TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Đề tài: Thiết kế bộ nghịch lưu độc lập nguồn áp một pha

Giảng viên hướng dẫn : GV. NGUYỄN THỊ ĐIỆP
Sinh viên thực hiện

: BÙI THIÊN KIỀU
PHẠM THỊ LINH
PHẠM THỊ THANH XUÂN

Lớp

: D7-CNTD1

Hà Nội, tháng 04 năm 2015


MỤC LỤC
Lời nói đầu .............................................................
Mục lục...................................................................
CHƯƠNG 1: Giới thiệu chung về nghịch lưu độc lập............................
I.1 Vấn đề chung...........................................................................................
I.1.1 Nghịch lưu độc lập.................................................................................
I.1.2 MOSFET..............................................................................................
I.1.3 Một số sơ đồ nghịch lưu độc lập điện áp.............................................
CHƯƠNG 2: Tính toán và thiết kế mạch lực..........................................

Dòng điện
xoay chiều

B.Phân loại
-

Nghịch lưu độc lập nguồn áp : cho phép biến đổi từ điện áp một chiều E thành
nguồn điện áp xoay chiều có tính chất như điện áp lưới, trạng thái không tải là
cho phép còn trạng thái ngắn mạch tải là sự cố.

-

Nghịch lưu độc lập dòng điện: cho phép nguồn dòng 1 chiều thành nguồn điện
xoay chiều

-

Nghịch lưu độc lập cộng hưởng : có đặc điểm khi hoạt động luôn hình thành
một mạch vòng dao động cộng hưởng RLC.

-

Tải của nghịch lưu độc lập là thiết bị xoay chiều có thể là một pha hoặc ba pha
do đó cũng được chế tạo thành hai dạng : nghịch lưu độc lập một pha và nghịch
lưu độc lập ba pha.

C. Các loại van bán dẫn thường dùng
D7-CNTD1

Page 3

Luyện kim và các bộ biến đổi nguồn năng lượng mới.

I.1.2 MOSFET

D7-CNTD1

Page 4

hưởng:

sử


GVHD:Nguyễn Thị Điệp
A.Cấu tạo
Phần chính của Mosfet có cấu trúc như hai bản cực của một tụ điện

Một bản kim loại ở phía trên được nối với chân ra (chân Gate) (G - Gate)
là cực điều khiển được cách ly hoàn toàn với cấu trúc bán dẫn còn lại bởi lớp
điện môi cực mỏng nhưng có độ cách điện cực lớn đioxil-silic (SiO2).
Hai cực còn lại là cực gốc (S - Source) và cực máng (D - Drain).
Cực máng là cực đón các hạt mang điện. Nếu kênh dẫn là n thì các hạt
mang điện sẽ là các điện tử (electron), do đó cực tính điện áp của cực máng sẽ
là dương so với cực gốc. Trên ký hiệu phần tử, phần chấm gạch giữa D và S để
chỉ ra rằng trong điều kiện bình thường không có một kênh dẫn thực sự nối giữa
D và S. Cấu trúc bán dẫn của MOSFET kênh dẫn kiểu p cũng tương tự nhưng
các lớp bán dẫn sẽ có kiểu dẫn điện ngược lại.
Tuy nhiên đa số các MOSFET công suất là loại
có kênh dẫn kiểu n.
Trong chế độ làm việc bình thường U DS > 0. Giả

lượng giữa tải và nguồn thường cần có các
diode ngược mắc song song với các van bán dẫn.Ưu điểm của MOSFET là đã
có sẵn một diode nội tại như vậy.

B. Kí hiệu

a. Mosfet kênh N

D7-CNTD1

b. Mosfet kênh P

Page 6


GVHD:Nguyễn Thị Điệp
C. Đặc tính tĩnh (đặc tuyến VA)
Khi điện áp điều khiển UDS nhỏ hơn một ngưỡng nào đó, cỡ 3V, MOSFET
ở trạng thái khoá với điện trở rất lớn giữa cực máng D và cực gốc S. Khi U GS cỡ
5 - 7V, MOSFET sẽ ở trong chế độ dẫn. Thông thường điều khiển MOSFET
bằng điện áp điều khiển cỡ 15V để làm giảm điện áp rơi trên D và S. Khi đó
UDS sẽ gần như tỷ lệ với dòng ID.

Đường đặc tính tĩnh V-A
Đặc tính tĩnh của MOSFET có thể được tuyến tính hoá chỉ bao gồm hai
đoạn thể hiện hai chế độ khoá và dẫn dòng .Theo đặc tính này dòng qua
MOSFET chỉ xuất hiện khi điện áp điều khiển vượt qua một giá trị ngưỡng
UDS(th). Khi đó độ nghiêng của đường đặc tính khi dẫn dòng đặc trưng bởi độ
dẫn:


dẫn => chứng tỏ không có dòng điện đi qua cực GS.

•

Khi công tắc K2 đóng, điện áp tích trên tụ C1 giảm bằng 0
=> UGS= 0V => đèn tắt
- Nhận xét :
Từ thực nghiệm trên ta thấy rằng :
Điện áp đặt vào chân G không tạo ra dòng GS như trong Transistor thông
thường mà điện áp này chỉ tạo ra từ trường
=> làm cho điện trở RDS giảm xuống .

D7-CNTD1

Page 8


GVHD:Nguyễn Thị Điệp
E. Các thông số cơ bản của van MOSFET
Th Thông số
Tên tham số
ứ tự
1
Điện áp Điện áp đánh thủngDS
Điện áp đánh thủng GS
Điện áp tối đa cho phép giữa
các cưc DS
2
Dòng
Dòng cực máng tối đa cho

Điện dung cổng ra
Điện dung chuyển đổi
Điện tích tổng của cực Gate
7
Nhiệt
Nhiệt trở xác lập ở giữa quá
độ “np-vỏ”
Nhiệt trở xác lập quá độ “npmôi trường”
Nhiệt trở xác lập “vỏ-tản
nhiệt”
Nhiệt trở quá độ giữa quá độ
“np-vỏ”
Nhiệt trở tối đa cho phép ở
quá độ “pn”
D7-CNTD1

Page 9

Kí hiệu
U(BR)DSS
U(BR)DGR
UDS
iD
iDM
UGSS
UGS(th)
gFS
RDS(on)
PD


COSS= CGD+ CDS
CRSS= CGD
Theo chế độ quy định
Có tản nhiệt chuẩn

RThj.A

Không có tản nhiệt

RThj.S
ZThj.C

Với xung dòng có thời
gian quy định

TJ(max)

Cả nhiệt độ âm và
dương


GVHD:Nguyễn Thị Điệp
F . Một số hình ảnh thực tế của van:

Hình ảnh van được sử dụng trong mạch

I.1.3 MỘT SỐ SƠ ĐỒ NGHỊCH LƯU ĐỘC LẬP ĐIỆN ÁP
D7-CNTD1

Page 10

•

Za= Zb= Zc

Các điôt : D1,D2,D3,D4,D5,D6 làm chức năng trả năng lượng về nguồn. Tụ C
đảm bảo nguồn là nguồn áp và để tiếp nhận năng lượng phản kháng từ tải.
Để đảm bảo tạo ra điện áp ba pha đối xứng, luật dẫn của các van phải tuân
theo quy luật :
•

T1 và T4 dẫn lệch nhau 180 và tạo ra pha A.

•

T3 và T6 dẫn lệch nhau 180 và tạo ra pha B.

•

T5 và T2 dẫn lệch nhau 180 và tạo ra pha C.

•

Các pha lệch nhau 120.

D7-CNTD1

Page 12


GVHD:Nguyễn Thị Điệp

khoảng này cho đến khi van mở ở đầu chu kì.
+ Nếu năng lượng tích lũy không đủ lớn thì bó sẽ bị tiêu tán hết trước
thời điểm T và dòng kịp về đến 0, tuy nhiên do lúc này Tr3, Tr4 đang mở

D7-CNTD1

Page 13


GVHD:Nguyễn Thị Điệp
nên dòng tải sẽ đảo dấu , nguồn E lại cấp năng lượng cho tải. Đến thời
điểm T , Tr1, Tr2 mở trở lại , dòng đang âm nên không thể đảo chiều
được ngay, buộc phải chảy qua diot D1, D2, chỉ đến khi năng lượng trên
điện cảm hết thì dòng mới đảo về giá trị dương.
Ở phương pháp này dòng luôn làm việc ở chế độ liên tục

Đồ thị điện áp và dòng điện mạch van.

Điện áp ra thỏa mãn các điều kiện của điện áp xoay chiều điều hòa :
•
•
•
•

Điện áp ra có hai dấu âm và dương
Giá trị trung bình bằng không (=0)
Sau một nửa chu kì có giá trị bằng nhau nhưng ngược dấu : u(t)=u(t)+u(t+T/2)
Sau một chu kì lặp lại trạng thái : u(t)=u(t+T)

B. Tính toán các thông số sơ đồ

D7-CNTD1

Page 15


GVHD:Nguyễn Thị Điệp

Trị số nguồn một chiều:
Ta có:

Để có trị số hiệu dụng 220V đầu ra cần nguồn 1 chiều :

Chọn

Chọn
Giá trị trung bình dòng qua van

•

Thông số chọn van mosfet là :
Theo chỉ tiêu dòng điện ta có :
Iv > kIV . ITr

D7-CNTD1

Page 16


GVHD:Nguyễn Thị Điệp
Chọn kIv = 1,2


IDS max
(μA)
250

IGS max
(ηA)
500

tr max
(ηs)
15

tf max gf min
(ηs) (S)
30
4

Tính toán chọn tụ một chiều đầu vào :
Trong thực tế năng lượng 1 chiều không được lấy trực tiếp từ nguồn 1
chiều (acqui) mà từ lưới điện xoay chiều thông qua mạch chỉnh lưu

Trong trường hợp này phải mắc ở đầu ra chỉnh lưu một tụ điện C, có
nhiệm vụ:
-

Làm phẳng điện áp đầu ra tạo nguồn E

-



D7-CNTD1

Mắt lọc song song L2 C2 :

Page 18


GVHD:Nguyễn Thị Điệp


Mắt lọc nối tiếp L1 C1 :

Dòng qua mắt coi như bằng dòng qua tải :

II.3 CHỌN CÁC PHẦN TỬ BẢO VỆ
•

Bảo vệ bằng cầu chì
Mạch điện được tính toán với dòng tối đa bên sơ cấp , để tránh tình trạng
quá tải hay ngắn mạch gây sự cố phá hỏng thiết bị ta chọn thiết bị cầu chì
là cắt nhanh với dòng xác định

•
•

Chọn làm mát bằng cánh tản nhiệt không khí
Bảo vệ quá dòng:
Mắc thêm một cuộn kháng nối tiếp trước van mosfet,
Xét quá trình quá độ trong mạch

Page 20


GVHD:Nguyễn Thị Điệp
CÁC THIẾT BỊ DÙNG TRONG MẠCH
Thứ tự
1
2
3
4

D7-CNTD1

Tên thiết bị
Mosfet 840
Tụ C
Điện cảm L
Điện trở R

Số lượng
4
3
2
4

Page 21

Thông số
,,
,

nhờ áp dụng kĩ thuật xung – số đơn giản , trong đó có khâu tạo dao động và bộ
chia tần sử dụng mạch trigơ ( Flip Flop) ở chế độ đếm nhị phân với tần số bộ
dao động gấp đôi tần số điện áp ra.
a. Khâu tạo dao động
•

Sử dụng phương pháp tạo xung đơn dùng IC logic
D7-CNTD1

Page 22


GVHD:Nguyễn Thị Điệp
•
-

Đặc điểm:
trong họ IC có loại chế tạo với cửa vào hoạt động theo ngưỡng gọi là kiểu trigơ
Schmitt, mạch đa hài đợi cần chính tính chất này. Nguyên lý hoạt động thể hiện
trên đồ thị ở đây dùng cách cho tụ nạp chậm từ điện áp đầu vào qua điện trở R
để hình thành độ rộng xung, còn khi đầu vào bằng 0 thì tụ phóng nhanh qua
diot. Độ rộng xung quyết định bởi thời gian tụ nạp từ 0 đến giá trị ngưỡng lật
trạng thái của mạch logic L1 ( ngưỡng này bằng 2/3E), biểu thức tính toán gần
đúng là :
tx= 0,693RC 0,7RC.

(1)

Lưu ý :
•

- Khoảng thời gian xung : =0

(2)

- Chu kỳ tạo dao động T= ; và tần số f=1/T
- Có thể coi phạm vi điều chỉnh ; và thường .
- Để hiệu chỉnh tần số , thường gồm 1 biến trở nối tiếp điện trở.
- Với E=245(V),f=50Hz thì chu kì làm việc của băm xung áp là
T=1/50=0,02(s)
- Chọn
- Do đó sự phân bố 2 khoảng thời gian là :
-

;
Chọn tụ C=33nF, từ những biểu thức (1) và (2) suy ra :
86,5kΩ
779kΩ
Time 555 ghép với bộ chia tần (J-K. flip-flop)

D7-CNTD1

Page 24


GVHD:Nguyễn Thị Điệp

Tạo xung dao động có chu kì t=0,02 s như hình
b. Khâu tạo trễ mở
•
•