Đồ án : Điện tử công suất

Đồ án : Điện tử công suất

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHỊCH LƯU ÁP
1.Tổng quan về nghịch lưu:
- Sơ đồ khối nghịch lưu
Mạch động lực
Nguồn cấp DC

Bộ tăng áp

Bộ nghịch lưu

Điều khiển

Điều khiển
SPWM

Mạch lọc, bảo vệ

Hình 1.1: Sơ đồ khối nghịch lưu
1.1. Khái niệm cơ bản về nghịch lưu(inverter):
- Nghịch lưu là bộ biến đổi tĩnh, biến đổi năng lượng điện một chiều thành xoay
chiều.
- Nguồn cung cấp là một chiều nhờ các linh kiện chuyển mạch thay đổi đầu vào
tạo nên ra đầu ra xoay chiều với một chu kì xác định.
1.2. Phân loại:
- Theo đặc điểm nguồn: + Nghịch lưu áp.
+ Nghịch lưu dòng.
- Theo số lượng pha: một pha; ba pha; nhiều pha.
- Theo sơ đồ: hình cầu, hình tia.
2. Nghịch lưu áp một pha và ba pha:

- Mang tính chất nguồn áp: tạo ra điện áp xoay chiều từ dòng điện một chiều.
Dòng điện đầu ra phụ thuộc vào tải.
- Đầu vào của nghịch lưu áp là nguồn điện áp một chiều.
2.1. Nghịch lưu áp một pha:
- Bộ nghịch lưu áp một pha được cung cấp bằng nguồn áp một chiều có điện trở
kháng nhỏ. Điện áp một chiều sau khi qua bộ chuyển mạch biến đổi thành điện áp xoay
chiều u một pha.
- Có 2 loại chính : + Nghịch lưu áp hình tia một pha
+ Nghịch lưu áp hình cầu một pha

Trang 1


Đồ án : Điện tử công suất

2.1.1 Nghịch lưu áp hình tia 1 pha:
a.Cấu tạo:
- Bộ nghịch lưu hình tia 1 pha gồm 2 khóa bán dẫn mắc song song với nhau và
hai diode mắc đối song song, nguồn cung cấp một chiều không đổi Ud.
- Đầu ra là điện áp xoay chiều u.
-Sơ đồ nguyên lí:

Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lí nghịch lưu áp hình tia 1 pha
b. Hoạt động:
- Nhịp S1: uz = ua = Ud ; iS1 = id = iZ … tăng theo đường cong hàm mũ. Nhịp S1 kết
thúc khi ngắt xung điều kiển đưa vào S1.
- Nhịp D2: Ngắt xung điều khiển đưa vào S1. Do ảnh hưởng của L trong tải, dòng
điện trong cuộn thứ cấp và qua đó dòng trong cuộn sơ cấp vẫn giữ chiều cũ. Dòng trong
cuộn sơ cấp chảy qua D2 và qua nửa phải của cuộn sơ cấp. uZ = ub = Ud ;iZ=iD2=-id giảm
theo đường cong hàm mũ. Nhịp D2 kết thúc khi dòng tải giảm về 0.

- Nhịp S2: Xung điều khiển đưa vào S2 ngay sau khi khóa S1. Khi D2 đóng, dòng sẽ
chảy qua S2. Điện áp trên tải vẫn không đổi, tuy nhiên dòng iZ sẽ đảo chiều. uZ = ub =
-Ud ; iS2 = id = -iZ … tăng theo đường cong hàm mũ với chiều ngược lại. Nhịp S2 kết thúc
khi ngắt xung điều khiển đưa vào S2.
- Nhịp D1: Ngắt xung điều khiển đưa vào S2. uZ = ua = Ud ; iD1 = -id = -iZ … tăng
theo đường cong hàm mũ. Nhịp D1 kết thúc khi dòng tải D1 tăng lên giá trị 0.
2.1.2. Nghịch lưu áp hình cầu 1 pha:
a.Cấu tạo:
- Nghịch lưu hình cầu 1 pha gồm 4 khóa bán dẫn mắc dạng cầu H và 4 diode mắc
đối song.
- Nguồn cung cấp một chiều Ud không đổi, đầu ra là điện áp xoay chiều u.

Trang 2


Đồ án : Điện tử công suất

- Sơ đồ nguyên lí:

Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lí nghịch lưu hình cầu 1 pha

b. Hoạt động:
- Các cặp van bán dẫn (S1,S4), (S3,S2) hoạt động theo nguyên tắc kích đóng đối
nghịch
- Nhịp S1S2: Đưa xung điều khiển vào S1S2. Điện áp trên tải uZ = Ud => Dòng
iZ=iS1=iS2, tăng theo đường cong hàm mũ về giá trị bão hòa Ud/R
- Nhịp D3D4: Ngắt xung điều khiển ở S1S2, đưa xung điều khiển vào S3S4. Dòng
vẫn duy trì đi theo chiều cũ đi qua D3D4, S3S4 không thông dòng. Điện áp trên tải uZ=-Ud

Trang 3

Đồ án : Điện tử công suất

=> Dòng tải giảm theo đường cong hàm mũ về giá trị bão hòa –Ud/R. Khi iZ giảm về
không nhịp D3D4 kết thúc.
- Nhịp S3S4: S3S4 thông dòng, uZ=-Ud, dòng –iZ=iS3=iS4 giảm theo đường cong hàm
mũ về giá trị bão hòa –Ud/R
- Nhịp D1D2: tương tự nhịp D3D4. Điện áp trên tải uZ=Ud. Dòng –iZ=iS3=iS4 tăng
theo đường cong hàm mũ về giá trị bão hòa. Nhịp kết thúc khi iZ tăng về 0 từ giá trị âm
2.2. Nghịch lưu áp 3 pha:
a.Cấu tạo:
- Nghịch lưu áp hình cầu 3 pha gồm 6 van bán dẫn S1, S2,..., S6.
- 6 diode D1, D2,…, D6 mắc đối song
- Đầu vào là nguồn một chiều không đổi Ud, đầu ra là nguồn xoay chiều ba pha
- Tải 3 pha Z1, Z2, Z3 có thể mắc dạng hình sao hoặc hình tam giác

Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lí nghich lưu áp 3 pha
b.Hoạt động:
-Để đơn giản hóa việc tính toán ta giả thiết như sau:
 Giả thiết các van lý tưởng, nguồn có nội trở nhỏ vô cùng và dẫn điện theo
hai chiều.
 Van động lực cơ bản T1,T2,T3,T4,T5,T6 làm việc với độ dẫn điện , Za=Zb=Zc.
-Các diode D1,D2,D3,D4,D5,D6 làm chức năng trả năng lượng về nguồn và tụ C đảm
bảo nguồn cấp là nguồn áp đồng thời tiếp nhận năng lượng phản kháng từ tải.

Trang 4


Đồ án : Điện tử công suất

T
1
t1

t3

T
1

T4

t2
T
3

T
6
T
5

t4

T
2

t
T
3

T
6
T
5

T
2

t

t

-Ta xét cụ thể nguyên lý và luật điều khiển cho các thyristor như sau:
-Để đảm bảo tạo ra điện áp ba pha đối xứng luật dẫn điện của các van phải tuân
theo đồ thị như hình 1.12.
-Như vậy T1,T4 dẫn điện lệch nhau và tạo ra pha A.T3,T6 dẫn điện lệch nhau để
tạo ra pha B.T5,T2 dẫn điện lệch nhau để tạo ra pha C, và các pha lệch nhau .
3. Các cấu trúc cơ bản của bộ nghịch lưu áp đa bậc:
3.1. Bộ nghịch lưu diode kẹp:

a.Cấu tạo:
- Bộ nghịch lưu diode kẹp sử dụng các diode kẹp và các tụ điện một chiều mắc nối
tầng để tạo ra điện áp có nhiều mức.
-Bộ nghịch lưu này có thể có cấu trúc: 3, 4 hay 5 mức, nhưng thường sử dụng
nhiều nhất trong các truyền động công suất lớn.
Trang 5


Đồ án : Điện tử công suất

- Sơ đồ nguyên lí:

Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lí bộ nghịch lưu diode kẹp

b.Hoạt động:

-Trạng thái của chuyển mạch trong bộ nghịch lưu diode kẹp 3 mức : trạng thái
P(positive), trạng thái N(negative), trạng thái O(zero).
-Các khóa chuyển mạch S1 , S3 và S2 , S4 hoạt động theo nguyên tắc đối nghịch, có
nghĩa là khi một khóa đóng thì khóa còn lại sẽ ngắt.
3.2. Bộ nghịch lưu đa bậc kiểu cầu H nối tầng(cascade H-bridge multilevel inverter):
a. Cấu tạo:
-Bộ nghịch lưu đa bậc kiểu cầu H nối tầng (CHB) bao gồm nhiều cầu H một pha
mắc nối tiếp để tạo ra điện áp xoay chiều.
-Nó sử dụng nhiều nguồn một chiều cách ly để cung cấp cho cầu H một pha. Ở
đây ta có cấu trúc một bộ nghịch lưu kiểu cầu H nối tầng có 5 mức (SL-CHB) gồm có 2
cầu H mắc nối tiếp trong mỗi pha.

Trang 6


Đồ án : Điện tử công suất

-Điện áp một chiều cung cấp cho bộ cầu H một pha thường từ bộ chỉnh lưu diode
đa bậc. Để tạo điện áp có 5 mức thì tại mỗi thời điểm các khóa chuyển mạch được điều
khiển sao cho chỉ có 2 trong 4 khóa của mỗi cầu H được đóng.
-Sơ đồ nguyên lí:

Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lí bộ nghịch lưu đa bậc kiểu cầu H nối tầng(cascade H-bridge
multilevel inverter)

b.Hoạt động:
-Khi các khóa chuyển mạch S11,S21,S12 và S22 dẫn dòng thì điện áp ra của cầu H1 và
H2 lần lượt: UH1=UH2=E nên điện áp ra tổng hợp trên pha A của bộ nghịch lưu:
UAN=UH1+UH2=2E. Tương tự với S31,S41,S32 và S42 dẫn thì điện áp ra UAN=-2E.Còn 3 mức
điện áp còn lại E, 0 , -E tương ứng với các vị trí khác nhau của các khóa sẽ được tổng
hợp trong bảng dưới.
Bảng trạng thái chuyển mạch (pha A) của SL-CHB
Trạng thái
(State)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

Trạng thái các khóa chuyển mạch
S11
S31
S12
S32
Đóng
Ngắt

Đóng
Ngắt
Đóng
Đóng
Đóng
Ngắt
Ngắt
Ngắt
Đóng
Ngắt
Đóng
Ngắt
Đóng
Đóng
Đóng
Ngắt
Ngắt
Ngắt
Ngắt
Ngắt
Đóng
Đóng
Đóng
Đóng
Đóng
Đóng
Đóng
Đóng
Ngắt
Ngắt

Ngắt
Ngắt
Ngắt
Ngắt
Đóng
Ngắt
Ngắt
Đóng
Ngắt
Đóng
Đóng
Ngắt
Đóng
Đóng
Ngắt
Đóng
Ngắt
Ngắt
Ngắt
Đóng

Uh1

Uh2

UAN

E
0
0

E
E
0
0
0
0
-E
E
0
0

E
E
E
0
0
0
0
0
0
E
-E
-E
-E

2E
E

0

-E

Trang 7


Đồ án : Điện tử công suất

14
15
16

Ngắt
Ngắt
Ngắt

Đóng
Đóng
Đóng

Đóng
Ngắt
Ngắt

Đóng
Ngắt
Đóng

-E
-E
-E

0
0
-E

-2E

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỘ NGHỊCH LƯU
PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN SPWM
1. Các phương pháp điều khiển:
1.1 PWM (Pulse Width Modulation):
- PWM là phương pháp điều chỉnh điện áp ra tải hay nói cách khác là phương
pháp điều chế dựa trên sự thay đổi độ rộng của chuỗi xung vuông dẫn đến sự thay đổi
điện áp ra. Các PWM khi biến đổi thì có cùng 1 tần số và khác nhau về độ rộng của sườn
dương hay sườn âm

Hình 2. 1 Phương pháp điều khiển PWM
1.2 Điều biến SIGMA-DENTA:
- Điều khiển dòng điện cấp cho tải bằng bộ nghịch lưu áp hay điện áp trên cực
bằng điều khiển đenta trong trường hợp đầu và điều biến sigma-đenta trong trường hợp
sau.
- Nguyên lý:
+Điều chỉnh giá trị trung bình của một địa lượng không là biến trạng thái
với điều kiện tích phân sẽ làm biến mất sự gián đoạn của nó.

Trang 8


Đồ án : Điện tử công suất

+Tần số tức thời biến đổi giữa f min và f max để cho đại lượng điều khiển
+Bám theo tần số chuẩn f thì tỷ số f min / f phải đủ.
1.3 Điều biến tính toán trước:
-Thay cho việc xác định các goc chuyển mạch trong thời gian thực bằng kỹ thuật
điện tử tương tự hay kỹ thuật số, ta có thể tính toán trước điều khiển, lưu trữ trong bộ nhớ
rồi sử dụng bộ vi xử lý điều khiển các khóa chuyển mạch.
2. Bộ nghịch lưu điều biến độ rộng xung.Phương pháp SPWM:
-Dạng sóng đầu ra của bộ nghịch lưu điều biến độ rộng xung (PWM – Pulse
Width Modulaton) được điều biến gần sin hơn, thành phần hài bậc cao được loại trừ đến
mức tối thiểu, khả năng điều khiển thích nghi theo mọi cấp điện áp và mọi tần số trong
dải tần số định mức. Bằng phương pháp PWM ta có thể điều khiển được động cơ thích
nghi theo một đường đặc tính cho trước. Nhược điểm lớn nhất của bộ nghịch lưu PWM là
yêu cầu van bán dẫn có khả năng đóng cắt ở tần số lớn. Tần số thông thường lớn hơn
khoảng 15 lần tần số định mức đầu ra của bộ nghịch lưu
2.1.Nguyên lí hoạt động của PWM:
Sơ đồ mạch lực PWM một pha được biểu diễn như hình:

Hình 2. 2 Sơ đồ mạch nghịch lưu PWM một pha
- Hai đại lượng cần phải quan tâm khi xem xét về PWM là: sóng mang và sóng
điều biên.

Trang 9


Đồ án : Điện tử công suất

- Sóng mang: là sóng tam giác có tần số rất lớn, có thể đến hàng chục hoặc thâm
chí hàng trăm kHz.
- Sóng điều biên: là sóng hình sin có tần số bằng tần số sóng cơ bản đầu ra của bộ
nghịch lưu. Sóng điều biên chính là dạng sóng mong muốn ở đầu ra của mạch nghịch lưu.

2.2 PWM đơn cực:
- Hình 2.2 biểu diễn điện áp đầu ra của bộ nghịch lưu PWM đơn cực. Chu kì đóng
mở được điều khiển sao cho bề rộng xung của các chu kì là cực đại ở đỉnh sóng hình sin
cơ bản.

Hình 2. 3 Điện áp ra của bộ nghịch lưu PWM đơn cực
- Để ý rằng diện tích của mỗi lớp xung tương ứng gần với diện tích dưới dạng sóng
hình sin mong muốn giữa hai khoảng mở liên tiếp. Các điều hòa của sóng điều chế theo
phương pháp PWM giảm rõ rệt theo phương pháp này.
- Để xác định thời điểm kích mở cần thiết để tổng hợp đúng dạng sóng đầu ra theo
phương pháp PWM (đơn cực) trong mạch điều khiển người ta tạo ra một sóng sin chuẩn
mong muốn và so sánh nó với một dãy xung tam giác được biểu diễn ở hình 2.4. Giao
điểm của hai sóng xác định thời điểm kích mở van bán dẫn.

Trang 10


Đồ án : Điện tử công suất

Hình 2. 4 Đồ thị xác định thời điểm kích mở Thyristor
- Điện áp đầu ra của bộ nghịch lưu PWM cực đại khi ở chế độ xung vuông, có nghĩa
là khi đó đầu ra của PWM giống như bộ nghịch lưu nguồn áp đã đề cập ở chương 1. Khi
điện áp điều khiển càng giảm thì bề rộng của xung càng giảm và độ rộng xung càng tăng,
do vậy điện áp ra giảm. Vì vậy, có thể điều khiển điện áp đầu ra bằng điện áp điều khiển.
- Biên độ của điện áp điều biến đầu ra không đổi nhưng bề rộng xung thay đổi. do
vậy điện áp trung bình đầu ra thay đổi và ta có biên độ điện áp sau bộ nghịch lưu thay
đổi. Cách điều chế tương tự cũng được xem xét cho phần âm của sóng sin chuẩn. Bề rộng
a trên hình vẽ ứng với giá trị cực đại của sóng sin. Điều đó đồng nghĩa với biên độ cực
đại của sóng sin chuẩn không lớn hơn xung tam giác.
- Quá trình đưa xung có tần số cao vào sẽ tạo ra đóng cắt ở tần số lớn do vậy sẽ

làm tăng các điều hòa bậc cao. Nhưng ta có thể dễ dàng lọc ra điều hòa bậc thấp và tần số
cơ bản sin hơn. Bên cạnh đó động cơ là tải điện cảm nên dễ dàng làm suy giảm các điều
hòa bậc cao cả điện áp và dòng điện.
2.3 PWM lưỡng cực
- Thay cho phương pháp điều khiển PWM đơn cực để nâng cao chất lượng điều
khiển ta có phương pháp điều khiển PWM lưỡng cực. Các thyristor được kích mở theo
từng cặp nhằm tránh khoảng điện áp về không (lưỡng cực). Giản đồ điện áp điều biến
PWM lưỡng cực được biểu diễn trên hình 2.5. Phần điện áp ngược trong nửa chu kì đầu
ra rất ngắn. Để xác định thời điểm van bán dẫn người ta điều chế sóng tam giác có tần số
cao bằng sóng sin chuẩn vì vậy không tạo độ lệch pha giữa sóng tam giác và sóng hình
sin cầu điều biến.

Trang 11


Đồ án : Điện tử công suất

Hình 2. 5 Điều chế độ rộng xung lưỡng cực
- Số lần chuyển mạch nhiều trong một chu kì sóng tam giác dẫn tới tổn hao đổi
chiều trong thyristor của bộ nghịch lưu lớn. Để chọn bộ nghịch lưu có sóng gần chữ nhật
hoặc bộ nghịch lưu PWM phải chú ý đến giá thành bổ sung phần tử chuyển mạch và tổn
hao chuyển mạch, song song với điều đó phải tính đến sóng cơ bản

2.4 Nguyên lí hoạt động mạch điều khiển PWM:

Hình 2. 6 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển sPWM
- SPWM được điều khiển bằng luật so sánh giữa sóng mang(tam giác) và sóng
điều khiển(sóng sin)

Trang 12

Đồ án : Điện tử công suất

Hình 2. 7 Sơ đồ sóng so sánh
- Tần số chuyển mạch của nghịch lưu f cm bằng tần số sóng mang f s .Tần số điều
khiển f1 sẽ xác định tần số cơ bản của nghịch lưu.
^

ma 

- Hệ số điều biến xung:

V control
^

V tri

Khi ma 1: Vout quan hệ tuyến tính theo ma
Khi ma 1: Vout quan hệ phi tuyến theo ma
-Hệ số điều biến tân số:

mf 

fs
f1

Với f s là tần số sóng mang , f1 là tần số

sóng sin.

- Tần số sóng sin sẽ quyết định tần số điện áp đầu ra. Thông thường ta chọn tần số
sóng sin f1 = 50Hz .

Trang 13


Đồ án : Điện tử công suất

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN MẠCH ĐỘNG LỰC, MẠCH LỌC
VÀ CHỌN THIẾT BỊ BẢO VỆ

1. Giới thiệu bộ tăng áp BOOST
-Boost converter là bộ điều khiển nguồn DC-DC có điện áp đầu ra lớn hơn đầu vào. Nó
chứa ít nhất 2 chuyển mạch bán dẩn (1 diode và 1 transistor) và ít nhất một phần tử tích
lũy năng lượng, một tụ điện, một cuộn dây hoặc cả hai.
Nguyên lý hoạt động:

Trang 14


Đồ án : Điện tử công suất

Hình 3. 1 Nguyên lý của bộ boost converter

Hình 3. 2 Hai chế độ của boost converter phụ thuộc vào trạng thái khóa
- Khi khóa đóng dòng điện chạy qua cuộn cảm theo chiều kim đồng hồ và cuộn dây
tích trữ năng lượng. Chiều bên trái cuộn dây mang dấu dương.
- Khi khóa mở, dòng điện bị giảm. Tuy nhiên dòng điện hoặc sự sụt giảm này được
chống lại bởi cuộn dây. Chiều cuộn dây đảo ngược ( bên trái cuộn dây mang dấu âm) kết
quả ta có nguồn điện sẽ nạp năng lượng cho tụ thông qua diode D.

- Nếu khóa hoàng thành chu kì chuyển mạch, điện cảm sẽ không được tích điện đầy
giữa trạng thái tích điện và tải sẽ có điện áp lớn hơn đầu vào khi mở khóa. Khi khóa mở,
tụ nối song song tải được tích điện tới điện áp tương ứng. Khi khóa được đóng vào phần
mạch bên phải ngắt mạch từ bên trái, tụ sẽ cung cấp điện áp và năng lượng cho tải. Trong
quá trình này, diode khó ngắt tụ xả điện tích qua khóa. Khóa phải được mở đỉ để chống
lại tụ xả điện.

Trang 15


Đồ án : Điện tử công suất

-Trạng thái on. Khóa K đóng, làm tăng dòng điện cảm.
- Trang thái off, mở khóa và đóng điện cảm chạy qua diode D, tụ C, và tải R. Kết quả
chuyển năng lượng tích lũy trong trạng thái on vào tụ.
Điều khiển bộ tăng áp bằng phương pháp PWM
Phương pháp thực hiện băm xung với tầm số không đổi f = const, điện áp ra tải thay đổi
nhờ điều chỉnh độ rộng khoảng dẫn của van dẫn để thực hiện điều này sử dụng sơ đồ cấu
trúc với chức năng các khâu là:
- Khâu phát xung chủ đạo phần tạo dao động với tần cố định nhằm đảm bảo điều kiện
băm xung với tần số không đổi
- Khâu tạo điện áp răng cưa theo tần số của khâu phát xung chủ đạo, đồng thời bảo
đảm phạm vi điều chỉnh tối đa của tham số γ.
- Khâu so sánh tạo xung: so sánh điện áp răng cưa U rc với điện áp điều khiển Uđk ,
điểm cân bằng gữa chúng chính là điểm . Do đó thi điện áp điều khiển thay đổi sẽ là thay
đổi to và do đó thay đổi tham số điều chỉnh . Điện áp ra của khâu này có dạng xung
tương ứng với giai đoạn van lực dẩn.
- Khâu khuyếch đại công suất nhằm tăng công suất tạo ra ở khâu so sánh đồng thời
phải thực hiện ghép nối với van lực theo tính chất điều khiển của van lực.
- Khâu tạo điện áp điều khiển theo luật:

- Sơ đồ mạch động lực

Trang 16


Đồ án : Điện tử công suất

Trang 17


Đồ án : Điện tử công suất

Ta có điện áp đầu ra xoay chiều UAC = 220v
=> Điện áp cực đại đầu ra: UACMAX= 220 ≈311V
Với P= 1000W, dòng điện ra qua tải Ira = 1000/220≈4,545A
=> Dòng điện cực đại Imax= 4,545. ≈6.43
Mạch điện động lực hoạt động như sau:
- Điện áp đầu vào 12VDC sẽ được tăng áp bằng bộ boost để có được điện áp ra U AC =
220V, UACMAX = 311V.
-Mostfet được dung trong bộ nghich lưu do:
+ Tốc độ chuyển mach cao
+ Tổn hao chuyển mạch thấp.
- Bộ boost ta dùng IBGT do phải chịu áp và dòng lớn.
2. Tính toán bộ tăng áp BOOST:
- Với E= 12v và UraPC =315v.
- Điều khiển bằng phương pháp PWM với tần số xung t = 6kHz
2.1 Thời gian mở van:
- Điện áp đầu ra bị boost: U raDC =
=> =1 - =1 - 0,9619.

( coi như điện trở trong của nguồn bằng 0)

Với trong đó to là thời gian kích mở van.
T là chu kì điện áp ( chu kì của xung điều khiển)
2.2 Chọn van bán dẫn:
- Điện áp làm việc của van: UCES= 315 + 12 = 327V
- Dòng điện qua van: Ic= 6,43A
- Ta chọn van IBGT mã hiệu IRGBC30FD2 với thông số:
+ UCES = 600 V
+ Ic = 30A
+ Rg = 31
+ PN = 250 W
-Các thông số khác có datasheet kèm theo.
- Diode do các dòng trung bình ID= Tt = 4,545 A. Ta chọn

Trang 18


Đồ án : Điện tử công suất

diode mã hiệu 1N2455R có IDmax = 20A, U= 600 V
2.3 Tính toán mạch lọc:
a) Lọc giảm dao động dòng điện ( coi rng=0)
- Ta giảm dạo động dòng điện đầu ra bộ boost ở dưới mức 5%
It = 4,545A
L0 >  L0 >0.9619= 8,8 mH.
=> Chọn L0= 10 mH.
b) Lọc giảm dao động điện áp .
- Ta giảm dao động điện áp dưới mức 5%

C0 > = = 46,2
=> Ta chọn tụ C0 = 47
3.Mạch nghịch lưu:
UAC = 220V

;

UACmax = 311V

Ira = 4,545A

;

Iramax = 6,43A

P = 1000W
3.1 Hệ số điều biến:
a) Hệ số biến tần:
mt =

ftri = fsóng mang

- Hệ số biến tần có vai trò quan trọng đối với nghịch lưu bằng phương pháp SPWM.
Việc chọn hệ số điều biến sẽ quyết định chất lượng và giá thành của sản phẩm.
- Thành phần sóng hài tồn tại xung quanh tần số chuyển mạch là bội của nó. Tuy
nhiên nếu < 9 thì song hài sẽ không phụ thuộc vào hệ số điều biến tần số.
Khi tăng tần số chuyển mạch ta có thể giảm sóng hài bậc cao và ở tần số này ta có thể lọc
chúng dễ dàng. Nghịch lưu áp ra với tần số là 50Hz. Vì vậy ta sẽ chọn hệ số biến tần là
120.
b) Hệ số điều biến biên độ:

- Khi ma 1: Khoảng điều khiển tuyến tính của bộ nghịch lưu. Điện áp ra sẽ được điều
khiển tuyến tính..
Trang 19


Đồ án : Điện tử công suất

- Khi ma : Khoảng điều khiển phi tuyến của bộ nghịch lưu. Điện áp ra sẽ được điều
khiển phi tuyến.
- Trong bộ nghịch lưu này, ta sẽ chọn điều khiển tuyến tính bộ nghịch lưu. Tức là sẽ
chọn ma = 1.
- Trị số điện áp trung bình đầu ra là 311V.
3.2 Chọn van bán dẫn:
- Dòng làm việc qua van Io = 6,43A.
- Dòng lớn nhất cho phép qua van IDS = KiKD = 1,6.6,43 = 10,3A (chọn Ki = 1,6).
- Điện áp đặt lên van: UDS = 311V.
- Điện áp ngược lớn nhất đặt lên van: UGS = UDS.UDC = 311.1,6 = 497,6V. (chọn UDC =
1,6).
- Ta chọn van có Io > 10,3A và UDS > 497,6V.
 chọn MOSFET FQ 240N50 với các thông số cơ bản:
+ ID = 40A (TC = 25º C)
+ ID = 25A (TC = 100º C)
+ UDS = 500V
+ PD = 460W
+ RDS = 0,11Ω
Và các thông số có trong datasheet kèm theo
-

Chọn diode có mã hiệu MVR 3060PTD 600V-30A

3.3 Mạch lọc:

Trang 20


Đồ án : Điện tử công suất

- Để đảm bảo điện áp AC đầu ra dạng gần với sin chuẩn nhất, ta chọn lọc cộng hưởng
LC với 2 mặt lọc:
+ Hệ số lọc : 1 = ;

2

= ; lọc tốt nhất khi Q1 = Q2 = P

+ Hệ số lọc thỏa mãn < với q là hệ số lọc song hài thấp nhất.
Ta chọn q = 3
 <  < 1,5 Ta chọn = 1.
= 1 ==> Q1 = Q2 = 1000 VAr
a) Mạch lọc L1 nối tiếp C1:
Với I = 4,545A
ZC1 = 220 Ω.
Lọc cộng hưởng nên : ZC1 = ZL1 = 220Ω.
C1 = 16,47
L1 = 700
Ta chọn tụ C1 = 15 va cuộn kháng L1 = 700.
b) Mạch lọc L2 song song C2:
ZC2 = 48,4Ω
C2 = 62,7

==>

ZL2 = 48,4Ω

L2 = 154mH

 Ta chọn tụ C2 = 70 và L2 = 200mH
3.4 Mạch bảo vệ:
- Thông thường mosfet sử dụng trong mạch đóng cắt cao khoảng KHz. Những sự cố
phá hủy dẫn đến hỏng thiết bị xảy ra rất nhanh.
- Để bảo vệ ngắn mạch hay quá tải dung cầu chì hoặc aptomat.
- Ta chọn thiết bị bảo vệ theo dòng với IBV = (0) I0.
- Ta chọn cầu chì bảo vệ có IBV = 9,654A.
==> Chọn loại cầu chì cắt nhanh 500V-10A để bảo vệ nhanh.
Trang 21


Đồ án : Điện tử công suất

4. Mosfet driver IC IR2110:
- Mosfet (hoặc IGBT) là phần tử bán dẫn có tính năng ưu việt như khả năng đóng cắt
nhanh, công suất điều khiển nhỏ, thay thế cho các transito công suất thường.Vì thế, điều
kiện mở khóa của nó có những yêu cầu đặt biệt. Khó khăn trong việc điều khiển với
sườn xung dựng đứng.Thời gian tạo sườn xung mất 0,1s hoặc nhỏ hơn.
- Nhưng tụ kí sinh giữa cực điều khiển với gốc S, giữa cực G với cực màng D cản trở tốc
độ thay đổi của tín hiệu điều khiển.
4.1 Sơ đồ chân IR 2110:

Hình 3. 4 Sơ đồ chân IR2110
- Chân 1: Cổng điều khiển ra cho mức thấp.

- Chân 2: Phản hồi ở mức thấp.
- Chân 3: Chân nối nguồn để cấp cho IC (từ 10V-20V).
- Chân 5: Điện áp trả về mức cao.
- Chân 6: Điện áp treo mức cao.
- Chân 7: Cổng điều khiển ra cho mức cao.
- Chân 9: Điện áp cấp theo mức từ Vss + 3 đến Vss + 20’.

Trang 22


Đồ án : Điện tử công suất

- Chân 10: Tín hiệu vào cho cổng ra điều khiển ở mức cao.
- Chân 11: Đầu vào theo mức để tắt.
- Chân 12 : Tín hiệu vào cho cổng ra ở mức thấp.
- Chân 13: Chân cấp cho IC.
4.2 Chức năng:
- Các vi mạch chuyên phục vụ cho khâu xung điều khiển cuối cùng là các driver. Tuy
nhiên do thời gian khóa của mosfet (hoặc IGBT) bị kéo dài và qua tải có thể kéo ra khỏi
chế độ bão hòa, tổn thất trên phần tử tăng vọt, gây phá hỏng phần tử.
- Chính vì vậy driver cho mosfet ( hoặc IGBT) thường là các mạch lọc (hybrid)- tức là
một driver thường kết hợp các mạch bảo vệ quá tải, đặc biệt những driver cho mosfet
(hoặc IGBT) công nghiệp là những mạch ghép phức tạp đẻ đảm bảo an toàn cho van bán
dẫn trong mội chế độ làm việc.
- Mosfet(hoặc IGBT) sử dụng trong các mạch nghịch lưu có tần số đóng cắt từ 2 đến
hàng chục nghìn KHz. Sự cố thường xảy ra nhất là quá dòng ngắn mạch từ phía tác động
hoặc từ phía phần tử đóng cắt. Vì vậy để điều khiển mosfet (hoặc IGBT) ta dùng IC
chuyên dụng 2110.

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN

1. Điều khiển bộ tăng áp bằng IC chuyên dụng:
1.1 Mạch tạo dao động IC Timer 555 tạo xung chủ đạo ic 555:
-Ta sử dụng mạch dao động IC Timer 555, do mạch này chỉ cho điện áp ra một đầu
nên để dễ ghép nối cần dùng thêm trụ răng cưa bằng transistor. Dao động IC 555 đã trình

Trang 23


Đồ án : Điện tử công suất

bày ở hình dưới cũng phải dùng thủ thuật tách 2 thời gian phóng, nạp tụ C 1 nhờ các diode
D1,lúc đó:
+ Khoảng thời gian Utx=0;

t2= 0,7R1C1

+ Khoảng thời gian xung U (xung Utx >=0; t1=0,7RcC1
+ Chu kì dao động T = t1+ t2 và tần số f1=1/T
-Có thể coi phạm vi điêug khiển min= t1/T,max= t2/T và thường t1<< t2
- Để hiệu chỉnh tần số, thường R2 gắn một bên trở nối tiếp điện trở

Hình 4. 1 Sơ đồ mạch tạo xung răng cưa tần số cao
Chân 1 (GDN) : Chân cho nối với name để lấy dòng
Chân 2 ( Triaqer) : Chân ra áp với mưc áp chuẩn là 1,3 mức nguồn nuôi.
Chân 3 ( Output) : Chân ngã ra, tín hiệu trên chân 3 dạng xung,không ở mức thấp thì ở
mức áp cao.
Chân 4 ( Reset) : chân xác lập trạng thái nghỉ với mức áp trên chân 3 ở mức thấp hay hoạt
động.
Chân 5 ( Control voltage): chân là thay đổi mức áp chuẩn trong IC555

Trang 24


Đồ án : Điện tử công suất

Chân 6 ( Threstold): chân ra áp với mức áp chuẩn là 2/3 mức nguồn nuôi
Chân 7 ( Discharge) : Chân có khóa điện đóng masse, thường dùng cho tụ xả điện
Chân 8 (VCC) : chân sả vào đường nguôn V1, mức nguồn từ 3  15V.
1.2 Thông số mạch IC Timer 555:
- Điện áp răng cưa cho điều khiển mạch theo nguồn tắt PWM với = 0.9619 và tần số
xung 6000 Hz
-Mạch sử dụng IC555, cho điện áp nguồn E= 12V với tần số 6000Hz thì chu kì làm
việc của hãm xung là:

T = = = 0,1667 ms
-Suy ra phân bố hai thời gian
t2 = 0,9619T = 0,9619 x 0,1667 = 0,16ms
t1 = 0,0381T = 0,0318 x 0,1667 = 0,00635ms
Chọn tụ C = 50nF suy ra
R1 = = = 181.42
R2 = = = 4571
Như vậy có thể chọn điện trở R1 = 180 và R2 cần một điện trở 3k6 nối tiếp điện trở 2k để
hiệu chỉnh.
1.3 Mạch tạo răng cưa
- Transistor
+ Mạch tạo răng cưa tần số 6000Hz với E= 12V
+ Thông thường giá trị lớn nhất của điện áp trên tụ không nên vượt quá 70% E =>
Ucmax : chọn Uđk = Ucmax = 8 V
Ucmax = Uc(t= T/2) = E. (1- )
RC = = = = 7,58.

+ Chọn C= 4,7 nF => R = 16138,9
Trang 25