Đồ Án Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển cho các bộ biến đổi

Lời nói đầu

Những năm gần đây kỹ thuật điện tử và bán dẫn công suất lớn phát triển mạnh mẽ. Các thiết bị điện tử công suất có nhiều ưu điểm như có khả năng điều khiển rộng, có chỉ tiêu kinh tế cao, kích thước và trọng lượng thấp, độ tin cậy và chính xác cao Các ứng dụng của chúng vào việc biến đổi năng lượng như điều khiển dòng điện xoay chiều thành một chiều và ngược lại ngày càng sâu rộng.
Khi nghiên cứu về thiết bị điện tử công suất đòi hỏi không chỉ những kiến thức về mạch động lực, mà cả những kiến thức về mạch điều khiển. Trong các bộ biến đổi có điều khiển, để cho các van động lực làm việc được tất yếu phải có các xung điều khiển đảm bảo đúng yêu cầu về điều khiển. Việc tạo ra các tín hiệu điều khiển phải tuỳ thuộc vào từng bộ biến đổi và phải đảm bảo theo đúng trình tự thiết kế.
Hệ thống điều khiển cho các bộ biến đổi có chức năng là biến đổi tín hiệu điều khiển thành xung điều khiển tương ứng với góc mở của van bán dẫn và được chia ra làm hai loại: Hệ thống điều khiển bộ biến đổi phụ thuộc và hệ thống điều khiển bộ biến đổi độc lập. “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển cho các bộ biến đổi” chính là một đề tài lý thú nghiên cứu về hai hệ thống điều khiển trên. Trong hai hệ thống đó, hệ thống điều khiển cho bộ biến đổi phụ thuộc được em đi sâu vào thiết kế và thi công thành sản phẩm.
Trong quá trình thực hiện đề tài em đã nhận được sự hướng dẫn tận tình của các thầy cô trong khoa đặc biệt là cô Th.s Nghiêm Thị Thuý Nga, cô giáo trực tiếp hướng dẫn em thực hiện đề tài này.
Trong quá trình thực hiện đề tài do thời gian có hạn và bản thân còn có phần hạn chế về kiến thức, thiếu kinh nghiệm trong việc nghiên cứu một đề tài khoa học nên kết quả còn nhiều thiếu sót. Kính mong được sự góp ý của các thầy cô để đề tài của em ngày càng hoàn thiện.
Em xin chân thành cảm ơn!

Mục lục

Lời nói đầu
Phần mở đầu 1
1. Lý do lựa chon đề tài 1
2. Mục tiêu 1
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1
4. Nội dung thực hiện 2
5. Phương pháp thực hiện 2
Phần nội dung 3
Chương 1: Tổng quan về điện tử công suất 3
1.1 Diode công suất 3
1.1.1 cấu tạo và nguyên lý 3
1.1.2 Đặc tính, thông số của Diode 4
1.2 SCR (Silicon Controlled Rectifier) 5
1.2.1 Cấu tạo và nguyên lý 5
1.2.2 Đặc tính và thông số 6
1.2.3 Mở và khoá SCR 7
1.3 gto (Gate Turn-off Thyristor) = Thyristor được khoá bằng cực điều khiển 8
1.3.1 Cấu tạo và ký hiệu 9
1.3.2 Nguyên lý điều khiển GTO 9
1.4 Triac (Triode Acsemiconductor switch) 10
1.4.1 Cấu tạo và phương pháp điều khiển 10
1.4.2 Đặc tính Vôn - Ampe 11
1.5 Diac 11
1.6 Transistor lưỡng cực BJT (Bipolar Junction Transistor) 12
1.6.1 Cấu tạo và hoạt động 12
1.6.2 Đặc tính và thông số 13
1.7 Transistor trường (FET) 15
1.8 Transistor lưỡng cực có cực điều khiển cách ly, IGBT 17
1.8.1 Cấu trúc của IGBT 17
1.8.2 Dẫn và khoá IGBT 18
Chương 2: Các bộ biến đổi điện tử công suất 20
2.1 Bộ biến đổi AC-DC 20
2.1.1 Chỉnh lưu một nửa chu kỳ 21
2.1.2 Chỉnh lưu tia hai pha 23
2.1.3 Chỉnh lưu cầu một pha 26
2.1.4 Chỉnh lưu tia ba pha 30
2.1.5 Chỉnh lưu cầu ba pha 33
2.2 Bộ biến đổi AC – AC 37
2.2.1 Bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều một pha 38
2.2.2 Bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều ba pha 42
2.3 Bộ biến đổi DC – AC 47
2.3.1 Nghịch lưu dòng một pha 47
2.3.2 Nghịch lưu dòng ba pha 49
2.3.3 Nghịch lưu áp một pha 51
2.3.4 Nghịch lưu áp ba pha 53
2.4 Bộ biến đổi DC _DC 55
2.4.1 Băm áp một chiều nối tiếp 55
2.4.2 Băm áp một chiều song song 57
2.4.3 Băm áp có hoàn trả năng lượng về nguồn 59
2.4.4 Băm áp nối tiếp, song song kết hợp 60
Chương 3: Hệ thống điều khiển các bộ biến đổi 62
3.1 Khái niệm chung về hệ thống điều khiển 62
3.1.1 Bộ điều chế đồng bộ 62
3.1.2 Bộ điều chế không đồng bộ 64
3.1.3 Bộ điều khiển số 64
3.2 Hệ thống điều khiển cho các bộ biến đổi phụ thuộc 65
3.2.1 Hệ thống điều khiển cho bộ biến đổi AC-DC 65
3.2.2 Hệ thống điều khiển cho bộ biến đổi AC-AC 71
3.3 Hệ thống điều khiển cho các bộ biến đổi độc lập 83
3.3.1 Hệ thống điều khiển cho bộ biến đổi DC-DC 83
3.3.2 Hệ thống điều khiển cho bộ biến đổi DC-AC 87
Chương 4: Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển cho các bộ biến đổi phụ thuộc 90
4.1 Thiết kế mạch điều khiển 90
4.1.1 Yêu cầu đối với mạch điều khiển 90
4.1.2 Lựa chọn các khâu cơ bản 90
4.1.3 Tính toán các thông số của mạch điều khiển 92
4.2 Sơ đồ nguyên lý 96
4.2.1 Sơ đồ (hình 4.7) 96
4.2.2 Tác dụng linh kiện 98
4.2.3 Nguyên lý làm việc 98
4.3 Thi công 100
4.3.1 Giai đoạn chuẩn bị 100
4.3.2 Giai đoạn vẽ mạch in 101
4.3.3 Giai đoạn láp ráp 101
4.3.4 Mô hình 102
Phần Kết luận 103
1. Kết quả đạt được 103
2. Kiến nghị và hướng phát triển của đề tài 104
Tài liệu tham khảo 105