mát tốt nhấtvà ở một nhiệt độ nhất
định, thường cho ở 25°C , dựa vào Linear Derating Factor có thể tính ra công suất tiêu tán
nhiệt ở các nhiệt độ khác.Công suất tiêu tán trên thực tế phụ thuộc chủ yếu vào dạng
đóng vỏ và điều kiện làm mát, và bé hơn nhiều giá trị định mức.
Vd: Loại IRF-540N, dạng vỏ TO-220, datasheet cho Max. Power Dissipation = 130W tại
25°C,nhưng trong điều kiện làm mát cánh tản nhiệt và quạt cưỡng bức tốt nhất thì
thường chỉ nên lấy tối đa 50W. Tất cả các loại van khác có cùng dạng đóng vỏ này cũng
không được chọn quá 50W.
6. Linear Derating Factor: Hệ số suy giảm công suất toả nhiệt theo nhiệt độ,
khoảng 0.7-2.5W/°C.
7.Operating Junction and Storage Temperature Range:
Giới hạn nhiệt độ của lớp tiếpgiáp,thường là -55 đến +175°C. Quá thang nhiệt độ
này van sẽ hỏng.
8.Peak Diode Recovery dv/dt:
Giới hạn tốc độ tăng điện áp trên diot mắc giữa cựcDrain và Souce,thường <5V/ns,
khi quá giá trị này van sẽ hỏng. Sở dĩ có thông số này là vì trong van tồn tại các giá trị điện
dung và điện cảm ký sinh. Khi có biến thiên điện áp ,các yếu tố này sẽ tương tác, tạo ra một
sđđ đủ lớn để phá hỏng các lớp tiếp giáp trong van.
9.Static Drain-to-Source On-Resistance:


Điện trở biểu kiến ở trạng thái dẫn, đây là thông quyết định đến tổn hao dẫn, thông
số này phụ thuộc nhiều vào điện áp chịu đựng của van và nhiệt độ lớp tiếp giáp ,tăng khi
nhiệt độ lớp tiếp giáp tăng , và tăng nhanh khi điện áp định mức tăng. Có lẽ đây là lý do tại
sao mosfet ít được chế tạo ở cấp điện áp trên 1000V.
10.Rise Time và Fall Time:
Thời gian chuyển mạch của van tương ứng từ trạng thái khoá sang trạng thái dẫn

và ngược lại , được trình bày trong giản đồ dưới đây. Đây là thôngsố quyết định đến tổn
hao chuyển mạch , là thông số quan trọng khi đánh giá chất lượng của van, khi tính toán
mạch điều khiển thì Rise Time và Fall Time của xung điều khiển phải bé hơn các thông số
này của van.
11.Total Gate Charge:
Điện tích tổng cộng của các tụ điện ký sinh trên cực Gate tại một giá trị Uđk nhất
định, thường cho ở 10V, đây chính là điện tích mà mạch điều khiển (gate driver) phải nạp
hoặc xả cho các tụ này trong quá trình đóng hay mở van. Bởi vậy mà mạch điều khiển đôi
khi còn được gọi là Gate charge.Thông số nàyquyết định đến giá trị Ipgeak của mạch điều
khiển, điện tích này càng lớn thì Ipgeak càng phải lớn để
đảm bảo các tụ này được nạp trong thời gian xác định. Thường Ipgeak trong khoảng 0.52A
I.3 MỘT SỐ SƠ ĐỒ NGHỊCH LƯU ĐỘC LẬP NGUỒN ÁP
I.3.1. Nghịch lưu điện áp một pha

Hình 3.1.Sơ đồ mạch nghịch lưu độc lập nguồn áp1 pha hình tia

Khi chân 3 T1 có cực tính dương, dòng điện sẽ chạy qua L1, qua tải, qua diode nội Q2
về chân 4 thành 1 mạch kín. Chính lúc này G Q2 có xung kích dương, MOS dẫn thông. Vì


thế dòng điện sẽ chảy qua Rdson của MOS, chứ ko phải là Vf diode như thông thường, giảm
tổn hao chính là cái chỗ này. Quá trình này cũng tích lũy năng lượng cho cuộn cảm L1.
Nếu dòng điện đổi chiều, chân 4 T1 có điện áp dương. Body diode của Q2 phân cực
ngược nên bị khóa. Lúc này G Q2 có xung kích âm, MOS sẽ bị khóa. Sẽ ko có dòng điện
chảy qua van. Vậy thử hỏi Q2 dẫn 2 chiều ở chỗ nào.
Khi Q2 bị khóa, dòng điện cảm ứng tích lũy trên L1 sẽ xả qua tải, qua free whelling Q1
thành 1 mạch kín cung cấp điện cho tải, vì lúc này G Q1 có xung kích dương, dòng điện sẽ
chảy qua Rdson Q1.I.4 SƠ ĐỒ NGHỊCH LƯU ĐỘC LẬP NGUỒN ÁP MỘT PHA DÙNG VAN
MOSFET

Do đầu vào của nghịch lưu là nguồn áp nên mạch nghịch lưu áp có tụ (C→∞) được mắc
song song với điện trở nguồn.
Sơ đồ nghịch lưu điện áp một pha được miêu tả dưới sơ đồ gồm 4 van động lực T1, T2, T3,
T4 v


Hình 4. Sơ đồ nghịch lưu áp 1 pha
Nhược điểm:
o Số lượng van sử dụng khá nhiều
o o Điện áp ra có sóng hài bậc cao ảnh hưởng tới thiết bị điện
o Ưu điểm:
o Điều chỉnh được tần số fN
o Điện áp ra của nghịch lưu có thể dùng các phương pháp khác nhau để giảm
sóng hài bậc cao
o Các van được sử dụng là các van điều khiển hoàn toàn do đó dễ dàng điều khiển
đóng cắt các van
o Công suất bộ biến đổi phụ thuộc vào công suất của van,mà công suất của van
động lực ngày càng lớn với kích thước ngày càng nhỏ gọn
o


Hình 4.Các sóng hài bậc cao
*Thông số cơ bản
-

Dòng điện

-

Trị hiệu dụng của dòng

-

Dòng trung bình qua van

-

Dòng tải cực đại

điện


CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH LỰC
Theo bài ra ta có:
Điện áp hiệu dụng đầu ra U1=220V
Dòng hiệu dụng đầu ra I1=20A
Chọn Rt =1
Trị số nguồn một chiều:
Ta có:

Để có trị số hiệu dụng 220V đầu ra cần nguồn 1 chiều :

Chọn

Chọn
Giá trị trung bình dòng qua van

•

Thông số chọn van mosfet là :

Theo chỉ tiêu dòng điện ta có :
Iv > kIV . ITr
Chọn kIv = 1,2
⇒ Iv > 1,2 . 6,3
⇒ Iv > 7,56


Điện áp các van phải chịu khi hoạt động bằng nguồn E = 245 V
Theo chỉ tiêu điện áp: UV > kUv . Ung max
Chọn kUv = 2
⇒ Uv > 2 . 245
⇒ Uv > 490 (V)
Từ các chỉ tiêu đã tính toán trên ta chọn 4 van mosfet đấu sẵn sơ đồ cầu có kí hiệu
IRF840
Với các thông số:
UDSmax=500V
IDmax=8A
RDSmax=0,85Ω
PDmax=125W
•

Tính toán chọn tụ một chiều đầu vào :

Trong thực tế năng lượng 1 chiều không được lấy trực tiếp từ nguồn 1 chiều (acqui) mà từ
lưới điện xoay chiều thông qua mạch chỉnh lưu
Trong trường hợp này phải mắc ở đầu ra chỉnh lưu một tụ điện C, có nhiệm vụ:
-

Làm phẳng điện áp đầu ra tạo nguồn E

-

Nhận năng lượng trả về từ điện cảm tải ,vì chỉnh lưu không cho dòng đảo chiều lại,
trị số tụ điện phụ thuộc vào độ đập mạch cho phép của điện áp một chiều :

Vậy chọn tụ có trị số C=
-

Thông số mạch lọc đầu ra :

Bậc sóng hài thấp nhất q= 3
 Hệ số ℇ

 Công suất lọc

Công suất tải theo sóng hài cơ bản :


Theo tính toán ta có

 Mắt lọc song song L2 C2 :

 Mắt lọc nối tiếp L1 C1 :

Dòng qua mắt coi như bằng dòng qua tải :

-

Phần tử bảo vệ

Bảo vệ bằng cầu chì
Mạch điện được tính toán với dòng tối đa bên sơ cấp , để tránh tình trạng quá tải hay
ngắn mạch gây sự cố phá hỏng thiết bị ta chọn thiết bị cầu chì là cắt nhanh với dòng
xác định

Chọn làm mát bằng cánh tản nhiệt không khí

Thứ tự
1
2
3
4

Tên thiết bị
Tụ C
Điện cảm L
Điện trở R

Số lượng

Thông số


5


CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN
I.1 Sơ đồ khối mạch điều khiển.

Phát xung
chủ đạo

-

Phân phối
xung

Xác định
khoảng
dẫn

Khuếch
đại xung

Đến các
Van cực

Phát xung chủ đạo: tạo tín hiệu đồng bộ cho toàn bộ hệ thống và có tần số tỉ lệ với sóng hài
cơ bản của điện áp ra .
Bộ phân phối : tín hiệu xung được vào từng van lực riêng biệt theo đúng thứ tự làm việc
của chúng theo nguyên lí hoạt động.
Khâu xác định khoảng dẫn : cho các van thực hiện theo phương pháp điều khiển cụ thể
Bộ khuếch đại xung: tăng đủ công suất để đóng mở xung.
I.2 Điều khiển nghịch lưu điện áp 1 chiều
Mạch điều khiển cho loại này chỉ gồm 1 khâu tạo dao động chữ nhật cho điện áp ra
Ufx có dạng như đồ thị sau đó qua khâu chia tần đảm bảo các khoang dẫn hoàn toàn bằng
nhau và trái pha nhau . Trước khi khuếch đại công suất cần phải tạo trễ mở để chống hiện
tượng ngắn mạch hai van thẳng hàng .