1. Trang Chủ
  2. Điện-Điện tử-Viễn thông
  3. Đồ án: Thiết kế và chế tạo mạch nghịch lưu một pha

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

Tham khảo luận văn - đề án 'đồ án: thiết kế và chế tạo mạch nghịch lưu một pha', luận văn - báo cáo phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả Trường Đại học sư phạm kĩ thuật Hưng yên Đồ án môn học Khoa Điện – Điện tử ....................... Đồ Án Thiết kế và chế tạo mạch nghịch lưu một pha GVHD: ………… 1 SVTH:……………. Trường Đại học sư phạm kĩ thuật Hưng yên Đồ án môn học Khoa Điện – Điện tử HẬ Ủ GI I .................................................................................

Thể loại Tài liệu miễn phí Điện-Điện tử-Viễn thông

Số trang 77

Ngày tạo 8/29/2018 8:57:29 PM +00:00

Loại tệp DOC

Kích thước

Tên tệp

Tải Đồ án: Thiết kế và chế tạo mạch nghịch lưu một pha (.docx) Tải Đồ án: Thiết kế và chế tạo mạch nghịch lưu một pha (.pdf)

Xem mẫu

  1. Trường Đại học sư phạm kĩ thuật Hưng yên Đồ án môn học Khoa Điện – Điện tử ....................... Đồ Án Thiết kế và chế tạo mạch nghịch lưu một pha GVHD: ………… 1 SVTH:…………….
  2. Trường Đại học sư phạm kĩ thuật Hưng yên Đồ án môn học Khoa Điện – Điện tử HẬ Ủ GI I ........................................................................................................................................... ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ Hưng Yên, tháng 6 năm 2009. Giáo viên hướng d n Nguyễn Văn A GVHD: ………… 2 SVTH:…………….
  3. Trường Đại học sư phạm kĩ thuật Hưng yên Đồ án môn học Khoa Điện – Điện tử LỜI ÓI ĐẦU Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật bán d n công suất lớn, các thiết bị biến đổi điện năng dùng các linh kiện bán d n 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, chúng em được nhận đồ án môn học với đề tài: “Thiết kế chế tạo mạch nghịch lưu một pha”. Với đề tài được giao, chúng 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 d n chỉ bảo nhiệt tình của thầy Nguyễn ăn A cùng với sự cố gắng nỗ lực của các thành viên trong nhóm chúng 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 chúng 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. Chúng em xin chân thành cảm ơn! GVHD: ………… 3 SVTH:…………….
  4. Trường Đại học sư phạm kĩ thuật Hưng yên Đồ án môn học Khoa Điện – Điện tử ĐỀ I hế ế chế ạo mạch n hịch lưu mộ ph * l ệu cho ước - ác giáo trình và tài liệu chuyên môn - ác trang thiết bị đo, kiểm tra tại xưởng thực tập, th nghiệm. *Nội dung cần hoàn thành: Lập kế hoạch thực hiện. - Giới thiệu một số ứng dụng và đặc điểm của mạch nghịch lưu một pha. - Phân tích nguyên lý làm việc và các thông số trong mạch nghịch lưu một - và ba pha. Thiết kế, chế tạo mạch nghịch lưu một pha đảm bảo yêu cầu: - + Điện áp đầu vào một chiều U = 12V. + Điện áp đầu ra xoay chiều U = 220V - f = 50HZ . + ảo vệ quá điện áp đầu ra 10 + ảo vệ quá d ng điện, quá nhiệt độ cho phần tử công suất + Thí nghiệm, kiểm tra sản phẩm. Sản phẩm phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, mỹ thuật. Quyển thuyết - minh.và các bản vẽ Ao, Folie mô tả đầy đủ nội dung của đề tài. GVHD: ………… 4 SVTH:…………….
  5. Trường Đại học sư phạm kĩ thuật Hưng yên Đồ án môn học Khoa Điện – Điện tử Giáo viên hướng d n Nguyễn Văn A PHẦN I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ CÁC VAN BÁN DẪN Điện tử công suất là một chuyên ngành của kỹ thuật điện - điện tử, nghiên cứu và ứng dụng các phần tử bán d n 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 d n công suất là đối tượng nghiên cứu cơ bản của điện tử công suất. Trong các bộ biến đổi các phần tử bán d n công suất được sử dụng như các khoá bán d n, còn gọi là các van bán d n, khi mở d n dòng thì nối tải vào nguồn, khi khoá thì không cho d ng điện chạy qua các van. Khác với các phần tử có tiếp điểm, các van bán d n thực hiện đóng cắt các d ng 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 d n còn có thể đóng cắt các d ng 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. GVHD: ………… 5 SVTH:…………….
  6. Trường Đại học sư phạm kĩ thuật Hưng yên Đồ án môn học Khoa Điện – Điện tử Đây là đặc tính của các bộ biến đổi bán d n công suất mà các bộ biến đổi có tiếp điểm hoặc kiểu điện tử không thể có được . 1.1 . Lịch sử phát triển và ứng dụng củ đ ện tử công suất: 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 thiếu những linh kiện điện tử công suất có hiệu suất cao, k ch thước nhỏ và đặc biệt là có độ tin cậy cao. ác đèn điện tử chân không và có kh , 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 ardeen, rattain 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 d n, một loạt những linh kiện bán d n 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 t nh 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 d ng điện lớn, điện áp cao có thể thay đổi với tốc độ lớn. ho 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 d n công suất như truyền động điện tự động, GVHD: ………… 6 SVTH:…………….
  7. Trường Đại học sư phạm kĩ thuật Hưng yên Đồ án môn học Khoa Điện – Điện tử 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 d n công suất đó có những tiến bộ vượt bậc và ngày càng trở nên hoàn thiện, d n đến việc chế tạo các bộ biến đổi ngày càng gọn nhẹ, nhiều t nh năng và sử dụng ngày càng dễ dàng hơn. Trong thực tế bộ biến đổi được chế tạo rất đa dạng để có thể hiểu và phân t ch được nguyên lý của các bộ biến đổi, trước hết ta phải tìm hiểu các phần tử bán d n công suất. 1.2.Các phần tử bán dẫn công suất và việc đ ều khiển chúng: 1.2.1. Chất bán dẫn Về phương diện d n điện, các chất được chia thành hai loại: chất d n điện (có điện trở suất nhỏ) và chất không d n điện (có điện trở suất lớn). Chất không d n điện còn gọi là chất cách điện hay là chất điện môi. Giữa hai loại chất này có một chất trung gian mà điện trở suất của nó thay đổi trong một giới hạn rộng và giảm mạnh khi nhiệt độ tăng (theo quy luật hàm mũ). Nói cách khác, chất này d n điện tốt ở nhiệt độ cao và d n điện kém hoặc không d n điện ở nhiệt độ thấp. Đó là chất bán d n (hay chất nửa d n điện) Trong bảng tuần hoàn (Mendeleep) các nguyên tố bán d n III IV V VI VII chiếm vị tr trung gian (Hình 1.2.1) 5 6 B C giữa các kim loại và á kim. Điển hình 16 14 15 S Si P là Ge, Si… Vì ở phÂn nhóm IV, lớp 34 32 33 Se Ge As ngoài cùng của Ge, Si có 4 điện tử 50 52 53 51 (electron) và chúng liên kết đồng hoá Sn Sb I Sb trị với nhau tạo thành một mạng bền Hình 1.2.1-1 Các nguyên tố bán dẫn vững (Hình 1.2.1-2-a). Khi có một tâm không thuần khiết (nguyên tử lạ, nguyên tử thừa không liên kết trong bán d n, d n đến những khuyết tật trong mạng tinh thể: nút chân không, nguyên GVHD: ………… 7 SVTH:…………….
  8. Trường Đại học sư phạm kĩ thuật Hưng yên Đồ án môn học Khoa Điện – Điện tử tử hay ion giữa các nút mạng, sự phá vỡ tinh thể, rạn vỡ…) thì trường điện tuần hoàn của tinh thể bị biến đổi và chuyển động của các điện tử bị ảnh hưởng, tính d n điện của bán d n cũng thay đổi. Nếu trộn vào Ge một t đơn chất thuộc phân nhóm III chẳng hạn như In, thì do lớp điện tử ngoài cùng của In chỉ có ba điện tử nên thiếu 1 điện tử để tạo cặp điện tử đồng hoá trị. Nguyên tử In có thể sẽ lấy 1 diện tử của nguyên tử Ge lân cận và làm xuất hiện một lỗ trống (hole) dương (Hình 1.2.1-b). Ion Ge lỗ trống này lại có thể lấy 1 điện tử của nguyên tử Ge khác để trung hoà và biến nguyên tử Ge sau thành một lỗ trống mới. Quá trình cứ thế tiếp diễn và bán d n Ge được gọi là bán d n lỗ trống hay bán d n dương (bán d n loại P – Positive). Tương tự, nếu trộn vào Ge một t đơn chất thuộc phân nhóm V, chẳng hạn như As, thì do lớp điện tử ngoài cùng của As có 5 điện tử nên sau khi tạo 4 cặp điện tử đồng hoá trị với 4 nguyên tử Ge xung quanh, thì As thừa ra 1 điện tử. Điện tử này dễ dàng rời khỏi nguyên tử As và trở thành điện tử tự do. Bán d n Ge trở thành bán d n điện tử hay bán d n Âm (bán d n loại N – Negative). Khi nhiệt độ chất bán d n tăng hay bị ánh sáng chiếu vào nhiều thì chuyển động của các phần tử mang điện mạnh lên nên chất bán d n sẽ d n điện tốt hơn. Ge Ge Ge Ge - Ge In Ge Ge Ge Ge a, b, GVHD: ………… 8 SVTH:…………….
  9. Trường Đại học sư phạm kĩ thuật Hưng yên Đồ án môn học Khoa Điện – Điện tử Hình 1.2.1-2 Sự tạo ra các bán dẫn P(b) và N(c) Ge Ge ác chất bán d n có thể là đơn chất như , As - , Si, Ge, S, Se…các hợp chất như ZnS, dSb, AlSb…các ôxyt như Al2O3, Cu2O, ZnO, SiO2…các Ge Ge sulfua như ZnS, dS…. Hiện nay, các chất bán d n được dùng rất nhiều c, trong các lĩnh vực khoa học, kỹ thuật và đời sống. 1.2.2.Diode công suất > ấu ạo đặc đ ểm phân loạ : -Diode công suất là phần tử bán d n có một tiếp giáp PN. Diện tích bề mặt tiếp giáp được chế tạo lớn hơn so với diode thông thường, có thể đạt tới hàng trục mm2. Mật độ d ng điện cho phép của tiếp giáp cỡ 10A/mm.2 Do vậy d ng điện định mức của một số loại diode có thể đạt tới hàng trăm ampe, như PK200, thậm ch hàng nghìn ampe như BB2-1250. Cấu tạo và ký hiệu của diode công suất được mô tả như hình 1.2.2-1 A A A P J N K K K Hình 1.2.2-1: Cấu trúc và ký hiệu của diode công suất -Điode có 2 loại thường được dùng trong các mạch chỉnh lưu công suất lớn: GVHD: ………… 9 SVTH:…………….
  10. Trường Đại học sư phạm kĩ thuật Hưng yên Đồ án môn học Khoa Điện – Điện tử *Diode chỉnh lƣu Gecmani (Ge): Tiếp giáp của diode Ge phần lớn được chế tạo bằng phương pháp làm nóng chảy IN (indi) với nhiệt độ th ch hợp, trong bán d n Ge loại N. Miếng bán d n Ge được hàn với nền bằng thép. Tinh thể Ge được đặt trong vỏ bọc hợp kim cova để bảo vệ và liên k ết với bộ phận tản nhiệt. -Đặc điểm của Diode Ge là điện áp chịu đựng được khoảng 400V, nhưng sụt áp trên Diode nhỏ nên được sử dụng trong các bộ chỉnh lưu điện áp thấp. Diode Ge thường bị đánh thủng do nhiệt độ. Nhiệt độ cho phép của Diode Ge là 750C, nên khi làm việc ở nhiệt độ cao d ng điện ngược tăng lên đáng kể d n đến chất lượng chỉnh lưu thấp, do vậy ta có thể coi nhiệt độ cho phép là nhiệt độ tới hạn của Diode Ge. *Diode chỉnh lƣu silic (Si): -Diode chỉnh lưu Si được chế tạo bằng cách làm nóng chảy nhôm trong tinh thể Si loại N, hoặc làm nóng chảy hợp kim thiếc phốt pho, hay vàng antimoan trong tinh thể silic loại P. Ngoài ra người ta còn chế tạo bằng phương pháp khuếch tán Phốt pho vào tinh thể Si loại N. Công nghệ chế tạo kiểu khuếch tán thường được áp dụng cho các loại diode công suất lớn. -Tinh thể Si và tiếp giáp PN được bọc bởi vỏ kim loại, tinh thể bán d n được hàn bằng hợp kim bạc- antimoan hay vàng- antimoan. - Diode Si có điện áp ngược cho phép cỡ 2500V, nhưng độ xụt diện áp trên Diode Si cũng cao hơn Diode Ge. Nhiệt độ cho phép của Diode Si khá cao tmax = 1250C, và hiện tượng đánh thủng chủ yếu cũng là do nhiệt độ. b> uyên lý l m ệc đặc ính ôn – ampe: -Khi tiếp giáp PN của diode được đặt đưới tác dụng của điện áp bên ngoài, nếu điện trường ngoài cùng chiều với điện trường E thì vùng nghèo điện tích xẽ được mở rộng ra, nên điện trở tương đương của diode càng lớn và d ng điện xẽ không thể chạy qua. Lúc này toàn bộ điện áp xẽ được đặt lênvùng nghèo điện tích, ta nói rằng diode bị phân cực ngược. Hình 1.2.2-2. GVHD: ………… 10 SVTH:…………….
  11. Trường Đại học sư phạm kĩ thuật Hưng yên Đồ án môn học Khoa Điện – Điện tử -Khi điện trường ngoài ngược chiều với điện trường E thì vùng nghèo điện tích xẽ bị thu hẹp lại. Nếu điện áp bên ngoài lớn hơn 0,65V thì vùng nghèo điện tích xẽ thu hẹp lại đến bằng không, và các điện tích có thể di chuyển tự do qua cấu trúc của diode. D ng điện đi qua diode lúc này chỉ bị hạn chế do điện trở tải ở mạch ngoài. Khi đó ta nói rằng diode được phân cực thuận. Hình 1.2.2-3. Eng Eng + - - + n p n p + - + - + + + - + - E + + - + - Hướng di chuyển các các điện tích vùng nghèo các điện tích Hình 1.2.2-3. Hình 1.2.2-2. *Đặc tính vôn – ampe: A A A U Ung,max U U UD0 UD0 0 0 0 mA mA mA §Æc tÝnh thùc tÕ cña diode §Æc tÝnh tuyÕn tÝnh hãa cña diode §Æc tÝnh lý t-ëng cña diode Hình 1.2.2-4. GVHD: ………… 11 SVTH:…………….
  12. Trường Đại học sư phạm kĩ thuật Hưng yên Đồ án môn học Khoa Điện – Điện tử Đặc tính V-A của diode gồm 2 nhánh, nhánh thuận(1) nằm ở góc phần tư thứ nhất ứng với UAK  0, nhánh ngược (2) nằm ở góc phần tư thứ ba ứng với UAK  0 hình1.2.2-4. -Trên đường đặc tính thuận của diode nếu điện áp UAK được tăng dần từ 0 đến vượt quá giá trị UD0  0,6 – 0,7V, gọi là điện áp rơi trên diode theo chiều thuận, thì dòng điện đi qua diode có thể đạt tới giá trị rất lớn, nhưng điện áp rơi trên diode hầu như không đổi. -Trên đường đặc t nh ngược diode nếu điện áp UAK được tăng dần từ 0 đến giá trị Ungmax thì d ng điện qua diode có giá trị rất nhỏ, gọi là d ng d . ho đến khi UAK đạt đến giá trị lớn hơn Ungmax thì d ng điện qua diode tăng đột ngột, như vậy khả năng cản trở d ng điện của diode theo chiều ngược bị phá vỡ. Đây là hiện tượng diode bị đánh thủng. -Trong những tính toán thực tế người ta thường dùng đặc tính gần đúng đã tuyến tính hóa của diode. Biểu thức toán học của đường đặc tính này là: u = UD0 + iDRD Trong đó: UD0(V); ID (A); RD (). -Đặc tính V-A của diode thực tế là khác nhau, nó phụ thuộc vào d ng điện cho phép và điện áp ngược mà diode chịu được. Theo đặc t nh lý tưởng thì điện trở tương đương của diode bằng 0 theo chiều thuận và bằng  theo chiều ngược. c> Biểu thức giả ích đặc tính V-A - Đặc tính V-A của diode được biểu diễn gần đúng bằng biểu thức: q .U I = Is( e - 1) k .T Trong đó: Is - D ng điện rò khoảng vài trục mA. q - Điện tích của điện tử (q = 1,59.10-19 C). k - Hằng số Boltzmann (k = 1,38.10-23 J/K). GVHD: ………… 12 SVTH:…………….
  13. Trường Đại học sư phạm kĩ thuật Hưng yên Đồ án môn học Khoa Điện – Điện tử T = 2730 + t0 - Nhiệt độ nhiệt đối (0K). t0 - Nhiệt độ môi trường 0C u – Điện áp đặt trên diode (V) d>Các tham s cơ bản của Diode -Giá trị trung bình của d ng điện cho phép chạy qua diode theo chiều thuận, ID . Trong quá trình làm việc d ng điện chạy qua diode sẽ làm phát nóng tinh thể bán d n của diode. Công suất tổn hao của diode khi đó sẽ bằng t ch d ng điện chạy qua nó với điện áp rơi trên diode. Diode chỉ d n dòng theo một chiều từ anốt đến catot. Điều này có nghĩa là công suất phát nhiệt tỷ lệ với d ng điện trung bình qua diode, Vì vậy giá trị ID là một thông số quan trọng để lựa chọn một diode trong một ứng dụng cụ thể. -Giá trị điện áp ngược lớn nhất mà diode có thể chiệu đựng được, Ung,max. Ung,max là giá trị điện áp ngược lớn nhất mà diode có thể chịu đựng được, đây cũng là một thông số quan trọng để lựa chọn một diode. Như ở đặc tính vôn – ampe đã chỉ ra, quá trình diode bị đánh thủng là quá trình không thể đảo ngược được, vì vậy trong các ứng dụng thực tế khi lựa chọn diode phải luôn đảm bảo UAK
  14. Trường Đại học sư phạm kĩ thuật Hưng yên Đồ án môn học Khoa Điện – Điện tử Trong các bộ biến đổi thường sẩy ra quá trình chuyển mạch giữa các phần tử, nghĩa là quá trình d ng điện chuyển từ một phần tử này sang một phần tử khác. Các diode khi khóa lại có d ng ngược có thể có biên độ rất lớn để di tản các điện tích ra khỏi cấu trúc bán d n của mình trong khoảng thời gian tr, gọi là thời gian phục hồi. Thời gian phục hồi cũng quyết định tổn thất công suất trong diode. Các diode có thời gian phục hồi rất ngắn cỡ s, gọi là các diode cắt nhanh. Cần phải phân biệt các diode cắt nhanh với các diode tần số cao, và tr là một thông số cần quan tâm khi chọn diode. 1.2.3. nz o côn suấ - (Bipolar Junction Transistor)- (BJT) a> Cấu tạo đặc đ ểm chung Transitor công suất có cấu tạo, ký hiệu tương tự như Transitor thường với các loại như NPN hay PNP. Nó cũng được cấu tạo bởi ba miền bán d n, được ghép liên tiếp nhau, miền ở giữa luôn khác tên với 2 miền bên cạnh, tạo nên hai lớp tiếp giáp PN. Nếu miền bán ở giữa là loại N thì 2 miền bên cạnh là loại P khi đó ta có loại transitor thuận PNP. Ngược lại nếu miền bán ở giữa là loại P thì 2 miền bên cạnh là loại N khi đó ta có loại transitor ngược NPN. - Transior công suất đưa ra ngoài ba cực, cực nối với lớp bán d n ở giữa gọi là cực gốc (bazơ), cực nối với lớp bán d n mà khi làm việc có điện trường ngoài ngược chiều với điện trường trong gọi là cực phát E (Emitor), cực nối với lớp bán d n còn lại là cực C (Collector). GVHD: ………… 14 SVTH:…………….
  15. Trường Đại học sư phạm kĩ thuật Hưng yên Đồ án môn học Khoa Điện – Điện tử Collector Collector C C p n J1 J1 B B n p Baz¬ Baz¬ J2 J2 n p E E Emitor Emitor Hình 1.2.3-1: Cấu trúc và ký hiệu của tranzitor thuận - ngược Điểm khác cơ bản với Transitor thường là Transitor công suất thường được sử dụng như 1 khoá đóng - cắt điện tử. Tiếp giáp của Transitor công suất lớn có diện tích hàng trục mm2 và nó có thể cho d ng điện qua hàng chục đến hàng trăm Ampe, chịu được tần số đóng cắt tương đối cao và điện áp làm việc khá lớn, nó c n được gọi là phần tử khuếch đại chuyển mạch. Transitor có hai điểm làm việc khác biệt. Hình 1.2.3- 2 mô tả sơ đồ một bộ khuếch đại chuyển mạch. +Us R1 R2 Uout Uin t t Hình 1.2.3-2. Bộ khuếch đại chuyển mạch Như vậy, một Transitor làm việc ở trạng thái khoá điện tử thì nó chỉ làm việc ở hai trạng thái đóng hoặc cắt hay d n - không d n. GVHD: ………… 15 SVTH:…………….
  16. Trường Đại học sư phạm kĩ thuật Hưng yên Đồ án môn học Khoa Điện – Điện tử b>. Đườn đặc tính làm việc Đường đặc tính làm việc của Transitor ở trạng thái đóng - cắt được trình bày như hình vẽ 1.2.3-3. Trong vùng đặc t nh đầu ra, Transitor chỉ có hai điểm làm việc: đóng hoặc cắt hay d n hoặc ngưng d n. Ic (A) Ib Ucb = 0 A4 A3 +Ub A2 Rc R2 V1 Uout A1 R1 Uin Uce V Ub Uce Uce Uce Hình 1.2.3-3 Điểm làm việc của công tắc Transitor Hình vẽ 1.2.3-3. cho thấy Transitor ngừng d n ở điểm làm việc A1 (d ng điện IB = 0) chỉ có một d ng điện rò ICEO phụ thuộc vào nhiệt độ của lớp bán d n. Nếu Transitor d n, thì điểm làm việc trong vùng đặc t nh đầu ra tăng từ A1 đến A2. Ở đây d ng điện IC tăng tuyến tính với d ng điện IB khi d ng điện IB tăng càng lớn thì điểm làm việc sẽ chuyển từ A2 vượt qua A3 đến A4. Đến đÂy d ng điện IC tăng rất t, có nghĩa là Transitor bị điều khiển quá mức. ở đÂy điên áp UCE giảm xuống bé hơn điện áp bão hoà UCEsat chúng được gọi là: UCErest c>Sự đ ều khiển quá mức của Transitor Sự điều khiển quá mức là trạng thái hoạt động của Transitor, mà khi có dòng điện IB quá lớn chạy qua, nó lớn hơn cả d ng điện cần thiết để dòng IC đạt tới cực đại. Ở điều khiển quá mức thì d ng điện IC thay đổi không còn tuyến tính với dòng IB nữa. Điểm điều khiển quá mức đạt đến nếu GVHD: ………… 16 SVTH:…………….
  17. Trường Đại học sư phạm kĩ thuật Hưng yên Đồ án môn học Khoa Điện – Điện tử UBE = UCEsat có nghĩa là UCB = 0. Transitor được điều khiển quá mức nếu nó cần làm việc như là một công tắc. Sự điều khiển quá mức có ưu điểm là điện áp dư UCErest rất nhỏ, làm cho công suất tổn hao bé. Mức độ điều khiển quá mức được tính toán theo hệ số điều khiển quá mức u nó chính là tỉ số d ng điện IB thực tế và d ng điện IB‟ cần thiết để Transitor điều khiển đến giới hạn UCB = 0. u = IB/IB‟, Thông thường tỉ số này được chọn từ u = 2-5. d> Khuếch đại chuyển mạch với tả l đ ện trở Bộ khuếch đại chuyển mạch bằng Transitor được ứng dụng rộng rãi là bộ chuyển mạch công suất. Trong trường hợp này tải có thể mắc trực tiếp với cực Collector. Hình 1.2.3-4 và 1.2.3-5 là sơ đồ nguyên lí của một bộ chuyển mạch công suất với tải là điện trở thuần và miền đặc t nh l tưởng của mạch. Độ dốc của đường làm việc trên hình 1.2.3-5 được xác định qua độ lớn của điện trở tải. Ở điểm làm việc A1 (IB = 0A) Transitor không d n. ở điểm A2 thì Transitor d n. Vì Transitor điều khiển quá mức nên điện áp UCErest tương ứng nhỏ. Như vậy trong khi đóng cũng như trong khi cắt mạch điện, điểm làm việc của mạch chuyển dời giữa điểm làm việc A1 đến A2 dọc theo đường thẳng làm việc đã được điện trở thuần xác định. Trong thực tế không chỉ có các tải điện trở thuần mà có khi còn có tải điện dung hoặc điện cảm mắc trong mạch, ví dụ như cuộn dây Rơle hoặc cuộn dây của nam châm điện, độ tự cảm của chúng trực tiếp làm trở ngại đến quá trình chuyển mạch tiếp giữa các điểm làm việc. Khi ngắt mạch nhanh các điện cảm này có thể xuất hiện đỉnh điện áp lớn hơn điện áp nguồn nuôi đặt vào Transitor, do vậy mà có thể d n tới tình trạng phá hỏng Transitor. Vì vậy cần có biện pháp bảo vệ cho các van công suất. GVHD: ………… 17 SVTH:…………….
  18. Trường Đại học sư phạm kĩ thuật Hưng yên Đồ án môn học Khoa Điện – Điện tử Ic A2 +Us Rload R1 V1 A1 Uin A 0 Us Uce Hình 1.2.3-4 Hình 1.2.4-5 e> Khuếch đại chuyển mạch với tải là tụ điện Mạch khuếch đại chuyển mạch với tải là tụ điện và đường đặc t nh tương ứng được mô tả trên hình 1.2.3.-6 và 1.2.3 -7 Mạch này cần thiết phải lắp thêm điên trở tải vì nếu không sẽ không có điểm làm việc A2 trong chế độ tĩnh. Ic + Us A2 Rload Cload R1 V1 Ib= 0A A1 Uin Us Uce Hình 1.2.3.-6 Hình 1.2.3-7 Chuyển mạch công suất với tải tụ điện Đƣờng đặc tính làm việc với tải tụ điện f> Khuếch đại chuyển mạch với tải là cuộn dây Sự hoạt động của bộ khuếch đại chuển mạch công suất với tải là cuộn dây và đường đặc t nh tương ứng mô tả trên hình 1.2.3-8 và 1.2.3-9. GVHD: ………… 18 SVTH:…………….
  19. Trường Đại học sư phạm kĩ thuật Hưng yên Đồ án môn học Khoa Điện – Điện tử Trong điểm làm việc A1, Transitor không d n nên không có d ng điện chạy qua Rload và Lload Cuộn dây không dự trữ năng lượng từ trường. Trong khoảnh khắc đóng mạch khi có d ng điện IB thì xuất hiện trong cuộn dây một sức điện động cảm ứng. Lúc đầu nó nhỏ hơn điện áp nguồn nuôi US và nó nhỏ dần. Chính sức điện động cảm ứng này sinh ra d ng điện có chiều ngược với chiều dòng IC, nên dòng IC bị tác động chỉ tăng từ từ. Điểm làm việc chuyển dời trong pham vi quá độ trên đường đặc tính mô tả là ph a dưới theo chiều mũi tên tới làm việc A2. +Us Ic Rload A2 Khong co Co Diode bao Lload Diode bao ve ve R1 Ib= 0A A1 V1 Us Uce Uin Hình 1.2.3-8 Hình 1.2.3-9 Chuyển mạch công suất với tải điện cảm Đƣờng đặc tính làm việc với tải điện cảm Ở điểm làm việc A2 Transitor d n một dòng collector nhất định. Dòng này chạy qua Rload và Lload. Trong cuộn dây lúc này dự trữ một năng lượng từ trường. Trong khoảnh khắc ngắt mạch, Transitor không d n, như vậy kéo theo một sự cùng đổ vỡ của từ trường và năng lượng dự trữ sẽ được giải phóng. Nó xuất hiện một sức điện động tự cảm UL mà cực dương của nó đặt trực tiếp vào cực C của Transitor, độ lớn của sức điện động tự cảm này phụ thuộc vào năng lượng dự trữ và sự nhanh hay chóng của quá trình ngắt (thời gian quá trình ngắt). Lúc này điểm làm việc chuyển dời trong phạm vi quá độ trên đường đặc t nh ph a trên theo hướng mũi tên tới điểm làm việc A1. GVHD: ………… 19 SVTH:…………….
  20. Trường Đại học sư phạm kĩ thuật Hưng yên Đồ án môn học Khoa Điện – Điện tử Qua hiện tượng tự cảm, trong quá +Us trình ngắt mạch có thể sẽ xuất hiện trên Rload cực của Transitor một điện áp quá cao, cao hơn cả điện áp US. Điều này có thể Lload d n tới tình trạng làm hỏng Transitor, do đó các mạch có tải là các cuộn dây R1 thường cần có biện pháp bảo vệ. V1 Uin Một trong những biện pháp bảo vệ là người ta thực hiện theo sơ đồ hình 1.2.3-10 Hình 1.2.3-10 Mạch bảo vệ bằng Diode cho mạch khuếch đại chuyển mạch công suất 1.2.4. R I R RƯỜNG – FIELD EFFECT TRANSISTOR 1.2.4.1. Khái niệm Transitor trường được viết Tinh thể bán d n loại N tắt là FET (Field effect Transitor) là loại Transitor có tổng trở đầu vào rất lớn khác với Transitor Đường điện tử Điện trường lưỡng cực JT + U2 ( ipolar Junction Transitor) loại - NPN hay PNP có tổng trở đầu vào tương đối nhỏ ở cách lắp ráp thông -U 1 thường kiểu E chung. Hình 1.2.4-1. Sơ đồ nguyên lí hoạt động của FET GVHD: ………… 20 SVTH:…………….
nguon tai.lieu . vn
Thạc sĩ - Tiến sĩ - Cao học Công nghệ thông tin Kinh tế - Thương mại Tài chính - Ngân hàng Kiến trúc - Xây dựng Điện-Điện tử-Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Công nghệ - Môi trường Báo cáo khoa học Quản trị kinh doanh Khoa học xã hội Khoa học tự nhiên Nông - Lâm - Ngư Y khoa - Dược