Trường Đại học sư phạm kĩ thuật Hưng yên Đồ án môn học
Khoa Điện – Điện tử
MỤC LỤC
trang
CHƯƠNG I Giới thiệu một số van bán dẫn công suất… ………… 5
1.1. Diode công suất ………………… …………………………………… 5
1.2. Transistor công suất ……………………………………………………… 7
1.3 . Mosfet công suất …………………………………………………… 8
1.4 . Thyristor …………………………………………………… 12.
CHƯƠNG II Tổng quan về mạch nghịch lưu một pha 14
2.1. Tổng quan về nghịch lưu 14
2.2.Nghịch lưu độc lập 14
2.2.2 .Nghịch lưu độc lập nguồn áp một pha qua máy biến áp điểm giữa 15
2.2.3. Nghịch lưu độc lập nguồn áp cầu 1pha 18
2.2.4.Nghịch lưu độc lập nguồn dòng cầu 1 pha 21
CHƯƠNG III Tính toán và thiết kế mạch 25
3.1.Tính toán máy biến áp 25
3.2.Mosfet công suất IRF3205 26
3.3.Thiết kế mạch điều khiển 28
3.4. Mạch lực 33
3.5. Mạch cách ly 34
3.6. Nguyên lý hoạt động của toàn hệ thống 36
Hướng phát triển của đề tài 38
Kết luận 39
Tài liệu tham khảo.
SVTH: Nguyễn Danh Sách GVHD: Nguyễn Trung Thành
Trần Văn Thắng
Trương Đức Thịnh 1
Trường Đại học sư phạm kĩ thuật Hưng yên Đồ án môn học
Khoa Điện – Điện tử
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

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: “Nghiên cứu 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 dẫn chỉ bảo nhiệt tình của thầy NGUYỄN ĐÌNH
HÙNG 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!
SVTH: Nguyễn Danh Sách GVHD: Nguyễn Trung Thành
Trần Văn Thắng
Trương Đức Thịnh 3
Trường Đại học sư phạm kĩ thuật Hưng yên Đồ án môn học
Khoa Điện – Điện tử
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Sinh viên thực hiện : 1. Nguyễn Danh Sách
2. Trần Văn Thắng
3. Trương Đức Thịnh
Lớp : 602101
Khoá học : 2010 - 2013
Ngành đào tạo : Kỹ Thuật Điện

1.1 Diode công suất
a)cấu tạo
Diode công suất là phần tử bán dẫn 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 mm
2
. Mật độ dòng
điện cho phép của tiếp giáp cỡ 10A/mm.
2
Do vậy dòng điện định mức của một số loại
diode có thể đạt tới hàng trăm ampe, như PK200, thậm chí hàng nghìn ampe như BB2-
1250. Cấu tạo và ký hiệu của diode công suất được mô tả như hình 1.1
Hình 1.1: Cấu trúc và ký hiệu của diode công suất
SVTH: Nguyễn Danh Sách GVHD: Nguyễn Trung Thành
Trần Văn Thắng
Trương Đức Thịnh 5
Trường Đại học sư phạm kĩ thuật Hưng yên Đồ án môn học
Khoa Điện – Điện tử
b)Đặc tính vôn – ampe:
U
m A
U
D 0
U
m A
A
U
m A
U
n g , m a x
U

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 = U
D0
+ i
D
R
D
Trong đó: U
D0
(V); I
D
(A); R
D
(Ω).
SVTH: Nguyễn Danh Sách GVHD: Nguyễn Trung Thành
Trần Văn Thắng
Trương Đức Thịnh 6
Trường Đại học sư phạm kĩ thuật Hưng yên Đồ án môn học
Khoa Điện – Điện tử
-Đặc tính V-A của diode thực tế là khác nhau, nó phụ thuộc vào dòng điện cho phép và
điện áp ngược mà diode chịu được. Theo đặc tính lý tưởng thì điện trở tương đương của
diode bằng 0 theo chiều thuận và bằng
∞
theo chiều ngược.
1.2 Tranzisto công suất ( Transistor lưỡng cực BJT ).
Transistor lưỡng cực là thiết bị gồm ba lớp bán dẫn NPN hoặc PNP, được dùng để
đóng cắt dòng điện một chiều có cường độ tương đối lớn.Hệ số khuyếch đại dòng, kí hiệu
là

Năng lượng tổn thất tỉ lệ thuận với tần số hoạt động của transistor, khi đó nhiệt độ bên
trong Tranzistor không được vượt quá 200
o
C.Để giảm nhỏ năng lượng tổn thất do
Tranzistor chuyển trạng thái gây nên người ta dùng các mạch trợ giúp. Việc sử dụng các
mạch trợ giúp được xem là bắt buộc khi Tranzistor làm việc ở các điều kiện sau :
f > 5 kHz hoặc V
C
∞

≥

60V, I
C
> 5A
1.3 MOSFET công suất
SVTH: Nguyễn Danh Sách GVHD: Nguyễn Trung Thành
Trần Văn Thắng
Trương Đức Thịnh 8
Trường Đại học sư phạm kĩ thuật Hưng yên Đồ án môn học
Khoa Điện – Điện tử
MOSFET, viết tắt của "Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor" trong
tiếng Anh, có nghĩa là "transistor hiệu ứng trường Oxit Kim loại - Bán dẫn", là một thuật
ngữ chỉ các transistor hiệu ứng trường được sử dụng rất phổ biến trong các mạch số và
các mạch tương tự. Với những Mosfet công suất thường được sử dụng như những chuyễn
mạch điện tử công suất lớn
+)Transistor MOSFET được xây dựng dựa trên lớp chuyển tiếp Oxit Kim lạo và bán
dẫn ( ví dụ Oxit Bạc và bán dẫn Silic).Lớp bán dẫn có 2 loại nên có 2 loại MOSFET :
NMOSFET hay PMOSFET. Thông thường chất bán dẫn được chọn là silíc nhưng có một
số hãng vẫn sản xuất các vi mạch bán dẫn từ hỗn hợp của silíc và germani (SiGe), ví dụ

>0V, các điện tích dương ở cực G sẽ hút các điện tử của
nền P về phía giữa của hai vùng bán dẫn N và khi lực hút đủ lớn thì số điện tử bị hút
nhiều hơn, đủ để nối liền hai vùng bán dẫn N và kênh dẫn được hình thành.
Khi đó có dòng điện I
D
đi từ D sang S, điện áp phân cực cho cực G càng tăng thì
dòng ID càng lớn. Điện áp U
GS
đủ lớn để tạo thành kênh dẫn điện gọi là điện áp ngưỡng
U
GS(T)
hay U
T
. Khi U
GS
<U
T
thì dòng cực máng I
D
= 0
Hoạt động của MOSFET có thể được chia thành ba chế độ khác nhau tùy thuộc
vào điện áp trên các đầu cuối. Với transistor NMOSFET thì ba chế độ đó là:
-Chế độ cut-off hay sub-threshold (Chế độ dưới ngưỡng tới hạn).
-Triode hay vùng tuyến tính
SVTH: Nguyễn Danh Sách GVHD: Nguyễn Trung Thành
Trần Văn Thắng
Trương Đức Thịnh 11
Trường Đại học sư phạm kĩ thuật Hưng yên Đồ án môn học
Khoa Điện – Điện tử
-Bão hòa

Trường Đại học sư phạm kĩ thuật Hưng yên Đồ án môn học
Khoa Điện – Điện tử
j
2
j
1
j
3
K
G
b > § Æc t Ýn h v « n - a m p e c ñ a t h y r i s t o ra > C Ê u t r ó c v µ k ý h i Ö u c ñ a t h y r i s t o r
n
n
p
p
U
i
I
d t
I v
0
U
v , t h
U
t h , m a x

I
G2

>

< 0 thì tiếp giáp J1 và J3 bị phân cực ngược còn J2 phân cực thuận, khi đó
dòng điện qua thyristor rất nhỏ. Gọi là dòng điện dò.
-Nếu thực hiện tăng U
AK
đến giá trị nhỏ hơn U
ng,max
thì dòng điện qua thyristor cũng vẫn
rất nhỏ. Nếu cứ tiếp tục tăng đến giá trị U
AK
> U
ng,max
thì xẽ sẩy ra hiện tượng thyristor bị
đánh thủng, dòng điện qua thyristor xẽ tăng lên rất lớn, quá trình này không đảo ngược
lại được.
*Khi U
AK
> 0 khi đó tiếp giáp J1 và J3 được phân cực thuận còn J2 bị phân cực ngược,
lúc này dòng điện qua thyristor cũng rất nhỏ, gọi là dòng điện dò.
-Nếu ta thực hiện tăng U
AK
đến giá trị lớn hơn điện áp thuận lớn nhất U
th,max
thì xẽ sẩy ra
hiện tượng điện trở tương đương A- K đột ngột giảm xuống và đòng điện dễ dàng chảy
qua thyristor, và giá trị của nó chỉ phụ thuộc vào điện trở mạch ngoài. Nếu khi đó dòng
qua thyristor lớn hơn dòng đuy trì I
dt
thì thyristor xẽ dẫn dòng trên đường đặc tính thuận (
giống như diode). Đặc tính thuận được đặc trưng bởi tính chất dòng điện có thể thay đổi
lớn nhưng điện áp rơi trên thyristor gần như không đổi.

- Nghịch lưu làm việc ở chế độ phụ thuộc vào lưới xoay chiều.
- 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
SVTH: Nguyễn Danh Sách GVHD: Nguyễn Trung Thành
Trần Văn Thắng
Trương Đức Thịnh 14
Trường Đại học sư phạm kĩ thuật Hưng yên Đồ án môn học
Khoa Điện – Điện tử
- Nghịch lưu độc lập cộng hưởng.
2.2 Nghịch lưu độc lập
Nghịch lưu độc lập là thiết bị biến đổi nguồn điện một chiều thành dòng xoay chiều
với tải độc lập không phụ thuộc vào lưới điện. Dòng xoay chiều có thể biến đổi được với
tần số mong muốn nên cũng gọi là thiết bị biến tần gián tiếp. Gián tiếp vì thường để có
nguồn một chiều phải có một khâu chỉnh lưu. Ở một số tài liệu kỹ thuật thiết bị này được
gọi là “ nghịch lưu ôtonôm” hay onduleur.
Như đã nói nghịch lưu độc lập được phân làm ba loại là nghịch lưu độc lập dòng,
nghịch lưu độc lập áp và nghịch lưu độc lập cộng hưởng. Người ta cũng có thể phân loại
theo số pha một pha, ba pha, cầu Ở nghịch lưu độc lập dòng ở đầu vào phải có điện cảm

Ở hình trên vẽ khoảng dẫn các linh kiện bán dẫn. Ta nhận thấy mọi chuyển mạch ở
dòng điện không bằng không tạo nên giữa một linh kiện có điều khiển và 1 diode. Tính
chất này chung cho các bộ nghịch lưu áp. Do máy biến áp có điểm giữa, điện áp trên cực
khoá chuyển mạch hở bằng 2 lần điện áp nguồn một chiều U ta gọi bộ nghịch lưu nhân
đôi điện áp.
c) Các biểu thức tính toán
Nếu giả thiết điện áp vào không đổi, dòng điện ra hình sin, máy biến áp và linh kiện
bán dẫn lý tưởng, ta dễ dàng tìm được điện áp ra và dòng điện vào:
- Điện áp ra: Trong một nửa chu kỳ điện áp ra bằng
2/
1
2
n
n
+
U và -
2/
1
2
n
n
U ở nửa chu
kỳ kia. Điện áp ra u’ có trị hiệu dụng bằng: U’ =
1
2
2
n
n
U
- Trị hiệu dụng thành phần cơ bản : U’

4
n
n
π
U (Sin
t
ϖ
+
3
1
Sin3
t
ϖ
+
5
1
Sin5
t
ϖ
+
7
1
Sin7
t
ϖ
) i sóng cơ bản,
u’còn chứa tất cả các điều hoà bậc lẻ. Biên độ điều nghịch với bậc của nó.
Dòng điện vào i có chu kỳ bằng một nửa chu kỳ của các đại lượng ra
t
ϖ

Trần Văn Thắng
Trương Đức Thịnh 17
Trường Đại học sư phạm kĩ thuật Hưng yên Đồ án môn học
Khoa Điện – Điện tử
I
hd
=
2
1
'
2
1
2
m
I
n
n
Nhấp nhô:
i
∆
= i
max
- i
min
=
)1('
2
1
2
ϕ

điện áp xoay chiều ra tải
R,L:là phụ tải
D1,D2,D3,D4:là các diod đẫn dòng khi tải trả năng lượng về nguồn nuôi
is:là dòng nguồn xoay chiều dạng răng cưa
- Khi is >0 thì nguồn cung cấp năng lương cho tải(các thyristor dẫn dòng)
- Khi is <0 thì tải trả năng lượng về nguồn nuôi (các diod dẫn dòng)
C:là tụ lọc
SVTH: Nguyễn Danh Sách GVHD: Nguyễn Trung Thành
Trần Văn Thắng
Trương Đức Thịnh 18
Trng i hc s phm k thut Hng yờn ỏn mụn hc
Khoa in in t
b) Dng súng in ỏp v dũng in
c) Nguyờn lý hot ng
Giả sử T2 và T4 đang cho dòng chạy qua (dòng tải đi từ B A). Khi
t = 0 cho xung
mở T1 và T3, T2 và T4 bị khoá lại, dòng tải i = -Im không thể đảo
chiều một cách đột
ngột. Nó tiếp chảy theo chiều cũ nhng theo mạch D1 E D3tải
D1 và suy giảm
dần, D1 và D3 dẫn dòng khiến T1 và T3 vừa kịp mở đã bị khoá lại. Khi
t = t1, i = 0, D1 và
D3 bị khoá lại, T1 và T3 sẽ mở lại nếu còn xung điều khiển tác động ở
các cực G1, G3 dòng
SVTH: Nguyn Danh Sỏch GVHD: Nguyn Trung Thnh
Trn Vn Thng
Trng c Thnh 19
Trng i hc s phm k thut Hng yờn ỏn mụn hc
Khoa in in t
tải i > 0 và tăng chảy theo chiều từ AB.

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 T
1
, T
2
thì
lệch pha với tín hiệu điều khiển đưa vào đôi T
3
, T
4
một góc 180
0
.
Điện cảm đầu vào của nghịch lưu đủ lớn (L
d
= ∞), do đó dòng điện đầu vào được
san phẳng, nguồn cấp cho nghịch lưu là nguồn dòng dạng dòng điện của nghịch lưu (i
N
)
có dạng xung vuông.
Khi đưa xung vào mở cặp van T
1
, T
2
, dòng điện i
N
= i
d
= I

1
, T
2
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
= i
d
= I
d
nhưng đã đổi dấu.
Đến thời điểm (t = t
2
) người ta đưa xung vào mở T
1
, T
2
thì T
3
, T
4
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 t
1
, khi mở T
3
, T
4

đối với chế độ làm việc của nghịch lưu:
Dòng điện vào của nghịch lưu (i
d
) ảnh hưởng lớn đối với chế độ làm việc của nó.
Dòng đầu vào phụ thuộc vào giá trị của điện cảm L
d
.
SVTH: Nguyễn Danh Sách GVHD: Nguyễn Trung Thành
Trần Văn Thắng
Trương Đức Thịnh 22
Trường Đại học sư phạm kĩ thuật Hưng yên Đồ án môn học
Khoa Điện – Điện tử
Hình 1.2 Ảnh hưởng của điện cảm L
d
đối với chế độ làm việc của nghịch lưu.
a) L
d
= ∞; b) L
d
hữu hạn nhưng dòng I
d
là liên tục; c) Dòng I
d
gián đoạn.
Nếu điện cảm vào đủ lớn , dòng điện được san phẳng, nguồn vào thực chất là
nguồn dòng. Dạng dòng qua tiristor là dạng xung chữ nhật, do đó dòng điện của nghịch
lưu cũng là dạng xoay chiều dạng xung chữ nhật, và thời gian khóa (t
k
) của nghịch lưu là
lớn nhất. Khi điện cảm đầu vào chiếm một giá trị trung bình nào đó mà vẫn đảm bảo




−−








+








−+
=
−−
−−
CR
T
t
CR
T

trên hình 3.4b), góc khóa β = ω.t
k
≈ π/2., với t
k
là thời gian khóa của nghịch lưu.
Nghịch lưu dòng không có khả năng làm việc ở chế độ không tải, vì nếu R
t
→ ∞
thì U
t
→ ∞ và i
d
→ ∞. Trên thực tế khi R
t
lớn vô cùng thì điện áp trên tải cũng tiến đến
giá trị rất lớn, do đó quá trình chuyển mạch không thể thực hiện được, cũng như không
có thiết bị bán dẫn nào chịu đựng nổi độ quá điện áp lớn như vậy.
Ngược lại, khi tăng phụ tải (tương đương với việc giảm giá trị R
t
), lúc này dòng
nạp cho tụ sẽ giảm, ngược lại dòng phóng của tụ qua tải sẽ tăng lên. Điều đó dẫn đến
giảm năng lượng tích trữ trong tụ, dạng điện áp trên tải sẽ có dạng gần với hình chữ nhật,
nhưng góc β cũng giảm đáng kể và ảnh hưởng đến quá trình chuyển mạch của nghịch lưu
(đường 2 hình 3.4b).
SVTH: Nguyễn Danh Sách GVHD: Nguyễn Trung Thành
Trần Văn Thắng
Trương Đức Thịnh 24
Trường Đại học sư phạm kĩ thuật Hưng yên Đồ án môn học
Khoa Điện – Điện tử
Thời gian t

1
= 2.U
11
= 2.12 = 24( V )
Công suất của máy biến áp: S =
η
.U
2
.I
2

SVTH: Nguyễn Danh Sách GVHD: Nguyễn Trung Thành
Trần Văn Thắng
Trương Đức Thịnh 25