Đồ án Thiết kế và chế tạo mạch nghịch lưu một pha

Khoa Điện_Điện Tử

ĐH SPKT Hưng Yên
MỤC LỤC

1
GVHD:Nguyễn Đình Hùng


Khoa Điện_Điện Tử

ĐH SPKT Hưng Yên
LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện đề tài mặc dù gặp phải rất nhiều những vấn đề khó khăn
song với sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Đình Hùng cùng với sự chỉ bảo của các thầy cô
giáo Khoa Điện – Điện Tử và sự lỗ lực không ngừng của cả nhóm, đến nay chúng em đa
hoàn thành đề tài.. Tuy nhiên, do kiến thức của chúng em còn hạn chế, nên không thê
tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy chúng em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp
chân thành từ phía thầy Nguyễn Đình Hùng, cùng các thầy cô giáo Khoa Điện – Điện
Tử và các bạn đọc đê đề tài này của chúng em ngày càng hoàn thiện và phát triên lên mức
cao hơn trong thời gian gần nhất.
Sau 1 thời gian thực hiện đề tài tại khoa, chúng em đa được học hỏi rất nhiều kinh
nghiệm và kiến thức. Các thầy cô gióa trong khoa đa nhiệt tình chỉ bảo. Đặc biệt là sự
hướng dẫn rất nhiệt tình của thầy Nguyễn Đình Hùng đa giúp chúng em hoàn thành đề
tài này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

2
GVHD:Nguyễn Đình Hùng

Khoa Điện_Điện Tử

ĐH SPKT Hưng Yên

Nhận xét giáo viên hướng dẫn
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................

.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................

3
GVHD:Nguyễn Đình Hùng


Khoa Điện_Điện Tử

ĐH SPKT Hưng Yên
LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay với sự phát triên nhanh chóng của kỹ thuật bán dẫn công suất lớn, các
thiết bị biến đổi điện năng dùng các linh kiện bán dẫn công suất đa được sử dụng nhiều
trong công nghiệp và đời sống nhằm đáp ứng các nhu cầu ngày càng cao của xa hội.

Trong thực tế sử dụng điện năng ta cần thay đổi tần số của nguồn cung cấp, các bộ biến
tần được sử dụng rộng rai 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 đại. Vì vậy
đê có thê 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 đa vận dụng kiến thức của mình đê tìm hiêu và nghiên
cứu lý thuyết, đặc biệt chúng em tìm hiêu sâu vào tính toán 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 đa hoàn thành xong đồ án của
mình. Tuy nhiên do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên không 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 cô giáo, cùng bạn bè đê đề tài được hoàn thiện hơn.

4
GVHD:Nguyễn Đình Hùng


Khoa Điện_Điện Tử

ĐH SPKT Hưng Yên

CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CƠ SỞ LÝ LUẬN ĐỀ TÀI
1.1. IC ổn áp 7805
1.1.1. Sơ đồ chân

Hình 1.1: Sơ đồ chân IC 78XX
Nhìn từ trái qua phải thì lần lượt là chân số 1, 2, 3 của IC.
-

Chân số 1: Input (chân vào)
Chân số 2: GND (nối mass)
Chân số 3: Output (chân ra)

1.1.2. Chức năng
IC 7805 thuộc họ IC78xx là họ IC ổn áp có chức năng tạo điện áp ở đầu ra cố định ở
mức (+) xx V
-

78 là họ IC lấy ra điện áp dương (+)
XX là 2 số của điện áp lấy ra.

Lưu ý: Điện áp đầu vào của IC phải lấylớn hơn điện áp đầu ra 3V trở lên. Ví dụ IC 7805
thì Vin phải 8V trở lên.
1.1.3. Ứng dụng
Được dùng đê thiết kế các bộ nguồn đơn giản cung cấp điện áp cho các mạch điện
không đòi hỏi điện áp ổn định quá cao.
1.1.4. Một vài thông số của IC 7805
-

Dòng cực đại có thê duy trì 1A.
Dòng đỉnh 2,2A.
Công suất tiêu tán cực đại nếu không dùng tản nhiệt: 2W Công suất tiêu tán nếu
dùng tản nhiệt đủ lớn: 15W

Công suất tiêu tán trên ổn áp nối tiếp được tính như sau:
5
GVHD:Nguyễn Đình Hùng


Khoa Điện_Điện Tử

ĐH SPKT Hưng Yên

Pd = (Ui – Uo) . I
Trong đó:
-

Ui – áp lối vào ,Uo – áp lối ra
I – dòng sử dụng
µA7805C

Đặc tính

Điều kiện
IO = 5 mA to 1 A,

Output voltage (Điện
VI = 7 V to 20 V PD ≤ 15 W
áp ra)

TJ†

25°C
0°C

to

MIN

TYP

4.8

5

MAX

5.2
5.25

4.75

Đơn vị

V

125°C
Input voltage
regulation

VI = 7 V to 25 V
25°C

100mV

3

( Sự ổn áp đầu vào)
Output voltage
regulation

IO = 5 mA to 1.5
A

25°C

mV

15

( Sự ổn áp đầu vào)
Temperature
IO = 5 mA
coefficient of output
voltage (Hệ số nhiệt độ
của điện áp ra)
Output noise voltage(

f = 10 Hz to 100 kHz

100

0°C
125°C

to

-1,1

100
mV/°C

25°C

40

µV

25°C

2

V

Điện áp tạp nhiễu)
Dropout voltage( Điện IO = 1 A
áp rơi)

Bảng 1.1: Một vài thông số của IC 7805
1.2. IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)
1.2.1. Cấu trúc và ký hiệu
Về cấu trúc bán dẫn, IGBT rất giống với MOSFET, điêm khác nhau là có thêm lớp
nối với collector tạo nên cấu trúc bán dẫn p-n-p giữa emiter( tương tự cực gốc) với
collector(tương tự với cực máng), mà không phải là n-n như ở MOSFET . Vì thế có thê

coi IGBT tương đương với một transistor p-n-p với dòng base được điều khiên bởi một
MOSFET.
Dưới tác dụng của áp điều khiên Uge>0, kênh dẫn với các hạt mang điện là các điện tử
được hình thành, giống như ở cấu trúc MOSFET.Các điện tử di chuyên về phía collector
vượt qua lớp tiếp giáp n-p như ở cấu trúc giữa base và collector ở transistor thường, tạo
nên dòng collector

6
GVHD:Nguyễn Đình Hùng


Khoa Điện_Điện Tử

ĐH SPKT Hưng Yên

Hình 1.2: a) Cấu trúc IGBT
b) Sơ đồ tương đương của IGBT
1.2.2. Nguyên lý làm việc.
- Phân cực cho IGBT sao U CE >0,sau đó vào cực G một điện áp điều khiên Uge>0 với
một giá trị đủ lớn. Khi đó hình thành một kênh dẫn với các hạt là điện từ giống như
MOSFET các hạt điện tử di chuyên về phía cực C, vượt qua lớp tiếp giáp P-N tạo nên
dòng Colector
- Thời gian đóng cắt của IGBT nhanh hơn transistor thường , trê khi mở khoảng
0,15ms, trễ khi khóa khoảng 1ms. Công suất điều khiên IGBT rất nhỏ thường mở dưới
dạng điện áp điều khiên là +-15V . Đê mở thường cấp tín hiệu +15V,khóa cấp tín hiệu
-15V
1.2.3. Vùng làm việc an toàn (Safe Operating Area)
Vùng làm việc an toàn được thê hiện dưới dạng đồ thị quan hệ giữa điện áp và giá
trị dòng điện lớn nhất mà phần tử có thê hoạt động được trong mọi chế độ, khi dẫn, khi
khóa, cũng như trong các quá trình đóng cắt.

Khi điện áp đặt lên cực điều khiên và emitor là dương và hình thư hai thì điện áp
này là âm. Khi điện áp điều khiên dương, SOA có dạng hình chữ nhật với góc hạn chế ở
phía trên, bên phải, tương ứng với chế độ dòng điện và điện áp lớn. Điều này có nghĩa
là khi chu kì đóng cắt càng ngắn, ứng với tần số làm việc càng cao thì khả năng đóng
cắt công

7
GVHD:Nguyễn Đình Hùng


Khoa Điện_Điện Tử

ĐH SPKT Hưng Yên

suất càng suy giảm. Khi đặt điện áp điều khiên âm lên cực điều khiên và emitor, SOA
lại bị giới hạn ở vùng công suất lớn do tốc độ tăng điện áp quá lớn sẽ dẫn đến xuất hiện
dòng điện lớn đưa vào vùng p của cực điều khiên, tác dụng giống như dòng điều khiên
làm IGBT mở trở lại như tác dụng đối với cấu trúc của thyristor. Tuy nhiên khả năng
chịu đựng tốc độ tăng áp ở IGBT lớn hơn nhiều so với ở các phần tử bán dẫn công suất
khác .

Giá trị lớn nhất của dòng cho phép collector cho phép Icm được chọn sao cho

tránh được hiện tượng chốt giữ dòng, không khóa lại được, giống như ở thyristor.
Hơn nữa, điện áp điều khiên lớn nhất Uge cũng phài được chọn đê có thê giới hạn được
dòng điện Ice trong giới hạn lớn nhất cho phép này trong điều kiện sự có ngắn mạch
bằng cách chuyên đổi bắt buộc từ chế độ bao hòa sang chế độ tuyến tính. Khi đó dòng
Ice được giới hạn không đổi, không phụ thuộc vào điện áp Uce lúc đó. Tiếp theo IGBT
phải được khóa lại trong điều kiện đó, càng nhanh càng tốt đê tránh phát nhiệt quá
mạnh . Tránh được hiện tượng chốt giữ dòng bằng cách liên tục theo dõi dòng collector

là điều cần thiết khi thiết kế IGBT.
1.3. IC IR2110
IGBT là phần tử bán dẫn có tính nắng ưu việt như khả năng đóng cắt nhanh, công suất
điều khiên nhỏ, thay thế cho các transistor công suất thường. Vì thế, điều kiện mở khóa
của nó có những yêu cầu đặc biệt.Khó khăn trong việc điều khiên với sườn xung dựng
đứng. Thờigian tạo sườn xung chỉ cỡ 0.1us hoặc nhỏ hơn
Nhưng tụ kí sinh giữa cực điều khiên với gốc S, giữa cực G với cực máng D cản trở tốc
độ thay đổ của tín hiệu điều khiên.
1.3.1. Sơ đồ chân IR2110

Hình 1.3: Sơ đồ chân IR 2110

8
GVHD:Nguyễn Đình Hùng


Khoa Điện_Điện Tử

ĐH SPKT Hưng Yên

Hình 1.4: Sơ đồ khối IR2110

Hình 1.5: Giản đồ sóng Input và Output của IC IR2110
Chân 1: Cổng điều khiên ra cho mức thấp
Chân 2: Phản hồi ở mức thấp
Chân 3: Chân nối với nguồn đê cấp cho IC từ 10 đến 20 V
Chân 5: Điện áp treo trả về mức cao
Chân 6: Điện áp treo mức cao
Chân 7: Cổng điều khiên ra cho mức cao
Chân 9: Điện áp cấp theo mức từ Vss+3 đến Vss+20

Chân 10: Tín hiệu vào cho cổng ra điều khiên ở mức cao
Chân 11: Đầu vào theo mức đê tắt
Chân 12: Tín hiệu vào cho cổng ra điều khiên ở mức thấp
Chân 13: Chân cấp mass cho IC

9
GVHD:Nguyễn Đình Hùng


Khoa Điện_Điện Tử

ĐH SPKT Hưng Yên

1.3.2. Chức năng
Các vi mạch chuyên dụng phục vụ cho khâu xung điều khiên cuối cùng là các driver.
Tuy nhiên, do thời gian khóa của IGBT bị kéo dài và quá tải có thê bị kéo ra khỏi chế dộ
bao hòa, tổn thất trên phần tử tăng vọt, gây pha hỏng phần tử. chính vì vật, driver cho
IGBT thường là các mạch lái(hybrid)- tức là một driver thường kết hợp các mạch bảo vệ
quá tải. Đặc biệt, những driver cho IGBT công nghiệp là những mạch ghép phức tạp đê
đảm bảo an toàn cho van bán dẫn trong mọi chế độ làm việc.
IGBT sử dụng trong các mạch nghịch lưu có tần số đóng cắt cao từ 2 đến hang chục
nghìn KHz. Sự cố thường xảy ra nhất là quá dòng ngắn mạch từ phía tải hoặc từ phía
phần tử đóng cắt. Vì vậy, đê điều khiên cho IGBT ta dung IC chuyên dụng IR2110
1.4. IC SG3525
1.4.1. Sơ đồ chân

Hình 1.6: Sơ đồ chân IC SG 3525
- Điện áp hoạt động 8 đến 35VDC
- Dải tần số của bộ dao động từ 100HZ tới 400 KHz
10

GVHD:Nguyễn Đình Hùng


Khoa Điện_Điện Tử

ĐH SPKT Hưng Yên

IC SG3525 có những tính năng ưu việt hơn so với IC 4047 và IC TL494 như:
lấy nguồn mà không cần biến đổi nguồn nuôi cho IC, dễ điều chinh độ rộng xung ra,
khoảng deal time vừa đủ đê tạo ra chu kì âm mà không gây hiện tượng trùng dẫn.

Hình 1.7: Sơ đồ khối IC SG3525
Chức năng các chân:
Chân 1: Đầu vào đảo.
Chân 2: Đầu vào không đảo.
Chân 3: Chân đồng bộ hóa., cho phép đồng bộ xung với bộ dao động gắn ngoài.
Chân 4: Đầu ra xung của bộ dao động trong .
Chân 5: Mắc với một tụ điện CT=0.1uF- 1nF.
Chân 6: Gắn với một điện trở RT=2kΩ - 150kΩ.
Chân 7: Chân tụ CT xả điệp áp và được mắc với một trở RD.
Chân 8: Chân này nối với 1 tụ đê khởi động êm hơn và chế độ soft – start được kích hoạt
khi so sánh với điện áp Vref.
Chân 9: Chân bù này được hồi tiếp về chân đầu đảo góp phần điều chỉnh xung ra ra sẽ bù
nếu có sai lệch về xung.

11
GVHD:Nguyễn Đình Hùng


Khoa Điện_Điện Tử

ĐH SPKT Hưng Yên

Chân 10: Chân shutdown- ngừng . Khi chân này mức thấp PWM được kích hoạt còn khi
ở mức cao PWM được thiếp lập tức thời.
Chân 11 và chân 14: là các chân ra của tín hiệu điều khiên.Dòng ra định mức 100mA và
dòng đỉnh là 500mA. Hai xung ra lệch pha nhau 1800 .
Chân 12: là chân mass của IC
Chân 13:Điện áp colector của transistor NPN được nối bên trong IC. Điện áp cấp cho
chân này nên từ 9 đến 18V vì mosfet làm việc với điện áp thấp nhất là 8V và bị đánh
thủng là 20V.
Chân 15: Chân cấp nguồn cho IC hoạt động từ 8 đền 35V
Chân 16: Điện áp tham chiếu có giá trị thấp nhất là 5V cao nhất là 5.2 V thông thường là
5.1 V
1.4.2 Chức năng
Tạo ra 2 xung điều khiên lệch pha nhau 180 o đê điều khiên các cặp IGBT trong mạch
công suất.
Tần số của PWM phụ thuộc vào tụ định thời và trở định thời. Tụ định thời (C T) kết nối
giữa chân 5 và mass. Điện trở định thời (R T) được kết nối giữa chân 6 và mass. Điện trỏ
giữa chân 5 và chân 7 ( RD) xác định deadtime .

f =

1
CT (0.7.R T + 3RD )

Giá trị của RD trong dải 0 đến 500 Ω. RT phải nằm trong dải 2k đến 150K Ω. Tụ CT phải
nằm trong dải 1nF(102) tới 0.2uF(224). Tần số trong công thức trên là tần số của bộ dao
động vậy nếu muốn tính tần số của nghịch lưu là 50Hz thì ta phải tính ra 100H Z theo công
thức trên.

1.5. Nghịch lưu
1.5.1. Giới thiệu về nghịch lưu
Bộ nghịch lưu là bộ biến đổi tĩnh đảm bảo biến đổi một chiều thành xoay chiều.
Nguồn cung cấp là một chiều, nhờ các khóa chuyên mạch làm thay đổi cách nối đầu vào
và đầu ra một cách chu kì đê tạo nên đầu ra xoay chiều. Khác với bộ biến tần việc chuyên
mạch được thực hiện nhờ lưới điện xoay chiều, còn trong bộ nghịch lưu hoặc trong bộ
điều áp một chiều hoạt động của chúng phụ thuộc vào loại nguồn và tải.
Các bộ nghịch lưu phân ra làm 2 loại :
- Bộ nghịch lưu làm việc ở chế độ phụ thuộc vào lưới điện xoay chiều
12
GVHD:Nguyễn Đình Hùng


Khoa Điện_Điện Tử

ĐH SPKT Hưng Yên

- Bộ nghịch lưu độc lập(với các nguồn độc lập như acquy, máy phát điện…)
Nghịch lưu phụ thuộc có sơ đồ nguyên lý giống như chỉnh lưu có điều khiên. Mạch
nghịch lưu phụ thuộc là mạch chỉnh lưu trong đó có nguồn một chiều được đổi dấu so với
chỉnh lưu và góc mở α của các tiristo thỏa man điều kiện ((π/2 < α <π ) lúc đó công suất
của máy phát điện một chiều trả về lưới xoay chiều. Tần số và điện áp nghịch lưu này
phụ thuộc vào tần số điện áp lưới xoay chiều
Nghịch lưu độc lập làm nhiệm vụ biến đổi điện áp một chiều từ các nguồn độc lập
( không phụ thuộc vào lưới xoay chiều ) thành xoay chiều với tần số pha tùy ý. Tần số và
điện áp nghịch lưu nói chung có thê điều chỉnh được.
1.5.2. Mạch nghịch lưu một pha nguồn dòng dùng máy biến áp có điểm giữa
a) Sơ đồ nguyên lý

Hình 1.8: Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu dòng 1 pha

dùng máy biến áp có điêm giữa
b) Nguyên lý làm việc.
Sơ đồ gồm một máy biến áp có điêm giữa ở phía sơ cấp, hai thyritstor anot nối vào
cực dương của nguồn nuôi E thong qua hai nửa cuộn dây sơ cấp của máy biến áp, do đó
còn có tên là onduleur song song. Ở đầu vào của onduleur dòng ta đấu nối tiếp với một
điện cảm lớn Lk vừa đê dự trữ dòng điện vào vừa đê hạn chế đỉnh cao của dòng điện ic
khi khởi động. Tụ điện C gọi là tụ điện chuyên mạch.
Đặc điêm của onduleur dòng là có dòng điện tải dạng “ sin chữ nhật” còn dạng điện
áp trên tải thì do thong số mạch tải quyết định.
Trong đó:
13
GVHD:Nguyễn Đình Hùng


Khoa Điện_Điện Tử
-

ĐH SPKT Hưng Yên

2n1 là tổng số vòng dây sơ cấp.
n2 là số vòng dây thứ cấp.
i,v là dòng và áp phía thứ cấp.

+ Hoạt động của sơ đồ.
Giả thiết cho xung mở T1. Điêm A được T1 nối với cực âm của nguồn E. Bây giờ V0Va=u1=E, do hiệu ứng biến áp tự ngẫu nên VB-V0=u1=E. Như vậy tụ điện C được nạp
điệp áp bằng 2E, bản cực dương ở bên phải.
Bây giờ nếu cho xung mở T2, Tiristir này mở và đặt điện thế điêm B vào mạch catot T1
khiến T1 bị khóa lại, tụ điện C sẽ bị nạp ngược lại, sẵn sàng đê khóa T2 khi ta cho xung
mở T1. Phía thứ cấp ta nhận đượng dòng “ sin chữ nhật” mà tần số của nó thuộc vào nhịp
phát xung mở T1,T2.

1.5.3. Mạch nghịch lưu nguồn dòng dùng sơ đồ cầu H.
a) Sơ đồ nguyên lý.

Hình 1.9: Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu dòng 1 pha sơ đồ cầu H
b) Nguyên lý làm việc.
Các tín hiệu điều khiên được đưa vào từng đôi thyritstor T1,T2 lệch pha với tín hiệu điều
khiên đưa vào đôi T3,T4 một góc 180 độ điện. Điện cảm đầu vào nghịch lưu lớn do đó
dòng điện vào id được san phẳng (biêu đồ xung), nguồn cấp cho nghịch lưu là nguồn
dòng và dạng dòng điện nghịch lưu (i) có dạng xung vuông. Khi đưa xung vào mở cặp
van T1,T2, dòng điện i =. Đồng thời dòng qua tụ C tăng lên đột biến,tụ C bắt đầu nạp với
cực (+) ở bên trái và cực (-) ở bên phải. Khi tụ C nạp đầy, dòng qua tụ giảm về không. Do
i = , nên lúc đầu dòng qua tải nhỏ và sau đó dòng qua tải tăng lên. Sau một nửa chu kỳ
( người ta đưa vào mở cặp T3,T4. Cặp T3,T4 mở tạo ra quá trình phóng điện của tụ C từ
cực (+) về cực (-). Dòng phóng ngược chiều với dòng qua T1,T2 sẽ làm cho T1 và T2 bị
khóa lại. Quá trình chuyên mạch gần như tức thời. Sau đó tụ C sẽ nạp điện theo chiều
14
GVHD:Nguyễn Đình Hùng


Khoa Điện_Điện Tử

ĐH SPKT Hưng Yên

ngược lại với cực (+) ở bên phải và cực (-) ở bên trái. Dòng nghịch lưu ( đa đổi dấu).
Đến thời điêm t =, người ta đưa xung vào mở T1,T2 thì T3,T4 sẽ bị khóa lại và quá trình
được lặp lại như trước.
Như vậy chức năng cơ bản của tụ C làm nhiệm vụ chuyên mạch cho các Thyritstor. Tại
thởi điêm t1, khi mở T3 và T4 thì T1 và T2 sẽ bị khóa lại bởi điện áp ngược của tụ C đặt
vào. Khoảng thời gian duy trù điện áp ngược ( là cần thiết đê duy trì quá trình khóa và
phục hồi tính điều khiên của van và là thời gian khóa của Thyritstor hay chính là thời

gian phục hồi tính điều khiên.
β=w.tk là góc khóa của nghịch lưu.
c) Dạng sóng dòng điện, điện áp trong mạch.

Hình 1.10: Dạng sóng dòng điện, điện áp trong mạch
15
GVHD:Nguyễn Đình Hùng


Khoa Điện_Điện Tử

ĐH SPKT Hưng Yên
nghịch lưu dòng 1 pha sơ đồ cầu

1.5.4 Nghịch lưu độc lập nguồn áp một pha.
a) Sơ đồ nguyên lý

Hình 1.11: Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu nguồn áp 1pha
Trong đó:
- T1,T2,T3,T4: Là các IGBT có nhiệm vụ đê đóng cắt hoặc điều chỉnh thay đổi điện
áp xoay chiều ra tải.
-Zt: là phụ tải.
-D1,D2,D3,D4: Là các diode dẫn dòng khi tải trả năng lượng về nguồn nuôi
-is: là dòng nguồn xoay chiều dạng răng cưa.
Khi >0 thì nguồn cung cấp năng lượng cho tải( các thyristor dẫn dòng).
Khi <0 thì tải trả năng lượng về nguồn nuôi(các diode dẫn dòng).
-C: Tụ điện có nhiệm vụ san phẳng điện áp đầu vào và dự trũ năng lượng dưới dạng
điện trường.
b) Nguyên lý làm việc.
Giả sử T2 và T4 đang cho dòng chạy qua( dòng tải đi từ B đến A). Khi t = 0 cho

xung mở T1 và T3, T2 và T4 bị khóa lại, dòng tải = -Im không thê đào chiều 1 cách đột
ngột. Nó tiếp chảy theo chiều cũ nhưng theo mạch D1 đến E đến D3 đến tải đến D1 và
suy giảm dần, D1 và D3 dẫn dòng khiến T1 và T3 vừa kịp mở đa bị khóa lại. Khi t =, i =
0, D1 và D3 bị khóa lại, T1 và T3 sẽ mở lại do vẫn còn xung điều khiên tác động ở các
cực G1, G3 dòng tải i>0 và tăng chảy theo chiều từ A đến B.
Giai đoạn t = 0 đến t1 là giai đoạn hoàn năng lượng.Khi t = T/2 ( tại thời điêm ) cho
xung mở và T4, T1 và T3 bị khóa lại, dòng tải chạy qua D2 và D4 khiến cho T2 và T4

16
GVHD:Nguyễn Đình Hùng


Khoa Điện_Điện Tử

ĐH SPKT Hưng Yên

vừa kịp mở khóa đa bị khóa lại. Khi t =, i = 0, T2 và T4 sẽ mở lại, i<0 chảy theo chiều B
đến A. Dòng tải I biến thiên theo quy luật hàm mũ giữa hai giá trị Im và –Im.
c) Dạng sóng dòng điện, điện áp trong mạch.

Hình 1.11: Dạng sóng dòng điện, điện áp trong mạch
nghịch lưu áp 1 pha.
d) Công thức tính toán
Tải thuần cảm:
Khi T1 và T3 mở cho dòng chảy qua, ta có phương trình:
L =E
và nghiệm là I = + C = + C
Vận dụng cơ kiện đầu, xác đinh được hằng số tích phân C = -Im, vậy:
I = – Im
Vận dụng sơ kiện thứ hai, xác định được trị số của Im:

Im = .
Cuối cùng công thức dòng điện tải có dạng I =
17
GVHD:Nguyễn Đình Hùng


Khoa Điện_Điện Tử

ĐH SPKT Hưng Yên

Tải L + R nối tiếp:
Khi cho xung mở T1 và T3 ta có phương trình vi phân:
L + R.i = E (1)
Viết (1) dưới dạng toán tử laplace:

pI(p) – i(0) + aI(p) =
Trong đó a = i(0) = - Im
I(p) = Và nghiệm của phương trình trên là:

i = (1 – – Im. (2)
Và vận dụng sơ kiện thứ hai, xác định được:

Im = .

Tải R+L song song:
Điện áp đặt trên tải là u, có dạng “ hình sin chữ nhật “ , với biên độ ± E,
Khi T1 và T3 mở cho dòng chảy qua, ta có các phương trình sau.
IR =
L=E
Do đó:

il = - .t + C
Vận dụng cơ kiện thứ nhất, xác định được hằng số tích phân:
± C = - ILm
Vận dụng sơ kiện thứ hai, xác định được trị số của ILm:
ILm = - ILm

=>

ILm =

18
GVHD:Nguyễn Đình Hùng


Khoa Điện_Điện Tử

ĐH SPKT Hưng Yên

CHƯƠNG 2
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MẠCH NGHỊCH LƯU ÁP 1 PHA

2.1. Sơ đồ khối toàn mạch

19
GVHD:Nguyễn Đình Hùng


Khoa Điện_Điện Tử

ĐH SPKT Hưng Yên

KHỐI

KHỐI ĐIỀU
KHIỂN

KHUẾCH ĐẠI

NGUỒN 220VAC

KHỐI CHỈNH LƯU

KHỐI LỌC

KHỐI
CÔNG SUẤT

NGUỒN ĐIỀU KHIỂN

Hình 2.1: Sơ đồ khối toàn mạch

20
GVHD:Nguyễn Đình Hùng


Khoa Điện_Điện Tử

ĐH SPKT Hưng Yên

2.2. Tính toán, thiết kế mạch động lực

2.2.1. Sơ đồ nguyên lý mạch động lực

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý mạch động lực

21
GVHD:Nguyễn Đình Hùng


Khoa Điện_Điện Tử

ĐH SPKT Hưng Yên

2.2.2. Tính toán chọn IGBT
-

Điện áp đặt vào van: U=310V
Coi tải là thuần trở ta có dòng qua van là

I=

P 500
=
= 2.3A
U 220

Coi van công suất được chọn phải căn cứ vào thông số dòng điện và điện áp trong mạch.
Cụ thê các van công suất khi tính chọn phải thỏa các điều kiện do nhà sản xuất quy định.
Trong đó các thông số thường phải được ưu tiên hàng đầu khi tính chọn va công suất là
điện áp làm việc của van Uv; dòng điện hiệu dụng chảy qua van và dòng điện trung bình
chảy qua van .

Trong đó điện áp van được chọn phải thỏa man điều kiện.
=(1.6÷2)
=> 2×310 = 620V.
Còn dòng điện của van sông suất được chọn phụ thuộc vào điều kiện làm mát. Nếu va
bán dẫn công chỉ được làm mát bằng tản nhiệt đối lưu tự nhiên thì khả năng chịu dòn
điện chỉ bằng 25÷30% dòng định mức ghi trên van.
Nếu van bán dẫn công suất được làm mát bằng tản nhiệt và có quạt gió làm mát thì khả
năng chịu dòng điện bằng 50÷70% dòng định mức ghi trên van.
Nếu van bán dẫn công dược làm mát bằng tản nhiệt và có dung dịch làm mát thì khả năng
chịu dòng điện có thê đạt được 100% dòng định mức ghi trên van.Theo nhưng cách trên
ta chọn điều kiện làm mát bằng tản nhiệu đối lưu tự nhiên. Vì thế ta có :
I = (25÷30%) IVRMS
 IVRMS =(2.3*100)/25=9,2A
Chọn van có: = 600V và = 10A.
Căn cứ vào tính toán trên ta có thê chọn IGBT : FGA25N120AN
Tính năng của FGA25N120AN:
- Tốc độ chuyên mạch nhanh
- Điện áp bao hòa thấp: VCE(sat) =2.5 V, IC =25A
- Trở kháng vào cao
Hình 2.3: IGBT FGA25N120AN

22
GVHD:Nguyễn Đình Hùng


Khoa Điện_Điện Tử

ĐH SPKT Hưng Yên

Ký hiệu

Mô tả

VCES

Điện áp
emitter

khóa

VGES

Điện áp gate-emitter

FGA25N120AN
collector-

Đơn
vị

1200

V

± 20

V

IC

Dòng điện colltter một chiều
(TC=100oC)

25

A

ICM

Dòng điện đỉnh collectter lặp
lại

75

A

PD

Công suất tiêu tán cực đại
(TC=100oC)

125

W

TJ

Nhiệt độ chuyên tiếp

Ký hiệu

Định nghĩa

-

o

55 đến +150

Điều kiện

Type

C

Đơn
vị

VGE(th)

Điện áp gate-emitter ngưỡng

5.5

V

VCE(sat)

Điện áp collector-emitter bao VCC= 600 V, Ic= 25A, 2.5
hòa

RG= 10Ω , VGE= 15V,

V

td(on)

Thời gian trễ mở

60

ns

td(off)

Thời gian trễ đóng

170

ns

tr

Thời gian tăng trưởng

60

ns

TC = 25°C

Bảng 2.1: Một số thông số của FGA25N120A
2.2.3. Bảo vệ IGBT
Thông thường IGBT được sử dụng trong những mạch đóng cắt tần số cao, từ 2 đến hàng
chục kHz. Ở tần số đóng cắt cao như vậy, những sự cố có thê phá hủy phần tử rất nhanh
và dẫn đến phá hỏng toàn bộ thiết bị. Sự cố thường xảy ra nhất là quá dòng do ngắn mạch
từ phía tải hoặc từ các phần tử có lỗi do chế tạo hoặc lắp ráp.
Có thê ngắt dòng IGBT bằng cách đưa điện áp điều khiên về giá trị âm. Tuy nhiên
quá tải dòng điện có thê đưa IGBT ra khỏi chế độ bao hòa dẫn đến công suất phát nhiệt
tăng đột ngột, phá hủy phần tử sau vài chu kỳ đóng cắt. Mặt khác khi khóa IGBT lại
23
GVHD:Nguyễn Đình Hùng


Khoa Điện_Điện Tử

ĐH SPKT Hưng Yên

trong một thời gian rất ngắn khi dòng điện rất lớn dấn đến tốc độ tăng dòng quá lớn, gây
quá áp trên collector, emiter, lập tức đánh thủng phần tử. Bên cạnh đó cũng sảy ra các sự
cố bất ngờ, những ảnh hưởng nhiễu. Chính vì vậy ta phải tính toán bảo vệ cho các van
bán dẫn khi sảy ra sự cố…
Đê bảo vệ ngắn mạch và quá tải về dòng điện dùng Aptômat hoặc cầu chì.
- Nguyên tắc chọn thiết bị này là theo dòng điện với Ibv = (1,1÷1,3)Ilv.
-Dòng bảo vệ của Aptômat không được vượt quá dòng ngắn mạch của máy biến áp.
Từ trên ta chọn cầu chì dê bảo vệ với:
Ibv = (1,1÷1,3)Ilv= 1.3*2.3=2.99 (A)
Ta chọn cầu chì 3A đê bảo vệ quá dòng cho IGBT.
2.2.4. Tính toán làm mát cho IGBT

Thiết bị bán dẫn rất nhạy cảm với nhiệt độ. Nếu khi làm việc nhiệt độ mặt ghép lớp

hơn nhiệt độ cho phép Tjm , thì có thê gây phá hỏng thiết bị bán dẫn. Vì vậy việc
tính toán tỏa nhiệt cho mặt ghép là rất cần thiết:
+ Khi tính toán sơ đồ đẳng trị nhiệt thê hiện như sau:
Trong đó:
Tj: Là nhiệt độ mặt ghép.
Tv: Là nhiệt độ vỏ thiết bị bán dẫn.
Tr: Là nhiệt độ cánh tản nhiệt.
Ta: Là nhiệt độ không khí của môi trường làm việc.
Rjv: Nhiệt trở giữa mặt ghép và vỏ thiết bị bán dẫn
Rvt: Nhiệt trở giữa vỏ và cánh tán nhiệt.
Rra: Nhiệt trở cánh tản nhiệt và không khí môi trường.

24
GVHD:Nguyễn Đình Hùng


Khoa Điện_Điện Tử

ĐH SPKT Hưng Yên

Hình 2.4: Sơ đồ đẳng trị nhiệt
+ Nhiệt độ được truyền từ vùng nóng sang vùng lạnh, công suất nhiệt được truyền
tỉ lệ thuận với nhiệt sai và tỉ lệ nghịch với nhiệt trở Rth.
∆P=
Trong đó T1 là nhiệt độ vùng nóng, T2 là nhiệt độ vùng lạnh, nhiệt trờ
Rth = Rjv + Rvr + Rra được tính bằng
- Trong các bài toán nhiệt thường đưa ra cho chúng ta biết Tjm, Ta, Rth, ∆P. Yêu cầu
xác định biện pháp làm mát bằng đối lưu tự nhiên hay phải quạt mát bằng bao
nhiêu m/s.

Hình 2.5:
a) Đặc tính vol-ampe
b ) Đường cong biêu diễn nhiệt trở cánh tản nhiệt và tốc độ quạt làm mát
c) Đường cong biêu diễn nhiệt trở cánh tản nhiệt và môi trường
Với những dữ kiện trên ta chọn tản nhiệt bằng tản nhiệt đối lưu.
có T1 = 155 oC, T2 = 30 oC, ∆P = 125 => Rth=1oC/W vậy ta có thê chọn loại tản
nhiệt dưới đây:

25
GVHD:Nguyễn Đình Hùng