Đề tài Điều khiển động cơ không đồng bộ sử dụng nghịch lưu nguồn dòng

MỤC LỤC NHIỆM VỤ LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC 1 LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, tự động hóa cũng ngày càng phát triển và có ứng dụng trong hầu hết các ngành công nghiệp. Sự phát triển của đất nước và yêu cầu mở rộng, nâng cao chất lượng sản xuất cũng thúc đẩy sự phát triển của ngành tự động hóa lên một tầm cao mới . Trong đồ án tốt nghiệp em đã được giao đề tài về : “ Điều khiển động cơ không đồng bộ sử dụng nghịch lưu nguồn dòng”. Nội dung đồ án gồm các phần cơ bản như sau: Đặc tính và mô hình động cơ không đồng bộ. Giới thiệu nghịch lưu nguồn dòng Tính toán hệ thống Mô phỏng bằng Matlab Simulink Sau 4 tháng được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS.Ts. Nguyễn Văn Liễn và các thầy cô trong bộ môn Tự động hoá, đồ án của em đã hoàn thiện. Do thời gian làm đồ án ngắn và khả năng còn hạn chế, chắc chắn đồ án của em còn nhiều thiếu sót. Em rất mong nhận được sự đóng góp của thầy cô và các bạn. Hà nội, ngày 2 tháng 6 năm 2010 Sinh viên thực hiện Lê Thành Chung Chương 1 ĐẶC TÍNH VÀ MÔ HÌNH CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.1. Cấu tạo và ưu nhược điểm của động cơ không đồng bộ : 1.1.1. Cấu tạo : Chia làm 2 loại : a,Động cơ roto lồng sóc b,Động cơ roto dây quấn 1.1.2 Ưu, nhược điểm: *Ưu điểm: -Cấu tạo đơn giản -Giá thành hạ -Vận hành tin cậy -Dùng trực tiếp lưới điện 3 pha mà không cõn cỏc bộ biến đổi kèm theo. *Nhược điểm : -Điều chỉnh tốc độ và khống chế quá trình quá độ khó khăn. 1.2. Công dụng của máy điện không đồng bộ: Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều chủ yếu dung làm động cơ điện . Do kết cấu đơn giản , làm việc chắc chắn hiệu suất cao , giá thành hạ nên động cơ không đồng bộ là một loại máy được dụng rộng rãi nhất trong các ngành kinh tế quốc dân với công suất từ vài chục đến vài nghìn kilowat . Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng bộ làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa và nhỏ, động lực cho các máy công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ. Trong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió . Trong nông nghiệp dùng để làm máy bơm hay máy gia công nông phẩm . Trong đời sống hàng ngày máy điện không đồng bộ cũng dần chiếm được một vị trí quan trọng: Quạt gió, máy quay đĩa, động cơ trong tủ lạnh .Tóm lại theo sự phát triển của nền sản suất điện khí hóa , tự động hóa và phạm vi sinh hoạt hàng ngày , phạm vi ứng dụng của máy điện không đồng bộ ngày càng rộng rãi . 1.3. Đặc tính cơ và mô hình hệ thống : 1.3.1 Phương trình đặc tính cơ : Giả thuyết: 3 pha của động cơ là đối xứng , khe hở không khí là đồng bộ . Các thông số của động cơ không đổi . Tổng dẫn mạch từ hóa không đổi . Bỏ qua tổn thất ma sát , tổn thất trong lừi thộp . Điện áp lưới hoàn toàn sin và đối xứng 3 pha. Ta có sơ đồ thay thế một pha động cơ không đồng bộ: Hình 1-1 : Sơ đồ thay thế động cơ không đồng bộ : Dũng từ húa , dũng stato , dòng roto quy đổi về stato . :Điện kháng mạch từ hóa, điện kháng tản stato, điện kháng tản roto quy đổi về stato. :Điện trở tác dụng của mạch từ hóa , của cuộn dây stato của cuộn roto. s : độ trượt . :tốc độ đồng bộ . Từ đó ta có phương trình thay thế được đặc tính dòng stato : Trong đó : : là điện kháng ngắn mạch . Ta thấy khi thì: Vậy suy ra: Trong đó là dòng từ hóa có tác dụng tạo ra từ trường quay. Dòng roto quy đổi về stato : Khi thì : Để tìm phương trình đặc tính cơ của động cơ ta dựa vào điều kiện cân bằng công suất của động cơ : Công suất được chuyển từ stato sang roto : là mô men điện từ của động cơ . Nếu bỏ qua các tổn thất cơ học thì : Công suất điện từ chia làm 2 phần : : công suất đưa ra trên trục động cơ(nếu bỏ qua tổn thất cơ khí). công suất tổn hao đồng trong roto. Hay Do đó : Mặt khác : Và : Hình 1-3.Đặc tính dòng điện roto của động cơ không đồng bộ Hình 1-2.Đặc tính dòng điện stato của động cơ không đồng bộ Nếu biểu diễn đặc tính cơ trên đồ thị sẽ là đường cong như hình 1-4. Có thể xác định điểm cực trị của đường cong này bằng cách giải , ta sẽ được trị số của M và s tại điểm cực trị ký hiệu là (mô men và độ trượt tới hạn ), cụ thể là : Hình 1-4.Đồ thị đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ Thay (1-6) và (1-7) vào để tìm : Trong hai biểu thức trên dấu (+) ứng với trạng thái động cơ , dấu (-) ứng với trang thỏi phỏt . Do đó ở chế độ máy phát lớn hơn ở chế độ động cơ. Phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ có thể biểu diễn thuận tiện hơn bằng tỉ số giữa (1-6) và (1-8) và biến đổi thành phương trình : Trong đó . Đối với các động cơ công suất lớn thường rất nhỏ so với , lúc này có thể bỏ qua , nghĩa là coi và (1-9) có dạng gần đúng: Trong đó : Nhiều trường hợp cho phép ta sử dụng những đặc tính gần đúng bằng cách tuyến tính húa cỏc đặc tính trong đoạn làm việc . Ví dụ vùng độ trượt nhỏ s tỷ số nhỏ , gần đúng coi . Lúc này đặc tính cơ ở dạng đơn giản: Hình 1-5 Đặc tính động cơ không đồng bộ ở chế độ khởi động 1.3.2 Mô hình động cơ không đồng bộ trong không gian véc tơ a, Khái niệm về các đại lượng véc tơ không gian : Động cơ không đồng bộ ba pha nói chung bao gồm sỏu dõy quấn , trong đó ba dây quấn stato được cố định và cách nhau một phần ba vòng tròn , ba dây quấn pha roto cũng được đặt lệch nhau một phần ba vòng tròn , song chúng lại được quay quanh trục roto , giữa dây quấn stato và dây quấn pha roto được liên hệ với nhau bởi cảm ứng điện từ qua khe hở không khí , có chiều dài là h . Hình 1-6 Sơ đồ điện áp cuộn dây stato trong động cơ không đồng bộ Hình 1-7:Sơ đồ dòng điện cuộn dây stato trong động cơ không đồng bộ Với cách bố trí trên ba trục như vậy , về mặt hình thức có thể định nghĩa được một véc tơ điện áp stato có ba thành phần lệch nhau trong không gian: Tuy nhiên điện áp stato lệch nhau về thời gian , tại mỗi thời điểm véctơ có một vị trí pha nhất định , thí dụ tại : Tại có : Ở chế độ xác lập , khoảng cách giữa hai véc tơ này là một phần sáu chu kì và biên độ cỏc vộc tơ là như nhau và bằng : Trong đó là biên độ pha. Sau một chu kì điện áp nguồn , nếu số đôi cực của dây quấn thì đầu mỳt vộc tơ sẽ vẽ nên một đường tròn . Trong tính toán , để cho đơn giản trong cách viết, thường định nghĩa véc tơ mới, có biên độ đúng bằng biên độ điện áp pha : Về biểu thức giải tích nếu : thì : Trong đó a= Các đại lượng điện từ khác nhau như dòng điện stato , từ thông stato , dòng điện từ hóa , dòng điện roto , từ thông roto , từ thông khe hở không khí vv… cũng có thể được định nghĩa dưới dạng véc tơ tương tự như trên . Hình 1-8 a ,b mô tả một ví dụ về véc tơ điện áp và véc tơ dòng điện . Có thể dễ dàng nhận ra rằng tất cả cỏc vộc tơ điện từ đều quay trong mặt phẳng với tốc độ quay bằng tốc độ , tốc độ này gọi là tốc độ từ trường quay . Về mặt năng lượng có thể coi cỏc vộc tơ không gian là hoàn toàn đại diện cho các đại lượng ba pha trong thời gian và như thế có thể thấy rằng một máy điện có hai dây quấn s và r nếu trên đó đặt véc tơ điện áp tương ứng thì sẽ sinh ra cỏc vộc tơ điện từ không gian còn lại tương tự như chúng được sinh ra bởi các đại lượng ba pha trong thời gian , mô hình máy điện như vậy được gọi là mô hình máy điện trong tọa độ cực. Có thể lập được sơ đồ thay thế của động cơ không đồng bộ ba pha khi quy đổi các đại lượng từ roto vê stato như hình 1-8: a, Sơ đồ dây quấn b,Một số đại lượng véc tơ Hình 1-8: Mô hình động cơ không đồng bộ trong hệ tọa độ cực Trong sơ đồ thay thế trên đây , ngoài các đại lượng véc tơ được ký hiệu có dấu gạch ngang (-) trên đầu , các đại lượng còn lại là các ma trận thông số, ví dụ: ; ; ; Các phương trình điện áp trong không gian tọa độ cực : Các phương trình của từ thông : Và mô men điện từ b , Mô hình động cơ không đồng bộ trong hệ tọa độ trực giao : Mô hình trong hệ tọa độ cực của động cơ không đồng bộ không thuận tiện cho các tính toán điều khiển , mặt khác ta thấy rằng tất cả các đại lượng véc tơ đều quay trong mặt phẳng cắt ngang của động cơ , do đó có thể quy đổi sang hệ tọa độ đề các , gọi hệ tọa độ này là , trong đó trục được chọn trùng với trục dây quấn pha a stato : Hình1-9: Mô tả hệ tọa độ . Thiết lập được mối quan hệ giữa các đại lượng trong hai không gian khác nhau : Sơ đồ thay thế 1-10: Hình 1-10 : Sơ đồ thay thế động cơ không đồng bộ trong hệ trục tọa độ c, Mô hình động cơ không đồng bộ trong hệ trục d, q: Phương pháp điều khiển cả biên độ và vị trí pha của véc tơ dòng điện ( điện ỏp) giỳp tạo được hệ thống điều chỉnh từ thông hoàn hảo mà không cần sử dụng cảm biến từ thông động cơ . Trong chế độ xác lập véc tơ từ thông roto quay đồng bộ với từ trường quay stato , nếu ta chọn véc tơ này trùng với trục ox của hệ thống tọa độ quay đồng bộ thì ta có hình 1-9: Hình 1-11: Đồ thị véc tơ cho phương pháp điều khiển véc tơ tựa từ thông roto. Trong đồ thị trên , ở chế độ xác lập vì tất cả cỏc vộc tơ đều quay đồng bộ với hệ trục tọa độ nờn gúc là hằng số và do đó các thành phần của dòng điện chiếu lên hệ trục cũng sẽ là một chiều ( biến thiên rất chậm). Đây là một lợi thế rất lớn của phương pháp có thể dễ dang tổng hợp các bộ điều chỉnh kiểu vô hướng , theo từng chiều (thành phần ) của véc tơ dòng điện Sơ đồ cấu trúc hình 1-12: Hình 1-12: Sơ đồ cấu trúc chuyển từ trục sang trục Sơ đồ thay thế hình 1-13: Hình 1-13: Sơ đồ thay thế quy đổi trong hệ tọa độ d,q Với: ; : vị trớ góc tuyệt đối của dây quấn roto . Chương 2: NGHỊCH LƯU NGUỒN DềNG 2.1. Giới thiệu chung về đặc tính cơ bản của các phần tử bán dẫn công suất: Các phần từ bán dẫn công suất được sử dụng trong sơ đồ các bộ biến đổi như cỏc khúa điện tử, gọi là các van bán dẫn. Khi mở dẫn dũng thỡ nối tải vào nguồn, khi khúa thỡ ngắt tải ra khỏi nguồn , không cho dòng điện chạy qua . Khác với các phần tử có tiếp điểm , khi các van dẫn thực hiện đóng cắt dòng điện không gây nên tia lửa điện, không bị mài mòn theo thời gian. Tuy có thể đóng cắt các dòng điện lớn nhưng các van bán dẫn lại được điều khiển bởi các tín hiệu công suất nhỏ , tạo bởi mạch điện tử công suất nhỏ . Quy luật nối tải vào nguồn phụ thuộc vào sơ đồ bộ biến đổi và phụ thuộc cách thức điều khiển các van trong bộ biến đổi . Như vậy hiệu suất của các bộ biến đổi phụ thuộc trước hết vào tổn thất trờn cỏc van bán dẫn , trong quá trình làm việc tổn thất này bằng tích của dòng điện chạy qua van với điện áp rơi trên van. Công nghệ chế tạo các phần tử bán dẫn ngày nay đã đạt được những bước tiến bộ vượt bậc , với việc cho ra đời những phần từ kích thước ngày càng nhỏ gọn và khả năng đóng cắt dòng điện và chịu điện áp ngày càng lớn với tổn hao công suất đáng kể , ngày càng đáp ứng những yêu cầu phức tạp của các quy luật biến đổi năng lượng trong các bộ biến đổi . Sự phát triển của các phần tử bán dẫn có vai trò quyết đinh tới sự phát triển của điện từ công suất , góp phần tạo ra nhiều chủng loại bộ biến đổi với những ứng dụng ngày càng rộng rãi trong công nghiệp và trong cuộc sống. Hiểu rõ nguyên lý hoạt động và các đặc tính cơ bản của các phần tử bán dẫn là điều vô cùng quan trong để có thể sử dụng đúng và phát huy hết hiệu quả của các phần tử bán dẫn trong các ứng dụng cụ thể . Sau đây là một số tính năng kỹ thuật cơ bản của một số phần tử bán dẫn: 2.1.1.ĐIỐT: a,Giới thiệu: Điốt là phần tử được cấu tao bởi một lớp tiếp giáp bán dẫn p-n . Điốt có hai cực , anot A là cực nối với lớp bán dẫn kiểu p, catốt K là cực nối với lớp bán dẫn kiểu n . Dòng điện chỉ chạy qua điốt theo chiều từ A đến K khi điện áp dương . Khi , dòng điện qua điốt gần như bằng không . Cấu tạo như sau: Hình 2-1 cấu tạo của điot b,Đặc tính volt ampe của điot: Một số tính chất của điốt trong quá trình làm việc có thể được giải thích thông qua việc xem xét đặc tính volt-ampe của điot trong các góc phần tư thư I tương ứng với việc xem xét đặc tính volt-ampe của điot trờn hình 2.2: Hình 2-2 : đặc tính thực tế điốt Theo đường đặc tính thuận , nếu điện áp của anot catot tăng dần từ 0 đến khi vượt qua ngưỡng điện áp , cỡ 0,6-0,7V, dòng có thể chảy qua điốt dòng điện có thể thay đổi rất lớn nhưng điện áp rơi trên điốt hầu như ít thay đổi . Như vậy đặc tính thuận của điốt là đặc trưng bởi tính chất có điện trở tương đương nhỏ. Theo đường đặc tính ngược , nếu điện áp tăng dần đến điện áp ngược lớn nhất thỡ dòng qua điốt có giá trị rất nhỏ gọi là dũng rũ , nghĩa là điốt cản trở dòng chạy theo chiều ngược . Cho đến khi đạt đến giá trị thì xảy ra hiện tượng dòng qua điot tăng đột ngột , tính chất cản trở dòng điện ngược của điốt bị phá với. Quá trình này không có tính đảo ngược , nghĩa là nếu ta lại giảm điện áp trên anot –catot thì dòng điện vẫn không giảm . Ta nói điốt đã bị đánh thủng. C,Đặc tính đóng cắt của điốt: Khác với đặc tính volt-ampe là đặc tính tĩnh , đặc tính cho thấy dạng của điện áp và dòng điện trên điốt theo thời gian , gọi là đặc tính động , hay đặc tính đóng cắt của điốt . Đặc tớnh đúng cắt tiêu biểu của điốt được thể hiện ở hình 2-3: Hình 2-3.Đặc tính đóng cắt của điốt Theo đặc tính ở các trạng thái khóa Trong các khoảng thời gian (1) (6) với điện áp phân cực ngược và dòng điện bằng 0 . Ở khoảng (2) điot bắt đầu dẫn dòng. Dòng điện ban đầu nạp tích điện cho tụ điện dương được của tiếp giáp p-n trước đó bị phân cực ngược , làm điện áp dương trên điốt tăng lên đến vài von vì điện trở vựng nghốo điện tích còn lớn. Khi lượng điện tích đã đủ lớn , độ dẫn điện của tiếp giáp tăng lên , điện trở giảm và điện áp trên điot trở về ổn định ở mức sụt áp cỡ 1-1,5V . Trong khoảng (3) điot hoàn toàn ở trạng thái dẫn . Quá trình khóa điốt bắt đầu ở khoảng (4) điốt phân cực thuận cho đến khi điện tích ở lớp tiếp giáp p-n được di chuyển ra hết bên ngoài . Thời gian di chuyển phụ thuộc tốc độ tăng của dòng ngược và lượng điện tích tích lũy , phụ thuộc giá trị dòng điện mà điốt dẫn trước đó. Ở cuối giai đoạn (4) tiếp giáp p-n trở nên phân cực ngược và điốt có khả năng ngăn cản dòng điện. Trong giai đoạn (5) tụ điện tương đương của tiếp giáp p-n được nạp tiếp tục cho đến khi phân cực ngược . Điện tích gạch chéo trên đường dòng điện i(t) tương ứng bằng với lượng điện tích phải di chuyển ra bên ngoài . Điện tích là điện tích phục hồi thời gian giữa đầu giai đoạn (4) đến cuối giai đoạn (5) gọi là thời gian phục hồi mà là một trong những thông số quan trọng để lựa chọn điốt cho một ứng dụng thực tế. 2.1.2.TIRISTO: Tiristo là phần từ bán dẫn cấu tạo từ bốn lớp bán dẫn p-n-p-n và tạo ra ba lớp tiếp giáp p-n . Tiristo có 3 cực : Anốt A , catốt K và cực điều khiển G như được biểu diễn ở hình 2-4 sau: Hình 2-4 Ký hiệu tiristo a,Đặc tính von-ampe của tiristo: Đặc tính vụn-ampe của một tiristo gồm 2 phần . Phần thứ nhất nằm trong góc phần tư thứ nhất là đặc tính thuận tương ứng với trường hợp điện áp >0 và phần thứ hai nằm trong góc phần tư thư III gọi là đặc tính ngược tương ứng với trường hợp . *Trường hợp dòng điện vào cực điều khiển bằng không() : Khi dòng vào cực điều khiển của tirito bằng không hay khi hở mạch cực điều khiển của tiristo sẽ cản trở dòng điện phần ứng với cả 2 trường hợp phân cực điện áp giữa anot và catot . Khi điện áp theo cấu tạo bán đẫn của tirito hai tiếp giáp đều phân cực ngược , lớp phân cực thuận như vậy tirito giống như 2 điot mắc nối tiếp bị phân cực ngược . Qua tiristo sẽ chi có một dòng điện rất nhỏ chạy qua gọi là dũng rũ . Khi tăng đến một giá trị điện áp lớn nhất thì tiristo sẽ xảy ra hiện tượng đánh thủng là quá trình không thể đảo ngược được. Nghĩa là nếu có giảm điện áp xuống dưới mức thì dòng điện cũng không giảm được đến mức dũng rũ . Tiristo đã bị hỏng . Hình 2-5 Đặc tính von-ampe Khi tăng điện áp anot , catot theo chiều thuận , , lúc đầu cũng chỉ có một dòng điện rất nhỏ chạy qua , gọi là dũng rũ . Điện trở tương đương mạch anot catot có giá trị rất lớn. Khi đó tiếp giáp là phân cực thuận còn là phân cực ngược . Cho đến khi tăng đến một giá trị thuận lớn nhất sẽ xảy ra hiện tượng điện trở tương đương mạch anot- catot đột ngột giảm, dòng điện chạy qua tiristo sẽ chỉ bị giới hạn bởi điện trở mạch ngoài . Nếu khi đú dũng qua tiristo sẽ dẫn dũng trờn đường đặc tính thuận , giống như đường đặc tính thuận ở điốt . Đoạn đặc tính thuận được đặc trưng bởi tính chất dòng có thể có giá trị lớn nhất, . Điều này được mô tả trờn hỡnh trờn . Nói chung dòng điều khiển lớn hơn thì điểm chuyển đặc tính làm việc sẽ xảy ra nhỏ hơn. Quá trình xảy ra trờn trờn đường đặc tính ngược sẽ khụng khác gì so với trường hợp dòng điều khiển bằng không. B,Mở, khóa tiristo: *Mở : Khi điện áp phân cực thuận , tiristo có thể mở bằng 2 cách . Thứ nhất , có thể tăng điện áp anot cato cho đến khi đạt đến giá trị điện áp anot-catot cho đến khi điện áp thuận lớn nhất điện trở tương đương trong mạch anot sẽ giảm đột ngột và dòng qua tiristo sẽ hoàn toàn do mạch ngoài xác định . Phương pháp này trong thực tế không được áp dụng do nguyên nhân mở không mong muốn và không phải lúc nào cũng có thể tăng được điện áp đến khi giá trị .Vả lại như vậy sẽ xảy ra trường hợp tiristo tự mở ra dưới tác dụng của các xung điện áp tại một thời điểm ngẫu nhiên, không định trước. Phương pháp thứ 2 , phương pháp được ứng dụng thực tế là đưa một xung dòng điện có giá trị nhất định vào giữa cực điều khiển và catot . Xung dòng điện điều khiển sẽ chuyển trạng thái của tiristo từ trở kháng cao sang trở kháng thấp ở mức điện áp anot-catot nhỏ. Khi đú dũng qua anot-catot lớn hơn một giá trị gọi là dòng duy trì thì tiristo sẽ tiếp tục ở trong trạng thái mở dẫn dòng mà không cần đến sự tồn tại của xung dòng điều khiển . Điều này có nghĩa để điều khiển mở tiristo bằng các xung dũng cú độ rộng xung nhất định , do đó công suất của mạch điều khiển có thể là rất là nhỏ, so với công suất của mạch lực mà tiristo là một phần tử đóng cắt , khống chế dòng điện. *Khóa: Một tiristo đang dẫn dòng sẽ trở về trạng thái khóa ( điện trở tương đương mọc anot –catot tăng cao ) nếu dòng điện giảm xuống , nhỏ hơn giá trị dòng điện duy trì . Tuy nhiên tuy tiristo vẫn ở trạng thái khóa , với trở kháng cao , khi điện tích anot , catot lại dương () , cần phải có một khoảng thời gian nhất định để các lớp tiếp giáp phục hồi hoàn toàn tính chất cản trở dòng điện của mình . c,Các thông số cơ bản của tiristo: 1, Giá trị trung bình cho phép chạy qua tiristo Đây là giá trị dòng trung bình cho phép chạy qua tiristo với điều kiện nhiệt độ của cấu trúc tinh thể bán dẫn của tiristo không vượt quá một giá trị cho phép . Trong thực tế dòng điện cho phép chạy qua tiristo còn phụ thuộc vào các điều kiện làm mát và nhiệt độ môi trường . Tiristo có thể được gắn lờn cỏc bộ tản nhiệt tiêu chuẩn và làm mát tự nhiên . Ngoài ra tiristo có thể phải được là mát cưỡng bức nhở quạt gió hoặc dùng nước để tản nhiệt lượng tản ra nhanh hơn . Vấn đề làm mát van bán dẫn sẽ được đề cập đến ở phần sau , tuy nhiên có thể lựa chọn dòng điện theo các điều kiện làm mát theo kinh nghiệm như sau : Làm mát tự nhiên : dòng sử dụng cho phép bằng một phần ba dòng . Làm mát cưỡng bức bằng quạt gió : dòng sử dụng bằng hai phần 3 dòng . Làm mát cưỡng bức bằng nước : có thể sử dụng 100% dòng . 2, Điện áp ngược cho phép lớn nhất : Đây là giá trị điện áp ngược lớn nhất cho phép đặt lên tiristo . Trong đú cỏc ứng dụng phải đảm bảo rằng , tại bất kỳ thời điểm nào điện áp giữa anot –catot luôn nhỏ hơn hoặc bằng . Ngoài ra phải đảm bảo một độ dự trữ nhất định về điện áp , nghĩa là phải được chọn ít nhất là bằng 1,2 đến 1,5 lần giá trị biên độ lớn nhất của điện áp trên sơ đồ đó . 3, Thời gian phục hồi tính chất khóa của tiristo , . Đây là thời gian tối thiểu phải đặt điện áp õm lờn giữa anot –catot của tiristo sau khi dòng anot-catot đã về không trước khi lại có thể có điện áp dương mà tiristo vẫn khóa . Thời gian phục hồi làm một thông số quan trọng của tiristo nhất là bộ nghịch lưu phụ thuộc hoặc nghịch lưu độc lập , trong đó phải luôn đảm bảo rằng thời gian dành cho quá trình khóa phải bằng 1,5 đến 2 lần . 4, Tốc độ tăng điện áp cho phép . Tiristor được sử dụng như một phần từ có điều khiển , nghĩa là mặc dù được phân cực thuận ( ) nhưng vẫn phải có tín hiệu điều khiển thỡ nú mới cho phép dòng điện chạy qua . Khi tiristo được phân cực thuận, phần lớn điện áp rơi trên lớp tiếp giáp Tốc độ tăng điện áp là một thông số phân biệt tiristo tần số thấp với các tiristor tần số cao . Ở tiristor tần số thấp vào khoảng 50 đến 200 . 5, Tốc độ tăng dòng cho phép, . Khi tiristo bắt đầu mở không phải mọi điểm trên tiết diện tinh thể bán dẫn của nó đều dẫn đồng đều . Dòng điện sẽ chạy qua bắt đầu ở một số điểm , gần với cực điều khiển nhất, sau đó sẽ lan tỏa dần sang các điểm khỏc trờn toàn bộ tiết diện . Nếu tốc độ tăng dũng quỏ lớn có thể dẫn đến mật độ dòng điện ở các điểm bán dẫn ban đầu quá lớn , sự phát nhiệt cục bộ quá mãnh liệt có thể dẫn đến hỏng cục bộ , từ đó dẫn đến hỏng toàn bộ tiết diện tinh thể bán dẫn. Tốc độ tăng dòng cũng phân biệt tiristo tần số thấp, có cỡ 50-100với các tiristo tần số cao với cỡ 500-2000 .Trong các ứng dụng phải luôn đảm bảo tốc độ tăng dòng đến dưới mức cho phép . Điều này đạt được nhờ mắc nối tiếp các van bán dẫn với các cuộn kháng trị số nhỏ . Cuộn kháng có thể lõi không khí hoặc lõi ferit . Có thể dung những xuyến ferit lồng lên thanh dẫn để tạo các điện kháng có tính chất của cuộn kháng bão hòa . Khi dòng qua thanh dẫn nhỏ , điện kháng sẽ có giá trị lớn để hạn chế tốc độ tăng dòng . Khi dòng điện lớn , cuộn kháng bị bão hòa , điện cảm giảm gần như bằng không. Như vậy cuộn kháng kiểu này khụng gõy sụt áp trong chế độ dòng định mức qua thanh dẫn. 2.1.3 TIRISTO khóa được bằng cực điều khiển GTO( Gate turn-off-Thyristor): Tiristo thường , được sử dụng rộng rãi trong các sơ đồ chỉnh lưu từ công suất nhỏ vài KW đến công suất cực lớn đến vài trăm MW . Đú là vỡ trong các sơ đồ chỉnh lưu , tiristo có thể khóa lại một cách tự nhiên dưới tác dụng của điện áp điện lưới , điện áp chỉnh lưu có thể điều chỉnh bằng cách chủ động thay đổi thời điểm mở của các tiristo . Tuy nhiên với các ứng dụng trong các bộ biến đổi xung áp một chiều hoặc các bộ nghịch lưu , trong đó các van bán dẫn luôn bị đặt dưới điện áp một chiều thì điều kiện để khóa tự nhiên sẽ không còn nữa . Khi đó việc dùng tiristo thường sẽ cần đến các mạch chuyển mạch cưỡng bức rất phức tạp , gây tổn hao công suất , giảm hiệu suất của bộ biến đổi . Cách đây không lâu , vào những năm 80 của thế kỷ trước , chuyển mạch của tiristo là vấn đề được rất nhiều nhà nghiên cứu quan tâm giải quyết . Tuy nhiên ngày nay các van bán dẫn điều khiển hoàn toàn với công nghệ hoàn chỉnh được sản xuất hàng loạt làm nhiệm vụ của các nhà nghiên cứu nhẹ đi rất nhiều . Các GTO , như tên gọi của nó , nghĩa là khóa lại được bằng cực điều khiển , có những khả năng về đóng cắt các dòng điện lớn , chịu được điện áp cao giống như tiristo , là một van điều khiển . Việc ứng dụng các GTO đã phát huy ưu điểm cơ bản của các phần từ bán dẫn , đó là khả năng đóng cắt dòng điện lớn nhưng lại được điều khiển bởi các tín hiệu công suất nhỏ . Cấu trúc bán dẫn của GTO phức tạp hơn so với tiristo như hình 2-6 . Ký hiệu GTO cũng chỉ ra tính chất điều khiển hoàn toàn của nó . Đó là dòng điện đi vào cực điều khiển để mở GTO , cũn dũng đi ra khỏi cực điều khiển dùng để di chuyển các điện tích ra khỏi cấu trúc bán dẫn của nó , nghĩa là khóa GTO lại . Trong cấu trúc bán dẫn của GTO lớp p , anot được bổ sung các lớp . Dấu + ở bên cạnh chỉ ra rằng mật độ các diện tích tương ứng mật độ các diện tích tương ứng , các lỗ hoặc điện từ , được làm giàu thêm với mục đích làm giảm điện trở khi dẫn của cỏc vựng này . Cực điều khiển vẫn được nối vào lớp p nhưng được chia nhỏ ra và phân bố đều so với lớp của catot. Khi chưa có dòng điều khiển , nếu anot có điện áp dương hơn so với catot thì toàn bộ điện áp sẽ rơi trên tiếp giáp ở giữa , giống như trong cấu trúc của tiristo tuy nhiên catot có điện áp dương hơn so với anot thì tiếp giáp ở sát anot sẽ bị đánh thủng ngay ở điện áp rất thấp , nghĩa là GTO không thể chịu được điện áp ngược . Hình 2-6.Cấu trúc bán dẫn và kí hiệu GTO được điều khiển mở bằng cách cho dòng vào cực điều khiển , giống như ở tiristo thường , sau khi GTO đã dẫn thỡ dũng điều khiển không còn tác dụng. Như vậy có thể mở GTO bằng các xung ngắn với công suất không đáng kể . Để khóa GTO một dòng phải được lấy ra từ cực điều khiển . Khi van đang dẫn dòng , tiếp giáp chứa một số lượng lớn các điện tích sinh ra do tác dụng của hiệu ứng bắn phá “ vũ bóo” tạo nên vùng dẫn điện , cho phép các điện tử di chuyển từ catot , vùng , đến vùng anot , vùng , tạo nờn dòng anot. Bằng cách lấy đi một số lượng lớn các điện tích qua cực điều khiển , vùng bị dẫn điện sẽ bị co hẹp và bị ép về phía vùng của anot và vùng của catot . Kết quả là dòng anot sẽ bị giảm cho về đến 0 . Dòng điều khiển duy trì một thời gian ngắn để GTO phục hồi tính chất khóa. Hình 2-7. Nguyên lý điều khiển GTO: a)Yờu cầu xung điều khiển b)Nguyờn lý thực hiện Yêu cầu về xung điều khiển và nguyên tắc thực hiện được thể hiện trờn hỡnh (2-7) thể hiện xung dũng khúa GTO có biên độ rất lớn , vào khoảng 20-25% biên độ dòng điện anot và catot . Một yêu cầu quan trọng nữa là xung dòng điều khiển phải có độ dốc sườn xung rất lớn , sau khoảng 0,5 đến 1 . Điều này giải thích tại sao nguyên lý thực hiện tao xung dũng khúa