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 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 .
2
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 : đm
+ Hệ số công suất định mức cos
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.
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
4
SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3
GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
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
Giaí thiãút U’1 vaì M’ laì âiãûn aïp vaì mämen luïc
táön säú f1’, 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 = C
te
vaì táön säú giaím coï âàûc tênh cå
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
5
SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3
GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
nhæ hçnh 14.7b, caïch âiãöu chènh naìy coï caïc âàûc
tênh thêch håüp våïi loaûi taíi cáön MC = C
te
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 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
P
q
P
Anôt
N
N
d
- 0
Katoá
( bt )
(a)
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
P
Ei
N
P
U
+ -
N
U
- +
( aphân
) cực thuân Điôt
(b)
Hình a:sự
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 E i .Thông
thường U> E i 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 .
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
9
SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3
GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
Khi đổi chiều cực tính điện áp đặt vào Điôt , điện trường ngoài sẽ tác
động cùng chiều với điện trường nội tại E i .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)
- t0 : Nhiệt độ của môi trường (0 C)
-U: điện áp đặt trên Điôt (V)
I
1
U
UZ
U
2
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 E i 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
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
10
SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3
GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
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.
C
P
N
P
B
C
B
E
E
(a)
(b)
Hình 2. 4 Transistor PNP:
a). cấu tạo
b). ký hiệu
C
N
B
P
N
C
B
E
E
(a)
(b)
Hình 2. 5 Transistor NPN:
a). cấu tạo
b). ký hiệu
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
11
SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3
GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
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
E B
UBE E
IE
(a)
a.cấu trúc
2.Nguyên lý hoạt động
(b)
b.ký hiệu
E
N
Emiter
C
p
pP
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 BC 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:
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
12
SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3
GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
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 .Vậy thành phần chính của I C = 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 = 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.
-
- 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
IC
b
UCE
UCE
(b)
(a)
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
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
13
SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3
GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
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.
UCE
Vùng
tuyến
tính
Vùng gần bão hoà
Vùng bão hoà I
C
hoøa
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 –oxidsemiconductor) 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
Dòng hằng
điện số
máng
= 9V
= 7,5V
= 6V
= 4,5V
máng
Cửa
= 3V
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Điện áp máng - nguồn14
(a)
(b)
nguồn
SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3
GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
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
MOSFET có cấu truc như hình:
E
G
N
E
P
C
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
15
SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3
Q1
PNP
GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
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.
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
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
16
SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3
GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
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
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
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
17
SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3
GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
-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 , ứng
dụng trong cả cung cấp điện và truyền động điện
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
18
SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3
GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
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
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 .
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
19
SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3
GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC
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 :
- 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.
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
20
- Xem thêm -