Điện tử công suấtCác bộ nghich l
ưu cơ bản và biến tần.

Các noi dung chính
Câu trúc mach:
Nghch lưu mot pha
Nghch lưu ba pha
Theo dong xung điêu khien:
Chê độ xung vuông
điêu chê do rong xung (PWM)
Khử sóng hài (SHE)
điêu khien nghch lu bang μP

Chương 6

Các bộ nghịch lưu cơ bản và

biến tần

Các nội dung chính

Nghịch lưu một pha

Nghịch lưu ba pha

Chế độ xung vuông

Điều chế độ rộng xung (PWM)

Khử sóng hài (SHE)

6.1 Tổng quan

Đầu vào là dạng một chiều

Đầu ra là dạng xoay chiều có tần số và biên độ

thay đổi được

Biến đổi DC - AC

Tạo dạng điện áp xoay chiều cấp cho tải sử dụng

các linh kiện bán dẫn công suất (MOSFET,

IGBT…) mà không dùng các máy điện quay

Power Electronics Basic Inverters 3

6.1 Tổng quan

Nghịch lưu nguồn áp (VSI):

Điện áp trên tải được xác định nhờ xung điều khiển

Dòng điện ra phụ thuộc vào tải

Nghịch lưu nguồn dòng

Dòng điện trên tải được xác định nhờ xung điều khiển

Điện áp ra phụ thuộc vào tải

Được sử dụng nhiều trong thực tế và công nghiệp

Nghịch lưu 1 pha:

Sơ đồ mạch:

C: tụ lọc một chiều

Vd: điện áp một chiều trung gian

Power Electronics Basic Inverters 5

6.2 Chế độ xung vuông

Giai đoạn I:

vg1=vg2>0 → T1, T2 on, dòng điện:

Vd+→T1→Load→T2→Vd-; vo=Vd

Giai đoạn II:

vg3=vg4>0 → But io>0 → D3, D4 on, năng lượng

trên cuộn cảm giải phóng trở về Vd

Dòng điện: Vd- → D4 → Load → D3 → Vd+

Giai đoạn III:

vg3=vg4>0 → nhưng do io<0 → T3, T4 on,

Dòng điện: Vd+ →T3 →Load →T4

→Vd-
Giai đoạn IV:

vg1=vg2>0 → But io<0 → D1, D2 on, năng lượng

trên cuộn cảm giải phóng về Vd

Dòng điện: Vd-→D2→Load→D1→Vd+

5.2 Chế độ xung vuông

Phân tích và tính toán

Giá trị điện áp đầu ra:

Phân tích sóng hài điện áp ra:

Giá trị hiệu dụng của thành phần cơ bản:

Phân tích sóng hài dòng điện trên tải:

Sử dụng mạch tương đương theo bậc sóng hài dòng điện

Power Electronics Basic Inverters 7

6.2 Chế độ xung vuông

Ví dụ áp dụng:

Cho mạch nghịch lưu ở hình bên, các tham số

như sau:

Tính các tham số sau:

a) Phân tích hài của dòng điện trên tải đến bậc

9

Nghịch lưu ba pha

T1 – T6: IGBT

D1 – D6: Diode song

song ngược

C: Tụ một chiều

trung gian

Điện áp một chiều

trung gian

R: Điện trở tải

Power Electronics Basic Inverters 9

khiển

vg1-vg4; vg3-vg6; vg5-vg2 tạo

thành 3 nhánh và được

đóng cắt ngược pha

VAN được đk bởi vg1

VBN được đk bởi vg3

VCN được đk bởi vg5

6.2 Chế độ xung vuông

Dạng sóng và điện áp dây

VANsớm pha 120 o so với VBN

VBN sớm pha 120 o so với VCN

VCNsớm pha 120 o so với VAN

VABsớm pha 120 o so với VBC

VBC sớm pha 120 o so với VCA

VCAsớm pha 120 o so với VAB

VABsớm pha 60 o so với VAN

VBC sớm pha 60 o so với VBN

VCAsớm pha 60 o so với VCN

6.2 Chế độ xung vuông

Power Electronics Basic Inverters 11

Giai đoạn 1: T5, T6 và T1 đóng

Giai đoạn 2: T6, T1 và T2 đóng

Giai đoạn 3: T1, T2 và T3 đóng

Giai đoạn 4: T2, T3 và T4 đóng

Giai đoạn 5: T3, T4 và T5 đóng

Giai đoạn 6: T4, T5 và T6 đóng

6.2 Chế độ xung vuông

Dạng sóng và điện áp pha trên tải

Power Electronics Basic Inverters 13

VABsớm pha 30 o so với VAn

VBC sớm pha 30 o so với VBn

VCAsớm pha 30 o so với VCn

6.2 Chế độ xung vuông

Phân tích, tính toán theo tham số điện áp dây

Điện áp dây hiệu dụng:

Phân tích sóng hài một nhánh:

Giá trị hiệu dụng của thành phần hài cơ bản

Các thành phần hài bậc 3

Các thành phần sóng hài khác:

6.2 Chế độ xung vuông

Power Electronics Basic Inverters 15

Điện áp pha hiệu dụng:

Phân tích sóng hài một nhánh:

Giá trị hiệu dụng của thành phần hài cơ bản

Các thành phần hài bậc 3

Các thành phần sóng hài khác:

6.2 Chế độ xung vuông

Phân tích mạch theo bậc hài tương ứng

Phân tích Fourier của dòng điện trong 1 nhánh:

trong đó

Power Electronics Basic Inverters 17

Vn: Điện áp của điểm trung tính so với đất

VA: Điện áp của điểm A so với đất

VB: Điện áp của điểm B so với đất

VC: Điện áp của điểm C so với đất

6.2 Chế độ xung vuông

Điện áp của điểm

trung tính trên tải

Tần số: 3f1

Giá trị biên độ: ± Vd/6

Các thành phần sóng hài:

6.2 Chế độ xung vuông

Power Electronics Basic Inverters 19

Có thể điều khiển được điện áp ra (trên tải)

Có thể điều khiển được tần số đầu ra

Triệt tiêu các sóng hài bậc thấp

Thay đổi độ rộng xung điều chế theo dạng sóng

điều chế (dạng sin hoặc dạng hình thang …)

Tín hiệu sóng mang: dạng xung tam giác

6.3 Điều chế động rộng xung PWM

Xét bộ nguồn có cấu trúc HB

T1, T2: IGBT

D1, D2: Diode hoàn nguyên

C: Tụ lọc một chiều

Vd: Điện áp một chiều trung gian

R: Phụ tải

Power Electronics Basic Inverters 21

6.4 Đ iều chế PWM – Nguyên lý

Dạng sóng và tín hiệu điều khiển

vg1và vg2đóng, cắt ngược pha nhau

vm: dạng sóng điều chế

vc: dạng sóng mang

Khi vm≥ vc→ v g1= logic “1”

và ngược lại

Khi v g1= logic “1” T1= ON

→ VAO= +Vd/2

Khi v g1= logic “0” T2= ON

→ VAO= -Vd/2

6.4 Đ iều chế PWM – Một số quy ước

Power Electronics Basic Inverters 23

Hệ số điều chế tần số:

Trong đó:

fmlà tần số của vm

fclà tần số của vc

Trong thực tế thông thường chọnmf≥ 9

Hệ số điều chế biên độ ma

0 < ma≤ 1

Sử dụng khai triển Fourier

để xác định thành phần hài

cơ bản (bậc nhất)

và:

Tần số của hài cơ bản = fm

Cho ma = 0.8; mf= 15; fm= 50 Hz

Giả sử Vd= 100V, tính VOA,1

6.4 Điều chế động rộng xung PWM

Điện áp đầu ra không chứa các hài bậc thấp: ví

dụ các bậc: 3th, 5th, 7th, 9th …

Việc lọc các sóng hài bậc cao dễ dàng hơn nhiều

Khi tần số tăng: => XL↑ → Chặn các sóng hài

Power Electronics Basic Inverters 25

Xác định nhanh các thành phần sóng hài

Chỉ áp dụng khi mf≥ 9; tính toán theo cấu trúc HB

6.4 Điều chế động rộng xung PWM

6.4 Đ iều chế PWM – Hiện tượng quá điều chế

Power Electronics Basic Inverters 27

Hiện tượng quá điều chế được xác định:

Dạng sóng đầu ra khi

ma>> 1 → VAOtrở thành dạng sóng vuông

1

m a c

V m V

∧

∧

= >

6.4 Đ iều chế PWM – Hiện tượng quá điều chế

Dạng sóng của điện áp ra phụ thuộc vào hệ số điều

chế ma

Power Electronics Basic Inverters 29

hài bậc thấp bắt đầu xuất hiện ở đầu ra, gây ra hiện

tượng méo điện áp/ dòng điện:

f

m

6.5 Nghịch lưu một pha FB - PWM

Sơ đồ mạch và nguyên lý làm việc:

6.5 Nghịch lưu một pha FB - PWM

Power Electronics Basic Inverters 31

Điều chế PWM một pha hai cực:

vg1, vg4được đk đóng/cắt ngược pha; vg2, vg3được

đk đóng/cắt ngược pha

vm≥vc→ vg1, vg2=“1”;

vm<vc→ vg1, vg2=“0”

vg1, vg2=“1” → T1, T2ON →

vAB= Vd ;

vg1, vg2=“0” → T3, T4ON →

vAB= -Vd

6.5 Nghịch lưu một pha - PWM

Cách xác định thành phần sóng hài:

Sử dụng bảng tra giống trong phần HB với lưu ý:

 Sơ đồ cầu half-bridge (HB): VAO,p-p= Vd

 Sơ đồ cầu full-bridge (FB): VAO,p-p= 2Vd

Power Electronics Basic Inverters 33

6.5 Nghịch lưu một pha FB - PWM

Phổ hài của điện áp đầu ra khi thực hiện điều chế

PWM theo phương án không phân cực:

Các sóng hài có biên độ lớn:

Phương pháp điều chế PWM hai cực tính: mf, mf±2, mf±4

Phương pháp điều chế PWM không phân cực: 2.mf± 1, 2.mf± 3

6.6 Nghịch lưu ba pha – điều chế PWM

Power Electronics Basic Inverters 35

Cấu trúc mạch

6.6 Nghịch lưu ba pha – điều chế PWM

Cách thực hiện và dạng sóng
Sóng điều chế: Ba tín hiệu sin có

biên độ và tần số thay đổi được

Sóng mang: Dạng tam giác có biên

độ cố định, tần số có thể thay đổi, tùy ứng dụng

Power Electronics Basic Inverters 37

6.6 Nghịch lưu ba pha – điều chế PWM

Xác định thành phần sóng hài của điện áp ra?

Sử dụng bảng tra (bảng 6.2)