Bài tập lớn Điện tử công suất N3

PowerPoint Presentation BÁO CÁO BÀI TẬP MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Nhóm 3 Mã lớp 129028 GVHD TS Vũ Hoàng Phương 3 Nội dung báo cáo Phần 1 Đặc tính van bán dẫn, mạch Driver và mạch Snubber của mosfet Phần 2.

Trang 2

BÁO CÁO BÀI TẬP MÔN

ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Nhóm 3

-Mã lớp: 129028

GVHD: TS Vũ Hoàng Phương

Trang 3

Nội dung báo cáo

Phần 1: Đặc tính van bán dẫn, mạch Driver và

mạch Snubber của mosfet

Phần 2: Chỉnh lưu Tiristor 1 pha

Trang 5

1.1) Thiết kế mạch Driver

• Các bước thiết kế driver

Bước 1 Các thông số thể hiện khả năng đóng cắt

Bước 2 Xác định điện áp điều khiển Vgs

Bước 3 Tính toán dòng điện peak cực G Bước 4 Chọn điện trở cổng

Bước 5 Chọn driver với các thông số đã tính toán

Trang 6

Bước 1 Các thông số thể hiện khả năng đóng cắt

Các thông số quan trọng

Trang 7

Bước 1 Các thông số thể hiện khả năng đóng cắt

+) Giá trị các tụ ký sinh

Trang 8

Bước 2 Xác định điện áp điều khiển Vgs

• Dựa vào datasheet, chọn các giá trị :

Trang 9

Bước 3 Tính toán dòng điện peak cực G

-Rise/fall time là thời gian để van bán dẫn chuyển từ trạng thái khoá sang trạng thái dẫn và ngược lại

Dựa vào datasheet, chọn tr = 230 ns, tf =180 ns.

tr = 2.91 A

I = 𝑄g = 3.72 A

Trang 11

• Công suất tiêu tán trên Rg :

= 0.68 W

= 0.69 W

Bước 4 Chọn điện trở cổng

Trang 12

Bước 5 Chọn driver với các thông số đã tính toán

IRS21864PBF MOSFET Driver

Trang 13

Mô phỏng bằng phần mềm LTSPICE

Trang 16

1.3) Thiết kế mạch Snubber

• Tác dụng của mạch Snubber trợ giúp van:

+) Giảm hoặc triệt tiêu quá áp hoặc quá dòng

+) Hạn chế sự gia tang dòng điện, điện áp

+) Đưa điểm làm việc của van về vùng an toàn

+) Truyền năng lượng phát nhiệt của van sang điện trở ngoài hoặc

theo hướng có lợi

+) Giảm tổn hao công suất trong quá trình động cắt

+) Giảm phát song vô tuyến ra xung quanh do dập tắt nhanh các giao

động điện từ

Trang 17

1.3) Thiết kế mạch Snubber

• Ở bài này, ta thiết kế mạch snubber loại RCD

• Giá trị điện dung của tụ và điện trở của mạch

được tình theo công thức:

• Với Ts là thời gian khóa van, Ton là khoảng thời gian mở van

Trang 18

Mô phỏng bằng phần mềm LTSPICE

Trang 20

Ipeak = 2A

Ipeak = 0.2 A

Trang 22

Định lượng Tr và Tf sau khi thêm mạch Snubber

Không có snubber Có snubber Nhận xét

Tr 230 ns 229 ns Gần như không đổi

Tf 180 ns 337 ns Mạch snubber làm tăng T f

Trang 23

Kết luận

• Driver có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu điều khiển với biên

độ mong muốn và cách ly mạch lực với mạch điều khiển.

• Có nhiều loại driver khác nhau phù hợp vào từng yêu cầu thiết kế.

• Thiết kế driver là điều tối quan trọng khi thiết kế một mạch điện tử công suất

• Mạch Snubber trợ giúp van có vai trò vô cùng quan trọng

Trang 24

Yêu cầu:

1 Nguyên lý mở các Tiristor cho sơ đồ 1 pha

2 Bài tập sơ đồ chỉnh lưu hình cầu 1 pha Tiristor hoạt động ở chế độ

chỉnh lưu và nghịch lưu phụ thuộc Cả 2 chế độ có hiện tượng trùng

dẫn

3 Mô phỏng kiểm chứng bằng phần mềm Matlab với phương pháp

xung đơn So sánh kết quả mô phỏng và tính toán lý thuyết

4 Phân tích phổ dòng điện sơ cấp máy biến áp (i 1) và nhận xét

Trang 25

2.1) Nguyên lý mở các Tiristor cho sơ đồ 1 pha

• Sơ đồ trên có hai nhóm van

+) Nhóm Katot chung: V1, V3

+) Nhóm Anot chung: V2, V4

• Xét góc phát xung điều khiển α từ thời

điểm giá trị điện áp U = 0 V

• Xét sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha đối xứng

điều khiển hoàn toàn

Trang 26

2.1) Nguyên lý mở các Tiristor cho sơ đồ cầu 1 pha

+) Tại 𝜽 = α , phát xung điều khiển cho V1

+) Ban đầu 𝜽 = 0 ⇒ α , không có van nào mở

+) Tại 𝜽 = 𝝅+α , phát xung điều khiển cho V3 và V4 dẫn cùng nhau, V1 và V2 khóa

 Ud = U2

+) Các quá trình tiếp theo có nguyên lý tương tự

Trang 27

2.2) Bài tập chỉnh lưu hình cầu 1 pha

Trang 28

Trang 29

Trang 30

Trang 31

2.3) Mô phỏng kiểm chứng bằng phần mềm Matlab

a) Sơ đồ mô phỏng Matlab:

Trang 32

b) Sơ đồ mạch driver điều khiển bằng xung đơn

Trang 33

c) Tính toán Uđk

+) Uđk được so sánh với xung

răng cưa sườn lên

Trang 34

Đồ thị giữa xung đơn và điện áp nguồn:

Nhận xét: Mạch driver đã bắt được tín hiệu đồng pha và tạo xung điều khiển

chính xác với α = 30 0 và α = 125 0

α = 125 0

α = 30 0

Trang 35

d) Kết quả mô phỏng ở chế độ Chỉnh lưu

So sánh đồ thị điện áp Ud giữa mô phỏng và lý thuyết

Trang 36

So sánh đồ thị dòng điện Id giữa mô phỏng và lý thuyết

t

Trang 37

• So sánh kết quả giữa mô phỏng và lý thuyết

Mô phỏng Lý thuyết

Điện áp Ud 92.87 (V) 95.17 (V)

Dòng điện Id 20.32 (A) 21.53 (A)

Trang 38

• Nhận xét:

+) Kết quả mô phỏng đúng, sai khác với lý thuyết không đáng

kể do các linh kiện thực tế không lý tưởng,

+) Hình dạng điện áp Ud gần giống lý thuyết và có hiện tượng

trùng dẫn

+) Hình dạng dòng điện Id không bằng phẳng , nguyên nhân do

tải L thực tế không thể lớn đến vô cùng

+) Ban đầu, Id không tiến đến giá trị lý thuyết ngay , nguyên

nhân do dòng IL không thể nhảy cấp, công suất nguồn hữu hạn Khi Ld càng lớn thì quá trình này càng lâu

Trang 39

Đồ thị điện áp Ud giữa mô phỏng và lý thuyết

e) Kết quả mô phỏng ở chế độ Nghịch lưu Phụ thuộc

Hiện tượng trùng dẫn khó quan sát

Trang 40

Đồ thị điện áp Id giữa mô phỏng và lý thuyết

Trang 41

Điện áp Ud -67.31 (V) -66.3 (V)

Dòng điện Id 2.595 (A) 2.73 (A)

Trang 42

+) Kết quả mô phỏng gần đúng so với lý thuyết, sai khác do

nhiều nguyên nhân như làm tròn , L hữu hạn, các phần tử

Trang 43

2.4) Phân tích phổ dòng điện sơ cấp máy biến áp (i1)

a) Đồ thị dòng điện máy biến áp

Chế độ chỉnh lưu

Trang 44

Phân tích phổ sóng hài dòng điện sơ cấp máy biến áp

Chế độ nghịch lưu phụ thuộcChế độ chỉnh lưu

Trang 45

• Nhận xét :

+) Dòng điện sơ cấp máy biến áp bị méo mó, không phải hình sin,

+) Hệ số méo dạng THD lớn hơn 40%, tồn tại sóng hài bậc cao do

hoạt động của mạch chỉnh lưu tạo nên

Làm kém chất lượng điện áp lưới, gây ảnh hưởng cho các tải khác

+) Hệ số công suất cos(phi) thấp và phụ thuộc vào góc mở α

Có thể cải thiện bằng cách sử dụng sơ đồ không đối xứng

Trang 46

- Biện pháp khắc phục: Ta khắc phục bằng cách sử dụng mộ bộ

Active power fillter có nhiệm vụ cấp thêm dòng, đưa điện áp

lưới về hình sin

Trang 47

Yêu cầu:

1 Nguyên lý mở các Tiristor cho sơ đồ 3 pha

2 Bài tập sơ đồ chỉnh lưu hình cầu 3 pha Tiristor hoạt động ở chế độ

chỉnh lưu và nghịch lưu phụ thuộc Cả 2 chế độ có hiện tượng trùng

dẫn

3 Mô phỏng kiểm chứng bằng phần mềm Matlab với phương pháp

xung chùm So sánh kết quả mô phỏng và tính toán lý thuyết

Trang 48

• Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha:

• Sơ đồ trên có hai nhóm van

+) Nhóm Katot chung: V1, V3, V5

+) Nhóm Anot chung: V2, V4, V6

• Xét góc điều khiển α từ thời điểm các pha điện áp cắt

nhau

Trang 49

Ta xét các thời điểm từ 𝜽𝟏 ⇒ 𝜽𝟕

+) Ban đầu 𝜽1 - 𝜽2, V1 và V6 sẽ dẫn cùng nhau khi có

xung điều khiển => Ud = Uab

+) Từ 𝜽𝟐 − 𝜽𝟑, do V2 chưa mở nên V6, V1 tiếp tục

dẫn cùng nhau đến khi van V2 được mở

+) Khi V2 mở, V6 khóa nên V1 có khả năng cao bị khóa

Trang 50

Trang 51

Trang 52

Trang 53

Trang 54

a) Sơ đồ mô phỏng Matlab:

L thay thế cho điện kháng tản

Trang 55

b) Sơ đồ mạch driver phát xung chùm

Trang 56

b) Sơ đồ mạch driver điều khiển bằng xung chùm

• Cài đặt cấu hình khối Pulse:

Trang 57

+) Uđk được so sánh với xung

răng cưa sườn lên

Trang 58

• Quan sát hình dạng xung chùm thu được

Nhận xét: Mạch driver đã bắt được tín hiệu đồng pha và tạo xung chùm chính

xác.

α = 125 0

α = 30 0

Trang 59

• Ta thu được đồ thị điện áp Ud

Trang 60

• Ta thu được đồ thị điện áp Id

Trang 61

Điện áp Ud 276.4 (V) 279.56 (V)

Dòng điện Id 70.93 (A) 71.78 (A)

Trang 62

+) Kết quả mô phỏng đúng, có sai khác với lý thuyết không đáng kể do các linhkiện thực tế không lý tưởng, sụt áp, …

+) Hình dạng điện áp Ud gần giống lý thuyết và có hiện tượng trùng dẫn

+) Hình dạng dòng điện I dtương đối bằng phẳng , nguyên nhân do tải L thực tếkhông thể lớn đến vô cùng

+) Ban đầu, Id không tiến đến giá trị lý thuyết ngay , nguyên nhân do dòng IL

không thể nhảy cấp, công suất nguồn hữu hạn Khi Ld càng lớn thì quá trình này càng lâu

Trang 63

• Đồ thị điện áp Ud mô phỏng và lý thuyết

e) Kết quả mô phỏng ở chế độ Nghịch lưu phụ thuộc Hiện tượng

trùng dẫn khó quan sát

Trang 64

• Đồ thị điện áp Id mô phỏng và lý thuyết

e) Kết quả mô phỏng ở chế độ Nghịch lưu phụ thuộc

Trang 65

Điện áp Ud -250 (V) -246.4 (V)

Dòng điện Id 4.686 (A) 5.67 (A)

Trang 66

Trang 67

• Đồ thị dòng điện máy biến áp

Chế độ chỉnh lưu

Chế độ nghịch lưu

phụ thuộc

Trang 68

• Phân tích phổ song hài

Trang 69

• Nhận xét :

+) Dòng điện sơ cấp máy biến áp bị méo mó, không phải hình sin,

+) hệ số méo dạng THD lớn, (Tuy nhiên vẫn nhỏ hơn mạch cầu một pha)

Do tồn tại sóng hài bậc cao (do hoạt động của mạch chỉnh lưu tạo ra)

Làm kém chất lượng điện áp lưới , gây ra các vấn đề cho các phụ tải khác+) Hệ số công suất cos(phi) thấp và phụ thuộc vào góc mở α

Có thể cải thiện bằng cách sử dụng sơ đồ không đối xứng

+) Ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc, dòng điện sơ cấp xuất hiện gai dòng điện

Trang 70

• Biện pháp khắc phục

Ta khắc phục bằng cách sử dụng mộ bộ Active power fillter 3 pha có

nhiệm vụ cấp thêm dòng, đưa điện áp lưới về hình sin

https://www.researchgate.net/

Trang 71

Tài liệu tham khảo

• Sách ‘Điện tử công suất thầy’ thầy Võ Chính Minh

• Sách ‘Phân tích và giải mạch điện tử công suất’ của thầy Phạm Quốc Hải

• https://www.researchgate.net

• https://www.tanotis.com/

Trang 72

THANK YOU !

Tiêu đề	Báo Cáo Bài Tập Môn Điện Tử Công Suất
Tác giả	Nhóm 3
Người hướng dẫn	TS Vũ Hoàng Phương
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Điện Tử Công Suất
Thể loại	Báo cáo
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	72
Dung lượng	5,07 MB
File đính kèm	Nhom_3_129028 (1).rar (68 KB)