Đồ án Nghiên cứu độ tin cậy của các hệ thống điện tử công suất sử dụng trong công nghiệp

 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ HẢI PHÒNG 
 ISO 9001:2015 
 NGHIÊN CỨU ĐỘ TIN CẬY CỦA CÁC HỆ THỐNG 
 ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT SỬ DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP 
 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY 
 NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP 
 HẢI PHÒNG - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
 TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ HẢI PHÒNG 
 NGHIÊN CỨU ĐỘ TIN CẬY CỦA CÁC HỆ THỐNG 
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT SỬ DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP 
 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY 
 NGÀNH: ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP 
 Sinh viên Đào Văn Phán 
 Giảng viên hướng dẫn :GSTSKH Thân Ngọc Hoàn 
 HẢI PHÒNG - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ HẢI PHÒNG 
 -------------------------------------- 
 NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP 
 Sinh viên: Đào Văn Phán - Mã SV: 1512102053 
 Lớp: DC1901 - Ngành: Điện Tự Động Công Nghiệp 
 Tên đề tài: Nghiên cứu độ tin cậy của hệ thống điện tử công suất sử dụng 
 trong công nghiệp 
 NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI 
1. Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp 
 ( về lý luận, thực tiễn, các số liệu cần tính toán và các bản vẽ). 
 .. 
 .. 
 .. 
 .. 
 .. 
 .. 
 .. 
 .. 
2. Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính toán. 
 .. 
 .. 
 .. 
 .. 
 .. 
 .. 
 .. 
 .. 
 .. 
3. Địa điểm thực tập tốt nghiệp. 
 .. 
 .. 
 .. 
 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP 
Người hướng dẫn thứ nhất: 
Họ và tên : GSTSKH Thân Ngọc Hoàn 
Học hàm, học vị : Giáo sư Tiến sĩ Khoa Học 
Cơ quan công tác : Trường Đại Học Quản Lý và Công Nghệ Hải Phòng 
Nội dung hướng dẫn : Toàn bộ đề tài 
Người hướng dẫn thứ hai: 
Họ và tên:............................................................................................. 
Học hàm, học vị:................................................................................... 
Cơ quan công tác:................................................................................. 
Nội dung hướng dẫn:............................................................................ 
Đề tài tốt nghiệp được giao ngày tháng năm 
Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày tháng năm 
Đã nhận nhiệm vụ ĐTTN Đã giao nhiệm vụ ĐTTN 
 Sinh viên Người hướng dẫn 
 Đào Văn Phán GSTSKH Thân Ngọc Hoàn 
 Hải Phòng, ngày ...... tháng........năm 2019 
 Hiệu trưởng 
 GS.TS.NGƯT Trần Hữu Nghị 
 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM 
 Độc lập - Tự do - Hạnh phúc 
 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TỐT NGHIỆP 
 Họ và tên giảng viên: .............................................................................................. 
 Đơn vị công tác: ........................................................................ ..................... 
 Họ và tên sinh viên: ...................................... Chuyên ngành: .............................. 
 Đề tài tốt nghiệp: ......................................................................... .......... .......... 
 Tinh thần thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp 
...........................................................................................................................................
........................................................................................................................................... 
........................................................................................................................................... 
........................................................................................................................................... 
 1. Đánh giá chất lượng của đồ án/khóa luận (so với nội dung yêu cầu đã đề ra 
 trong nhiệm vụ Đ.T. T.N trên các mặt lý luận, thực tiễn, tính toán số liệu ) 
 .................................................................................................................................... 
 .................................................................................................................................... 
 .................................................................................................................................... 
 .................................................................................................................................... 
 .................................................................................................................................... 
 2. Ý kiến của giảng viên hướng dẫn tốt nghiệp 
Được bảo vệ Không được bảo vệ Điểm hướng dẫn 
 Hải Phòng, ngày tháng năm ...... 
 Giảng viên hướng dẫn 
 (Ký và ghi rõ họ tên) 
 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM 
 Độc lập - Tự do - Hạnh phúc 
 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN CHẤM PHẢN BIỆN 
Họ và tên giảng viên: ............................................................................................... 
Đơn vị công tác: ....................................................................................................... 
Họ và tên sinh viên: ...................................... Chuyên ngành: ................................. 
Đề tài tốt nghiệp: ...................................................................................................... 
1. Phần nhận xét của giáo viên chấm phản biện 
 .......................................................................................................................................... 
 .......................................................................................................................................... 
 .......................................................................................................................................... 
 .......................................................................................................................................... 
 .......................................................................................................................................... 
 .......................................................................................................................................... 
2. Những mặt còn hạn chế 
 ...........................................................................................................................................
 ........................................................................................................................................... 
 ........................................................................................................................................... 
 .......................................................................................................................................... 
 .......................................................................................................................................... 
3. Ý kiến của giảng viên chấm phản biện 
Được bảo vệ Không được bảo vệ Điểm hướng dẫn 
 Hải Phòng, ngày tháng năm ...... 
 Giảng viên chấm phản biện 
 (Ký và ghi rõ họ tên) 
 MỤC LỤC 
Chương 1: .............................................................................................................. 3 
CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ........................................................ 3 
1.2 DIODE CÔNG SUẤT ..................................................................................... 4 
1.2.1 Nguyên lý cấu tạo và làm việcvới công suất của nguồn và tải. ................... 4 
1.2.2 Đặc tính Volt – Ampere (V – A) .................................................................. 5 
1.2.3 Trạng thái đóng ngắt .................................................................................... 6 
1.2.4 Các tính chất động ........................................................................................ 6 
1.2.5 Mạch bảo vệ diode ....................................................................................... 7 
1.2.6 Các đại lượng định mức của diode ............................................................... 8 
1.3 BJT CÔNG SUẤT (BIPOLAR JUNTION TRANSISTOR) .......................... 8 
1.3.1 Nguyên lý cấu tạo và làm việc ..................................................................... 9 
1.3.2 Đặc tính V-A trong mạch có Emitter chung .............................................. 10 
1.3.3 Trạng thái đóng ngắt .................................................................................. 11 
1.3.4 Các tính chất động ...................................................................................... 11 
1.3.5 Các đại lượng định mức của transistor ....................................................... 12 
1.3.6 Mạch kích và bảo vệ cho transistor ............................................................ 12 
1.4 MOSFET (Metal – Oxide – Semiconductor Field Effect Transistor) .......... 16 
1.5 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) .................................................... 19 
1.6 SCR (Silicon Controlled Rectifier) ............................................................... 21 
1.6.1 Mô tả và chức năng .................................................................................... 21 
1.6.2 Các tính chất và trạng thái cơ bản .............................................................. 22 
1.6.3 Đặc tính V-A .............................................................................................. 23 
1.6.4 Khả năng mang tải...................................................................................... 24 
1.6.5 Mạch kích SCR .......................................................................................... 24 
1.6.6 Mạch bảo vệ SCR ....................................................................................... 26 
1.7 TRIAC ........................................................................................................... 27 
1.7.1 Đặc điểm cấu tạo ........................................................................................ 27 
1.7.2 Đặc tính V-A .............................................................................................. 28 
1.8 GTO ............................................................................................................... 29 
 1 
 CHƯƠNG 2:........................................................................................................ 31 
CÁC BỘ CHỈNH LƯU CÓ ĐIỀU KHIỂN DÙNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT .. 31 
2.1 TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN .................................................... 31 
2.2 CHỈNH LƯU MỘT PHA CÓ ĐIỀU KHIỂN ............................................... 32 
2.2.1 Chỉnh lưu nửa chu kỳ có điều khiển .......................................................... 32 
2.3 CHỈNH LƯU BA PHA CÓ ĐIỀU KHIỂN .................................................. 35 
2.3.1 Chỉnh lưu ba pha hình tia có điều khiển .................................................... 35 
2.3.2 Chỉnh lưu ba pha hình cầu có điều khiển ................................................... 39 
Chương 3 : ........................................................................................................... 43 
ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỆN TỬ CỘNG SUẤT DÙNG 
TRONG CÔNG NGHIỆP ................................................................................... 43 
3.1 MỘT TƯƠNG LAI CÔNG NGHIỆP ........................................................... 43 
3.2 ỨNG DỤNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀO CÔNG NGHIỆP .................. 45 
3.3 ĐỘ TIN CẬY ỨNG DỤNG CỤ THỂ CỦA CÁC THÀNH PHẦN ............ 47 
3.4 YÊU CẦU TUỔI THỌ ................................................................................. 48 
3.5 CƠ CHẾ KHÔNG THÀNH PHẦN .............................................................. 54 
3.6 TIỀM NĂNG ĐỂ CẢI THIỆN ĐỘ TIN CẬY ............................................. 55 
KẾT LUẬN: ....................................................................................................... 65 
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 66 
 2 
 Chương 1: 
 Lời mở đầu : 
 Kỷ nguyên của Truyền động điện có thể coi như bắt đầu từ thế kỷ 19 khi 
Tesla phát minh ra động cơ không đồng bộ năm 1888. Từ đó, động cơ điện dần 
dần thay thế động cơ hơi nước, vốn được coi là động lực cho cách mạng công 
nghiệp lần thứ nhất (thế kỷ 18) và lần thứ hai (thế kỷ 19). 
Sự ra đời của các van bán dẫn công suất lớn như diode, BJT, thyristor, triac và 
tiếp đó là IGBT thực sự mang đến cho truyền động điện một sự biến đổi lớn về 
chất và lượng. Bài nghiên cứu nhằm mục đích phân loại tìm hiểu độ tin cậy cảu 
điện tử công suát đối với ngành công nghiệp phát triển nhanh chóng như hiện 
nay. 
 CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 
1.1 PHÂN LOẠI LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 
 - Các linh kiện bán dẫn công suất có hai chức năng cơ bản là ĐÓNG và 
NGẮT dòng điện đi qua nó. 
 - Trạng thái linh kiện dẫn điện (ĐÓNG): linh kiện giống như một điện 
trở có giá trị rất bé (gần bằng không). 
 - Trạng thái linh kiện không dẫn điện (NGẮT): linh kiện giống như một 
điện trở có giá trị rất lớn. 
 - Các linh kiện bán dẫn có thể chuyển đổi trạng thái làm việc từ trạng 
thái dẫn điện sang trạng thái không dẫn điện và ngược lại thông qua tín hiệu kích 
thích tác động lên cổng điều khiển của linh kiện. Ta gọi linh kiện có điều khiển 
được. Tín hiệu điều khiển có thể là dòng điện, điện áp hay ánh sáng với công 
suất nhỏ hơn nhiều so 
 3