BÁO cáo BTL Điện tử công suất: MÔ PHỎNG MẠCH NGHỊCH LƯU BĂM Xung

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT NHÓM SINH VIÊN SỐ 6 Nguyễn Hữu Thành Đạt –B19DCDT049 Hoàng Trường Giang –B19DCDT065 Hoàng Thị Hồng Ngát –B19DCDT159 Nguyễn Hồng Đức –B19DCDT061 Nguyễn Quốc Hiếu –B19DCDT077 Đặng Phương Năm –B19DCDT157 Hà Nội, tháng 4 năm 2022 MỤC LỤC I LÝ THUYẾT 3 Câu 6 Trình bày về quá trình mở cho dòng chảy qua củaThyristor 3 Câu 16 Phương pháp lọc điện bằng tụ điện 4 Câu 26 Trình bày phương pháp bảo vệ ngắn mạch cho các bộ biến.

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

NHÓM SINH VIÊN SỐ 6:

Nguyễn Hữu Thành Đạt –B19DCDT049

Hoàng Trường Giang –B19DCDT065

Hoàng Thị Hồng Ngát –B19DCDT159

Nguyễn Hồng Đức –B19DCDT061

Nguyễn Quốc Hiếu –B19DCDT077

Đặng Phương Năm –B19DCDT157

Hà Nội, tháng 4 năm 2022

MỤC LỤC

I LÝ THUYẾT……… ….3

Câu 6: Trình bày về quá trình mở cho dòng chảy qua củaThyristor………… …3 Câu 16: Phương pháp lọc điện bằng tụ điện……… ….4 Câu 26: Trình bày phương pháp bảo vệ ngắn mạch cho các bộ biến đổi…… ….6 Câu 36: Sự phối hợp công tác giữa các tiristo khi chúng mắc song song…… ….7

II TỔNG HỢP CÔNG THỨC VÀ BÀI TẬP NHÓM……….8 III MÔ PHỎNG MẠCH NGHỊCH LƯU BĂM XUNG………14

IV BÁO CÁO LÀM VIỆC

NHÓM……… 16

I CÂU HỎI LÝ THUYẾT:

Câu 6: Trình bày về quá trình mở cho dòng chảy qua của Thyristor:

- Thyristor hay Chỉnh lưu silic có điều khiển là phần tử bán dẫn cấu tạo từ bốn lớp bán

dẫn, ví dụ như P-N-P-N, tạo ra ba lớp tiếp giáp P-N: J1,J2,J3

- Thyristor có ba cực hoạt động là anot (A), catot (K) và cực điều khiển Gate (G)

-P1

-+

-+

N1

-+

-+

-+

P2

-+

-+

+

N2

+

K

J1 Ei J2 J3

G

Hình :Cấu tạo thyristor

G

- Quá trình mở cho dòng chảy qua của Thysistor

Nếu cho một xung điện áp dương Ug tác động vào cực G (dương so với K ) thì các electron từ N2 chạy sang P2 Đến đây một số ít trong chúng chảy về nguồn Ug và hình thành dòng điều khiển Ig chảy theo mạch G1 - J3 - K - G , còn phần lớn điện tử dưới sức hút của điện trường tổng hợp của mặt J2 lao vào vùng chuyển tiếp này chúng được tăng tốc do đó có động năng rất lớn sẽ bẻ gãy các liên kết giữa các nguyên tử Si, tạo nên các điện tử tự do mới Số điện tử này lại tham gia bắn phá các nguyên tử Si khác trong vùng chuyển tiếp

🡪 Kết quả của các phản ứng dây chuyền này làm xuất hiện càng nhiều điện trở chạy vào vùng N1 qua P1 và đến cực dương của nguồn điện ngoài, gây nên hiện tượng dẫn điện ào ạt làm cho J2 trở thành mặt ghép dẫn điện bắt đầu từ một điểm nào đó ở xung quanh cực rồi phát triển ra toàn bộ mặt ghép với tốc độ lan truyền khoảng 1m/100 us

+E

R1

-E

Sơ đồ mở thyristo

- Có thể hình dung như sau :

Khi đặt Thyristor ở UAK> 0 thì Thyristor ở tình trạng sẵn sàng mở cho dòng chảy qua, nhưng nó còn đợi tín hiệu Ig ở cực điều khiển, nếu Ig > Igst thì Thyristor mở

Câu 16: Phương pháp lọc điện bằng tụ điện

a Khái niệm tụ điện:

+ Tụ điện: Là thiết bị điện tử không thể thiếu trong các mạch lọc, mạch dao dộng

và các loại mạch truyền dẫn tín hiệu xoay chiều Tụ điện có tên gọi tiếng anh là Capacitor và được viết tắt ký hiệu chữ “C” là một linh kiện rộng rãi trong các mạch điện tử

+ Tụ điện có 2 chân có thể ở dạng phân cực hoặc không phân cực, đối với tụ với phân cực cần cấp đúng điện áp để tụ có thể hoạt động (cực dương có hiệu điện thế cao hơn cực âm)

- Tụ điện là một linh kiện có 2 cực thụ động lưu trữ năng lượng điện Hay tích tụ điện tích bởi 2 bề mặt dẫn điện trong một điện trường

Rt

R2

- 2 bề mặt dẫn điện của tụ điện được ngăn cách bởi điện môi (dielectric) – là những chất không dẫn điện như: Giấy, giấy tẩm hoá chất, gốm, mica…

- Có nhiều loại tụ điện khác nhau và nó được phân loại dựa trên cấu tạo của tụ điện

- Khi 2 bề mặt có sự chênh lệch về điện thế, nó cho phép dòng điện xoay chiều đi qua Các bề mặt sẽ có điện tích cùng điện lượng nhưng trái dấu

- Người ta coi tụ điện là một ắc quy mini bởi khả năng lưu trữ năng lượng điện Tuy nhiên, cấu tạo của tụ điện cũng như nguyên lý làm việc của tụ điện với Ắc quy hoàn toàn khác nhau

- Đơn vị của tụ điện là Fara Cách quy đổi 1 Fara: 1F = 10-6MicroFara = 10-9 Nano Fara = 10-12 Pico Fara

b Phương pháp lọc tụ điện:

- Kiểm tra tụ điện: Là phương

pháp đo kiểm tra tụ giấy và tụ gốm, Phương pháp kiểm tra tụ hoá

- Đo kiểm tra tụ giấy và tụ gốm:

Tụ giấy và tụ gốm thường hỏng ở dạng bị dò rỉ hoặc bị chập, để phát hiện tụ dò rỉ hoặc bị chập

- Ở hình ảnh trên là phép đo kiểm tra tụ gốm, có ba tụ C1 , C2 và C3

có điện dung bằng nhau, trong đó C1 là tụ tốt, C2 là tụ bị dò và C3

là tụ bị chập

- Khi đo tụ C1 (Tụ tốt) kim phóng lên 1 chút rồi trở về vị trí cũ (Lưu ý các tụ nhỏ quá < 1nF thì kim sẽ không phóng nạp)

- Khi đo tụ C2 (Tụ bị dò) ta thấy kim lên lưng chừng thang đo và dừng lại không trở về vị trí cũ

- Khi đo tụ C3 (Tụ bị chập) ta thấy kim lên = 0 Ω và không trở về

Lưu ý: Khi đo kiểm tra tụ giấy hoặc tụ gốm ta phải để đồng hồ ở thang x1KΩ hoặc x10KΩ, và phải đảo chiều kim đồng hồ vài lần khi đo

c Đo kiểm tra tụ hoá:

- Tụ hoá ít khi bị dò hay bị chập

như tụ giấy, nhưng chúng lại hay

hỏng ở dạng bị khô (khô hoá chất

bên trong lớp điện môi) làm điện

dung của tụ bị giảm, để kiểm tra tụ

hoá, ta thường so sánh độ phóng

nạp của tụ với một tụ còn tốt có

cùng điện dung, hình ảnh dưới đây

minh hoạ

- Để kiểm tra tụ hoá C2 có trị số 100µF có bị giảm điện dung hay không, ta dùng tụ C1 còn mới có cùng điện dung và đo so sánh

- Để đồng hồ ở thang từ x1Ω đến x100Ω (điện dung càng lớn thì để thang càng thấp)

- Đo vào hai tụ và so sánh độ phóng nạp, khi đo ta đảo chiều que đo vài lần

- Nếu hai tụ phóng nạp bằng nhau là tụ cần kiểm tra còn tốt, ở trên ta thấy tụ C2 phóng nạp kém hơn do đó tụ C2 ở trên đã bị khô

Trường hợp kim lên mà không trở về là tụ bị dò

Chú ý: Nếu kiểm tra tụ điện trực tiếp ở trên mạch, ta cần phải hút rỗng một chân tụ khỏi mạch in, sau đó kiểm tra như trên

Câu 26: Trình bày phương pháp bảo vệ ngắn mạch cho các bộ biến đổi:

- Giống như các thiết bị điện tử khác, đoản mạch là lỗi nghiêm trọng nhất Độ tin cậy của bảo vệ ngắn mạch là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ tin cậy của nguồn điện đóng cắt

- IGBT (bóng bán dẫn lưỡng cực cổng cách điện) là thiết bị chuyển mạch điện tử công suất được sử dụng phổ biến nhất trong bộ nguồn chuyển mạch công suất trung bình và cao, có đặc điểm trở kháng đầu vào cao của bóng bán dẫn hiệu ứng trường, công suất dẫn động thấp, công suất dòng điện và điện áp lớn của bóng bán dẫn lưỡng cực và điện áp ống thấp

- Thời gian ngắn mạch mà IGBT có thể chịu được phụ thuộc vào độ sụt điện áp bão hòa của nó và kích thước của dòng ngắn mạch, thường chỉ từ vài s đến hàng chục

s Dòng điện ngắn mạch quá lớn sẽ không chỉ rút ngắn thời gian chịu ngắn mạch

mà còn làm cho tốc độ giảm dòng điện di / DT quá lớn trong quá trình tắt

- Do điện cảm rò rỉ và điện cảm dẫn, sẽ gây ra quá áp bộ thu IGBT Quá áp có thể tạo ra hiệu ứng hỗ trợ bên trong thiết bị và làm cho khóa IGBT bị hỏng, trong khi quá áp cao sẽ gây ra sự cố IGBT

Vì vậy, phải thực hiện các biện pháp bảo vệ hữu hiệu khi xảy ra quá dòng ngắn mạch

- Để nhận ra bảo vệ ngắn mạch của IGBT, phải thực hiện phát hiện quá dòng + Phương pháp phù hợp để phát hiện quá dòng IGBT thường là sử dụng cảm biến dòng Hall để phát hiện trực tiếp Ic dòng IGBT sau đó so sánh với giá trị ngưỡng

đã đặt để điều khiển tắt mở tín hiệu biến tần với đầu ra của bộ so sánh

+ Hoặc phương pháp điện áp gián tiếp được sử dụng để phát hiện sụt áp Vce của IGBT trong quá dòng Bởi vì sự sụt giảm điện áp của ống chứa thông tin dòng ngắn mạch, Vce tăng trong quá dòng và mối quan hệ về cơ bản là tuyến tính Vce trong quá dòng được phát hiện và so sánh với giá trị ngưỡng đã đặt

+ Trong trường hợp dòng điện ngắn mạch, để tránh quá áp gây ra bởi quá nhiều DI / DT của dòng tắt, dẫn đến khóa và hỏng IGBT không hợp lệ, và để giảm nhiễu điện từ, điện áp cổng mềm và Công nghệ bảo vệ tích hợp tắt mềm thường được áp dụng

- Để nhận ra bảo vệ ngắn mạch của IGBT, phải thực hiện phát hiện quá dòng

+ Sau khi tín hiệu quá dòng được phát hiện, bước đầu tiên là vào chương trình bảo

vệ hạ cấp để giảm biên độ dòng sự cố và kéo dài thời gian chịu tải ngắn mạch của IGBT

+ Sau khi hoạt động hạ lưới, một thời gian trễ cố định được đặt để đánh giá tính xác thực của dòng sự cố

+ Nếu lỗi biến mất trong thời gian trễ, điện áp lưới sẽ tự động được khôi phục; nếu vẫn còn lỗi, quy trình tắt mềm sẽ được tiến hành để làm cho điện áp lưới giảm xuống dưới 0V và tắt tín hiệu điều khiển IGBT

Vì dòng thu đã được giảm trong quy trình hạ bậc, nên sẽ không có tốc độ giảm dòng ngắn mạch quá mức hoặc quá áp quá mức trong quá trình tắt mềm

Câu 36: Sự phối hợp công tác giữa các tiristo khi chúng mắc song song.

- Triac được xem như là 2 thyristor mắc song song nhưng ngược chiều triac có cực

G, diac không có cực G

- TRIAC (viết tắt của Triode for Alternating Current) là phần tử bán dẫn gồm năm

lớp bán dẫn, tạo nên cấu trúc p-n-p-n như ở thyristor theo cả hai chiều giữa các cực T1 và T2, do đó có thể dẫn dòng theo cả hai chiều giữa T1 và T2 TRIAC có thể coi tương đương với hai thyristor đấu song song song ngược Để điều khiển Triac ta chỉ cần cấp xung cho chân G của Triac

- Đặc tính Volt-Ampere của TRIAC bao gồm hai đoạn đặc tính ở góc phần tư thứ nhất và thứ ba (hệ trục Descartes), mỗi đoạn đều giống như đặc tính thuận của một thyristor

- TRIAC có thể điều khiển cho mở dẫn dòng bằng cả xung dương (dòng đi vào cực điều khiển) lẫn xung âm (dòng đi ra khỏi cực điều khiển) Tuy nhiên xung dòng điều khiển âm có độ nhạy kém hơn, nghĩa là để mở được TRIAC sẽ cần một dòng điều khiển âm lớn hơn so với dòng điều khiển dương Vì vậy trong thực tế để đảm bảo tính đối xứng của dòng điện qua TRIAC thì sử dụng dòng điện dương là tốt hơn cả

-Ứng dụng TRIAC đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng điều chỉnh điện áp xoay chiều và các công-tắc-tơ tĩnh .Đặc tính Volt-Ampere:

-Đặc tính Volt-Ampere của TRIAC

Đặc tính Volt-Ampere của TRIAC bao gồm hai đoạn đặc tính ở góc phần tư thứ nhất và thứ ba (hệ trục Descartes), mỗi đoạn đều giống như đặc tính thuận của một thyristor TRIAC có thể điều khiển cho mở dẫn dòng bằng cả xung

dương (dòng đi vào cực điều khiển) lẫn xung âm (dòng đi ra khỏi cực điều khiển) Tuy nhiên xung dòng điều khiển âm có độ nhạy kém hơn, nghĩa là để mở được TRIAC sẽ cần một dòng điều khiển âm lớn hơn so với dòng điều khiển dương Vì vậy trong thực tế để đảm bảo tính đối xứng của dòng điện qua TRIAC thì sử dụng dòng điện âm là tốt hơn cả

II TỔNG HỢP CÔNG THỨC VÀ BÀI TẬP:

A TỔNG HỢP CÔNG THỨC:

B BÀI TẬP: Bài 6-10, 16-20, 26-30, 36-40, 46-50 Bài 6: Cho sơ đồ chỉnh lưu 1 pha hai nửa chu kỳ với:

kc = ΔU/Um = 0,01; R = 10kΩ; f= 300Hz Tính điện dung C

Nhận xét:

- Nguyên nhân chọn C> 0 là do đó là nguồn chỉnh lưu 1 pha

Bài 16: Cho sơ đồ chỉnh lưu tiristo 1 pha hai nửa chu kỳ làm việc ở chế độ nghịch lưu

phụ thuộc với các thông số:

U2 = 200V; E= 180V; f = 300Hz; LC = 1mH; R = 0,2Ω; L = ∞; IL L = ∞; I= L = ∞; I∞; L = ∞; IId = 200A;

Tính góc mở α và góc trùng dẫn μ

Nhận xét: do tần số quá lớn nên không tìm ra góc trùng dẫn.

Bài 26: Cho sơ đồ chỉnh lưu 3 pha tia với các thông số: kLC= 0,05; f= 300Hz Tính LC

Nhận xét:

- Nguyên nhân chọn L như vậy vì trong giới hạn đó nên nó mới hoạt động hiệu quả và đạt trạng thái tốt nhất

Bài 36: Cho sơ đồ chỉnh lưu tiristo 3 pha tia, trị trung bình của điện áp pha là U = 170V;

f= 300Hz, điện cảm và điện trở mỗi pha lần lượt là: LC = 1,5mH; R= 0,07Ω; Giả thiết điện áp rơi trên mối tiristo là ΔUT = 1,5 V và trị trung bình của dòng điện tải là: Id = 30A

Hãy tính trị trung bình của điện áp tải khi các góc mở α là 00; 300;450;600.

III MẠCH MÔ PHỎNG NGHỊCH LƯU BĂM XUNG:

Mạch nghịch lưu băm xung sử dụng IC 4047 để có thể đưa ra sóng vuông có tần số yêu cầu Mạch mô phỏng gồm có 4 phần:

● Phần đầu vào: gồm nguồn điện 12V DC, mắc song song với tụ điện 1000uF

để ổn định điện áp đầu vào, nối các chân 4,5,6,14 vào đầu dương của dòng điện DC; 7,8,9,12 với chiều âm của dòng điện từ đó kích hoạt trạng thái

monostable Chân 1 mắc với tụ điện 10nF, chân 2 mắc với biến trở có độ

lớn 100kΩ tất cả nối với đầu vào chân 3 để có thể điều chỉnh tần số xung theo mong muốn

● Đầu ra IC 4047: đầu ra của Ǫ và Ǭ ở chân 10 và 11 được tính theo công

thức f = 1 / (8,8xRxC) với R và C là điện trở và tụ điện đầu vào chân 2 và

1.

● Phần khuếch đại: Do xung ngõ ra từ IC CD4047 có dạng xung vuông và biên

độ 5V nên không đủ để kích dẫn Mosfet hoàn toàn, do đó cần mạch khuếch đại để điều khiển đóng cắt Mosfet Khi tín hiệu ngõ ra Q ở mức thấp thì transistor Q5 không dẫn, điện trở R3 kéo điện áp ở cực B của transistor Q4 lên 12V, làm Q4 dẫn điện Q4 dẫn kéo điện áp cực cổng của Mosfet Q1 lên mức cao làm kích dẫn Mosfet.Khi tín hiệu ngõ ra Q ở mức cao thì Q5 dẫn điện, kéo cực B của hai

transistor Q3, Q4 xuống 0V Q3 dẫn điện và đồng thời tụ ký sinh bên trong Mosfet

xả điện thông qua điện trở R9 và Q3.Do tín hiện Q và Q đảo ngược pha nhau nên khi Mosfet Q1 dẫn thì Q2 ngưng và Q2 dẫn thì Q1 ngưng Biến áp sử dụng có điểm giữa được nối với nguồn 12V, khi hai Mosfet Q1 và Q2 luân phiên dẫn điện thì bên thứ cấp xuất hiện điện áp xoay chiều 220 dạng xung vuông

● Mạch biến áp: sử dụng biến áp 3 đầu vào 2 ra Với bên phía 3 đầu vào ta

dùng nguồn điện 12v để vào dây ở giữa, còn 2 dây phía ngoai ta nối chúng với D của mosfet còn chân S nối với chiều âm dòng điện 12V để tạo khoa đóng ngắt của biến áp từ đó điều chỉnh tần số đầu ra của biến áp có tần số theo yêu cầu

IV BÁO CÁO LÀM VIỆC NHÓM:

Họ và tên sinh viên Công việc được giao

Nguyễn Hữu Thành Đạt Làm bài tập câu 16-20,36-38, viết báo cáo, làm lý thuyết câu 6. Hoàng Thị Hồng Ngát Thuyết trình bài tập, làm lý thuyết câu 16 Nguyễn Quốc Hiếu Làm bài tập câu 26-30,39,40, làm lý thuyết câu 26.

Đặng Phương Năm Làm bài tập, câu 6-10, làm lý thuyết câu 36. Hoàng Trường Giang Vẽ mạch và mô phỏng mạch

Nguyễn Hồng Đức Làm bài tập 46-50, làm slide