Thiết kế và chế tạo mạch nghịch lưu một pha công suất 500w

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................

Hà Nội, tháng 5, năm 2019.
Giáo viên hướng dẫn

Page 1


MỤC LỤC

Page 2


LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật bán dẫn công suất, các

thiết bị biến đổi điện năng dùng các linh kiện bán dẫn công suất đã được sử dụng
nhiều trong công nghiệp và đời sống nhằm đáp ứng các nhu cầu ngày càng cao của
xã 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 rãi 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 để có thể nắm vững phần lý thuyết và áp dụng kiến thức đó vào trong thực tế,
em được nhận đồ án môn học với đề tài: “Thiết kế và chế tạo mạch nghịch lưu
một pha công suất 500w”. Với đề tài được giao, em đã vận dụng kiến thức của
mình để tìm hiểu và nghiên cứu lý thuyết, đặc biệt chúng em tìm hiểu 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 Trường Giang cùng
với sự cố gắng nỗ lực em đã 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 em rất mong sẽ nhận được nhiều ý kiến đánh giá, góp ý của thầy cô
giáo, cùng bạn bè để đề tài được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện:

Page 3


Chuơng 1: Tổng quan về NGHỊCH LƯU ĐỘC LẬP 1 PHA
1.1. Tổng quan về công nghệ
Điện tử công suất là một chuyên ngành của kỹ thuật điện - điện tử,
các phần tử bán dẫn công suất. Nhằm khống chế nguồn năng lượng điện
với các tham số không thay đổi được thành nguồn năng lượng điện với các

tham số có thể thay đổi được để cung cấp cho các phụ tải. Như vậy các bộ
biến đổi bán dẫn công suất là đối tượng nghiên cứu cơ bản của điện tử
công suất.
Trong các bộ biến đổi các phần tử bán dẫn công suất được sử dụng như
các khoá bán dẫn, còn gọi là các van bán dẫn, khi mở dẫn dòng thì nối tải
vào nguồn, khi khoá thì không cho dòng điện chạy qua các van. Khác với
các phần tử có tiếp điểm, các van bán dẫn thực hiện đóng cắt các dòng điện
mà không gây tia lửa điện, không bị mài mòn theo thời gian, không gây tiếng
ồn và có khả năng đóng cắt với tần số rất lớn. Không những vậy các van
bán dẫn còn có thể đóng cắt các dòng điện rất lớn với điện áp cao nhưng
các phần tử điều khiển chúng lại được tạo bởi các mạch điện tử công suất
nhỏ, nên công suất tiêu thụ cũng nhỏ.
Quy luật nối tải vào nguồn trong các bộ biến đổi công suất phụ thuộc vào sơ
đồ các bộ biến đổi và phụ thuộc vào cách thức điều khiển các van trong bộ
biến đổi. Quá trình biến đổi năng lượng sử dụng các van công suất được
thực hiện với hiệu suất rất cao vì tổn thất trong bộ biến đổi chỉ là tổn thất
trên các khoá điện tử, nó không đáng kể so với công suất điện cần biến đổi.
Các bộ biến đổi công suất không những đạt được hiệu suất cao mà các còn
có khả năng cung cấp cho phụ tải nguồn năng lượng với các đặc tính theo
yêu cầu, đáp ứng các quá trình điều chỉnh, điều khiển trong một thời gian
ngắn nhất, với các chất lượng phù hợp trong các hệ thống tự động hoặc tự
động hoá.Trong một thời gian dài ứng dụng của kỹ thuật điện tử chủ yếu sử
dụng trong lĩnh vực biến đổi tần số cao và trong dân dụng. Sự phát triển của
truyền động điện nó đã thúc đẩy sự ra đời của điện tử công nghiệp từ
những năm 1950. Tuy nhiên, những ứng dụng của chúng cũng bị hạn chế vì
Page 4


thiếu
những linh kiện điện tử công suất có hiệu suất cao, kích thước nhỏ và đặc

biệt là có độ tin cậy cao. Các đèn điện tử chân không và có khí, các đèn
thủy ngân không đáp ứng được các yêu cầu khắt khe của điều khiển công
nghiệp.Sự phát minh ra tranzitor vào năm 1948 do Bardeen, Brattain và
Schockly tại phòng thí nghiệm Bell Telephone_Giải thưởng Nobel năm
1956_nó đánh dấu bước phát triển cách mạng trong kỹ thuật điện tử. Đến
những năm 1960 do sự hoàn thiện của kỹ thuật bán dẫn, một loạt những
linh kiện bán dẫn công suất như diode, tiristor, tranzitor công suất ra đời.
Đến những năm 1970 thì kỹ thuật vi mạch và tin học ngày càng phát
triển tạo nên những thiết bị điện tử công suất có điều khiển với tính năng
ngày càng phong phú và nó đã làm thay đổi tận gốc ngành kỹ thuật điện. Kể
từ đây, kỹ thuật điện và điện tử cùng hội nhập và thúc đẩy nhau cùng phát
triển.Điện tử công suất với đặc điểm chủ yếu là chuyển mạch (đóng – cắt)
với dòng điện lớn, điện áp cao có thể thay đổi với tốc độ lớn.
1.1 Khái niệm nghịch lưu độc lập 1 pha
1.1.1 Nghịch lưu dòng một pha
Nghịch lưu dòng là thiết bị biến đổi nguồn dòng một chiều thành dòng xoay
chiều có tần số tùy ý.
Đặc điểm cơ bản của nghịch lưu dòng là nguồn một chiều cấp nguồn cho bộ
biến đổi phải là nguồn dòng, do đó điện cảm đầu vào (Ld) thường có giá trị lớn vô
cùng để đảm bảo dòng điện là liên tục.
a) Nguyên lý làm việc:
Sơ dồ nghịch lưu dòng một pha được trình bày như trên hình (sơ đồ cầu) và
hình (sơ đồ có điểm trung tính).
*) Xét sơ đồ cầu: Các tín hiệu điều khiển được đưa vào từng đôi tiristor T1, T2
thì lệch pha với tín hiệu điều khiển đưa vào đôi T3, T4 một góc 1800.
Điện cảm đầu vào của nghịch lưu đủ lớn (Ld = ∞), do đó dòng điện đầu vào
Page 5


được san phẳng, nguồn cấp cho nghịch lưu là nguồn dòng dạng dòng điện của

nghịch lưu (iN) có dạng xung vuông.
Khi đưa xung vào mở cặp van T1, T2, dòng điện iN = id = Id. Đồng thời, dòng
qua tụ C tăng lên đột biến, tụ C bắt đầu được nạp điện với dấu “+” ở bên trái và dấu
“-” ở bên phải. Khi tụ C nạp đầy, dòng qua tụ giảm về không.
Do iN = iC + iZ = Id = const, nên lúc đầu dòng qua tải nhỏ và sau đó dòng qua
tải tăng lên. Sau một nửa chu kỳ (t = t1) người ta đưa xung vào mở cặp van T3, T4.
Cặp van T3, T4 mở tạo ra quá trình phóng điện của tụ C từ cực “+” về cực “-”. Dòng
phóng ngược chiều với dòng qua T1 và T2 sẽ làm cho T1, T2 bị khóa lại. Quá trình
chuyển mạch xảy ra gần như tức thời. Sau đó, tụ C sẽ được nạp điện theo chiều
ngược lại với cực tính “+” ở bên phải và “-” ở bên trái. Dòng nghịch lưu i N = id = Id
nhưng đã đổi dấu.

Page 6


Hình 1.1. Sơ đồ một pha có điểm trung tính và biểu đồ xung của sơ đồ cầu một
pha.
Đến thời điểm (t = t2) 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 là làm
nhiệm vụ chuyển mạch cho các tiristor.Ở thời điểm t1, khi mở T3, T4, tiristor T1, T2 sẽ
bị khóa lại bởi điện áp ngược của tụ C đặt lên.
Khoảng thời gian duy trì điện áp ngược t1 ÷ t’1 = tk ≥ toff; toff là thời gian khóa
của tiristor hay chính là thời gian phục hồi tính chất điều khiển.
ω.tk = β là góc khóa của nghịch lưu.

Page 7


1.1.2 Nghịch lưu áp một pha
Nghịch lưu áp là thiết bị đổi nguồn áp một chiều thành nguồn áp xoay chiều

ba pha với tần số tuỳ ý.
Nguồn áp là nguồn được sử dụng phổ biến trong thực tế. Hơn nữa, điện áp ra
của nghịch lưu áp có thể điều chế theo phương pháp khác nhau để có thể giảm được
sóng điều hoà bậc cao. Trước kia nghịch lưu áp bị hạn chế trong ứng dụng vì công
suất của các van động lực điều khiển hoàn toàn còn nhỏ. Hơn nữa, việc sử dụng
nghịch lưu áp bằng tiristor khiến cho hiệu suất của bộ biến đổi giảm, sơ đồ điều
khiển phức tạp. Ngày nay, công suất các van động lực như: MOSFET, GTO càng trở
nên lớn và có kích thước gọn nhẹ, do đó nghịch lưu áp trở thành bộ biến đổi thông
dụng và được chuẩn hoá trong các bộ biến tần công nghiệp. Do đó, sơ đồ nghịch lưu
áp được trình bày dưới đây sử dụng van điều khiển hoàn toàn.
Trong quá trình nghiên cứu, ta giả thiết các van động lực là các khoá điện tử
lý tưởng, tức là thời gian đóng và mở bằng không nên điện trở nguồn bằng không.

*) Cấu tạo:
Sơ đồ nghịch lưu áp một pha gồm 4 van động lực chủ yếu là: T1, T2, T3, T4 và
các diode D1, D2, D3, D4 dùng để trả công suất phản kháng của tải về lưới và như vậy
tránh được hiện tượng quá áp ở đầu nguồn.
Tụ C được mắc song song với nguồn để đảm bảo cho nguồn đầu vào là nguồn hai
chiều (nguồn một chiều thường được cấp bởi chỉnh lưu chỉ cho phép dòng đi theo
một chiều). Như vậy, tụ C thực hiện việc tiếp nhận công suất phản kháng của tải,
đồng thời tụ C còn đảm bảo cho nguồn đầu vào là nguồn áp (giá trị C càng lớn nội
trở của nguồn càng nhỏ, và điện áp đầu vào được san phẳng).
1.2 Nguyên lý làm việc của nghịch lưu áp 1 pha
Ở nửa chu kỳ đầu tiên (0 ÷ θ2) cặp van T1, T2 dẫn điện; phụ tải được đấu vào
Page 8


nguồn. Do nguồn là nguồn áp nên điện áp trên tải là Ut = E (hướng dòng điện là
đường nét đậm). Tại thời điểm 0 = θ2, T1 và T2 bị khoá, đồng thời T3 và T4 mở ra. Tải
sẽ được đấu vào nguồn theo chiều ngược lại, tức là dấu điện áp trên tải sẽ đảo chiều

và Ut = -E tại thời điểm θ2. Do tải mang tính trở cảm nên dòng vẫn giữ nguyên
hướng cũ (đường nét đậm). T1, T2 đã bị khoá, nên dòng phải khép mạch qua D3, D4.
Suất điện động cảm ứng trên tải sẽ trở thành nguồn trả năng lượng thông qua D3, D4
về tụ C (đường nét đứt).

Hình 1.2 Nghịch lưu áp cầu một pha.
Tương tự như vậy, khi khoá cặp T3, T4 dòng tải sẽ khép mạch qua D1, D2. Đồ
thị điện áp tải Ut, dòng tải it, dòng qua diode iD và dòng qua tiristor được biểu diễn
như trên hình 1.2.2

Page 9


Hình 1.2.2 Đồ thị nghịch lưu áp cầu một pha.

1.3. Phương pháp điều khiển Nghịch Lưu

Phương pháp điều chế độ rộng xung được sử dụng rộng rãi để điều
khiển các bộ nghịch lưu 1 pha.

Có hai phương pháp điều chế độ rộng xung cho nghịch lưu cầu một
pha là phương pháp điều chế độ rộng xung đơn cực và điều chế độ rộng
xung lưỡng cực Có nhiều loại điều khiển bộ nghịch lưu áp.
Có thể kể đến như phương pháp điều khiểntheo biên độ, phương pháp điều chế độ
rộng xung sin (Sin PWM), phương pháp điều chế theo mẫu, phương pháp điều chế
độ rộng xung tối ưu (optimum PWM),
phương pháp điều rộng, phương pháp điều chế vector không gian, …Các phương ph
áp trên nhằm mục tiêu duy nhất là cho điện áp đầu ra có dạng càng gần sin càng tốt.
Thôngthường dạng sóng tạo ra có 2 loại: tạo ra sóng sin mô
Page 10

phỏng và true sin (thuần sin).Một sóng sin mô phỏng có dạng sóng gần với sóng
vuông nhưng có giai đoạn chuyển đổi nên gần với sóng hình sin. Hình dạng của các
dạng sóng được vẽ trong dưới đây. Sóng sin mô phỏng có thể được tạo dể dàng bằng
cách chuyển đổi bởi 3 mức tần số xác định. Do đó, giá thành rẻ. Tuy nhiên không
phải thiết bị nào cũng có thể sử dụng loại nghịch lưu này.

Hình 1.3 Các dạng sóng: sin mô phỏng (MODIRED SINE WAVE), thuần sin (SINE
WAVE), xung vuông (SQUARE WAVE)
Để tạo ra dạng sóng true sin thì cũng có nhiều phương pháp. Tuy nhiên, trong đề
tàinày ta chọn phương pháp điều chế độ rộng xung sin (Sin PWM) vì các ưu điểm
của nónhư:

§ Tín hiệu ra gần đúng với tín hiệu sin chuẩn (true sin)
§ Lượng sóng hài bậc cao bị khử nhiều
Page 11


§ Có thể kết hợp với vi điều khiển để đơn giản quá trình điều khiển
§ Giá thành không quá đắt
§ Giải thuật tính toán cũng không quá phức tạp

Điều biến độ rộng xung (Pusle Width Modulation- PWM)
Trong các bộ biến đổi nguồn và động cơ PWM được sử dụng một cách rộng rãi. Sự
thay đổi của độ rộng xung trong tín hiệu PWM được sử dụng để điều khiển tốc độ
động cơ và biến đổi nguồn. Tín hiệu PWM có thể được tạo ra khi sử dụng các bộ vi
điềukhiển hoặc các bộ tạo tín hiệu chuyên dụng.

Tín hiệu PWM tương tự sử dụng bộ so sánh hai tín hiệu vào, gồm tín hiệu chuẩn và

tínhiệu sóng mang để tạo ra tín hiệu dựa trên sự sai khác. Tín hiệu chuẩn phải có
dạng sintần số cùng với tần số yêu cầu ở đầu ra, trong khi tín hiệu sóng mang ở dạng
sóng răngcưa hay tam giác và thường có tần số lớn hơn tần số chuẩn. Khi tín hiệu
sóng mang lớnhơn tín hiệu chuẩn, đầu ra của bộ so sánh ở trạng thái thứ nhất (mức
thấp) còn ngượclại đầu ra của bộ so sánh ở trạng thái thứ hai (mức cao).

Quy trình này được mô tả trong hình 1.4. Trong đó, tín hiệu sóng mang (xung
tamgiác) có màu đỏ, tín hiệu sin chuẩn có màu đen. Sau khi qua bộ so sánh xuất ra
tín hiệuở bên dưới để đóng ngắt các khóa trong bộ nghịch lưu (ở đây là các khóa
trong mạchcầu H sẽ được nói ở phần tiếp theo).

Page 12


Hình 1.4 Sơ đồ cách tạo ra tín hiệu sin PWM
Cần phải nói thêm rằng, trong thực tế ngày nay người ta thường dùng vi điều khiển
để tạo tín hiệu PWM thay cho cách trước đây là tạo ra sóng mang và sóng chuẩn rồi
đemso sánh với nhau. Sử dụng vi điều khiển có nhiều ưu điểm:
Độ ổn định cao, do mạch dao động của vi điều khiển sử dụng thạch anh.Tần số tín
hiệu PWM cao: có thể đạt tới vài MHz Khả nănng điều khiển chính xác, sai số đầu
ra có thể đạt đến 1% Có thể cùng một lúc tạo nhiều tín hiệu PWM .Ngoài ra,
ta còn có thể sử dụng các cổng còn lại của vi điều khiển để thực hiện các chức năng
khác như giám sát, điều khiển, hiển thị…
Để khuếch đại tín hiệu PWM để tránh nhiễu cho các khóa người ta thường sử
dụngtransistor hoặc các linh kiện chuyển mạch khác (ở đây ta dùng IC ULN2804).
Các cấu hình cầu hoặc bán cầu đã được nói ở trên thường được sử dụng trong
trường. Các cấuhình cầu sử dụng 4 linh kiện chuyển mạch và thường được gọi là
Page 13

cầu H (H Brigde) dohình dạng của nó.

1.3. Yêu cầu của công nghệ
Mạch là mạch công suất vì vậy linh kiện được sử dụng phần lớn là linh
kiện công suất. Mạch sử dụng các van bán dẫn công suất như Transistor,
MOSFET, IGBT…Trong quá trình chạy mạch thì xung tạo ra là xung
vuông và được khuyếch đại lên bằng các van bán dẫn là Transistor,
IGBT…

1.4. phạm vi ứng dụng.
Cho đến ngày nay điện tử công suất hầu hết được ứng dụng rất nhiều trong
các ngành công nghiệp hiện đại. Có thể kể ra các nghành kỹ thuật mà trong
đó có những ứng dụng tiêu biểu của bộ biến đổi bán dẫn công suất như
truyền động điện tự động,Giao thông đường sắt, nấu luyện thép, gia nhiệt
cảm ứng, điện phân nhôm từ quặng mỏ, các quá trình điện phân trong công
nghiệp hóa chất và trong rất nhiều các thiết bị công nghiệp và dân dụng
khác nhau .Trong những năm gần đây công nghệ chế tạo các phần tử bán
dẫn công suất đó có những tiến bộ vượt bậc và ngày càng trở nên hoàn
thiện, dẫn đến việc chế tạo các bộ biến đổi ngày càng gọn nhẹ, nhiều tính
năng và sử dụng ngày càng dễ dàng hơn.

CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH
(Điện áp vào 12VDC điện áp ra 220VAC côn suất 500VA
Page 14


2.1 Tính toán và thiết kết mạch động lực
2.1.1 Tài liệu cho trước
- Điện áp ở cuộn dây sơ cấp là U1=12 V
- Điện áp ở cuộn dây thứ cấp là U2=220 V

- Công suất yêu cầu là 500VA
2.1.2 Tính toán máy biến áp
Lựa chọn máy biến áp điểm giữa vì so sánh về mặt kinh tế và mặt kĩ thuật
phương án lựa chọn này là tối ưu
i2
k2
n11
-

u
i1
= +

n2

u2

zt

n12
k1

Hình 2.1 Sơ đồ máy biến áp điểm giữa
Máy biến áp có các thông số: U11 = U12=12V, U2 = 220V, f = 50HZ,
=500VA
Công suất của máy biến áp ta giả định chọn: P = .U2.I2 = 500(W)
Trong đó:

P là công suất của máy biến áp
U2 là điện áp của cuộn thứ cấp máy biến áp

I2 là dòng điện của cuộn thứ cấp máy biến áp
là hiệu suất máy biến áp

Chọn = 0,85 ta tính được dòng điện thứ cấp của máy biến áp
Page 15

P


I2 =

= 2.6 ( A )

Áp dụng tỉ số máy biến áp
I1 =
Do máy biến áp điểm giữa nên điện áp sơ cấp được tính bằng U1 = 24( V )
I1=(220.1,6):24=23,8A

Công suất máy biến áp cần chọn:
P1 = U1 . I1 = 24 . 23.8= 571.2 (VA)
Vậy ta chọn máy biến áp có công suất P = 600VA với I = 25A

2.1.2. Lựa chọn phần tử làm khóa chuyển mạch
Ta lựa chọn MOSFET vì có những ưu điểm sau:
+ Tốc độ chuyển mạch cao và tổn hao chuyển mạch thấp
+ Làm việc với điện áp cao
Page 16


+ Mạch biến đổi sử dụng MOSFET điều khiển đơn giản

2.1.3 . Lựa chọn phần tử làm khóa chuyển mạch MOSFET
- Dòng làm việc qua van bằng dòng làm việc qua cuộn dây sơ cấp máy biến áp:
I = 25 A
( Ta chọn phương thức làm mát bằng cánh tản nhiệt )

Chọn MOSFET có dòng làm việc là:

I V  

I
I

 15 A
K 0, 6

Điện áp ngược đặt lên van: Ungmax = Kdc.12 = (1.6-2)*12 = 24 (V). Vậy chọn van có
điện áp làm việc > 24V là được.
Từ các điều kiện tính toán trên ta đi chọn van: IRF3205 với các tham số như sau:
+, Điện áp đánh thủng là 55V.
+, Điện áp VGS = +/-20V
+, Dòng chịu đựng trung bình là 110A.
+, Nhiệt độ hoạt động: -55oC ~ 175oC.
+, Công suất: 200W

5.1.4 Tính chọn cầu chì
Page 17


- Để tránh hiện tượng làm việc quá tải hay ngắn mạch Mạch điện được tính
toán với dòng làm việc tối đa bên mạch sơ cấp MBA gây sự cố phá hỏng thiết bị ta

nên chọn thiết bị bảo vệ là cầu chì cắt nhanh, với dòng điện làm việc được xác định
ICC = K.I = 1,5* 2.67 = 4.005 (A)
Vậy chọn cầu chì có dòng điện làm việc 2.67A ; điện áp 250V loại cắt nhanh.

Page 18


CHƯỜNG 5 : TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH

5.1 Tính toán và thiết kết mạch động lực
5.1.1 Tài liệu cho trước
- Điện áp ở cuộn dây sơ cấp là U1=12 V
- Điện áp ở cuộn dây thứ cấp là U2=220 V
- Công suất yêu cầu là 500VA
5.1.2 Tính toán máy biến áp
Lựa chọn máy biến áp điểm giữa vì so sánh về mặt kinh tế và mặt kĩ thuật
phương án lựa chọn này là tối ưu
i2
k2
n11
-

u
i1
= +

n2

u2

zt

n12
k1

Hình 5.1 Sơ đồ máy biến áp điểm giữa
Máy biến áp có các thông số: U11 = U12=12V, U2 = 220V, f = 50HZ, P =
500VA
Công suất của máy biến áp ta giả định chọn: P = .U2.I2 = 500(W)
Trong đó:

P là công suất của máy biến áp

U2 là điện áp của cuộn thứ cấp máy biến áp
Page 19


I2 là dòng điện của cuộn thứ cấp máy biến áp
là hiệu suất máy biến áp
Chọn = 0,85 ta tính được dòng điện thứ cấp của máy biến áp
I2 =

= 2.6 ( A )

Áp dụng tỉ số máy biến áp
I1 =
Do máy biến áp điểm giữa nên điện áp sơ cấp được tính bằng U1 = 24( V )
I1=(220.1,6):24=23,8A

Công suất máy biến áp cần chọn:

P1 = U1 . I1 = 24 . 23.8= 571.2 (VA)
Vậy ta chọn máy biến áp có công suất P = 600VA với I = 25A

Page 20


5.1.2. Lựa chọn phần tử làm khóa chuyển mạch
Ta lựa chọn MOSFET vì có những ưu điểm sau:
+ Tốc độ chuyển mạch cao và tổn hao chuyển mạch thấp
+ Làm việc với điện áp cao
+ Mạch biến đổi sử dụng MOSFET điều khiển đơn giản
5.1.3 . Lựa chọn phần tử làm khóa chuyển mạch MOSFET
- Dòng làm việc qua van bằng dòng làm việc qua cuộn dây sơ cấp máy biến áp:
I = 25 A
( Ta chọn phương thức làm mát bằng cánh tản nhiệt )

Chọn MOSFET có dòng làm việc là:

I V  

I
I

 15 A
K 0, 6

Điện áp ngược đặt lên van: Ungmax = Kdc.12 = (1.6-2)*12 = 24 (V). Vậy chọn van có
điện áp làm việc > 24V là được.
Từ các điều kiện tính toán trên ta đi chọn van: IRF3205 với các tham số như sau:

Page 21


Page 22


5.1.4 Tính chọn cầu chì
- là 2A. Để tránh hiện tượng làm việc quá tải hay ngắn mạch Mạch điện được
tính toán với dòng làm việc tối đa bên mạch sơ cấp MBA gây sự cố phá hỏng thiết bị
ta nên chọn thiết bị bảo vệ là cầu chì cắt nhanh, với dòng điện làm việc được xác
định
ICC = K.I = 1,5* 2.67 = 4.005 (A)
Vậy chọn cầu chì có dòng điện làm việc 2.67A ; điện áp 250V loại cắt nhanh.
* Mạch bảo vệ quá áp sử dụng rơle và KĐTT 741 được thiết kế trên sơ đồ nguyên
lý.
5.1.5 Tính toán mạch lọc LC :
a. sơ đồ mạch lọc LC

b. Tính toán số liệu LC
Page 23


-, Xác định tụ C2 :
Chọn  2  0, 7 , suy ra Q2   2 .P1  0, 7.600  420 VA , từ đây ta tính đc tụ C2 :
Z C2 

U ra2 2202
1
1


 115  C2 

 27, 7.10 6  F
Q2
420
1Z C2 314.115

-,Xác định mắt cộng hưởng nối tiếp L1C1 :
2
2
2
2
Ta có : 1 2 (q  1)   2  1  1.0, 7(3  1)  0, 7  1  1  0, 266 , chọn 1  0, 2

Suy ra công suất phản kháng Q1  1P1  0, 2.600  120VA .Dòng điện tải lấy theo tính ở
trên bằng 23,8A , từ đây tính được giá trị của nhóm cộng hưởng nối tiếp :
Z C1 

Q1 120
1
1

 5;  C1 

 6, 3.103 F
I1 23,8
1Z C1 314.5

 L1 

Z C1

1



5
 0, 016 H
314

Kết quả mô phỏng bộ lọc theo số liệu tính toán vẫn với điện áp 1 nguồn 1 chiều cho
hình dạng điện áp ra tải và đặc tính biến tần như hình dưới

5.2 .Thiết kế mạch điều khiển
5.2.1 Nhiệm vụ và chức năng của mạch điều khiển

Page 24


*Nhiệm vụ
Như đã biết ở MOSFET là các van điều khiển hoàn toàn tức là điều khiển mở
bằng xung và khoá bằng xung nên mạch điều khiển phải có các chức năng sau :
- Điều chỉnh được độ rộng xung trong nửa chu kì dương của điện áp đặt lên
colector và emitor của van.
- Tạo ra được xung âm có biên độ cần thiết để khoá van trong nữa chu kì còn
lại .
-Xung điều khiển phải có đủ biên độ và năng lượng để mở và khoá van chắc
chắn .
-Tạo ra đươc tần số theo yêu cầu.
-Dễ dàng lắp ráp, thay thế khi cần thiết, vận hành tin cậy, ổn định.

-Cách ly với mạch động lực

*Yêu cầu chung về mạch điều khiển là :
Mạch điều khiển là khâu quan trọng trong hệ thống, nó là bộ phận quyết định
chủ yếu đến chất lượng và độ tin cậy của bộ biến đổi nên cần có những yêu cầu sau:
 Về độ lớn của dòng điện và điện áp điều khiển:
Các giá trị lớn nhất không vượt quá giá trị cho phép. Giá trị nhỏ nhất cũng phải
đảm bảo được rằng đủ cung cấp cho các van mở và khoá an toàn. Tổn thất công suất
trung bình ở cực điều khiển nhỏ hơn giá trị cho phép.


Yêu cầu về tính chất của xung điều khiển :

Giữa các xung mở của các cặp van phải có thời gian chết, thời gian chết này phải
lớn hơn hoặc bằng thời gian khôi phục tính chất điều khiển của van .
 Yêu cầu về độ tin cậy của mạch điều khiển :
Page 25