Tài liệu đồ án sử dụng biến tần điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha

SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC Chương I: Tổng quan về động cơ không đồng bộ. I Khái niệm chung : Động cơ không đồng bộ là máy điện xoay chiều , làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ , có tốc độ n của rotor khác với tốc độ từ trường quay trong động cơ n1 . Động cơ đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong sản xuất và trong sinh hoạt vì chể tạo đơn giản , giá thành rẻ , độ tin cậy cao , vận hành đơn giản , hiệu suất cao và hầu như không bảo trì . Gần đây do kỹ thuật điện tử phát triển , nên động cơ không đồng bộ đã đáp ứng được yêu cầu điều chỉnh tốc độ vì vậy động cơ không đồng bộ càng được sử dụng rộng rãi hơn .Dãy công suất của nó rất rộng từ vài W đến hàng ngàn kW . Hầu hết là động cơ ba pha , có một số động cơ công suất nhỏ là một pha . II .Cấu tạo động cơ không đồng bộ : Cấu tạo động cơ không đồng bộ gồm hai bộ phận chính là stator và rotor , ngoài ra còn có vỏ máy , nắp máy và trục máy . Trục máy làm bằng thép , trên đó gắn rotor , ổ bi và phía cuối có gắn một quạt gió đẻ làm mát máy doc trục . a.Stator: gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn , ngoài ra còn có vỏ máy và nắp máy + Lõi thép : lõi thép có dạng hình trụ , làm bằng các lá thép kỹ thuật điện , được dập rảnh trong rồi ghép lại với nhau tạo thành các rảnh theo hướng trục . Lõi thép được ép vào trong vỏ máy . +Dây quấn stator : dây quấn stator thuờng được làm bằng dây đồng có bọc cách điện và đặt trong các rảnh của lõi thép . Dòng điện xaoy chiều ba pha chạy qua dây quấn ba pha stator sẽ tạo nên từ trường quay . +Vỏ máy :vỏ máy gồm thân và nắp làm bằng gang b.Rotor: rotor gồm lõi thép, dây quấn và trục máy +Lõi thép : lõi thép rotor gồm các lá thép kỹ thuật điện được lấy từ phần bên trong của lõi thép stator ghép lại , mặt ngoài dập rảnh để đặt dây quấn , ở giữa có dập lỗ để lắp trục . ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 1 SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC +Trục: trục của động cơ không đồng bộ làm bằng thép , trên có gắn lõi thép rotor +Dây quấn :dây quấn động cơ không đồng bộ có hai kiểu : rotor ngắn mạch còn gọi là rotor lồng sóc và rotor dây quấn . Rotor lồng sóc gồm các thanh đồng hoặc thanh nhôm đặt trong rảnh và bị ngắn mạch bởi hai vành ngắn mạch ở hai đầu .Với động cơ nhỏ , dây quấn rotor được đúc nguyên khối thành thanh dẫn , vành ngắn mạch , cánh tản nhiệt và cánh quạt làm mát . Các động cơ công suất trên 100 kW thanh dẫn làm bằng đồng được đặt vào các rãnh rotor và gắn chặt vào vành ngắn mạch . Rotor dây quấn cũng như dây quấn stator và có cùng số đôi cực từ như dây quấn stator . Dây quấn kiểu này luôn đấu kiểu sao và ba đầu ra đấu vào ba vành trượt , gắn vào trục quay của rotor và cách điện với trục . Ba chổi than cố định và luôn tỳ trên vành trượt này để dẫn điện vào một biến trở cũng nối sao nằm ngoài động cơ để khởi động hoặc điều chỉnh tốc độ. III.Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ : Khi dòng điện ba pha chạy trong dây quấn stator thì trong khe hở không khí xuất hiện từ trường quay với tốc độ n1=60f1/p ( f1 là tần số lưới điện , p là số đôi cực từ của máy , n1 là từ trường quay ). Từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch đặt trên lõi sắt rotor , làm cảm ứng trên rotor các sđđ E . Do rotor kín mạch nên trong dây quấn rotor có dòng điện I2 chạy qua .Từ thông do dòng điện này sinh ra hợp với từ thông của stator tạo thành từ thông tổng ở khe hở . Dòng điện này trong dây quấn rotor tác dụng với từ thông khe hở sinh ra momen .Tác dụng có quan hệ mật thiết với tốc độ n của rotor . Trong những phạm vi tốc độ khác nhau thì chế độ làm việc của động cơ cũng khác nhau . 2 IV .Phân loại động cơ không đồng bộ: a.Phân theo kết cấu vỏ máy : +Kiểu kín +Kiểu bảo vệ +Kiểu hở b.Phân theo số pha: +Một pha ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 2 SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC +Hai pha +Ba pha V. Các đại lượng định mức của động cơ không đồng bộ : +Công suất định mức : Pđm +Điện áp định mức : Uđm +Dòng điện định mức :Iđm +Tốc độ định mức: nđm +Hiệu suất định mức :  đm + Hệ số công suất định mức cos VI. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ : Træåïc âáy, nãúu coï yãu cáöu âiãöu chènh täúc âäü cao thæåìng duìng âäüng cå âiãûn mäüt chiãöu. Nhæng ngaìy nay nhåì kyî thuáût âiãûn tæí phaït triãùn nãn viãûc âiãöu chènh täúc âäü âäüng cå khäng âäöng bäü khäng gàûp khoï khàn máúy våïi yãu cáöu phaûm vi âiãöu chènh, âäü bàòng phàóng khi âiãöu chènh vaì nàng læåüng tiãu thuû. Ta tháúy caïc phæång phaïp âiãöu chènh chuí yãúu coï thãø thæûc hiãûn : + Trãn stato : Thay âäøi âiãûn aïp U âæa vaìo dáy quáún stato, thay âäøi säú âäi cæûc tæì p dáy quáún stato vaì thay âäøi táön säú f nguäön âiãûn. + Trãn räto : Thay âäøi âiãûn tråí räto, näúi cáúp hoàûc âæa sââ phuû vaìo räto. a.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp: Ta âaî biãút, hãû säú træåüt tåïi haûn sm khäng phuû thuäüc vaìo âiãûn aïp. Theo (14.40) vaì (14.43), nãúu r’2 khäng âäøi thç khi giaím âiãûn aïp nguäön U1, hãû säú træåüt tåïi haûn sm seî khäng âäøi coìn Mmax giaím tè lãû våïi. Váûy hoü âàûc tênh thay âäøi nhæ hçnh (14.7) laìm cho täúc âäü thay âäøi theo. Phæång phaïp náöy chè thæûc hiãûn khi maïy mang taíi, coìn khi maïy khäng taíi giaím âiãûn aïp nguäön, täúc âäü gáön nhæ khäng âäøi. b) Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số nguồn: ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 3 SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC Hình I.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp nguồn a) Sơ đồ mạch động lực b) Đặc tính cơ theo điện áp Våïi âiãöu kiãûn nàng læûc quaï taíi khäng âäøi, coï thãø tçm ra âæåüc quan hãû giæîa âiãûn aïp U1, táön säú f1 vaì mämen M. Trong cäng thæïc vãö mämen cæûc âaûi, khi boí qua âiãûn tråí r1 thç mämen cæûc âaûi coï thãø viãút thaình : Trong âoï C laì mäüt hãû säú. ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 4 SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC Hình I.2 Sơ đồ điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số nguồn. a) Sơ đồ khối .b) Đặc tính U/f không đổi Giaí thiãút U’1 vaì M’ laì âiãûn aïp vaì mämen luïc táön säú f1’, càn cæï vaìo âiãöu kiãûn nàng læûc quaï taíi khäng âäøi, ta coï : Toïm laûi, khi thay âäøi táön säú f1, ta phaíi âäöng thåìi thay âäøi U1 âæa vaìo âäüng cå. Træåìng håüp U1/f = C te vaì táön säú giaím coï âàûc tênh cå ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 5 SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC nhæ hçnh 14.7b, caïch âiãöu chènh naìy coï caïc âàûc tênh thêch håüp våïi loaûi taíi cáön MC = C te khi váûn täúc thay âäøi. c) Thay đổi tốc độ bằng cách điều chỉnh điện trở Roto : Thay âäøi âiãûn tråí dáy quáún räto, bàòng caïch màõc thãm biãún tråí ba pha vaìo maûch räto cuía âäüng cå räto dáy quáún nhæ hçnh 14.15a. Do biãún tråí âiãöu chènh phaíi laìm viãûc láu daìi nãn coï kêch thæåïc låïn hån biãún tråí khåíi âäüng. Hoü âàûc tênh cå cuía ÂK räto dáy quáún khi duìng biãún tråí âiãöu chènh täúc âäü trãn hçnh 14.15b. Khi tàng âiãûn tråí, täúc âäü quay cuía âäüng cå giaím. Táön säú âoïng càõt vaì âiãûn tråí tæång âæång cuía maûch BÂX : Phæång phaïp náöy gáy täøn hao trong biãún tråí nãn laìm hiãûu suáút âäüng cå giaím. Tuy váûy, âáy laì phæång phaïp khaï âån giaín, täúc âäü âæåüc âiãöu chènh liãn tuûc trong phaûm vi tæång âäúi räüng nãn âæåüc duìng nhiãöu trong caïc âäüng cå cäng suáút cåí trung bçnh. ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 6 SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC Hình I.3Điều chỉnh tốc độ động cơ roto dây quấn bằng cách thay đổi điện trở roto. a) Sơ đồ điều chỉnh.b) Đặc tính .c)Sơ đồ mạch hở d)Sơ đồ mạch kín. d) Điều chỉnh tốc độ bằng cách nối cấp trả năng lượng về nguồn: Nàng læåüng træåüt táön säú f2 = sf1 leî ra tiãu hao trãn âiãûn tråí phuû âæåüc chènh læu thaình nàng læåüng mäüt chiãöu (hçnh 15.9), sau âoï qua bäü nghëch læu âæåüc biãún âäøi thaình nàng læåüng xoay chiãöu táön säú f traí vãö nguäön. Quan hãû giæîa hãû säú træåüt s vaì goïc måí α cuía thyristor :  Âiãûn aïp ra cuía chènh læu cáöu ba pha :  Âiãûn aïp ra cuía nghëch cáöu ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 7 SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC Hình I.4 Sơ đồ điều chỉnh tốc độ bằng cách nối cấp trả năng lượng về nguồn ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 8 SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC Chương II: TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT I.ĐIÔT CÔNG SUẤT 1.CẤU TẠO: - + - + P P q P Anôt N N d - 0  Katoá ( bt ) (a) Hình a:cấu tạo của Điôt Hình b:kí hiệu của Điôt Điôt công suất là linh kiện bán dẫn công suất có hai cực , được cấu tạo bởi 1 lớp bán dẫn N và 1 lớp bán dẫn P ghép lại 2.NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC Ei P Ei N P U + - N U - + ( aphân ) cực thuân Điôt (b) Hình a:sự Hình b: sự phân cực ngược Điôt Khi đặt Điôt công suất dưới điện áp nguồn U có cực tính như hình vẽ,chiều của điện trưòng ngoài ngược chiều với điện trương nội tại E i .Thông thường U> E i thì dòng điện chạy trong mạch ,tạo nên điện áp rơi trên Điôt khoảng 0.7V khi dòng điện là định mức .Vậy sự phân cực thuận hạ thấp barie điện thế .Ta nói mặt ghép PN được phân cực thuận . ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 9 SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC Khi đổi chiều cực tính điện áp đặt vào Điôt , điện trường ngoài sẽ tác động cùng chiều với điện trường nội tại E i .Điện trường tổng cộng cản trở sự di chuyển của các điện tích đa số .Các điện tử của vùng N di chuyển thẳng về cực dương của nguồn U làm cho điện thế vùng N đã cao lại càng cao hơn so với vùng P.Vì thế vìng chuyển tiếp ngày càng rộng ra ,không có dòng điện chạy qua mặt ghép PN.Ta gọi mặt ghép PN bị phân cực ngược .Nếu tiếp tục tăng U ,các điện tích được gia tốc ,gây nên sự va chạm dây chuyền làm Barie điện thế bị đánh thủng . Đặc tính Vôn-Ampe của Điôt công suất được biểu diễn gần đúng bằng biểu thức : I = IS [ exp (eU/kT) – 1 ] Trong đó: -Is :dòng điện rò ,khoảng vài chục mA - e = 1,59.10- 19 Coulomb -k = 1,38.10- 23 : hằng số Bolzmann - T = 273 + t0 : Nhiệt độ tuyệt đối (0 K) - t0 : Nhiệt độ của môi trường (0 C) -U: điện áp đặt trên Điôt (V) I 1 U UZ U 2 Hình 2.3 Đặc tính Vôn-Ampe của Điôt : Gồm 2 nhánh : -nhánh thuận -nhánh ngược Khi Điôt được phân cực thuận dưới điện áp U thì Barie điện thế E i giảm xuống gần bằng 0.Tăng ,lúc đầu dòng tăng từ từ cho đến khi U lớn hơn khoảng 0.1V thì I tăng một cách nhanh chóng , đường đặc tính có dạng hàm mũ. Tương tự ,khi phân cực ngược cho Điôt ,tăng U ,dòng điện ngược tăng từ từ .khi U lớn hơn 0.1V dòng điện ngược dừng lại cỡ vài chục mA và được kí hiệu là I s . dòng I s là do các hạt dẫn thiểu số tạo nên .Nếu tiếp tục tăng U thì các hạt dẫn thiểu số di chuuyển càng dể dàng hơn ,tốc độ di chuyển tỉ lệ thuận với điện trường tổng hợp , động năng của chúng tăng lên .Khi U  =  U z thì sự va chạm giữa các điện tích thiểu số di chuyển với tốc độ cao sẽ bẻ gãy các liên kết nguyên tử silic trong vùng chuyển tiếp xuất hiện các điện tử tự do mới .Rồi những điện tích tự do mới này chịu sự tăng tốc của điện trường tổng hợp lại tiếp tục bắn phá các nguyên tử silic .kết quả tạo phản ứng dây chuyền tạo ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 10 SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC làm cho dòng điện ngược tăng lên ào ào và sẽ phá hỏng Điôt.Do đó để bảo vệ Điôt ta chỉ cho chúng làm việc với giá trị điện áp :U=(0.7-0.8) U z . Các thông số kỉ thuật để chọn Điôt : -Dòng điện định mức I dm (A) -Điện áp ngược cực đại : Ungmax ( V ) - Đi ện áp rơi trên Điôt U ( V ) 3. Ứng dụng ứng dụng chủ yếu của Điôt công suất là chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều cung cấp cho tải. II.TRANSITOR CÔNG SUẤT 1.CẤU TẠO Transitor bán dẫn công suất là linh kiện bán dẫn gồm có 3 lớp :PNP hay NPN. C P N P B C B E E (a) (b) Hình 2. 4 Transistor PNP: a). cấu tạo b). ký hiệu C N B P N C B E E (a) (b) Hình 2. 5 Transistor NPN: a). cấu tạo b). ký hiệu ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 11 SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC Về mặt vật lý ,transitor gồm 3 phần :phần phát ,phần nền và phần thu.vùng nền B rất mỏng . Transitor công suất có cấu trúc và ký hiệu như sau: IC C B C UCE IB E B UBE E IE (a) a.cấu trúc 2.Nguyên lý hoạt động (b) b.ký hiệu E N Emiter C p    pP     N Colecto r   E C  IE Base IC IE RE + -  UEE + UCC RC H2.6 Sơ đồ phân cực của transitor Điện thế U BE phân cực thuận mối nối B-E (PN) là nguyên nhân làm cho vùng phát E phóng điện tử vào vùng P (cực B).hầu hết các điện tử (elẻcton) sau khi qua vùng B rồi qua tiếp mối nối thứ hai phia bên phải hướng tới vùng N (cực thu),khoảng 1%được giữ lại ở vùng B .Các lỗ trống vùng nền di chuyển vào vùng phát. Mối nối B-E phân cực thuận như một Điôt có điện kháng nhỏ và điện áp rơi trên nó nhỏ thì mối nối B-C được phân cực ngược bởi điện áp U cc .Bản chất mối nối B-C này giống như một Điôt phân cực ngược và điện kháng mối nối BC rất lớn. Dòng điện đo được trong vùng phát gọi là dòng phát I E .Dòng điện đo được trong mạch cực C. Dòng I C gồm 2 thành phần: ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 12 SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC Thành phần thứ nhất (thành phần chính )là tỉ lệ của hạt electron từ cực phát tới cực thu .Tỷ lệ này phụ thuộc cấu truc của transitor và là hằng số được tính trước đối với từng transitor riêng biệt.Hằng số đã được định nghĩa là  .Vậy thành phần chính của I C =  I E . - Thành phần thứ hai là thành phần qua mối nối B-C ở chế độ phân cực ngược lại khi I E =0.Dòng này được gọi là dòng I CBO dòng này rất nhỏ. Vậy dòng qua cực thu I C =  I E + I CBO *Các thông số của transitor công suất : - I C :dòng colectơ mà transitor chịu được . - U CES :điện áp U CE khi transitor dẫn bão hoà . - U CEO : điện áp U CE khi mạch Bazơ để hở - U CEX :điện áp U CE khi mach bazơ bị khoá bởi điện áp âm. - t on :thời gian cần thiết để điện áp U CE giảm từ U xu ống giá trịUCESat  0. - tf: thời gian cần thiết để iC từ giá trị IC giảm xuống 0. - - tS: Thời gian cần thiết để UCE từ giá trị UCESat tăng đến giá trị điện áp nguồn U. - P: Công suất tiêu tán bên trong transitor. P = UBE.IB + UCE.IC. - Khi transitor ở trạng thái mở: IB = 0, IC = 0 nên P = 0. - Khi transistor ở trạng thái đóng: UCE = UCESat. Trong thực tế transitor thường được cho làm việc ở chế độ khoá IB = 0, IC = 0,transitor được coi như hở mạch . Nhưng với giá trị gốc ở trạng thái có giá trị bão hoà., thì transitor về trạng thái đóng hoàn toàn .Transitor là linh kiện phụ thuộc nên cần phối hợp dòng điện gốc và dòng điện góp. Ở trạng thái bão hoà để duy trì khả năng điều khiển và để tránh điện tích ở cực gốc quá lớn,dòng điện gốc ban đầu phải cao để chuyển sang trạng thái dẫn nhanh chóng , Ở trạng thái khoá dòng diện gốc phải giảm cùng quy luật với dòng điện góp để tránh hiện tượng chọc thủng thứ cấp . IC a IC IC b UCE  UCE (b) (a) Hinh 2.7: a). Trạng thái ngắn mạch hay đóng mạch IB lớn, IC do tải giới hạn b). Trạng thái hở mạch IB = 0. Các tổn hao chuyển mạch của transitor có thể lớn .Trong lúc chuyển mạch , điện áp trên các cực và dòng điện của transitor cùng lớn . Tích của dòng điện ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 13 SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC và điện áp cùng với thời gian chuyển mạch tạo nên tổn hao năng lượng trong quá trình chuyển mạch .Công suất tổn hao chính xác do chuyển mạch là hàm số của các thông số của mạch phụ tải và dạng biến thiên của dòng điện gốc. *Đặc tính tĩnh của transitor: UCE = f (IC). Để cho khi transitor đóng , điện áp sụt bên trong có giá trị nhỏ ,người ta phải cho nó làm việc ở chế độ bão hoà , tức là IB ph ải đủ lớn để IC cho điện áp UCE nhỏ nhất. Ở chế độ bão hoà điện áp sụt trong transitor công suất bằng 0.5 đến 1V trong khi đó của tiristo là 1.5V. UCE Vùng tuyến tính Vùng gần bão hoà Vùng bão hoà I C hoøa Hình 2. 9 Đặc tính tĩnh của transitor UCE = f ( IC ). 3. Ứng dụng của transitor công suất Transitor công suất dùng để đóng cắt dòng điện một chiều có cường độ lớn .Tuy nhiên trong thực tế Transitor thường cho làm việc ở chế độ khoá . IB = 0, IC = 0: transitor coi như hở mạch. III.TRANSITOR MOS CÔNG SUẤT Transitor trường FET được chế tạo theo công nghệ MOS (metal –oxidsemiconductor) thường được sử dụng như những chuyển mạch có công suất lớn.Khác với transitor lưỡng cực được điều khiển bằng dòng điện ,transitor MOS được điều khiển bằng điện áp .Transitor MOS gồm các cực chính :cực máng (drain ),cực nguồn (source)và cửa Gate(G).Dòng điện máng - nguồn được điều khiển bằng điện áp cửa - nguồn Điện trở Dòng hằng điện số máng  = 9V = 7,5V = 6V = 4,5V máng Cửa   = 3V ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT  Điện áp máng - nguồn14 (a) (b) nguồn SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC Transitor MOS công suất . Hình2.10 a)Họ đặc tính ra b)ký hiệu thông thường kênh N Transitor MOS là loại chuuyển mạch nhanh .Với điện áp 100V tổn hao dẫn ở chúng lớn hơn ở transitor lưỡng cực và tiristo ,nhưng tổn hao chuyển mạch nhỏ hơn nhiều .Hệ số nhiệt điện trở của transitor MOS là dương .Dòng điện và điện áp cho phép của transitor MOS lớn hơn transitor lưỡng cực và tiristo. IV.TRANSITOR TRƯỜNG LƯỠNG CỰC CỔNG CÁCH LY IGBT Transitor trường lưỡng cực cổng cách ly IGBT là một linh kiện bán dẫn công suất trong đó phối hợp hai transitor lưỡng cực PNP,NPN và một MOSFET có cấu truc như hình: E G N E  P C ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 15 SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 Q1 PNP GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC VCE Q2 NPN V ge a)Mồi IGBT Điện áp U CE dương khi điện áp VGE lớn hơn một điện áp ngưỡng Vt ,khi đó xuất hiện các kênh dẫn .Các điện tử chạy qua kênh này và bơm thêm vào lớp N  có điện thế giảm đi .Chuyển tiếp P  N  trở nên dẫn và đưa IGBT vào trạng thái dẫn. VGE 3 > VGE 2 VGE 2 > VGE1 VGE1 = VGT H2.11 Đặc tính tĩnh của IGBT Vùng N  nhận các điện tử của êmitơ và lỗ của colectơ , điện trở suất của nó sẽ giảm đi và điện trở biểu kiến của nó nhỏ hơn điên trở của MOSFET ,do vậy vùng N  sẽ không được bơm thêm các lỗ. b)Dập tắt IGBT ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 16 SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC việc dẫn bằng các hạt thiểu số có ưu điểm làm giảm điện áp rơi ở trạng thái dẫn ,nhưng có nhược điểm làm tăng thời gian dập tắt ,do đó hạn chế tần số làm việc cho phép của IGBT . Khi triệt tiêu tính hiệu điều khiển trên cổng ,dòng điện I C được tắt theo hai giai đoạn : VGE t 0 Ic t 0 -Đầu tiên các kênh biến mất và MOSFET bị khoá một cách nhanh chóng , điều này làm cho ic bước đầu giảm đi .Tiếp theo các hạt dư thừa của vùng N  sẽ tái hợp dần và dòng điện ic sẽ giảm chậm . -Chuyển tiếp côlectơ-Bazơ của transitor này có một điện dung ký sinh làm cho cực của nó có một điện áp gần bằng điện áp máng-nguồn của MOSFET đầu vào . Ở thời điểm dập tắt ,nếu điện áp máng - nguồn này giảm quá nhanh dòng điện qua điện dung kí sinh gửi tới R sẽ phóng và có thể đưa transitor vào trạng thái dẫn . Để IGBT có thể được điều khiển lại bằng cổng G thì ic phải giảm dưới mức duy trì thác .Việc giảm hệ số khuyếch đại của các transitor NPN và PNP có thê tránh được hiện tượng này .Giảm hệ số khuyếch đại cua transitor PNP làm tăng điện áp rơi thuận của IGBT do đó tốt hơn là nên giảm hệ số khuyếch đại của transitor NPNbằng cách sử dụng lớp đệm và khuyếch tán sâu P  . 2.Các thông số của IGBT -Điện áp khoá côlectơ – êmitơ VCES :là điện áp côlectơ-êmitơ cực đại ở trạng thái khoá khi cổng và êmitơ ngắn mạch . -Điện áp cổng –êmitơ VGES :là điện áp cổng –êmitơ cho phép khi côlectơ ngắn mạch với êmitơ. -Dòng điện côlectơ một chiều ic -Dòng điện đỉnh côlectơ lặp lại I CM :là dòng điện cực đại quá độ mà IGBT có thể chịu được ,có trị số cao hơn ic . -Công suất tiêu tán cực đại PM ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 17 SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC -Nhiệt độ chuyển tiếp T j :là nhiệt độ cho phép của chuyển tiếp khi làm việc . -Dòng điện tải cảm I LM -Dòng điện rò côlectơ-êmitơ I CES :là dòng điện rò ở điện áp định mức khi ,dòng điện quy định khi cổng được nối ngắn mạch với êmitơ. -Điện áp côlectơ- êmitơ bão hoà VCESat -Độ hỗ dẫn thuận g FE -Điện tích cổng tổng QC -Thời gian trễ khi đóng t d :là thời gian giữa 10% điện áp cổng đến 10% dòng côlectơ cuối cùng . -thời gian tăng trưởng t r :là thời gian cần thiết để dòng điện côlectơ tăng đến 90% của giá trị cuối từ 10% của giá trị cuối . -Thời gian trễ mở t doff -Thời gian giảm t f -Điện dung vào C ies - Điện dung ra C res - Điện dung truyền đạt ngược : C res -Diện tích làm việc an toàn SOA 3. ỨNG DỤNG Ưu điểm của IGBT là đơn giản ,môđun hoá , điều khiển đơn giản ,cách ly về điện giũa các môđun IGBT được sử dụng làm bộ chuyển mạch của bộ nghich lưu , ứng dụng trong cả cung cấp điện và truyền động điện ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 18 SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC Chương III : TỔNG QUAN VỀ BIẾN TẦN. I. Khái niệm : Biến tần là bộ biến đổi nguồn điện áp với các thông số điện áp và tần số không thành nguồn điện áp với các thông số điện áp và tần số thay đổi được . Thông thường biến tần làm việc với nguồn điện áp vào là điện áp lưới nhưng về nguyên tắc biến tần có thể làm việc với bất kỳ nguồn điện áp xoay chiều nào . II. Phân loại biến tần : Dựa vào nguyên lý hoạt động của nó người ta chia làm hai loại : Biến tần trực tiếp và biến tần gián tiếp . 1.Biến tần trực tiếp : Là bộ biến đổi tần số đầu vào f1 thành tần số f2 bằng cách đóng cắt dòng xoay chiều tần số f1. Biến tần trực tiếp thường được cấu tạo từ những nhóm chỉnh lưu cầu mắc song song ngược.Cho xung lần lược vào các nhóm đó ta có thể có được dòng điện tải theo yêu cầu.Như vậy điện áp xoay chiều U(f1) chỉ cần qua một van là chuyển ngay ra tải U(f2) vì vậy hiệu suất của bộ biến tần này lớn. Tuy nhiên cấu trúc trúc của bộ biến tần này phức tạp ,gồm nhiều van nên vấn đề điều khiển gặp nhiều khó khăn , nó chỉ thích hợp cho truyền động điện có công suất lớn ,tốc độ làm việc thấp ,vì việc tần số f2 ở đầu ra phụ thuộc và f1 . ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 19 SVTH :NGUYỄN HOÀNG NHÂN– 10D3 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC Ztải H3.1 Sơ đồ nguên lý biến tần trực tiếp dùng Thyristo 2.Biến tần gián tiếp : Biến tần gián tiếp hay còn gọi là biến tần có khâu trung gian một chiều .Gồm bộ chỉnh lưu để biến đổi nguồn xoay chiều thành một chiều sau đó lại dùng bộ chỉnh lưu để biến đổi nguồn một chiều thành nguồn xoay chiều .Khâu trung gian một chiều đóng vai trò một kho tích lũy năng lượng dưới dạng nguồn áp dùng tụ điện hoặc nguồn dòng dùng cuộn cảm ,tạo ra một khâu cách ly nhất định giữa phụ tải và nguồn điện áp lưới . Tùy thuộc khâu trung gian làm việc trong chế độ nguồn dòng hay nguồn áp mà biến tần được chia ra làm ba loại chính : - Biến tần nguồn dòng . - Biến tần nguồn áp với nguồn có điều khiển. - Biến tần nguồn áp với nguồn không điều khiển (sử dụng nghịch lưu áp biến điệu bề rộng xung). a. biến tần nguồn dòng : Biến tần nguồn dòng dùng chỉnh lưu có điều khiển ,nghịch lưu thyristo. ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 20