Xem mẫu
- SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
Chương I:
Tổng quan về động cơ không đồng bộ.
I Khái niệm chung :
Động cơ không đồng bộ là máy điện xoay chiều , làm
việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ , có tốc độ n của rotor
khác với tốc độ từ trường quay trong động cơ n1 . Động cơ
đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong sản xuất và trong sinh
hoạt vì chể tạo đơn giản , giá thành rẻ , độ tin cậy cao , vận
hành đơn giản , hiệu suất cao và hầu như không bảo trì . Gần
đây do kỹ thuật điện tử phát triển , nên động cơ không đồng
bộ đã đáp ứng được yêu cầu điều chỉnh tốc độ vì vậy động cơ
không đồng bộ càng được sử dụng rộng rãi hơn .Dãy công
suất của nó rất rộng từ vài W đến hàng ngàn kW . Hầu hết là
động cơ ba pha , có một số động cơ công suất nhỏ là một pha .
II .Cấu tạo động cơ không đồng bộ :
Cấu tạo động cơ không đồng bộ gồm hai bộ phận chính là
stator và rotor , ngoài ra còn có vỏ máy , nắp máy và trục máy . Trục
máy làm bằng thép , trên đó gắn rotor , ổ bi và phía cuối có gắn một
quạt gió đẻ làm mát máy doc trục .
a.Stator: gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn , ngoài ra
còn có vỏ máy và nắp máy
+ Lõi thép : lõi thép có dạng hình trụ , làm bằng các lá thép kỹ
thuật điện , được dập rảnh trong rồi ghép lại với nhau tạo thành các
rảnh theo hướng trục . Lõi thép được ép vào trong vỏ máy .
+Dây quấn stator : dây quấn stator thuờng được làm bằng dây
đồng có bọc cách điện và đặt trong các rảnh của lõi thép . Dòng điện
xaoy chiều ba pha chạy qua dây quấn ba pha stator sẽ tạo nên từ
trường quay .
+Vỏ máy :vỏ máy gồm thân và nắp làm bằng gang
b.Rotor: rotor gồm lõi thép, dây quấn và trục máy
+Lõi thép : lõi thép rotor gồm các lá thép kỹ thuật điện được
lấy từ phần bên trong của lõi thép stator ghép lại , mặt ngoài dập
rảnh để đặt dây quấn , ở giữa có dập lỗ để lắp trục .
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
1
- SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
+Trục: trục của động cơ không đồng bộ làm bằng thép , trên
có gắn lõi thép rotor
+Dây quấn :dây quấn động cơ không đồng bộ có hai kiểu :
rotor ngắn mạch còn gọi là rotor lồng sóc và rotor dây quấn .
Rotor lồng sóc gồm các thanh đồng hoặc thanh nhôm đặt trong
rảnh và bị ngắn mạch bởi hai vành ngắn mạch ở hai đầu .Với động cơ
nhỏ , dây quấn rotor được đúc nguyên khối thành thanh dẫn , vành
ngắn mạch , cánh tản nhiệt và cánh quạt làm mát . Các động cơ công
suất trên 100 kW thanh dẫn làm bằng đồng được đặt vào các rãnh rotor
và gắn chặt vào vành ngắn mạch .
Rotor dây quấn cũng như dây quấn stator và có cùng số đôi
cực từ như dây quấn stator . Dây quấn kiểu này luôn đấu kiểu sao
và ba đầu ra đấu vào ba vành trượt , gắn vào trục quay của rotor và
cách điện với trục . Ba chổi than cố định và luôn tỳ trên vành trượt
này để dẫn điện vào một biến trở cũng nối sao nằm ngoài động cơ
để khởi động hoặc điều chỉnh tốc độ.
III.Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ :
Khi dòng điện ba pha chạy trong dây quấn stator thì trong khe
hở không khí xuất hiện từ trường quay với tốc độ n1=60f1/p ( f1 là
tần số lưới điện , p là số đôi cực từ của máy , n1 là từ trường
quay ). Từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch
đặt trên lõi sắt rotor , làm cảm ứng trên rotor các sđđ E . Do rotor
2
kín mạch nên trong dây quấn rotor có dòng điện I2 chạy qua .Từ
thông do dòng điện này sinh ra hợp với từ thông của stator tạo thành
từ thông tổng ở khe hở . Dòng điện này trong dây quấn rotor tác
dụng với từ thông khe hở sinh ra momen .Tác dụng có quan hệ mật
thiết với tốc độ n của rotor . Trong những phạm vi tốc độ khác nhau
thì chế độ làm việc của động cơ cũng khác nhau .
IV .Phân loại động cơ không đồng bộ:
a.Phân theo kết cấu vỏ máy :
+Kiểu kín
+Kiểu bảo vệ
+Kiểu hở
b.Phân theo số pha:
+Một pha
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
2
- SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
+Hai pha
+Ba pha
V. Các đại lượng định mức của động cơ không đồng bộ :
+Công suất định mức : Pđm
+Điện áp định mức : Uđm
+Dòng điện định mức :Iđm
+Tốc độ định mức: nđm
+Hiệu suất định mức : η đm
+ Hệ số công suất định mức cos ϕ
VI. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ :
Træåïc âáy, nãúu coï yãu cáöu âiãöu chènh täúc âäü cao thæåìng
duìng âäüng cå âiãûn mäüt chiãöu. Nhæng ngaìy nay nhåì kyî thuáût
âiãûn tæí phaït triãùn nãn viãûc âiãöu chènh täúc âäü âäüng cå khäng
âäöng bäü khäng gàûp khoï khàn máúy våïi yãu cáöu phaûm vi âiãöu
chènh, âäü bàòng phàóng khi âiãöu chènh vaì nàng læåüng tiãu thuû.
Ta tháúy caïc phæång phaïp âiãöu chènh chuí yãúu coï thãø thæûc
hiãûn :
+ Trãn stato : Thay âäøi âiãûn aïp U âæa vaìo dáy quáún stato, thay
âäøi säú âäi cæûc tæì p dáy quáún stato vaì thay âäøi táön säú f nguäön
âiãûn.
+ Trãn räto : Thay âäøi âiãûn tråí räto, näúi cáúp hoàûc âæa sââ
phuû vaìo räto.
a.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp:
Ta âaî biãút, hãû säú træåüt tåïi haûn sm khäng phuû thuäüc vaìo
âiãûn aïp. Theo (14.40) vaì (14.43), nãúu r’2 khäng âäøi thç khi giaím
âiãûn aïp nguäön U1, hãû säú træåüt tåïi haûn sm seî khäng âäøi coìn
Mmax giaím tè lãû våïi. Váûy hoü âàûc tênh thay âäøi nhæ hçnh (14.7)
laìm cho täúc âäü thay âäøi theo. Phæång phaïp náöy chè thæûc hiãûn
khi maïy mang taíi, coìn khi maïy khäng taíi giaím âiãûn aïp nguäön, täúc
âäü gáön nhæ khäng âäøi.
b) Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số nguồn:
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
3
- SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
Hình I.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp nguồn
a) Sơ đồ mạch động lực b) Đặc tính cơ theo điện áp
Våïi âiãöu kiãûn nàng læûc quaï taíi khäng âäøi, coï thãø tçm ra
âæåüc quan hãû giæîa âiãûn aïp U1, táön säú f1 vaì mämen M. Trong
cäng thæïc vãö mämen cæûc âaûi, khi boí qua âiãûn tråí r1 thç mämen
cæûc âaûi coï thãø viãút thaình :
Trong âoï C laì mäüt hãû säú.
Hình I.2 Sơ đồ điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số nguồn.
a) Sơ đồ khối .b) Đặc tính U/f không đổi
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
4
- SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
Giaí thiãút U’1 vaì M’ laì âiãûn aïp vaì mämen luïc táön säú f 1’, càn
cæï vaìo âiãöu kiãûn nàng læûc quaï taíi khäng âäøi, ta coï :
Toïm laûi, khi thay âäøi táön säú f1, ta phaíi âäöng thåìi thay âäøi U1
âæa vaìo âäüng cå. Træåìng håüp U1/f = Cte vaì táön säú giaím coï âàûc
tênh cå nhæ hçnh 14.7b, caïch âiãöu chènh naìy coï caïc âàûc tênh
thêch håüp våïi loaûi taíi cáön MC = Cte khi váûn täúc thay âäøi.
c) Thay đổi tốc độ bằng cách điều chỉnh điện trở Roto :
Thay âäøi âiãûn tråí dáy quáún räto, bàòng caïch màõc thãm biãún
tråí ba pha vaìo maûch räto cuía âäüng cå räto dáy quáún nhæ hçnh
14.15a.
Do biãún tråí âiãöu chènh phaíi laìm viãûc láu daìi nãn coï kêch
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
5
- SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
thæåïc låïn hån biãún tråí khåíi âäüng. Hoü âàûc tênh cå cuía ÂK räto
dáy quáún khi duìng biãún tråí âiãöu chènh täúc âäü trãn hçnh 14.15b.
Khi tàng âiãûn tråí, täúc âäü quay cuía âäüng cå giaím.
Táön säú âoïng càõt vaì âiãûn tråí tæång âæång cuía maûch BÂX :
Phæång phaïp náöy gáy täøn hao trong biãún tråí nãn laìm hiãûu
suáút âäüng cå giaím. Tuy váûy, âáy laì phæång phaïp khaï âån giaín,
täúc âäü âæåüc âiãöu chènh liãn tuûc trong phaûm vi tæång âäúi räüng
nãn âæåüc duìng nhiãöu trong caïc âäüng cå cäng suáút cåí trung bçnh.
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
6
- SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
Hình I.3Điều chỉnh tốc độ động cơ roto dây quấn bằng cách thay
đổi điện trở roto.
a) Sơ đồ điều chỉnh.b) Đặc tính .c)Sơ đồ mạch hở d)Sơ đồ mạch
kín.
d) Điều chỉnh tốc độ bằng cách nối cấp trả năng lượng về nguồn:
Nàng læåüng træåüt táön säú f2 = sf1 leî ra tiãu hao trãn âiãûn tråí phuû
âæåüc chènh læu thaình nàng læåüng mäüt chiãöu (hçnh 15.9), sau âoï
qua bäü nghëch læu âæåüc biãún âäøi thaình nàng læåüng xoay chiãöu
táön säú f traí vãö nguäön.
Quan hãû giæîa hãû säú træåüt s vaì goïc måí α cuía thyristor :
• Âiãûn aïp ra cuía chènh læu cáöu ba pha :
• Âiãûn aïp ra cuía nghëch cáöu
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
7
- SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
Hình I.4 Sơ đồ điều chỉnh tốc độ bằng cách nối cấp trả năng lượng về nguồn
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
8
- SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
Chương II:
TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
I.ĐIÔT CÔNG SUẤT
1.CẤU TẠO:
- +
P - +
N Anôt
q
P N
d
-α 0 α Kato
(a) (b)
át
Hình a:cấu tạo của Điôt
Hình b:kí hiệu của Điôt
Điôt công suất là linh kiện bán dẫn công suất có hai cực , được cấu tạo bởi 1
lớp bán dẫn N và 1 lớp bán dẫn P ghép lại
2.NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC
Ei Ei
P N P N
U U
+ - - +
(a)
Hình a:sự phân cực thuân Điôt (b)
Hình b: sự phân cực ngược Điôt
Khi đặt Điôt công suất dưới điện áp nguồn U có cực tính như hình
vẽ,chiều của điện trưòng ngoài ngược chiều với điện trương nội tại Ei
.Thông thường U> Ei thì dòng điện chạy trong mạch ,tạo nên điện áp rơi trên
Điôt khoảng 0.7V khi dòng điện là định mức .Vậy sự phân cực thuận hạ thấp
barie điện thế .Ta nói mặt ghép PN được phân cực thuận .
Khi đổi chiều cực tính điện áp đặt vào Điôt , điện trường ngoài sẽ tác
động cùng chiều với điện trường nội tại Ei .Điện trường tổng cộng cản trở
sự di chuyển của các điện tích đa số .Các điện tử của vùng N di chuyển thẳng
về cực dương của nguồn U làm cho điện thế vùng N đã cao lại càng cao hơn
so với vùng P.Vì thế vìng chuyển tiếp ngày càng rộng ra ,không có dòng điện
chạy qua mặt ghép PN.Ta gọi mặt ghép PN bị phân cực ngược .Nếu tiếp tục
tăng U ,các điện tích được gia tốc ,gây nên sự va chạm dây chuyền làm Barie
điện thế bị đánh thủng .
Đặc tính Vôn-Ampe của Điôt công suất được biểu diễn gần đúng bằng
biểu thức : I = IS [ exp (eU/kT) – 1 ]
Trong đó:
-Is :dòng điện rò ,khoảng vài chục mA
- e = 1,59.10- 19 Coulomb
-k = 1,38.10- 23 : hằng số Bolzmann
- T = 273 + t0 : Nhiệt độ tuyệt đối (0 K)
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
9
- SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
- t0 : Nhiệt độ của môi trường (0 C)
-U: điện áp đặt trên Điôt (V)
I
1
UZ U
U
2 γ
Hình 2.3 Đặc tính Vôn-Ampe của Điôt :
Gồm 2 nhánh :
-nhánh thuận
-nhánh ngược
Khi Điôt được phân cực thuận dưới điện áp U thì Barie điện thế Ei
giảm xuống gần bằng 0.Tăng ,lúc đầu dòng tăng từ từ cho đến khi U lớn hơn
khoảng 0.1V thì I tăng một cách nhanh chóng , đường đặc tính có dạng hàm
mũ.
Tương tự ,khi phân cực ngược cho Điôt ,tăng U ,dòng điện ngược tăng
từ từ .khi U lớn hơn 0.1V dòng điện ngược dừng lại cỡ vài chục mA và được
kí hiệu là I s . dòng I s là do các hạt dẫn thiểu số tạo nên .Nếu tiếp tục tăng U
thì các hạt dẫn thiểu số di chuuyển càng dể dàng hơn ,tốc độ di chuyển tỉ lệ
thuận với điện trường tổng hợp , động năng của chúng tăng lên .Khi U =
U z thì sự va chạm giữa các điện tích thiểu số di chuyển với tốc độ cao sẽ bẻ
gãy các liên kết nguyên tử silic trong vùng chuyển tiếp xuất hiện các điện tử
tự do mới .Rồi những điện tích tự do mới này chịu sự tăng tốc của điện
trường tổng hợp lại tiếp tục bắn phá các nguyên tử silic .kết quả tạo phản
ứng dây chuyền tạo làm cho dòng điện ngược tăng lên ào ào và sẽ phá hỏng
Điôt.Do đó để bảo vệ Điôt ta chỉ cho chúng làm việc với giá trị điện áp
:U=(0.7-0.8) U z .
Các thông số kỉ thuật để chọn Điôt :
-Dòng điện định mức I dm (A)
-Điện áp ngược cực đại : Ungmax ( V )
- Đi ện áp rơi trên Điôt ∆U ( V )
3. Ứng dụng
ứng dụng chủ yếu của Điôt công suất là chỉnh lưu dòng điện xoay
chiều thành dòng điện một chiều cung cấp cho tải.
II.TRANSITOR CÔNG SUẤT
1.CẤU TẠO
Transitor bán dẫn công suất là linh kiện bán dẫn gồm có 3 lớp
:PNP hay NPN.
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
10
- SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
C
P
B
N
P C
B
E E
(a) (b)
Hình 2. 4 Transistor PNP:
a). cấu tạo
b). ký hiệu
C
B N
P
N C
B
E E
(a) (b)
Hình 2. 5 Transistor NPN:
a). cấu tạo
b). ký hiệu
Về mặt vật lý ,transitor gồm 3 phần :phần phát ,phần nền và phần
thu.vùng nền B rất mỏng .
Transitor công suất có cấu trúc và ký hiệu như sau:
IC
C
B C
UCE
IB
UBE E E• •B
IE
(a) (b)
a.cấu trúc b.ký hiệu
2.Nguyên lý hoạt động
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
11
- SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
E C
N pP •
Emiter p •
• N Colecto
• •
•
• r
•
• •
•
E C
•
IE
Base IC
IE
- + - +
•
RE UEE UCC RC
H2.6 Sơ đồ phân cực của transitor
Điện thế U BE phân cực thuận mối nối B-E (PN) là nguyên nhân làm
cho vùng phát E phóng điện tử vào vùng P (cực B).hầu hết các điện tử
(elẻcton) sau khi qua vùng B rồi qua tiếp mối nối thứ hai phia bên phải hướng
tới vùng N (cực thu),khoảng 1%được giữ lại ở vùng B .Các lỗ trống vùng nền
di chuyển vào vùng phát.
Mối nối B-E phân cực thuận như một Điôt có điện kháng nhỏ và điện
áp rơi trên nó nhỏ thì mối nối B-C được phân cực ngược bởi điện áp U cc .Bản
chất mối nối B-C này giống như một Điôt phân cực ngược và điện kháng mối
nối B-C rất lớn.
Dòng điện đo được trong vùng phát gọi là dòng phát I E .Dòng điện đo
được trong mạch cực C.
Dòng I C gồm 2 thành phần:
- Thành phần thứ nhất (thành phần chính )là tỉ lệ của hạt electron từ
cực phát tới cực thu .Tỷ lệ này phụ thuộc cấu truc của transitor và
là hằng số được tính trước đối với từng transitor riêng biệt.Hằng
số đã được định nghĩa là α .Vậy thành phần chính của I C = α I E .
- Thành phần thứ hai là thành phần qua mối nối B-C ở chế độ phân
cực ngược lại khi I E =0.Dòng này được gọi là dòng I CBO dòng này
rất nhỏ.
Vậy dòng qua cực thu I C = α I E + I CBO
*Các thông số của transitor công suất :
- I C :dòng colectơ mà transitor chịu được .
- U CES :điện áp U CE khi transitor dẫn bão hoà .
- U CEO : điện áp U CE khi mạch Bazơ để hở
- U CEX :điện áp U CE khi mach bazơ bị khoá bởi điện áp âm.
- t on :thời gian cần thiết để điện áp U CE giảm từ U xu ống giá trịUCESat
≈ 0.
- tf: thời gian cần thiết để iC từ giá trị IC giảm xuống 0.
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
12
- SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
- tS: Thời gian cần thiết để UCE từ giá trị UCESat tăng đến giá trị điện áp
nguồn U.
- P: Công suất tiêu tán bên trong transitor. P = UBE.IB + UCE.IC.
- Khi transitor ở trạng thái mở: IB = 0, IC = 0 nên P = 0.
- Khi transistor ở trạng thái đóng: UCE = UCESat.
Trong thực tế transitor thường được cho làm việc ở chế độ khoá IB =
0, IC = 0,transitor được coi như hở mạch . Nhưng với giá trị gốc ở trạng thái có giá trị
bão hoà., thì transitor về trạng thái đóng hoàn toàn .Transitor là linh kiện phụ thuộc nên
cần phối hợp dòng điện gốc và dòng điện góp. Ở trạng thái bão hoà để duy trì khả năng
điều khiển và để tránh điện tích ở cực gốc quá lớn,dòng điện gốc ban đầu phải cao để
chuyển sang trạng thái dẫn nhanh chóng , Ở trạng thái khoá dòng diện gốc phải giảm
cùng quy luật với dòng điện góp để tránh hiện tượng chọc thủng thứ cấp .
IC
a IC
b IC
UCE •
UCE
(a) (b)
Hinh 2.7: a). Trạng thái ngắn mạch hay đóng mạch IB lớn, IC do tải
giới hạn
b). Trạng thái hở mạch IB = 0.
Các tổn hao chuyển mạch của transitor có thể lớn .Trong lúc chuyển mạch ,
điện áp trên các cực và dòng điện của transitor cùng lớn . Tích của dòng điện
và điện áp cùng với thời gian chuyển mạch tạo nên tổn hao năng lượng trong
quá trình chuyển mạch .Công suất tổn hao chính xác do chuyển mạch là hàm
số của các thông số của mạch phụ tải và dạng biến thiên của dòng điện gốc.
*Đặc tính tĩnh của transitor: UCE = f (IC).
Để cho khi transitor đóng , điện áp sụt bên trong có giá trị nhỏ
,người ta phải cho nó làm việc ở chế độ bão hoà , tức là IB ph ải đủ lớn để IC
cho điện áp UCE nhỏ nhất.
Ở chế độ bão hoà điện áp sụt trong transitor công suất bằng 0.5 đến 1V trong
khi đó của tiristo là 1.5V.
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
13
- SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
UCE
Vùng
tuyế
n
tính Vùng gần bão
hoà
Vùng bão hoà I
hoøa C
Hình 2. 9 Đặc tính tĩnh của transitor UCE = f ( IC ).
3. Ứng dụng của transitor công suất
Transitor công suất dùng để đóng cắt dòng điện một chiều có cường
độ lớn .Tuy nhiên trong thực tế Transitor thường cho làm việc ở chế độ khoá .
IB = 0, IC = 0: transitor coi như hở mạch.
III.TRANSITOR MOS CÔNG SUẤT
Transitor trường FET được chế tạo theo công nghệ MOS (metal –oxid-
semiconductor) thường được sử dụng như những chuyển mạch có công suất
lớn.Khác với transitor lưỡng cực được điều khiển bằng dòng điện ,transitor
MOS được điều khiển bằng điện áp .Transitor MOS gồm các cực chính :cực
máng (drain ),cực nguồn (source)và cửa Gate(G).Dòng điện máng - nguồn
được điều khiển bằng điện áp cửa - nguồn
Điện •
trở = 9V máng
Dòng hằng = 7,5V
điện số = 6V
máng Cửa
= 4,5V • •
= 3V
• nguồn
Điện áp máng - nguồn
(a) (b)
. Transitor MOS công suất
Hình2.10 a)Họ đặc tính ra
b)ký hiệu thông thường kênh N
Transitor MOS là loại chuuyển mạch nhanh .Với điện áp 100V tổn hao dẫn ở
chúng lớn hơn ở transitor lưỡng cực và tiristo ,nhưng tổn hao chuyển mạch
nhỏ hơn nhiều .Hệ số nhiệt điện trở của transitor MOS là dương .Dòng điện
và điện áp cho phép của transitor MOS lớn hơn transitor lưỡng cực và tiristo.
IV.TRANSITOR TRƯỜNG LƯỠNG CỰC CỔNG CÁCH LY
IGBT
Transitor trường lưỡng cực cổng cách ly IGBT là một linh kiện
bán dẫn công suất trong đó phối hợp hai transitor lưỡng cực PNP,NPN và một
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
14
- SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
MOSFET có cấu truc như hình:
E G E
−
N
P+
C
Q1
PNP VCE
Q2
NPN
V ge
a)Mồi IGBT
Điện áp U CE dương khi điện áp VGE lớn hơn một điện áp
ngưỡng Vt ,khi đó xuất hiện các kênh dẫn .Các điện tử chạy qua kênh này và
bơm thêm vào lớp N − có điện thế giảm đi .Chuyển tiếp P + N − trở nên dẫn và
đưa IGBT vào trạng thái dẫn.
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
15
- SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
VGE 3 > VGE 2
VGE 2 > VGE1
VGE1 = VGT
H2.11 Đặc tính tĩnh của IGBT
Vùng N − nhận các điện tử của êmitơ và lỗ của colectơ , điện trở suất của nó
sẽ giảm đi và điện trở biểu kiến của nó nhỏ hơn điên trở của MOSFET ,do
vậy vùng N − sẽ không được bơm thêm các lỗ.
b)Dập tắt IGBT
việc dẫn bằng các hạt thiểu số có ưu điểm làm giảm điện áp
rơi ở trạng thái dẫn ,nhưng có nhược điểm làm tăng thời gian dập tắt ,do đó
hạn chế tần số làm việc cho phép của IGBT .
Khi triệt tiêu tính hiệu điều khiển trên cổng ,dòng điện I C được tắt
theo hai giai đoạn :
VGE
t
0
Ic
t
0
-Đầu tiên các kênh biến mất và MOSFET bị khoá một cách nhanh
chóng , điều này làm cho ic bước đầu giảm đi .Tiếp theo các hạt dư thừa của
vùng N − sẽ tái hợp dần và dòng điện ic sẽ giảm chậm .
-Chuyển tiếp côlectơ-Bazơ của transitor này có một điện dung ký sinh
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
16
- SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
làm cho cực của nó có một điện áp gần bằng điện áp máng-nguồn của
MOSFET đầu vào .
Ở thời điểm dập tắt ,nếu điện áp máng - nguồn này giảm quá nhanh
dòng điện qua điện dung kí sinh gửi tới R sẽ phóng và có thể đưa transitor vào
trạng thái dẫn .
Để IGBT có thể được điều khiển lại bằng cổng G thì ic phải giảm
dưới mức duy trì thác .Việc giảm hệ số khuyếch đại của các transitor NPN và
PNP có thê tránh được hiện tượng này .Giảm hệ số khuyếch đại cua transitor
PNP làm tăng điện áp rơi thuận của IGBT do đó tốt hơn là nên giảm hệ số
khuyếch đại của transitor NPNbằng cách sử dụng lớp đệm và khuyếch tán
sâu P + .
2.Các thông số của IGBT
-Điện áp khoá côlectơ – êmitơ VCES :là điện áp côlectơ-êmitơ cực
đại ở trạng thái khoá khi cổng và êmitơ ngắn mạch .
-Điện áp cổng –êmitơ VGES :là điện áp cổng –êmitơ cho phép khi
côlectơ ngắn mạch với êmitơ.
-Dòng điện côlectơ một chiều ic
-Dòng điện đỉnh côlectơ lặp lại I CM :là dòng điện cực đại quá
độ mà IGBT có thể chịu được ,có trị số cao hơn ic .
-Công suất tiêu tán cực đại PM
-Nhiệt độ chuyển tiếp T j :là nhiệt độ cho phép của chuyển tiếp
khi làm việc .
-Dòng điện tải cảm I LM
-Dòng điện rò côlectơ-êmitơ I CES :là dòng điện rò ở điện áp định
mức khi ,dòng điện quy định khi cổng được nối ngắn mạch với êmitơ.
-Điện áp côlectơ- êmitơ bão hoà VCESat
-Độ hỗ dẫn thuận g FE
-Điện tích cổng tổng QC
-Thời gian trễ khi đóng t d :là thời gian giữa 10% điện áp cổng
đến 10% dòng côlectơ cuối cùng .
-thời gian tăng trưởng t r :là thời gian cần thiết để dòng điện
côlectơ tăng đến 90% của giá trị cuối từ 10% của giá trị cuối .
-Thời gian trễ mở t doff
-Thời gian giảm t f
-Điện dung vào C ies
- Điện dung ra C res
- Điện dung truyền đạt ngược : C res
-Diện tích làm việc an toàn SOA
3. ỨNG DỤNG
Ưu điểm của IGBT là đơn giản ,môđun hoá , điều khiển đơn
giản ,cách ly về điện giũa các môđun
IGBT được sử dụng làm bộ chuyển mạch của bộ nghich lưu ,
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
17
- SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
ứng dụng trong cả cung cấp điện và truyền động điện
Chương III :
TỔNG QUAN VỀ BIẾN TẦN.
I. Khái niệm :
Biến tần là bộ biến đổi nguồn điện áp với các thông số điện áp và tần số
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
18
- SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
không thành nguồn điện áp với các thông số điện áp và tần số thay đổi
được . Thông thường biến tần làm việc với nguồn điện áp vào là điện áp
lưới nhưng về nguyên tắc biến tần có thể làm việc với bất kỳ nguồn điện
áp xoay chiều nào .
II. Phân loại biến tần :
Dựa vào nguyên lý hoạt động của nó người ta chia làm hai loại : Biến tần
trực tiếp và biến tần gián tiếp .
1.Biến tần trực tiếp :
Là bộ biến đổi tần số đầu vào f1 thành tần số f2 bằng cách đóng cắt dòng
xoay chiều tần số f1.
Biến tần trực tiếp thường được cấu tạo từ những nhóm chỉnh lưu cầu
mắc song song ngược.Cho xung lần lược vào các nhóm đó ta có thể có
được dòng điện tải theo yêu cầu.Như vậy điện áp xoay chiều U(f1) chỉ
cần qua một van là chuyển ngay ra tải U(f2) vì vậy hiệu suất của bộ biến
tần này lớn.
Tuy nhiên cấu trúc trúc của bộ biến tần này phức tạp ,gồm nhiều van nên
vấn đề điều khiển gặp nhiều khó khăn , nó chỉ thích hợp cho truyền động
điện có công suất lớn ,tốc độ làm việc thấp ,vì việc tần số f2 ở đầu ra phụ
thuộc và f1 .
Ztải
H3.1 Sơ đồ nguên lý biến tần trực tiếp dùng Thyristo
2.Biến tần gián tiếp :
Biến tần gián tiếp hay còn gọi là biến tần có khâu trung gian một chiều
.Gồm bộ chỉnh lưu để biến đổi nguồn xoay chiều thành một chiều sau đó
lại dùng bộ chỉnh lưu để biến đổi nguồn một chiều thành nguồn xoay
chiều .Khâu trung gian một chiều đóng vai trò một kho tích lũy năng lượng
dưới dạng nguồn áp dùng tụ điện hoặc nguồn dòng dùng cuộn cảm ,tạo ra
một khâu cách ly nhất định giữa phụ tải và nguồn điện áp lưới .
Tùy thuộc khâu trung gian làm việc trong chế độ nguồn dòng hay nguồn áp
mà biến tần được chia ra làm ba loại chính :
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
19
- SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
- Biến tần nguồn dòng .
- Biến tần nguồn áp với nguồn có điều khiển.
- Biến tần nguồn áp với nguồn không điều khiển (sử dụng nghịch lưu
áp biến điệu bề rộng xung).
a. biến tần nguồn dòng :
Biến tần nguồn dòng dùng chỉnh lưu có điều khiển ,nghịch lưu thyristo.
M
H3.2 Sơ đồ nguyên lý biến tần nguồn dòng
Trên sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển cùng với cuộn cảm tạo nên nguồn
dòng cung cấp nghịch lưu .Nghịch lưu ở đây là sơ đồ nguồn dòng song
song .Hệ thống tụ chuyển mạch được cách ly với tải qua hệ thống điôt
cách ly .Dòng ra nghịch lưu có dangjxung chữ nhật ,điện áp ra có dạng
tương đối sin nếu phụ tải là động cơ.
Ưu điểm :
+ ưu điểm cơ bản của biến tần loại này là có sơ đồ đơn giản nhất và sử
dụng loại thyristo có tần số đóng cắt không cao lắm .
+ Biến tần loại này khi dùng với động cơ không đồng bộ là sơ đồ có khả
năng trả năng lượng về nguồn ,khi động cơ chuyển sang chế độ máy phát
dòng đầu vào nghịch lưu vẫn được giữ không đổi nhưng chuyển sang chế
độ làm việc với góc điều khiển lớn hơn 900 ,nghĩa là chuyển sang làm việc
ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc,nhờ đó năng lượng từ phía nghịch lưu
được đưa về lưới .Biến tần nguồn dòng cũng không sợ chế đọ ngắn
mạch vì hệ thống giữ dòng không đổi nhờ chỉnh lưu có điều khiển và
cuộn kháng trong mạch một chiều .Với công suất nhỏ thì sơ đồ này không
phù hợp vì hiệu suất kém và cồng kềnh nhưng với công suất trên 100kW
thì đây là một phương án hiệu quả .
Nhược điểm :
Có hệ số công suất nhỏ và phụ thuộc vào tải nhất là khi tải nhỏ.
b. Biến tần nguồn áp :với nguồn có điều khiển .
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
20
nguon tai.lieu . vn