2.1 Nguyên tắc của bộ bién đổi

2.1.1) Khối chỉnh lưuKhối đầu tiên của bộ biến đổi là khối chỉnh lưu.

Đây chính là dạng sóng sau chỉnh lưu.Qua đồ thị trên ta thấy dạng sóng điện áp một chiều trên chưa bằng phẳng ta cần phải có một bộ lọc LC để làm bằng phẳng dạng sóng. Sự dao dộng của điện áp sau chỉnh lưu có thể chiếm tới 9% điện áp một chiều. Đồng thời các sóng hài trong điện áp sau chỉnh lưu cũng chiếm tỷ lệ khá cao làm giảm hiệu suất nguồn điện và là tăng tổn hao trên các thiết bị điện. Bằng biện pháp nâng cao tần số để làm giảm độ “mấp mô” của điện áp sau chỉnh lưu sẽ là cho tụ lọc của ta có dung lượng nhỏ đi còn nếu không ta cần phải thiết kế bộ tụ có dung lương lớn hơn điều đó đồng nghĩa với việc tăng tổn hao lên. Và khi qua bộ loc thì điện áp có dạng sóng như hình 3 dưới đây:

2.1.2 Mức độ khóa.Điện áp một chiều đưa vào cầu transistor bây giờ đã được ổn định. Và bây giờ ta tiến hành băm điện áp một chiều dạng xung điện áp băm giống dạng

hình sin. Và dạng sóng dầu ra của cầu Transistor có dạng như hình 4 dưới đây:

2.1.3 Bộ lọc và mức độ trạng thái đầu ra.Dạng sóng ở đầu ra của cầu Transistor chưa ở dạng sin hoàn toàn nên sẽ gây ra các nhiễu hài bậc cao. Do vậy sau cầu Transistor này ta cần thiết kế bộ lọc để làm giảm các nhiễu này. Bộ lọc được thiết kế tùy theo tính chất của tải. Trong một số trường hợp tải là các động cơ điện người ta có thể lợi dụng các cuộn dây trong động cơ để làm bộ lọc. Trong hình 5 dưới đây chính là dạng sóng điện áp sau khi qua bộ lọc.

2.2 Nguyên tắc điều khiển.2.2.1 Tần số đóng ngắtTính toán tần số đóng ngắt cho bộ nghịch lưu cầu Transistor là không đơn giản. Có những thuận lợi và không thuận lợi khi ta chọn tần số đóng ngắt quá cao hoặc quá thấp.Khi tần số đóng ngắt thấp:

Ở đây fsw là tần số đóng ngắt của transistor, còn fout là tần số đầu ra lớn nhất. Khi mà tỷ số này quá thấp sẽ làm cho độ mấp mô điện áp đầu ra càng lớn. Chính điều này làm cho tỷ lệ sóng hài bậc cao so với sóng hài cơ bản tăng

lên và do đó làm giảm hiệu suất của điện áp. Hơn thế nữa nó còn làm cho động cơ khi khởi động còn bị rung làm giảm tuổi thọ của máy. Để giảm được sóng hài người ta phải thiết kế một bộ lọc tương đối lớn do đó sẽ tốn kém về mặt kinh tế hoặc người ta có thể dùng bộ phản hồi điện áp để phản hồi về bộ điều khiển phát xung cho Transistor để làm tăng tần số phát xung lên.Khi mà tần số quá cao

Tỷ số này mà quá cao thì ưu điểm của nó là làm giảm được tỷ lệ sóng hài ở điện áp đầu ra nhưng đồng thời nó cũng làm tăng tổn hao trên các van bán dẫn.

2.4.2 Thiết kế bộ lọc sau bộ chỉnh lưu đầu vào2.4.2.2. Tụ lọcNhư đã phân tích ở trên thì điện áp đầu ra của bộ chỉnh lưu không bằng phảng, tỷ lệ sóng hài bậc cao lớn gây tổn hao trên các van bán dẫn và làm giảm tuổi thộ của hệ thống. Do đó ta cần thiết kế hệ thống lọc điện áp nhằm giảm những điều bất lợi trên.

Việc xác định kích thước các thiết bị trong bộ lọc theo yêu cầu công nghệ sẽ được tính toán và xác định một cách cụ thể trong phần này. Các tham số ban đầu cho bài toán xác định bộ lọc như sau:

Nguồn lưới chính: 400VAC, 400Hz, 3 pha, điện áp một chiều max là 560VDC

Công suất của bộ biến đổi: 10kW với tần số băm của van là 10kHz. Tần số mấp mô của điện áp một chiều sau chỉnh lưu là

400*6=2400Hz Độ mấp mô cho phép là 3% điện áp một chiều tức là 16V Thời gian giữa hai sự cố 5000h

Ta đã biết năng lượng mà tụ tích trữ được là:

Và mở rộng của công thức trên cho trường hợp cụ thể là:

Trong đó Pout là công suất định mức của bộ nghịch lưu, VDC_MAX là điện áp đầu ra lớn nhất của bộ chỉnh lưu. Vripple là điện áp mấp mô cho phép và tripple

là chu kỳ mấp mô của điện áp sau chỉnh lưu. Thay số vào ta có:

10000 x = C = 467

Rất ít có tụ có dung lượng lớn và điện áp cao vì thế ta phải mắc nối tiếp các tụ thành một bộ tụ chịu được điện áp và có đủ điện dung như đã tính ở trên. Đồng thời ta có thể sử dụng cả mạch nhánh song song để tạo ra được mạch lọc theo đúng yêu cầu. Việc làm này còn mục đích khác là giảm điện áp đỉnh đặt trên mỗi tụ. Chẳng hạn khi khởi động thì điện áp trên tụ có thể bằng 1,4 đên1,8 lần điện áp lúc bình thường phụ thuộc vào kích cỡ cuộn cảm và mạch bảo vệ. Dòng điện đột bến xuát hiện do sự “ngắn mạch’ của tụ và cuộn lọc sẽ duy trì dòng điện này do đó sẽ làm cho điện áp chuyển trạng thái sẽ cao. Dòng điện và điện áp này có thể được làm giảm hoặc khử đi nhờ mạch bảo vệ như được minh họa trong hình sau;

Bằng mạch bảo vệ này người ta có thể làm giảm hằng số thời gian của mạch và làm cho quá trình chuyển trạng thái diễn ra nhanh tránh ảnh hưởng tới mạch.

Các van điên từ trong trường hợp này là các van công suất với điện áp bão hòa ở mức thấp. Do đó làm cho tổn hao trên các van này là không đáng kể khi chúng hoạt động. Các tụ được sử dụng ở đây không những yêu cầu về điện áp chịu đựng phải lớn mà điện dung cũng phải lớn. Đồng thời sai số của nó không được quá 20% và độ ăn mòn không được quá 10%

Từ những yêu cầu trên ta có thể chọn tụ Evox Rifa PEH200 với điện áp chuẩn là 400V và điện dung là 680 với trọng lương là 180g. Dùng 4 tụ như trên mắc thành bộ có điện áp chịu đựng max là 800V và vẫn có điện dung của một tụ, nhưng dĩ nhiên là trọng lượng sẽ tăng lên 4 lần tức là 720g.

Tuy nhiên bước tiếp theo ta sẽ tính toán độ mấp mô cho phép khi dùng bộ tụ này.

Trước tiên ta tính toán thời gian nạp cho tụ theo biểu thức sau;

Thời gian nạp cho tụ được minh họa như hình sau;

Với thời gian nạp cho tụ như trên và chu kỳ mấp mô đã biết ta dễ dàng tính đuợc thời gian xả của tụ.

Dựa trên độ tăng điện thế theo thời gian ta có thể tính được dòng điện dỉnh và dòng điện hiệu dụng trong quá trình nạp cho mỗi nhánh tụ theo công thức như sau:

Với C là điên dung mỗi nhánh và bằng điện dung của một tụ chia đôi.

Và dòng điện hiệu dụng:

Bằng cách tương tự ta có thể tính dòng điện đỉnh và dòng điện hiệu dụng trong quá trình xả cho mỗi nhánh tụ như sau:

Và từ đây ta có thể tính được dòng trung bình hiệu dụng của cả quá trình nạp và xả của tụ là:

Tất nhiên dòng trên chỉ được tính trên một nhánh song song thôi. Do đó dòng điện trong cả mạch sẽ là 42,8A.

Dòng điện đưa ra tải:

Với dòng điện như thế này thì dòng qua mỗi nhánh tụ là 8,96A. Do đó tổng dòng qua tụ sẽ gồm cả phần dòng nạp và dòng cấp cho tụ là 42,8A và 17,92A.

Bước tiếp theo ta xác định được công suất tổn hao trên các tụ để ta xác định chế độ làm mát hoạc là thiết kế cuộn lọc nhằm làm giảm tổn hao trên tụ.

Công thức tính toán tổn hao như sau:

Trong đó ERS là điện trở tương đương mắc nối tiếp. Giá trị này ta có thể tìm tháy trong mạch mô tả tụ ở datasheet của tụ mà ta dùng. Điên trở này nó phụ thuộc vào tần số làm việc và nhiệt độ. Với cái tụ ở trên ta đã chọn thi điện trở tương đương như sau:

Do đó ta tính được tổn hao của tụ với dòng điện nap-xả và dòng điện cấp cho tải lần lượt như sau;

Vây là mỗi nhánh tụ tổn hao khoảng 7W và công suất tổn hao này sẽ biến thành nhiệt. Nếu nhiệt độ do tổn hao này gây ra cộng với nhiệt độ môi trường mà quá cao thì nó sẽ làm giảm tuổi thọ của tụ. Ta có thể tính toán nhiệt độ trên tụ theo công thức sau:

Hệ số Rht_a = 3,4 ta có thể tra hệ số này trong datasheet của tụ. Nhiệt độ môi trường xung quanh ta lấy là 70 độ C.

Khi ta tính toán đến đây nếu thấy nhiệt độ trên tụ quá cao thì ta phải nghĩ đến việc thiết kế cuộn kháng lọc để giảm nhiệt độ trên tụ nhằm tăng tuổi thọ của tụ lên.

Ngoài ra ta cần phải để ý đến việc là điện áp có thể phân bố không đều trên hai tụ mắc nối tiếp nên ta cần phải mắc song song với mỗi tụ một điện trở có giá trị tính toán theo công thức sau:

Công thức trên được tính toán cho công suất của điên trở phải cao hơn ít nhất là 50% công suất dự kiến và sai số được duy trì dưới 5%. Và từ đây ta có mạch điện như sau:

Theo nhà sản suất thì tuổi thọ của tụ tính toán ở chế độ làm việc ở 30kHz và độ sai lệch không quá 5kHz. Do ta không thể đạt được điều kiện này nên tuổi thọ của tụ được tính toán theo công thức như sau;

A là tuổi thọ của tụ ở nhiệt độ chuẩn. C là độ tăng nhiệt độ mà qua đó tuổi thọ giảm đi một nửa. Ta tham khảo giá trị của A và C trong datasheet của tụ mà ta dùng.

Tuy nhiên tuổi thọ này vẫn phải được xem lại đặc biệt là trong các ứng dụng điện tử hàng không vì trong các ứng dung này nhiệt điện trở tăng(do yêu cầu về độ chính xác về điều khiển) làm cho nhiệt phát xạ tăng lên và do đó nhiệ độ làm việc sẽ tăng. Đồng thời áp suất không khí cũng ảnh hưởng tới tuổi thọ của tụ.

2.4.2.2.Thiết kế cuộn kháng

Cuộn kháng có nhiện vụ chính là làm giảm dòng điện khi chuyển mạch nhưng đồng thời cũng gánh bớt tổn hao trên tụ. Giả sử nhiệt độ 94,4 dộ C là quá cao ta cần giảm xuống 90 độ C đồng thời công suất tổn hao trên tụ giảm đi 1,29W.

Điện thế trên cuộn kháng được tính toán theo công suất sau:

2,11 là hệ số (đối với điện áp sin hoàn toàn thì hệ số này là ).Dòng điện được tính toán theo công thức sau:(đây chính là dòng đỉnh

trên tụ sau khi co cuộn kháng)

Và ta tính được giá trị của cuộn kháng lọc theo công thức như sau;

Đến đây ta có thê chọn một cuộn kháng lọc của một hãng tùy ý theo các thông số mà ta đã có. Ví dụ ta chọn cuộn kháng có tên là DC3-56G của hãng WILCO có các tham số như sau: trọng lượng là xấp xỉ 30g, kích thước 28 x 21.3 mm. Ta dùng hai cuộn mắc song song do đó điện cảm là 5,6

2.4.2.3. Bộ lọc đầu ra.

Nếu có đường dây nối dài giữa đầu ra của bộ nghịch lưu với tải thì sẽ gây ra sự nhiễu sóng điện áp làm cho chất lượng điện áp đầu ra không tốt. Vì vậy ta cần phải xem xét thiết kế bộ lọc điện áp đầu ra để làm sao làm giảm được những điều bất lợi trên. Trong phần này ta sẽ nghiên cứu thiết kế bộ lọc đầu ra cho những dây dẫn dài không quá 30m. Nếu trên mức giới hạn này sẽ xuất hiện hiện tượng sóng dừng và nếu điều này xảy ra thì bộ lọc se không thể làm đúng nhiệm vụ giống như tên gọi của nó do điện áp và dòng điện quá mạnh.Rất nhiều động cơ của các hãng sản suất thường có độ tăng điện áp dV/dt xung quanh 5V/ns trong khi đố độ tăng điện áp của các transistor ở cầu nghịch lưu thường từ 10V/ns. Do vậy nhiệm vụ của chúng ta là làm sao giảm được độ tăng điện áp này xuông gần bằng độ tăng điện áp của động cơ. Đơn giản ở đây là ta thiết kế một bộ lọc LC. Người ta cũng đã chứng minh được rằng đặt bộ lọc ở phía gần đầu vào của động cơ thì tránh được sai số hơn là khi ta đặt bộ lọc trên bản mạch cùng với bộ nghịch lưu. Tuy nhiên với nhiệm vụ thiết kế ở đây ta sẽ thiết kế mạch gắn cùng với bộ nghịch lưu đồng thời ta không đặt vấn đề mạch chống rung ở đây. Hình sau đây minh họa cho ta cách bố trí mạch lọc đầu ra của một pha.

Ta chọn điện dung cho tụ C1 theo công thức toán học sau đây:

Trong đó Ipeak là dòng điện đỉnh mà động cơ chịu được. dV/dtmax là độ tăng điện áp lớn nhất của động cơ. Tuy nhiên ta không thể chỉ mắc không tụ C1 mà ta cần phải mắc thêm cuộn cảm để làm giảm hiện tượng quá dòng trên các van bán dẫn Khi đó thực tế độ tăng điện áp trên động cơ được tính bằng công thức như sau:

Khi mà ta không tính đến R2 thì dòng điện qua mạch lọc lúc này được tình bằng công thức như sau:

Với Zc ở đây chính là trở kháng của mạch lọc và được tính bằng biểu thức sau:

Vì ở đây ta biểu diễn R2 đặc trưng cho tổn hao trên tụ. Vì tổn hao này không thể bằng 0 nên ta không thể bỏ qua được. Do vây biểu thức tính dòng điện qua mạch lọc lúc này là:

Dòng điện giới hạn không chỉ phụ thuộc vào L1 mà còn thiết kế để đảm bảo chắc chắn điện áp tạo nên bởi cuộn dây của stato động cơ trong suất chu kỳ xung ớ mức thấp. do đó thời gian mở phải ít nhất bằng hai lần tần số cộng hưởng của mạch LC. Nếu bỏ qua R2 thì công thức tính toán được xác định như sau:

Do đó độ tăng điện áp trên động cơ được tính lại bằng công thức sau:

Từ công thức trên cho ta thấy khi thời gian mở mà tăng lên thì độ tăng điện áp sẽ nhỏ đi. Nhưng đồng thời cũng làm tăng tổn hao lên và khi mà R2=Zc thì tổn hao được tính bằng công thức như sau:

Giả sử ở đây ta thiết kế dung transistor loại IRG4PSH71UD với thông số dV/dt là 30V/ns và dòng điện đỉnh qua IGBT này là 20,5A. Từ các công thức tính được ở trên ta suy ra các thông số cho mạch lọc như bảng sau:

Các thành phần bộ lọc

Giá trị Hãng sản xuất và thể loại

Khối lượng

Kích thước Tổn hao công suất

L 3 μH Pulse L100

3*60 3*(50x40x36)

-

R 27 Ω ARCOL HS

3*7 3*(30x10x10)

3*10

C 4.1 nF EVOX RIFAPHE845

3*5.2 3*(6x14.5x26)

-

2.5 Mạch snubberChức năng của mạch snubber là đảm bảo cho các khoá công suất vận hành vùng làm việc an toàn và kéo dài tuổi thọ của của chúng cũng như làm giảm phát xạ nhiễu điện từ từ các thiết bị công suất lớn. Nó không có chức năng làm giảm tổn hao khi chuyển mạch đặc biệt là tổn hao khi van dẫn.Tuy nhiên tổn hao trên các van sẽ được chuyển tới mạch snubber do đó các van này có thể chịu được xung điện áp lớn hơn và nhiệt độ làm việc sẽ giảm đi.2.5.1 Tăng vùng làm việc an toàn

Luôn có sự suy giảm điện cảm trong mạch một chiều, sự suy giảm này làm cho dòng điện biến đổi nhanh và có một điện áp lớn đặt lên van khi khoá.Cách đơn giản và dễ dàng để hạn chế hiện tượng này là thêm vào một cảm. Khi tăng điện trở cổng sẽ làm giảm quá trình chuyển mạch nhưng sung với đó tổn hao chuyển mạch sẽ tăng

Hiện có các kiểu IGBT được thiết kế có sẵn các tụ với độ tự cảm thấp. Khi sử dụng các thiết bị riêng rẽ sẽ gây lên sự phân tán điện cảm lớn hơn. Sự khác nhau khi chỉ sử dụng tụ cách ly có thể thấy trong hình 23.

Theo hình 22 điện áp khi chuyển mạch gần bằng hai lần điện áp một chiều. Bằng cách gắn các tụ cách ly, điện áp này giảm chỉ còn bằng 123% điện áp một chiều nhưng sẽ có sự dao động điện áp. Điện áp dao động này sẽ gây ra một dòng điện lớn chạy qua tụ trong khi tụ này thường được thiết kế với dòng điện nhỏ. Giá trị của tụ được tính toán theo biểu thức sau:

Với I0 là dòng điện chuyển mạch lớn nhấtLs là điện cảm một chiềuVpk là điện áp dỉnh lớn nhất trên van

Sự dao động thể hiện trên hình 23.

Nhược điểm của việc dung một tụ cách ly đó là tạo ra dòng hiệu dụng lớn qua tụ. Khi điện cảm một chiều lớn hơn, dòng điện đầu ra cao hơn thì dòng điện hiệu dụng qua tụ cách ly cũng tăng. Do đó loại mạch snubber chỉ phù hợp cho các ứng dụng có dòng thấp. Công suất tổn hao trên tụ được tính theo công thức 2.5.1.2[20]

Điều này không tạo ra một công suất tổn hao lớn nhưng nó có thể là lớn đối với các tụ vì các tụ này thường rất nhạy cảm. Khi tần số đóng cắt vài K HZ thì tụ cách ly là một giải pháp tốt. Tổn hao và sự dao động của điện áp có thể được giảm bằng cách mắc thêm vào một diode và một điện trở nhằm loại bỏ quá trình nạp lại và sự dao động. Mạch này được thể hiện trên hình 21. Để có được over-shoot đủ nhỏ, tụ cần có đện dung lớn hơn vì diode và điẹn trở cũng có thành phần điện cảm đối với mạch. Quá trình phụ hồi của diode phải nhanh và đều đặn để ngăn cản sự dao động của Vpk khi ngắt. Điện trở này được tính theo biểu thức:

Vì mạch này có nhiều thành phần do đó có nhiều sự suy giảm điện cảm nên cần một tụ lớn hơn, công suất tiêu thụ được phân tán phần lơn trên điện trở và diode:

Bộ RCD Clamp-Snubber trong hình 24 có ảnh hưởng rất tốt trong cả quá trình đóng và ngắt nhưng nó có hạn chế trong việc giảm tồn hao khi chuyển mạch. Tuy nhiên tổn hao đựơc phân tán trong mạch snubber thì ít hơn nhiều trong mạch RCD Charge-Discharge snubber. Tổn hao trong mạch RCD Charge-Discharge snubber được tính toán theo biểu thức:

Mặc dù RCD Charge-Discharge snubber chịu đựng một công suất tổn hao nào đó, nó có thể làm nhanh quá trình đóng và ngắt một cách trực tiếp đồng thời làm giảm công suất tổn hao trên IGBT và diode. Nhưng sẽ rất khó khăn để tìm được các thành phần có thể chịu đựng được tổn hao bên trong và duy trì độ tự cảm thấp[20]

Trong hình 26 và 27 một khoá đã được mô phỏng và được vẽ minh hoạ sự khác nhau giữa RCD Charge-Discharge snubber và RCd Clamb snubber. Trong khi đóng khoá hai trường hợp này là tương tự nhau. Khi ngắt thì RCD Charge-Discharge snubber tác động nhanh hơn.

2.5.2 Giảm tổn haoMạch snubber làm giảm điện áp trong quá trình chuyển mạch, giảm tổn hao bằng việc giảm điện trở cổng.Bảng dưới đây nêu lên ưu và nhược điểm của một số loại mạch snubber:

2.6 Nguyên lý làm mát2.6.1 Nhiệt điện trở

Mục đích thiết kế là đảm cho thiết bị làm việc an toàn. Biêu thức tính công suất nhiệt:

2.6.2 Trao đổi nhiệtTuỳ từng thiệt bị mà ta thực hiện trao đổi nhiệt bằng tuần hoàn không khí hoặc sử dụng môi chất lạnh. Sự trao đổi nhiệt được tính toán theo công thức sau:

Với Cp là nhiệt dung riêng(j/kg*K)Q nhiệt lượng(j)T độ thay đổi nhiệt độ(K)t thời gian (s)

2.7 Thiết kế khungKhung có tác dụng tạo ra một không gian làm việc an toàn cho các thiết bị nhạy cảm. Các mối hiểm hoạ thì nhiều và không phải lúc nào cũng có, ví dụ cho các hiểm hoạ phổ biến nhất là:

Dao động mạnh về cơ. Rò rỉ điện cho các thiết bị và môi trường. Bụi bẩn và cát. Hơi nước và độ ẩm. Mổi trường điện từ. Bức xạ vũ trụ. Nhiệt độ.

Các dao động về cơ là mọi dao động từ các cú va đập mạnh cho đến sự dung động nhẹ, tất cả đều có thể gây ra hiện tượng ngắn mạch và sự mất điện.

Thực tế người ta thường gắn khung trên một vật để treo hoặc nâng nó lên nhưng vì khung thường nặng hơn các bộ phận khác nhỏ hơn nên các bộ phận này thường chịu tác động của các rung động với tần số cao hơn các bộ phận đã được lọc bởi khung. Một điều quan trọng nữa là các khung phải chịu đựng được với chế độ làm việc đặc biệt khi mà môi trường có hoá chất, nhiệt độ biến đổi trong một dải rộng có thể làm giảm sức chịu kéo của một vài vật liệu.

Các loại vật liệu khác nhau có thể được sử dụng với các ưu và nhược điểm của chúng ví dụ các polime và các lim loại, đặc biệt các hợp kim của nhôm và thép.Các Polime thường rất nhẹ và có thể được tạo thành các hình dạng theo mong muốn, tuy hiên chúng khó mà chịu đưng được với các điều kiên làm việc đặc biệt như nhiệt độ bất lợi, ánh sang mạnh hoặc hoá chất như axit hoặc các Hydrocacbon khác. Các kim loại và hợp kim nhôm thường nặng hơn và khó mang chuyển hơn nhưng lại bền hơn với các tác đông bên ngoài và khoẻ hơn. Nó không bị ảnh hưởng trong một dải nhiệt độ lớn, ánh sáng mạnh nhưng một vài hoá chất có thể gây lên sự ăn mòn(tác động mạnh với các kim loại chưa qua xử lí và không quý hiếm). Ưu điểm lớn của các khung bằng kim loại là khả năng dẫn nhiệt. Các đặc tính của kim loại và polime sẽ được giải thích thêm ở phần sau.

Rò rỉ điện cho các bộ phận có thể được tránh bằng việc thực hiện bọc cách điện tốt cho các bộ phận và cố định sao cho chúng tách dời nhau. Một khung làm từ polime thì thường cách điện tốt, không sợ bị rò điện ra vỏ nếu như có một bộ phận nào đó bên trong có trục chặc. Với một cái khung dẫn điện có thể có thể gây tai nạn chết người hoặc nguy hiểm đến các thiệt bị trong trường hợp có sự cố làm cho khung bị nhiễm điện.

Trong trường hợp làm mát cưỡng bức bằng quạt, bụi bẩn và các hạt khác có thể tập trng lại trong quạt hoặc trong một bộ lọc làm giảm khả năng của quạt, thậm chí làm cho nó ngưng hoạt động chưa kể đến các yếu tố khác làm giảm tuổi thọ của quạt.Thậm chí với bộ tản nhiệt bên ngoài, bụi bẩn có thể ngăn cản luồng chảy không khí và sự bức xạ cũng làm giảm khả năng của bộ tản nhiệt. Nếu vỏ được bọc kín không có bộ tản nhiệt bên ngoài, vấn đề này sẽ được xóa bỏ. Vỏ bọc kín này có thể giúp làm giảm lượng nước và hơi ẩm trong khung

máy_nguyên nhân gây sự cố với mạch và thậm chí khiến cho các kim loại bị ăn mòn từ đó làm hỏng các mối nối hoặc làm giảm khả năg chịu kéo.

Một vấn đề phổ biến đó là khi một mạch điện có công suất cao được mắc hỗn hợp với các mạch logic. Vì điện cảm và điện dung của tải cao, năng lượng điện từ tại tần số radio bức xạ gây ra các nhiễu và các tạp âm trong mạch logic. Trong một và trường hợp nó có thể gây phá huỷ các thiết bị nhạy cảm. Nhiễu có thể được tạo ra bởi chính thiết bị hoặc bởi các thiết bị khac trong môi trường làm việc, trong cả hai trường hợp thì nhiễu phát ra nên được giữ ở mức độ nhỏ nhất. Hãy xem xét sự đi cáp một cái lồng bảo vệ có thể tạo nên một khung, nó sẽ làm việc theo định luật Faraday và giữ cho tiếng ồn taọ ra ở bên trong và bên ngoài. Một khung kim loại sẽ có được các ưu điểm này trong khi một khung làm bằng polime phải có lớp bọc ở cả trong và ngoài của khung.

Ở độ cao, độ sai lệch tính năng của các thiết bị công suất gia tăng nhanh chóng do bức xạ từ vũ trụ. Ngoại trừ việc suy giảm điện áp trên thiết bị đó hoặc nhiệt độ mối nối là không nhiều, có thể làm giảm ảnh hưởng của bức xạ vũ trụ ngoại bằng việc tạo ra một lớp bọc kín bằng chì hoặc bê tong. Tuy nhiên giải pháp này không tối ưư được trọng lượng của thiết bị.

2.7.1 Làm mátNgoài các tiêu chuẩn được trình bày ở trên, các nhân tố chính để lựa chọn làm mát phj thuộc vào môi trường làm việc và xem loại làm mát nào có thể thích hợp với không gian xung quanh.

Bộ tản nhiệt bên ngoài được tích hợp trong khung dựa trên dòng chảy đáng kể của không khí xung quanh thiết bị.

Bộ tản nhiệt bên trong bằng cách gắn quạt trên khung hoặc cho luồng khí chảy từ ngoài vào.

Làm mát bên trong bằng chất lỏng sử dụng chất tải lạnh từ hệ thống bên ngoài.

2.7.1.1 Bộ tản nhiệt bên ngoài

Để sử dụng một bộ tản nhiệt được làm mát thụ động để tản nhiệt là một giải pháp nặng nề và tốn nhiều không gian nhất nhưng nó nằm độc lập ở bên ngoài, các phần cơ không bị ảnh hưởng do dự rò rỉ hoặc tích tụ cảu chất lỏng ở điều kiện làm lạnh. Trong máy bay, ví dụ trong JAS 39 GRIPEN, nhiệt độ trên vỏ máy bay có thể dễ dàng lên tới 700C, ở độ cao 10000-15000m so với mặt nước biển sự đối lưu trở lên yếu vì mật độ không khí

giảm. Ví dụ, bộ tản nhiệt được thiết kế dựa trên sự đối lưu tự nhiên tại mực nước biển có khoảng 70% nhiệt được toả do đối lưu lự nhiên, 30% bởi bức xạ, nhưng ở độ cao 15000m so với mực nước biển thì tỉ lệ này là ngược lại. Điều này làm tăng yêu cầu về kích thước cho bộ tản nhiệt vì thành phần bức xạ không tăng mà sự tản nhiệt do đối lưu lại giảm. Hiện tượng đảo ngược này làm cần tăng tổng nhiệt trở lên 233% so với bàn đầu vì thành phần đối lưu giảm khoảng 18% so với ban đầu trong khi thành phần bức xạ là không đổi.

Người ta thường gắn lên thiết bị công suất các bộ tản nhiệt mà chiều dài của nó có hiệu quả tản nhiệt cao còn chiều rộng làm từ kim loại-thép và có vị trí thích hợp để gắn các bộ chỉ thị, các bộ ghép nối, các công tắc hoặc thậm chí là một cái quạt. Trong trường hợp một cái quạt thì đầu hút vào hoặc đầu hút ra phải được làm đối diện với phía luồng không khí, thông thường được làm bằng cách đục lỗ tấm kim loại.Các thiết bị công suất nên được trải ra một cách đều đặn lên trên bộ tản nhiệt để đạt được hiệu quả làm mát tốt nhất. Vì các bộ tản nhiệt thường rất bền, các mặt bên có thể làm từ các vật liệu dày hơn, việc giảm trọng lượng và nguyên lý này được phác thảo trên hình 28.A, có thể tham khảo bản vẽ chi tiết hơn trong phụ lục F.

Trọng lượng và thể tích của vỏ bọc trong trường hợp này thì cao phụ thuộc vào bộ tản nhiệt thực tế cái mà các kích thước của nó được ước lượng từ lượng nhiệt phân tán và sự khác nhau về điện trở nhiệt của các thiết bị khác nhau như được minh họa trên hình 26. Tuy nhiên phần này chỉ là cho phía trên của Transistor ví hai phía của transistor sẽ được gắn các bộ tản nhiệt

khác nhau. Các transistor được sử dụng trong việc tính toán suất nhiệt trở riêng là IRG4PSH71UD có gắn diode, bộ chỉnh lưu được lấy từ Semikron và giá trị của các nhiệt trở được cho trong datasheets của chúng.

Các nhiệt trở bên trong có thể được tìm thấy trong datasheets các nhiệt trở của bộ tản nhiệt đã được tính toán cho từng bộ các thiết bị và sau đó được ghép lại sử dụng sự ghép nối song song như trong 2.7.1.1.1. Nhiệt độ môi trường xung quanh là Ta = 700C nhiệt đột cực đại của mối nối là T j = 1250C các số liệu này được lấy là vì các thiết bị khác nhau thì có nhiệt trở, năng lượng phân tán và có yêu cầu làm mát khác nhau. Tổng lượng làm mát và khoảng không gian trên bộ tản nhiệt cho mỗi thiết bị công suất sẽ được xác định, cách dễ nhất là xác định nhiệt dẫn suất cần thiết cho bộ tản nhiệt, ví dụ bộ chỉnh lưu cần một nhiệt dẫn suất khoảng 0.59 nó chiếm khoảng 23% tổng nhiệt dẫn suất. Việc bố trí bộ tản nhiệt được sử dụng trong bản phác thảo của khung, việc thay thế các thành phần và sự phân bố thực tế của không gian làm mát trên bộ tản nhiệt có thể được xem xét trong hình 27

Các bộ tản nhiệt mô tả trong hình 27 có kích thước 150*200*40mm và được tối ưu hoá cho việc đối lưu tự nhiên để có được năng suất toả nhiệt 0.4 0C là đạt. Tuy nhiên đây là ở mực nước biển, khi độ cao tăng thì nhiệt trở cũng sẽ tăng một cách đáng kể như đã giải thích ở trên. Từ khối lượng 1,44kg cho mỗi mặt sẽ cho ta một ước tính sơ bộ về khối lượng của khung vì khối lượng của các tấm thép tạo lên các phần còn lại là không đáng kể.

Việc sử dụng các bộ tản nhiệt có hai tấm vững chắc và các tấm thép kích thước 250*150*1mm, các tấm tản nhiệt bên trong khác có thể tính 7,5dm3 được tính toán để nắp vừa tất cả các thiêt bị, các mạch điện, các bộ lọc và các dãy tụ điện. Bên dưới và bên trên của tấm có thể làm từ các lá thép tương tự nhàu nhưng các lá phí dưới nên dày hơn một chút để tạo ra một sự hỗ trợ tốt hơn. Một tấm kích thước 250*200*2mm và một tấm 250*200*1mm dọc theo các cạnh khác được làm từ nhôm nặng khoảng 610g, khi được gắn vào bộ tản nhiệt thì tổng khối lượng khoảng 3.5kg.

2.7.1.2 Bộ tản nhiệt bên trong

Khi gắn bộ tản nhiệt vào bên trong khung sự lưu thông không khí sẽ bị bó hẹp nếu như không có một nguồn làm mát từ bên ngoài, nhiệt độ xung quanh trong khung dọc theo mối nối có thể tăng đến một mức độ tiêu chuẩn cuối cùng hệ thống có thể bị ngưng hoạt động hoặc bị đốt cháy. Tuy nhiên

chỉ cần một cái quạt nhỏ có thể tạo ra một dòng chảy không khí trong bộ tản nhiệt tăng nhiều lần như được minh hoạ trong hình dưới đây

Ở đây F là yếu tố thể hiện sự phụ thuộc điện trở nhiệt của bộ tản nhiệt vào dòng chảy không khí qua bộ tản nhiệt. Dạng đường cong nằm ngang tại vì trên thực tế dòng chảy không khí không làm tăng bức xạ nhiệt.

Có thể làm giảm bớt khối lượng của bộ tản nhiệt bằng việc bỏ đi các phần dư. Nhiệt độ làm việc tốt nhất của quạt là ở 700C không khí âmra ngoài sẽ hoà trộn cùng với không khí xung quanh, nếu buồng chứa không quá nhỏ thì điều này sẽ làm nhiếtj độ môi trường tăng lên một cách đáng kể. Cho nên khi tính toán bộ tản nhiệt cần phải tính đến sự tăng nhiệt độ bên trong. Ta có thể mắc nối tiếp các quạt và thu nhỏ đầu ra để tạo ra một áp suất lớn trong khung. Tuy nhiên điều này cũng chỉ bù được sự giảm áp suất khi làm việc ở độ cao vì nhiệt trở suất giảm đi đáng kể.

Hầu hết các máy bay đặc biệt là JAS 39 GRIPEN có thiết bị cung cấp không khí ở một vài độ trên 00C điều này làm giảm đáng kể kích thước của bộ tản nhiệt.vì không khí có thể chứa các hạt bụi bẩn và độ ẩm nên không thể phun trực tiếp vào bộ tản nhiệt hoặc các thiết bị tức là trước khi được phun vào, không khí cần được cho đi qua một khối làm mát. Nếu hệ thống làm mát có hư hỏng sẽ làm cho bộ chuyển đổi hư hỏng theo.Cũng cần phải xét xem sự giảm bớt hoặc tăng khối lượng có phụ thuộc và bộ làm mát hay không, nếu khối lượng và công suất tăng lên thì cần có thêm bộ làm mát để làm lạnh không khí.

2.7.1.3 Làm mát bên trong bằng chất lỏng

Cách làm mát thứ ba là sử dụng chính nhiên liệu làm môi chất lạnh trước khi bị đốt. Nhiên liệu được bơm xung quanh để giữ cho nhiệt độ cực đại ở 1000C diều này có tác dụng tương đương với một bộ tản nhiệt lớn.Hệ thống này phụ thuộc vào hệ thống làm mát bên ngoài và sẽ bị hư hỏng nếu hệ thống làm mát bên ngoài hư hỏng. Ưu điểm lơn nhất ở đây là làm giảm trọng lượng và không cần dung một bộ phận cơ khí nào. Việc thiết kế khung cũng không cần phải cân nhắc nhiều vì không cần làm các ống gió.

2.8 Điều khiển TransistorMạch điều khiển nằm riêng rẽ trên một hệ thống con, việc thết kế mạch điều khiển có thể làm giảm được số thiết bị chuyển mạch. Tuy nhiên, tất cả các thiết bị chuyển mạch có thể được thay đổi. Mỗi ứng dụng yêu cầu một bản thiết kế riêng, ví dụ một động cơ có tải cảm lớn sẽ tạo ra điện áp quá độ nếu quá trình đóng cát quá nhanh. Sự quá độ điện áp này có thể làm cho các IGBT vượt ra khỏi khu vực làm việc an toàn(SOA)

Các yếu tố chính làm thay đổi hoạt động của mạch là điện áp phân cực dương và âm hoặc điện trở của cổng. Tuy nhiên điện trở của cổng có thể mắc song song với (một diode nối tiếp với một điện trở) điều này sẽ làm thay đổi sự mở và tắt của các Transistor.

Điện áp +VGE thường được thiết lập gần bằng điện áp cực đại của cổng trong một số trường hợp độ lệch giữa các giá trị này khoảng 10%. Điêù này vì điện áp cao ở cổng trong quá trình đóng cực tiểu hoá điện trở khi đóng mạch trong khi điện áp cao có thể dây nguy hiểm cho các thiết bị. Tương ứng, điện áp -VGE thấp sẽ làm tăng điện trở khi ngắt mạch và do đó làm giảm

tổn hao trong trạng thái ngắt, nhưng sẽ làm tăng nguy cơ cắt mất dòng điện nếu như no squá nhỏ.

Sự thiết lập điện áp cao +VGE (-VGE thấp) trong khi giữ giá trị điện trở cổng không đổi sẽ dẫn đến thời gian chuyển mạch ngắn vì vậy tổn hao do chuyển mạch sẽ giảm. Tuy nhiên một đáp ứng nhanh sẽ gây ra xung dòng điện và đỉnh điện áp vượt qua ngưỡng phá huỷ thiết bị.Thường thì điện áp VGE là 15V và -5V, bảng dưới đây mô tả đáp ứng chung của các transistor khi thay đổi các tham số điều khiển.

Việc sử dụng các giá trị này được quy định bỏi dòng điện cực đại chạy qua điện trở cổng sau đó một mạch điều khiển chính xác và nguồn nuôi đầy đủ có thể được chọn. Giá trị điện trở cổng được chọn theo giá trị mặc định được cho trong datasheet của transistor igr4psh71u từ một bộ chỉnh lưu chuẩn quốc tế khi đó tổn hao chuyển mạch được tính:

Rg là điện trở ngoài của cổng phổ biến cho các transistor kiểu lớn nhưng với các transistor tr bày trong luận văn này thì Rg có thể bỏ qua được.Cũng vậy đỉnh dòng điện yêu cầu từ bộ điều khiển và nguồn cấp được tính:

Với fsw là tần số truyềnQg là điện tích nạp trên cổng tà điện áp 0V đến +VGE

Cies là điện dung đầu raVì các dòng điện này là các dòng điều khiển và mỗi một transistor có một bộ điều khiền riêng của nó, giá trị trung bnhf của dòng được cấp bởi nguồn ít nhất phải gấp 6 lần giá trị ở trên. Dòng điện đỉnh có thể được điều khiển bởi một tụ đệm nhưng nguồn cấp phải lơn hơn một chút. Nếu không có tụ đệm, nguồn cấp phải tạo ra một đỉnh dòng điện sẽ gây tổn hao lớn và thiết bị nặng hơn.

Nếu tất cả công suất tổn hao được hấp thụhoàn toàn bằng điện trở cổng thì công suất được yêu cầu từ bộ điều khiển được thể hiện trong biểu thức 2.8.3

Vì tổn hao khi đóng và tổn hao khi ngắt bằng nhau, tổng tổn hao sẽ bằng hai lần tổn hao kho đóng theo biểu thức 2.8.4

Việc lựa chọn bộ điều khiển chỉnh lưu nửa cầu IR2114SSPbF là phù hợp với nhu cầu điều khiển và có số thiết bị bên ngoài là nhỏ nhất.

Tổn hao bên trong lớn nhất của bộ điều khiển này khoảng 1.5W. Mặc dù không phải là yếu tố quyết địnhnhwng cần tạo được một nguồn cấp tốt nhất.

2.9 Nguồn cấp

Để có được một giả pháp điều khiển linh hoạt cho nguồn xoay chiều hày một chiều thì cũng cần có một bộ biến đổi hạ áp. Bộ biến đổi này cần được kết nối với đường bus một chiều và điện áp đầu ra có thể cung cấp được cho cả bộ điều khiển và mạch điều khiển.Ta sẽ dung một Fly-back của Fairchild với transistor IGBT có điện áp cao và MOSFET có thể điều chỉnh được điện áp đỉnh trong Fly-back. Dùng một biến áp có hai cuộng dây và hai đầu ra có điẹn áp khác nhau.

Bảng trên được ước lượng từ ứng dụng [17] có sử dụng một biến áp tương tự và transistor tương tự. Tuy nhiên một vài bộ phận như bộ chỉnh lưu và tụ lọc có thể không cần vì nó được nuôi bằng dòng trực tiếp.

2.10 Bộ điều khiểnBộ điều khiển là một mạch logic điều khiển tất cà các tín hiệu và đưa ra các phản ứng thích hợp để đảm bảo sự hoạt động. Nó điều khiển tất cả các tín hiệu lỗi và sẽ cho dung hệ thống nếu có lỗi nghiêm trọng xảy ra. Bộ điều khiển cũng theo dõi mức điện áp thực tế và điều chỉnh về mức điện áp chuẩn. Ở đây ta chọn bộ điều khiển IRMCk203 của International Rectifier đáp ứng đầy đủ yêu cầu điều khiển một mạch bên ngoài. Tuy nhiên vì nó cần điện áp là 3,3V nên cần có một bọ biển đổi để làm giảm điện áp từ nguồn cấp.

Bộ điều khiển được chọn sẽ hao phí 1,2W@3,3V theo datasheet nó sẽ cho dòng 400mA. Tổng tổn hao của bộ điều khiển và bộ điều chình khoản 2W(400m*(1,7V+3,3V)). Trọng lượng và khoảng không gian chiểm chỗ là không đáng kể, có thể dễ dàng gắn lên bản mạch

3 Tổn haoPhần này ta sẽ xem xét các tổn hao chính đó là nguồn cấp bộ chỉnh lưu và cầu transistor. Ngoài ra bộ lọc đầu vào và bộ tụ cũng gây tổn hao, kể đến hai loại transistor IGBT và MOSFET. Tổn hao chuyển mạch không đáng kể vì ở tần số thấp và năng lượng trên các diode nhỏ.

Tuy nhiên trong cầu IGBT phần lớn tổn hao lại là do chuyển mạch với tần số cao, chỉ một sự tổn hao nhỏ cũng làm tăng sự suy giảm điện áp. Trong mạch cầu IGBT thường dung diodo xả năng lượng.. Cũng có tổn hao trên các tụ lọc và các mạch snubber tuỳ thuộc vào các loại khác nhau được chọn. Cũng có tổn hao nhỏ trong điện áp chuyển mạch và trong mạch điều khiển nhưng các tổn hao này là không đáng kể và rất kho có thể tối ưu chúng.Phụ lục D đưu ran bảng tính chọn các transistor IGBT và MOSFET.

3.1 Tổn hao của các khoá chuyển mạchTổn hao của các khoá chuyển mạch có thể có từ datasheet nhưng thông thường cần phải thay đổi các giá trị này vì dòng điện và điện áp làm việc không bằng gái trị định mức. Các biểu thức sau đây cho ta cách chuyển đổi:

Ở đây và là các hệ số mũ phụ thuộc vào từng thiết bị, Eon và Eoff là năng lượng tại dòng điện trung bình định mức, dòng điện này được tính:

Giá trị điện áp cũng được tính tương tự như vậy.

Công suất tổn hao khi mở khoá Pm

Pm = fcEon(Iave) (3.1.1.4)fc là tần số chuyển mạchEon(Iave) là năng lượng khi mạch ở tại dòng điện trung bình Iave [7]

Công suất tổn hao khi khoá Poff Poff = fcEoff(Iave)Fc là tần số chuyển mạchEoff (Iave) là năng lượng khi khoá tại dòng điện trung bình Iave [7].

3.1.2 Diode

Err là năng lượng phụ hổi trả về trên một khoá, tích của năng lượng này với tần số chuyển mạch fc cho tổn hao trên một diode. Thông thường các đặc tính về giá trị của diode có thể thấy trong datasheet; tuy nhiên có thể xác định một giá trị cho các ứng dụng cụ thể bằng phương pháp nội suy đồ thị. Người ta thường đóng IGBT và MOSfet cùng với một diode xả năng lượng sẽ có một số ưư điểm như chia sẻ việc làm mát, giảm được tụ và cuộn dây lọc nhiễu nhưng sẽ gay khó khăn hơn trong việc thử với các loại diode khác.Một vài IGBT cho ứng dụng nayf có hoặc không có sẵn diode xả năng lượng tạo điều kiện thuận lợi cho việc thử nghiệm đặc biệt là sử dụng diode xả SiC FWD để tối ưu hoá năng lượng tổn hao do chuyển mạch.

3.2 Tổn hao truyền dẫn3.2.1 Transistor

Tổn hao trong IGBT có thể được tính xấp xỉ từ các thông tin lấy từ datasheet và từ các yêu cầu về tần số chuyển mạch và công suất tải [13]

Công suất tổn hao ở trạng thái ON trong một IGBT cso thể được tính toán theo biểu thức 54:

Ở đây cos là hệ số công suất của tải. Io là giá trị hiệu dụng của dòng điện pha đầu ra, Vo và R có thể đựơc suy ra từ đồ thi đặc tính đầu ra của một IGBT dưới đây

Tổng công suất tổn hao Plosstot

Plosstot = Pon + Poff + Psat

3.2.2 Diode

Tổng tổn hao và nhiệt tán xạ trên một diode phụ thuộc vào rất nhiếu các yếu tố như tần số chuyển mạch, đặc tính của diode và điện cảm cảu tải như thế nào. Biểu thức dưới đây đưa ra một cách tính toán xấp xỉ công suất tổn hao

Ở đây cos là hệ số công suất Io là dòng điện hiệu dụng, R và Vo là điện áp rơi trên diode cũng giống như trên transistor nhưng có giá trị khác một chút. Thông thường tất cả các giá trị có thể được tìm thấy trong datasheet tuy nhiên cũng giống như transistor ở một số ứng dụng cụ thể ta cần phải nội suy dựa và đồ thị ví dụ như việc ước lượng nhiệt độ mối nối.

Tổng công suất tổn hao trong một diode xả năng lượng làPlosstot = Pon + Poff + Psat (3.2.2.2)

3.3 Ước lượng tổn hao nhỏ nhất của IGBT và FWD

Trong phụ lục D ta thấy rằng với cùng điện áp, dòng điện và công suất cho trước thì tổn hao trên một MOSFET lớn hơn tổn hao trên bất kì một IGBT nào. Điều này có thể giải thích một cách dễ dàng bằng điện áp định mức cao.

Hay nói cách khác, trong các ứng dụng khác như trong bộ nghịch lưu với nguồn cấp một chiều bộ pin 12V của xe hơi tiêu thụ dòng điện 50A một IGBT với VCEsat = 2,5V có hiệu suất 79%, trong khi một MOSFET với RDS(on)

= 0.007 có hiệu suất 97% và nếu chúng ta thêm vào phần tổn hao chuyển mạch thì hiệu suất của MOSFET sẽ cao hơn. Tóm lại nên chọn IGBT vì có tổn hao công suất nhở nhất.

Tham khảo trong bảng transistor và diode ta sẽ chọn được các IGBT và các FWD với mức tổn hao công suất là nhở nhất. Sử dụng các biểu thức 55 và 57 với các tham số I0 = 15A, cos = 1, và các tham số cụ thể lấy trong phụ lục D ở đó tất cả các tham số đã được chuẩn hoá cho phù hợp với các giá trị thực tế. Tần số chuyển mạch 10k HZ với mf = 15.

Tiếp thao ta có bảng lựa chọn các IGBT thích hợp (có diện tích tản nhiệt lớn)

Cuối cùng việc lựa chọn được dựa và công suất tổn hao và điều kiện làm mát của ác thiết bị.

3.4 Bộ chỉnh lưu

Tổng tổn hao dẫn có thể suy ra từ dòng điện trung bình chảy qua thiết bị, số lần điện áp rơi trên của 2 diode. Điện áp rơi này phụ thuộc vào dòng điện và nhiệt độ của mối nối ta có thể tìm giá trị chính xác từ datasheet. Dòng điện trung bình có thể tính đơn giản bằng dòng điện đầu ra chia 3, chú ý rằng giá trị này không thiết lập được điện áp rơi tại vì sẽ có giá trị dòng tức thời lớn hơn chạy qua diode khi nó thực sự dẫn, chúng chỉ không dẫn hơn một nửa chu kì tại cùng một thời điểm.

“2” là vì dòng điện chạy qua hai diode và “3” là vì có 3 chân trong một bộ chỉnh lưu như được minh hoạ trong hình 13. Xem xét 3 bộ chỉnh lưu tà 3 nhà cung cấp chính là: FUJI, International Rectifier và Semikron. Tất cả chúng đã được chọn từ rất nhiều kiểu và bộ chỉnh lưu thích hợp nhất cho trường hợp này được mô tả trong bảng dưới đây

Ta thấy có một sự cân bằng tương đối ở đây đó là loại nào có năng lượng tán xạ lớn hơn lại khó toả nhiệt hơn vì có nhiệt trở lớn. Nhìn vào bảng ta thấy nếu như làm mát tố thì nên chọn loại FUJI còn điều kiện làm mát tồi thì nên chọn Semikron.

3.5 Các bộ lọc3.5.1 Lọc đầu vàoVì tần số song hài của dòng điện và điện áp sẽ không thay đổi cùng với sự gia tăng công suất định mức của bộ nghịch lưu, giá trị của các bộ phận có thể được đi một cách tỉ lệ miễn là điện áp chính được giữ cố định, cùng với đó là sự gia tăng tỉ lệ của công suất tổn hao. Yếu tố này sẽ ảnh hưởng nhiều nhất đến các bộ phận lọc đầu ra và sự tổ hao sẽ làm thay đổi mức độ phức tạp của bộ chỉnh lưu. Các bộ chỉnh lưu cầu 6

xung nhịp và 12 xung nhịp sẽ làm giảm sóng hài một cách đáng kể và trong trường hợp này có thể không cần thiết bộ lọc nhiễu từ EMI.

Tuy nhiên nếu cho đầu vào 10KW với bộ chỉnh lưu 6 xung nhịp thì cần một bộ lọc đơn giản với yêu cầu về trọng lượng là 131g và công suất tổn hao 37W cho một pha-có thể bỏ qua được. Tổng ba pha sẽ là 393g và 11W.

3.5.2 Lọc một chiều(DC-bus)

Vì các tổn hao đã được điều khiển và giải thích có thể lựa chọn một vài tụ lọc đầu ra và tần số đóng cắt. Độ nhấp nhô điện áp một chìau cho phép cực đại là 3%.

Người ta đã chứng minh được rằng với việc sử dụng chỉnh lưu cầu 6 pha thì sẽ làm giảm được độ mấp mô điện áp sau chỉnh lưu. Và qua đó làm giảm đi dung lượng của tụ.

3.5.3 Bộ lọc đầu ra

Tổn hao công suất đầu ra phụ thuộc vào một số yếu tố mà trong đó chủ yếu là Vdc, fsw, Ipeak và độ tăng điện thế trên động cơ dV/dt. Ta có công thức tính toán tổn hao như sau:

Với các tham số cho trong những phần trên thì ta tính được tổn hao công suất đầu ra trên một pha là 10W trên tổng tổn hao 3 pha là 30W.

3.6 Bộ điều khiển.

Đối với bộ điều khiển thì tổn hao công suất thì không có ý nghĩa quan trọng .Nhưng không vì thế mà ta bỏ qua khi tổn hao khi quá lớn. Tổn hao này được xem xét tới bất chấp tần số khoá và tổn hao công suất đầu ra. Ta có thể tìm thấy trong datasheet tổn hao này là 1,3W ở 3,3V

4. Kết quả4.1 Một độ công suấtMột độ công suất được xác định bằng tỷ số giữa công suất đầu ra với trọng lượng của các thiết bị. Mật độ công suất có quan hệ với hiệu suất của thiết bị. Trọng lượng với 3 mức công suất khác nhau 2000W, 10kW, 20kW sẽ được tính toán với những phương pháp giống nhau như sử dụng cho 10kW. Hai điện áp đầu vào khác nhau được sử dụng là 400V và 200V. Hai điện áp này được sử dụng rất phổ biến trong công nghệ hàng không. Ta xét bảng sau đây:

Trọng lượng được chia tương ứng với các bộ phận của bộ biến đổi với tần số băm là 10kHz cho cả ba mức công suất đầu ra.

4.3 Hiệu suất

Ta so sánh tổn hao công suất so với công suất định mức.