Thiết kế bộ băm xung áp một chiều có đảo chiều (Đồ án tốt nghiệp)

:

:
Ngành :
:
Khoá :

D9CNTD1
2014- 2019

Hà


cho các quá tr
-

.
cô giáo:

Thùy Linh chúng
nên không
úng em


M CL C
n th c t ng quát
1.1 Gi i thi u chung v
1.1.1

cl p

m c u t o và nguyên lý ho

ng

1.1.2
1.1.3

u ch nh t

1.2 Gi i thi u chung v b

t chi u

1.2.1 Khái ni m, phân lo i các b

t chi u

1.2.2 Van IGBT
1.2.3

t chi

o chi u

c u thi t k tính toán m ch l c
2.1 Thi t k m ch l c
2.2 Tính toán, l a ch n các ph n t trong m ch l c
tk m
3.1 C u trúc m
3.2 Ch

u khi n

u khi n
a t ng khâu

3.3 Tính toán m

u khi n

Mô ph ng m ch l c và m

u khi n

4.1 Gi i thi u v ph n m m mô ph ng PSIM
4.2 Mô ph ng m ch l c và m

u khi n


KI N TH C T NG QUÁT
1.1 Gi i thi u chung v
c l p.
1.1.1
m c u t o và nguyên lý ho
ng.

A,Ph
G m các ph n chính sau:
a. C c t chính:

C c t chính là b ph n sinh ra t
ng g m có lõi s t c c t và dây qu n kích t
l ng ngoài lõi s t c c t . Lõi s t c c t làm b ng nh ng lá thép k thu
n. C c t
c
g n ch t vào v nh các bulông. Dây qu n kích t
c qu n b
ng b
n.
b. C c t ph :
C c t ph

t gi a các c c t

c i thi

i chi u

c. Gông t :
làm m ch t n i li n các c c t

ng th i làm v máy.

d. Các b ph n khác
- N p máy
-

u ch i than.

B, Ph n quay (rotor)

G m các b ph n sau:
a. Lõi s t ph n ng:
Lõi s t ph n
d nt
ng dùng nh ng lá thép k thu
0,5 mm ph
n
u r i ép ch t l i. Trên lá thép có d p hình d
khi ép l
t dây qu n vào

n dày
sau

b. Dây qu n ph n ng:
Dây qu n ph n ng là ph
n ch
ng làm b ng
ng có b
n.Tr
n nh
ng dùng dây có ti t di n tròn, trong
n v a và l
ng dùng dây ti t di n hình ch nh t. Dây qu
nv i
rãnh c a lõi thép.
c. C góp:
C góp hay còn g
i chi
chi u thành m t chi u. c góp g m có nhi u phi

i chi

n xoay
n v i nhau


b ng l

n 1,2 mm và h p thành m t hình tr
u dây c a các ph n t dây qu n vào các phi n gó

cd

dàng.
d. Các b ph n khác:
- Cánh qu

qu t gió làm ngu i máy.

- Tr
t lõi s t ph n ng, c góp, cánh qu t và
b ng thép Cacbon t t.
C, Nguyên lý làm vi c c

bi. Tr

ng làm

n m t chi u:

A

B

nên E còn
+R .I

I
Theo yêu c u c
bài ta xét h
u ch nh t
l
n m t chi u kích t
cl
n ph n
thông c
n tr m ch kích t .

t chi u kích r
c
n kích t không ph thu c vào dòng
thu c vào ph t i mà ch ph thu c


1.1.2

, w ).

M

n 1 chi u
Khi ngu
n 1 chi u có công su t l
m c song song v i m ch ph n ng.
Khi ngu
n m t chi u có công su
kích t m c vào 2 ngu n m t chi
c l p.

i thì m ch kích t

l n thì m

ng

n ph n ng và m ch


ng h p Rf= 0:
U= E + I .R

(1)
e.

Ke =

.n

p.n

60a

(2)

:h s s

ng c

a: s m ch nhánh song song c a cu n dây
p.n
:h s c ut oc
2a

K=
:t

góc tính b ng rad/s

p: s

c chính

N: s thanh d n tác d ng c a cu n dây ph n ng.
Th (2) vào (1) ta có:

Ho c:

n=

=

Uu
Ke.

Uu
K.

Ru
Iu
K.

Ru
Iu
Ke .

(3)

(4)

u di n m i quan h n= f(I ) g
M

nt c

Suy ra: n=
t

n.

Uu

Ke.

Ru
.M
K e . .K

n 1 chi u kích

c l p.
Ho c:

T

=
0:

Uu
K.

t

Ru
M =
(K. ) 2

không t

ng

s tt

T

=

ta có th
ng h p Rf
=

(K
Ru

i

Uu
K.

Rf

(K. ) 2

M ta nh n th y mu

it

, Rf , U.
i (U = U

)2
gi m. N u Rf càng l n thì t c
Rf

dm

Ru

= const):

M

c
ng th i dòng ng n


m ch và mômen ng n m
h n ch
u ch nh t
ng h
T

ng s d
it

n.

i U< U
không t i

gi

c

=

const. Khi

c1h
d

cs

u ch nh t

n ch dòng kh

ng.

ng c a t thông:
Mu

i

i dòng kích t Ikt
M

c
1.1.3
Theo lý thuy

=

không t i

U dm
K

(K )2
gi m.
Ru

u ch nh t
(1.2)

T
ph n
a.

yn(t
n áp ph n ng U. Vì v
u ch nh t

b

c
u ch nh t

thu c vào t thông
n tr
c
n m t chi u

i t thông
n m t chi u

th

th

n m t chi u
n m t chi u ng v i các giá tr

th trên cho th
khác nhau c a t thông. Khi t thông gi m thì n0
ta m i th
d cc
h it v
m trên
tr c hoành ng v
n r t l n: I =U/R
u ch nh t
l n
c
nh m c. Gi i h n trong vi
u ch nh t
quay b
1:2; 1:5; 1:8.
m khi s d
i th c hi n các bi n pháp
kh ng ch
c bi
u t o và công ngh ch t o ph c t p, khi n giá thành

b.

u ch nh t

b

n tr ph Rf trên m ch ph n ng.

Ta có:

T
i nên n0
i, ch có
ta ch có th
f, ch không th gi m R nên
it
nh m c.

i. M

u d th y n a là do
u ch
c t

Do Rf càng l
m nên t
s
i nhi u khi t

th cho th y, khi I bi n thiên thì ng v i cùng d i bi n thiên c
m
s
i nhi
t gi m hi u su t.

th

c.

u ch nh t

b

c tính khi t

i

n áp.

th

i

i (t


ch nh t

c

nh m c. Tuy nhiên do
nh m
ng gi
n áp
n gi m. Vì v
ng ch
u
u ch nh trong ph m vi r t

n c a thi t b
ng ch
U. Khi U gi m thì n0 gi
là h ng s nên t
ch nh t
nh
nh m c. Còn n u l
nh .
m quan tr ng c
u ch nh t
i
vì t
n ph n
i (M= CM. .I )
u ch nh t c
trong gi i h n 1:10, th
th
n 1:25.
n m t chi
c l p ho c song song

làm vi c ch
kích t
c l p.

1.2 Gi i thi u chung v b
t chi u
1.2.1 Khái ni m, phân lo i các b
ung áp m t chi u
a. Khái ni m chung.
B
n áp m t chi u cho phép t ngu
n m t chi u Us t
n áp m t chi
u ch
c.

n áp t i Ura

m t
chi u

t ng quát và d

u ra

Ura là m
r
ngh
n áp ra b ng giá
tr trung bình c

n áp xung: Ura
n c a các b bi
i
s
1
này là dùng quy lu
các van bán d n công su t m t cách có chu k
u ch nh
h s
mb
c giá tr
n áp trung bình trên t i.
b. Phân lo i các b
-B
-B
-B

i ti p.
i ti p h n h p.


1.2.2 Van IGBT
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor): Transistor có c
u khi n cách ly là m t
linh ki n bán d n công su t 3 c
c phát minh b i Hans W. Beck và Carl F. Wheatley
t h p kh
t nhanh c a MOSFET và kh
ut i
l n c a transistor

ng. M
nt
u khi n b
công su
u khi n yêu c u s c c nh .
a.

mc ut o

IGBT r t gi ng v
m khác nhau là
có thêm l p n i v i collector t o nên c u trúc bán
d n p-n-p gi a emiter
c c g c) v i
v i c c máng), mà không ph i là
nMOSFET. Vì th có th
i m t transistor p-n-p v i dòng base
c
u khi n b i m t MOSFET.
Hình 8: c u t o van IGBT
b.

u khi n m van, khóa van
-p-

-n-

p-n-p) ch
-

nh


-

-

-

Ron khi bão hòa hoàn toàn Uce= IoRon.

Ug.

Hình10: Quán trình khóa van IGBT


Quá trình khóa IGBT

Hình 11: Quán trình khóa van IGBT
n c a van
c. Các thông s
Khi ch n van IGBT ta c
P (w), R(K/W).
1.2.3

n các thông s

t chi

n Uce max, Uce bão hòa, Ic (A),

o chi u

d ng van bán d n IGBT. B
IGBT có kh

c hi

u ch

Trong các h truy

ng t

ng có yêu c

c p ngu
c
tr

u khi n hoàn toàn
o chi

nt i.

o chi
t chi u kích t

bi

i

c l p có nhu

o chi u quay.
Các van IGBT làm nhi m v khoá không ti
ng ph n kháng v ngu n và th c hi n quá trình hãm tái sinh.

.


ix

u khi

u khi
i x ng .

u khi

cl

u khi n không

m ch l c

N u ta mu
s khoá.

y theo chi u nào thì ta s ch cho m t c p van ch y ,c p còn l i

+Mu

n cho S1,S2 d n ,S3,S4 ngh .

+Mu

ch cho S1,S2 ngh ,S3,S4 d n .

b.

u khi n riêng


+Trong kho ng 1: S1 và S2
ngu n U, dòng qua ph n

c kích d n, S3 và S4
n giá tr Imax.

c kích t

cn iv i

+Trong kho ng 2:S1và S2
c kích t t,S3 và S4
c kích d
i có tính
c
n ph n ng khép m ch qua D3 và D4 v ngu n, S3 và S4 b

t
ná
c b i hai diode D3 và D4 nên khoá, dòng id gi m t Imax v 0
+Trong kho ng 3:S3 và S4
c kích d
theo chi
c l i (gi m t 0 v Imin theo chi u

U, dòng id

+Trong kho ng 4: S3 và S4
c kích t t, S1 và S2
c kích d
dòng id ch y theo chi
c l i nên dòng id ti p t c ch y theo chi
ch qua
các diode D1 và D2 v ngu n; S1 và S2 b
c b i hai diode D1 và D2 phân
c c thu
c l i t Imin v 0.
d gi m theo chi


c.

Gi s

u thu
ng v i c p van S1,S2 làm vi c ,S3 luôn b

làm vi c

góc ph

1và th
c pha v i

S1.

B BXMC có 3 tr ng thái làm vi c :
Tr ng thái 1:

E>Et

c

góc ph

nh

ng c p cho

c c p t ngu n thông qua các van S1,S2 d n trong kho ng 0
+Trong kho ng t1
chi
Tr ng thái 2:

E
+Trong kho ng 0 t1

(I =I =It)

ng tích tr
c

t1 .

nc ms
góc ph

n theo
2 (ch

hãm)

ng v ngu

+Trong kho ng t1 T :S4 d n ,dòng t i khép m

2 ,S4 (I

=IS4=It)

Tr ng thái 3: E=Et :
+Trong kho ng 0 t0: Et >
(I

=I

=It)

ng v ngu

1

2


+Trong kho ng t0 t1 : E>Et
ngu n qua S1 , S2 c

c

+Trong kho ng t1 t2: S1 khóa ,S4 m
2

ch

ng t

ng tích lu

nc ms

c p

4

+Trong kho ng t2 T :Khi
ng d tr

n c m h t ,su
s
o chi
n và dòng t i s khép m ch qua S4 2
c theo chi
c l i ,lu
ng h p này, van
và S2 d

cl i
luôn khóa.

u khi n các van s
c nhau, van

i theo chi u
luôn d n, van

Các bi u th c tính toán:
Giá tr dòng trung bình qua t i
Ta có L.

+ R.it + E = U
.

+

+

.dt =

.dt

R.It
=> It =
+ Dòng trung bình qua van Is =

V i a1 =

b1 =

Rút g n ta có Is

t

+Dòng trung bình qua Diot
ID =
+ GIá tr
V

-

u khi

n áp ra t i Ut
c

It

u khi

u ch

n áp ra t i


U TÍNH TOÁN, THI T K M CH L C
2.1 Thi t k m ch l c

Ch

ng ph n t trong m ch:

-

Ngu

n áp m t chi u cung c p

-

Diot: b o v

u c a van IGBT

2.2 Tính toán l a ch n các ph n t trong m ch
a)
Thông s
T

ng

0V, Idm= 10A, Ikt=0.5A, ndm=3000v/p

nh m c c
(rad/s)
n tr ph n ng
= 0.5(1-

)= 0.5(1-

)= 0.25

n áp ph n ng:
=Udm-

. Idm= 200-0.27x10=220 - 2.5= 117.5 v

b) L a ch n Diot:
Diot công su
c l a ch n d a vào các y u t
kiên t n nhi
n áp làm vi c. Các thông s
nc
khi b qua s s t áp trên các van

n: dòng t

n trung bình ch y qua Diode ID = (1- )It V i giá tr
=18(A)

u

nh m c


Ch n ch

làm mát là van có cánh to nhi t v

di n tích b m t và có qu t

n làm vi c cho phép ch y qua van lên t i 50 % Idm
n qua van c n ch n : I
Qua các bi

ta th

= ki Imax =18/0.5=36(A)

cc

t lên m i Diode (b qua s t áp

trên các van ) là: Ungmax=E=200(V)
Ch n h s

n áp ku = 2 nên Ungv =ku.Ungmax = 2*200=400(V).

c) L a ch n van IGBT

Xu t phát t yêu c u v công ngh ta ph i ch n van bán d n là lo
toàn là IGBT.

u khi n hoàn

+Tính dòng trung bình ch y qua van: Qua phân tích các m ch l c trên ta th y:
n trung bình ch y qua van lµ : IS = It
V i giá tr
+ Ch n ch

nh m

=18(A)

làm mát là van có cánh to nhi t v
di n tích b m t và có qu t
n làm vi c cho phép ch y qua van lên t i 50 % Idm.
n qua van c n ch n : I

Qua các bi
ta th
n
các van ) là Ungmax=E=400(V).
Ch n h s

= ki Imax =18/0.5=36(A).
cc

t lên m i Diode (b qua s t áp trên

n áp ku = 2 nên Ungv =ku.Ungmax = 2*200=400(V).

BSM50GB60DLC

eupec
GmbH


TK M
3.1 C u trúc t ng quát c a m
kh i m

U KHI N

u khi n

u khi n:
So sánh

C c

3.2 Ch

a
giác.

a t ng khâu


T= t1 + t2 = 2. t1 = 4. RC.(R1 / R2)

1
T

=

1
1

C1
b) Khâu so sánh:
RC
RC
+

U )

Urc )
RC

+ Khi URC
+ Khi URC

URC < 0
U>0


ss1

.

c
SS1
SS1

và USS2

SS2.

Tín

USS1

d) Khâu logic phân xung.
Là khâu

USS1

USS2

S1

S2

S3

S4

1

0

1

1

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

0

0

1

1

1

1

0

1

0

1

Hãm

Hãm


u khi n

3.3 Tính toán m
a)

Ta có:

. Suy ra:

90%).12V

1,

= 2,5 ms

R2

R2 = 1,2.R1
1

= 33 k

thì R2 = 1,2.R1 = 1,2.33 = 39,6 k
= 0,75.10-3
suy ra R = 7,5 k

b) Khâu so sánh.

ss1


c)
SS1

thành USS2.

USS1 l

Khi EN =

SS1 và
SS1 và

USS2 = USS1

d) Khâu lôgic phân xung.
Khâu lôgic phân xung

SS1

USS2 = - USS1

và USS2


12V
o
o

12V là 576 mW

A
- 1,6 mA

7

R12