Trường đại học hàng hải
Khoa điện – điện tử tàu biển
THIẾT KẾ MÔN HỌC
MÔN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Đề bài: bài số 14
Thiết kế bộ nghịch lưu 1 pha
Yêu cầu công nghệ Thông số thiết kế
Thiết kế bộ nghịch lưu 1
pha
Nguồn cấp:Uv=12VDC
Nguồn ra:Ur=220VAC
Công suất:500VA

Giáo viên hướng dẫn: Đoàn Văn Tuân
Sinh viên:Phạm Minh Nghĩa

Hải phòng ,năm 2012

1
Đề cương sơ bộ
Chương 1: Tổng quan về công nghệ nghịch lưu 1 pha.
1.1 .Tổng quan về công nghệ.
1.2. Yêu cầu của công nghệ.
1.3 . Phạm vi ứng dụng .

Chương 2: Tính chọn mạch công suất.
2.1. Các mạch công suất .
Mạch nghịch lưu dùng tranzitor công suất 2n3055
Mạch nghịch lưu 1 pha dùng mosfet
Dùng IC 4047 để tạo xung đa hài .Điện áp đầu ra của 4047 là 11V ở
mức cao và 0.05 V ở mức thấp.

Thầy: Đoàn Văn Tuân Phạm Minh Nghĩa
3
Nhận xét của giáo viên huớng dẫn:
4
Tên đề tài
Thiết kế mạch nghịch luư 1 pha

Chuơng 1: Tổng quan về công nghệ nghịch lưu .
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
5

Nhiều pha.
-Theo sơ đồ :
Hình tia
Hình cầu.
- Sơ đồ nghịch lưu làm việc ở chế độ phụ thuộc vào lưới xoay chiều.
- Sơ đồ nghịch lưu làm việc ở chế độ độc lập (với các nguồn độc lập như ác
quy, máy phát một chiều )
Nghịch lưu phụ thuộc có sơ đồ nguyên lý giống như chỉnh lưu có điều
khiển. Mạch nghịch lưu phụ thuộc là mạch chỉnh lưu trong đó có nguồn một
chiều được đổi dấu so với chỉnh lưu và góc mở α của các tiristo thoả mãn
điều kiện (π/2 < α <π ) lúc đó công xuất của máy phát điện một chiều trả về
lưới xoay. Tần số và điện áp nghịch lưu này phụ thuộc vào tần số điện áp
lưới xoay chiều.
Nghịch lưu độc lập làm nhiệm vụ biến đổi điện áp một chiều từ các
nguồn độc lập (không phụ thuộc vào lưới xoay chiều) thành xoay chiều với
tần số pha tuỳ ý. Tần số và điện áp nghịch lưu. Nói chung có thể điều chỉnh
tuỳ ý. Có hai dạng sơ đồ nghịch lưu độc lập là mạch cầu và mạch dùng biến
áp có trung tính.
Sơ đồ nghịch lưu lập được chia là ba loại cơ bản:
- Nghịch lưu độc lập điện áp .
- Nghịch lưu độc lập dòng điện.
7
- Nghịch lưu độc lập cộng hưởng.
1.2. 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…
1.2. phạm vi ứng dụng.

khuyếch đại thuật toán.
Phương án này tuy chuyển được nguồn một chiều 12V lên 220V xoay
chiều nhưng có nhược điểm độ ổn định không cao .
b.phương án 2
- Dùng IC 4047 để tạo xung đa hài .Điện áp đầu ra của 4047 là 11 V ở
mức cao và 0.05 V ở mức thấp.
- Dòng điện và điện áp làm việc của IC nhỏ, còn ở mạch động lực dòng
làm việc lớn. Để cáchly giữa mạch điều khiển và mạch động lực ta sử dụng
PC817
Khi được cấp nguồn 4047 sẽ hoat động tạo xung 50Hz và lệch pha
nhau 180 độ. Diode của PC phat sáng có xung trên Colecto của PC. Xung
điện áp đối xứng kích mở cho K956, K956 dẫn dòng làm cho máy biến áp
điểm giữa xuất hiện dòng điện trong cuộn sơ cấp ở cả hai nủa chu kỳ.
c.phương án 3
9

-Dùng ic 3525 và tranzitor irf3205
- tranzitor irf 3205 sẽ đóng cắt dòng điện theo xung nhịp của ic 3525 phát
ra.
2.2: Tính toán các van bán dẫn công suất
a. Tranzitor irf 3205
hình dạng: ký hiệu

D - cực máng ( drain ) : các điện tích đa số từ thanh bán dẫn chảy ra
máng.
S - cực nguồn ( source ) : các điện tích đa số từ cực nguồn chảy vào
thanh bán dẫn.
G - cực cổng ( gate ) : cực điều khiển.
Datasheet:
10

η
*U2*I2
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
η
là hiệu suất máy biến áp
Chọn
η
= 0,85 ta tính được dòng điện thứ cấp của máy biến áp
I2 =
2
.U
P
η
= 2.67(A)
Áp dụng tỉ số máy biến áp
1
2
2
1
I
I
U
U
=

⇒
I1 =
1

Đường kính dây thứ cấp: Atc=π dtc^2/4.
Atc=2.5/24.47=0.102
Dtc= √ (4Atc/π)
Dtc=sqrt(4*0.102)/3.14=0.36cm
suy ra d=3.6(mm)
* Tính toán tản nhiệt
- Theo datasheet của hãng chế tạo IRF3025 ta biết nhiệt độ TJmax =
150C. RJV = 0.5(0C/ W).
RJV (kháng nhiệt).
Với giả thiết nhiệt độ môi trường làm việc tối đa là 40C.
Như vậy nhiệt độ trên cánh tản nhiệt được xác định là
14
Tr = Tj – RJV. ∆P
Trong đó Theo datasheet của hãng chế tạo IRF3205 ta biết được tổn hao
cực đại là 50W.
Tr = Tj – RJV. ∆P = 150 – 0.5*50 = 125(0C)
⇒
Độ chênh lệch nhiệt độ so với môi trường là :
)(8540125
0
C
=−=
τ
Diện tích bề mặt tản nhiệt :
τ
.
m
P
TN
K


15
3.2.1.
Nhiệm
vụ và
chức
năng
của
mạch
điều khiển :
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 :
16
Về độ lớn của dòng điện và điện áp điều khiển:

chân 13: cấp dương
chân 14 : phát xung nửa chu kỳ còn lại
chân 15:nối dương
chân16 : nguồn duơng
Datasheet
19
20
Sơ đố khối
Chế độ hoạt động

Mạch ổn áp xung hoat động theo 2 nguyên tắc: một là điều xung PWM với
tần số cố định ,hai là điều tần với xung vuông. Xung này được đưa từ bộ
phát xung vào chân gate cua MOSFET công suất ,điều dòng bật tắt qua cuộn
cảm tạo điện thế ra,và được lọc bằng tụ điện.

21
Hai điện thế ở ngõ ra đượ hồi tiếp về chân 1 và 2 .Hai chân này sẽ điều
chỉnh độ tắt mở xung phát ra PWM .Xung này sẽ điều khiển đóng mở cho
MOSFET qua 2 đầu ra 11 và 14.
Xung ra ỏ chân 11 và chân 14 seư thay đổi nhờ chân 1 và 2
Khi dòng tải tăng làm cho điện thế ngõ ra giảm ,tín hiệu hồi tiếp giảm ,mạch
điều xung sẽ tăng thời gian bật làm MOSFET công suất bật lâu hơn ,làm
tăng năng lượng qua biến thế ,đưa điện thế lên cao.Khi dòng tải giảm thì quá
trình ngược lại. Quá trình này sẽ làm ổn định hệ thống
Các chân 5 và 6 được nối với tụ và trở để ổn định tần số giao động và phãt
xung PWM . Chân 8 được nối mát để việc khởi đọng được êm.
Chân 10 sẽ bật tắt hoạt động của chip
Dạng sóng đầu ra
22
Sơ đồ nguyên lý: