Thiết kế và chế tạo mạch nghịch lưu một pha

Thiết kế và chế tạo mạch nghịch lưu một pha

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật bán dẫn công suất

lớn, các thiết bị biến đổi điện năng dùng các linh kiện bán dẫn công suất đã

được sử dụng nhiều trong công nghiệp và đời sống nhằm đáp ứng các nhu

cầu ngày càng cao của xã hội Trong thực tế sử dụng điện năng ta cần thay

đổi tần số của nguồn cung cấp, các bộ biến tần được sử dụng rộng rãi trong

truyền động điện, trong các thiết bị đốt nóng bằng cảm ứng, trong thiết bị

chiếu sáng Bộ nghịch lưu là bộ biến tần gián tiếp biến đổi một chiều thành

xoay chiều có ứng dụng rất lớn trong thực tế như trong các hệ truyền động

máy bay, tầu thuỷ, xe lửa

Trong thời gian học tập và nghiên cứu, được học tập và nghiên cứu

môn Điện tử công suất và ứng dụng của nó trong các lĩnh vực của hệ thống

sản xuất hiện đại Vì vậy để có thể nắm vững phần lý thuyết và áp dụng kiến

thức đó vào trong thực tế, chúng em được nhận đồ án môn học với đề tài:

“Thiết kế và chế tạo mạch nghịch lưu một pha” Với đề tài được giao,

chúng em đã vận dụng kiến thức của mình để tìm hiểu và nghiên cứu lý

thuyết, đặc biệt chúng em tìm hiểu sâu vào tính toán thiết kế phục vụ cho

việc hoàn thiện sản phẩm

Dưới sự hướng dẫn chỉ bảo nhiệt tình của thầy “Đỗ Công Thắng”

cùng với sự cố gắng nỗ lực của các thành viên trong nhóm chúng em đã

hoàn thành xong đồ án của mình Tuy nhiên do thời gian và kiến thức còn

hạn chế nên không tránh khỏi thiếu sót khi thực hiện đồ án này Vì vậy

chúng em rất mong sẽ nhận được nhiều ý kiến đánh giá, góp ý của thầy cô

giáo, cùng bạn bè để đề tài được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN MÔN HỌC

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

Hưng Yên, ngày 19 tháng 07 năm 2012 Giáo viên hướng dẫn

Kế hoạch thực hiện

TT Nội dung thực hiện Tuần

Thựchiện

ThôngquaGVHD

Ngườithực hiện

ĐịađiểmThựchiện

Nhận xétGVHD

1 Lập bảng kế hoạch thực

hiện

Tuần1

Tuần1

Tuần

2

V Việt

Tạinhà

Chương I Giới thiệu tổng quan về

Tuần2ĐặngThanh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN MÔN HỌC

3

Chương II Thiết kế mạch lực

2.1 Tính toán Máy Biến

Tuần2

Tuần

Nam,

VănViệt,

ĐìnhThanh

Tạinhà

Tuần4

ChíNam,V.ViệtĐìnhThanh

Xưởngđiện

5 Hoàn thành sản phẩm

Hoàn thành nội dung

quyển thuyết minh Kết

luận

Tuần4

Tuần4

V ViệtC.NamĐìnhThanh

Tạinhà

6 Thông qua GVHD tổng

hợp đánh giá

Tuần4

Tuần4

Xưởngđiện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Trường ĐHSP Kỹ thuật hưng

Yên

Khoa điện - điện tử

Cộng hoà xã hội chủ nghĩa việt nam

Ngành đào tạo : Kỹ thuật điện

Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo mạch nghịch lưu một pha

(U r =220v_ P=300W)

* Số liệu cho trước

- Các giáo trình và tài liệu chuyên môn

- Các trang thiết bị đo, kiểm tra tại xưởng thực tập, thí nghiệm

* Phân tích yêu cầu của đề tài.

Với yêu cầu của đề tài khi đó chúng ta phải đi thiết kế một bộ nghịch

lưu cho ra điện áp xoay chiều là 220V từ nguồn ắc quy 12V, tần số trong

mạch đo được là 50Hz, công suất ra của bộ nghịch lưu là 300W

Mạch lấy nguồn ắc quy 12V cấp trực tiếp cho mạch và cho biến áp

Biến áp ở đây sử dụng như một bộ kích nhằm kích nguồn áp lên giá trị cao

hơn nhiều lần so với giá trị áp ban đầu Chính vì mạch có khả năng biến

đổi nguồn một chiều thành nguồn xoay chiều nên mạch có tính thiết thực

rất lớn trong thực tế

Mạch là mạch công suất vì vậy linh kiện được sử dụng phần lớn là linh

kiện công suất Mạch sử dụng các van bán dẫn công suất như Transistor,

MOSFET, IGBT…Trong quá trình chạy mạch thì xung tạo ra là xung

vuông và được khuyếch đại lên bằng các van bán dẫn là Transistor,

IGBT…

* Mục tiêu của đề tài.

Nắm được một cách tổng quan về các phần tử bán dẫn công suất

Nghiên cứu về các mạch nghịch lưu, hiểu được nguyên lý làm việc của

mạch nghịch lưu, các phương pháp biến đổi từ đó lựa chọn một phương án

tối ưu nhất để có áp dụng trên đồ án của mình và ngoài thực tiễn

Có khả năng tính toán, thiết kế và chế tạo mạch nghịch lưu điện áp một

pha với công suất cho trước

* Ý nghĩa của đề tài.

Để giúp sinh viên có thể có thể củng cố kiến thức, tổng hợp và nâng

cao kiến thức chuyên nghành cũng như kiến thức ngoài thực tế Đề tài còn

thiết kế chế tạo thiết bị, mô hình để các sinh viên trong trường đặc biệt là

sinh viên khoa Điện – Điện tử tham khảo, học hỏi tạo tiền đề nguồn tài liệu

cho các học sinh, sinh viên khoá sau có thêm nguồn tài liệu để nghiên cứu

và học tập

Những kết quả thu được sau khi hoàn thành đề tài này trước tiên là sẽ

giúp chúng em có thể hiểu sâu hơn về các bộ nghịch lưu, các phương pháp

biến đổi điện áp Từ đó sẽ tích luỹ được kiến thức cho các năm học sau và

- Thiết kế, chế tạo mạch nghịch lưu một pha đảm bảo yêu cầu:

+ Điện áp đầu vào một chiều U = 12V lấy từ ắc quy

+ Điện áp đầu ra dùng cho các thiết bị điện xoay chiều U = 220V

-f = 50HZ , P = 300W

+ Thí nghiệm, kiểm tra sản phẩm, sản phẩm phải đảm bảo yêucầu kỹ thuật, mỹ thuật Quyển thuyết minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Chương I GIỚI THIỆU VỀ MỘT SỐ MẠCH NGHỊCH LƯU 1.1 Tổng quan về nghịch lưu.

Trong công nghệ, ta thường gặp vấn đề biến đổi điện áp một chiều thành

điện xoay chiều và ngược lại bằng các thiết bị nắn điện Các thiết bị đó được gọi

là nghịch lưu

Khái niệm: Nghịch lưu là quá trình biến đổi năng lượng một chiều thành

năng lượng xoay chiều

Phân loại: Các sơ đồ nghịch lưu được chia làm hai loại.

- Sơ đồ nghịch lưu làm việc ở chế độ phụ thuộc vào lưới xoay chiều

- Sơ đồ nghịch lưu làm việc ở chế độ độc lập (với các nguồn độc lập như ác

quy, máy phát một chiều )

Nghịch lưu phụ thuộc có sơ đồ nguyên lý giống như chỉnh lưu có điều

khiển Mạch nghịch lưu phụ thuộc là mạch chỉnh lưu trong đó có nguồn một

chiều được đổi dấu so với chỉnh lưu và góc mở α của các tiristo thoả mãn

điều kiện (π/2 < α <π ) lúc đó công xuất của máy phát điện một chiều trả về

lưới xoay Tần số và điện áp nghịch lưu này phụ thuộc vào tần số điện áp

lưới xoay chiều

Nghịch lưu độc lập làm nhiệm vụ biến đổi điện áp một chiều từ các

nguồn độc lập (không phụ thuộc vào lưới xoay chiều) thành xoay chiều với

tần số pha tuỳ ý Tần số và điện áp nghịch lưu Nói chung có thể điều chỉnh

tuỳ ý Có hai dạng sơ đồ nghịch lưu độc lập là mạch cầu và mạch dùng biến

Để giải thích nguyên lý làm việc của nghịch lưu phụ thuộc chúng ta sẽ

nghiên cứu một vài sơ đồ cụ thể

1.2.1 Nghịch lưu phụ thuộc một pha hai nửa chu kỳ.

Sơ đồ cho ở hình 1.1a (giống sơ đồ chỉnh lưu) Điểm khác ở đây là cực

dương của nguồn một chiều được đấu vào điểm trung tính Sđđ nguồn một

chiều có giá trị số lớn hơn điện áp chỉnh lưu trong nửa chu kỳ Các van sẽ

được mở khi áp thứ cấp của biến áp có giá trị âm, góc mở (α > π/2) Lúc này

nguồn một chiều trở thành nguồn phát điện cung cấp năng lượng cho lưới

điện còn bộ biến đổi làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc.được duy trì do

năng lượng tích lũy trong cuộc cảm xd Đến thời điểm θ4 ta lại đưa tín hiệu

mở van T2, dòng điện lại chuyển từ T1 sang T2 theo như quá trình đã nói ở

trên

Thời gian đảo mạnh phải kết thúc sớm hơn thời điểm θ5 một thời điểm

dùng để van T1 kịp khôi phục tính chất khoá của mình Nếu thời gian khôi

phục không đủ thì sau θ5 van T1 vẫn tiếp tục dẫn điện, điện áp U2a > 0 dòng

trong mạch Id = (E +U2a) / Rtd Vì điện trở tương đương rất bé nên dòng sẽ

quá lớn Ta gọi đây là sự cố “lật” nghịch lưu Sự cố “lật” sẽ xuất hiện khi

góc khoá β quá bé hoặc góc đảo mạch γ

quá lớn

Vậy để nghịch lưu làm việc được an toàn thì góc khoá góc β =π/18 với

tiristo thông dụng với khoảng 100 ÷ 200 µs thì trong mọi trường hợp thì việc

lấy β = π/18 cần được coi trọng, do đó π/2 < α < π - β

Hình 1.1

1.2.2 Nghịch lưu phụ thuộc ba pha nửa chu kỳ.

Sơ đồ nguyên lý của nghịch lưu độc lập ba pha nửa chu kỳ cho ở (hình

1.2)

Về hình thức giống như chỉnh lưu ba pha nửa chu kỳ.Cho tới khi α < π/2 bộ

biến đổi còn làm ở chế độ chỉnh lưu, tại α = π/2 điện áp âm bằng điện áp

dương trị trung bình của điện áp bằng không khi α > π/2 điện áp trung bình

ở dạng sóng là âm cho đến khi α = π Dạng sóng lúc này tương tự như khi α

= 0 nhưng ngược chiều

Tải của chỉnh lưu trên hình 1.2 là động cơ điện một chiều làm việc ở chế

độ động cơ Sau khi đổi chiều Sđđ của động cơ, nó trở thành máy phát lúc

này bộ biến đổi làm việc ở chế độ nghịch lưu Chiều dòng điện không thay

đổi được, nó do chiều của tiristo quyết định Để đổi chiều Sđđ động cơ có

thể đảo cực tính phần ứng hoặc đảo chiều kích từ động cơ Kết quả của việc

đổi chiều áp một chiều làm cho xuất hiện dòng điện chạy trong từng pha của

biến áp khi điện áp pha âm Nói cách khác động cơ đã phát ra công suất

chuyển vào lưới điện xoay chiều

Để các tiristo chuyển mạch được, bộ biến đổi cần phải nối vào lưới xoay

chiều, vì vậy đây là bộ nghịch lưu phụ thuộc

Ta không thể chuyển dòng điện của tiristo, ví dụ từ T1 sang T2 nếu U2b ít âm

hơn U2a ở α = π thì U2a = U2b do đó α = π là giới hạn của sự làm việc

Nguyên lý làm việc như sau:

Tại thời điểm θ1(hình 1.2) lệch góc α > π/2

ta cấp xung điều khiển vào

T1, T1 mở vì điện áp của nó là dương nhất Khi T1 mở sức điện động e sẽ

phóng một dòng điện đi qua pha a của biến áp Dòng điện này đượcduy trì

cho đến tận thời điểm θ2 nhờ sức điện động và sức điện động cảm ứng của

mạch tải Tại θ2 lệch góc α

chúng ta cấp xung điều khiển vào T2, T2 mở, T1

khoá lại Dòng điện do sức điện động e sinh ra lúc này lại chảy qua pha b

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN MÔN HỌC

tần số bằng tần số lưới Do vậy trong cuộn sơ cấp cũng cảm ứng sức điện

động xoay chiều ba pha có tần số bằng tần số của lưới Nói cách khác là sơ

đồ đã biến đổi được điện áp một chiều của nguồn sức điện động e thành điện

áp xoay chiều ba pha trả về nguồn

Khi chú ý tới điện cảm của mạch anốt La (điện cảm của biến áp) thì

việc chuyển dòng từ T1 sang T2, T2 sang T3 không tức thời như mô tả ở

trên mà phải qua giai đoạn trùng dẫn (chuyển mạch) Độ lớn của góc chuyển

mạch phụ thuộc vào trị số La Trên hình 2 trình bày các đường cong dòng, áp

của nghịch lưu khi chú ý tới La

Để nghịch lưu không bị lật cần bảo đảm góc khoá β đủ lớn Do đó α ở

chế độ nghịch lưu sẽ nằm trong: π/2 < α < π -β

Để xác định β cần xuất hiện từ thời gian khoá của toff tiristo được dùng

trong sơ đồ nghịch lưu Trên hình 1-2, b c, d biểu diễn sóng điện áp khi ở

chế độ chỉnh lưu với các góc mở khác nhau Ở hình 1.2b có α có giá trị nhỏ

ở hình 1-2c chỉnh lưu có điện áp tức thời có đoạn âm Ở hình 1.2d góc

α=900 nên Utb = 0

Trên hình 1-2 e, đến 1-2n biểu diễn đường cong dòng áp ở chế độ nghịch

lưu khi có hiện tượng trùng dẫn và khi không có hiện tượng trùng dẫn Có δ

= β - ϕ có thể hiện thời gian cần thiết khi tiristo đang dẫn đảm bảo tình trạng

khoá khi điện áp âm δ được gọi là góc tắt, trị số của nó thường không dưới

50

Các hệ thức tính toán

v r

u = α + ∆ + ∆ ϕ + ∆

π 2 2

6 3

Trong đó:

β α

π u2Cos 1 17u2Cos

2

6

: áp nghịch lưu không tải

∆uRr = Id.R2 : giảm áp trên điện trở thứ cấp biến áp

d

a I

x u

.

1 2

h

_ +

1.2.3.Nghịch lưu phụ thuộc cầu ba pha.

Sơ đồ nguyên lý của nghịch lưu phụ thuộc cầu ba pha cho trên hình 1.3

Về hình thức giống như sơ đồ chỉnh lưu ba pha có điều khiển Khi chuyểnsang làm việc ở chế độ nghịch lưu thì góc mở ∝ >900 và Sđđ E của động cơđược đổi chiều so với chế độ động cơ Việc đổi chiều E có thể thực hiện theonhiều giải pháp kỹ thuật khác nhau Vậy ở chế độ nghịch lưu cực dương củanguồn E được dấu vào nhóm anốt, còn cực âm đấu vào nhóm catốt

Ở nghịch lưu này các van của nhóm catot sẽ làm việc khi áp thứ cấp âmcòn nhóm anot các van sẽ làm việc khi áp thứ cấp dương Trong bất kỳ mộtthời điểm nào cũng có hai van làm việc, vì vậy để đưa nghịch lưu vào làmviệc (khi khởi động) cần đưa đồng thời hai xung mở van một vào nhóm anốtchung, một vào nhóm katốt chung Như vậy ta phải đưa đến điện cực điềukhiển van hai xung hẹp cách nhau 600 điện, hoặc một xung rộng có thời gian

t > 600.Việc giải thích nguyên lý làm việc của nghịch lưu này cũng tương tự nhưchỉnh lưu ba pha nửa chu kỳ, và thể hiện trên trên đồ thị dòng, áp nghịch lưu(hình 1.3)

Các hệ thức tính toán:

Điện áp trung bình của nghịch lưu cầu ba pha:

v r

u = α+ ∆ + ∆ ϕ + ∆

π 2

6 3

Trong đó: các tổn thất điện áp trên điện trở, đảo mạch và trên van đều có giá

trị gấp đôi so với sơ đồ ba pha một chiều nửa chu kỳ

∆ur = 2.Id.R2

d

a I

x u

1.3 Nghịch lưu độc lập

Nghịch lưu độc lập viết tắt là NLĐL là thiết bị biến đổi nguồn điện một

chiều thành dòng xoay chiều với tải độc lập không phụ thuộc vào lưới điện

Dòng xoay chiều có thể biến đổi được với tần số mong muốn nên cũng gọi

là thiết bị biến tần gián tiếp Gián tiếp vì thường để có nguồn một chiều phải

có một khâu chỉnh lưu Ở một số tài liệu kỹ thuật thiết bị này được gọi là “

nghịch lưu ôtonôm” hay onduleur

Như đã nói ở 1.1 nghịch lưu độc lập được phân làm ba loại là NLĐL

dòng, NLĐL áp và NLĐL cộng hưởng Người ta cũng có thể phân loại theo

số pha một pha, ba pha, cầu Ở NLĐL dòng ở đầu vào phải có điện cảm Ld

lớn và tụ đảo mạch được nạp theo luật không chu kỳ Dòng đầu vào Id là liên

tục, phẳng không nhấp nhô nghĩa là nguồn cung cấp ở thiết bị này là nguồn

dòng.Trong NLĐL cộng hưởng tải có điện cảm lớn, cùng với các phần tử R,

L, C của mạch tạo nên mạch vòng dao động RLC và có cộng hưởng áp Tần

số riêng của mạch cộng hưởng phải cao hơn hoặc bằng tần số công tác của

NLĐL

Trong NLĐL áp nguồn cung cấp cho nó phải là nguồn áp (máy phát phải

có điện trở trong nhỏ)Lĩnh vực áp dụng chủ yếu của NLĐL dòng và áp là biến

đổi tần số, cung cấp điện xoay chiều cho các thiết bị xoay chiều và phục vụ cho

các T.Đ.Đ có điều chỉnh tần số

Các NLĐL cộng hưởng được dùng có lợi khi tần số ra khoảng 1÷2 KHz

Cấp cho các thiết bị nhiệt điện, thiết bị siêu âm và các truyền động cao tốc

La

1.3.1 Nghịch lưu độc lập nguồn áp một pha có máy biến áp điểm giữa

1.3.1.1 Sơ đồ nguyên lý:

Sơ đồ nguyên lý bộ nghịch lưu áp một pha có máy biến áp điểm giữa

được cho trên hình 1.4 với nguồn áp một chiều U, máy biến áp có điểm giữa

và hai khoá chuyển mạch K1 và K2, dòng điện tải xoay chiều i’ Điểm giữa

máy biến áp 0 nối với một cực nguồn áp U, còn đầu kia qua khoá K1 nối với

A và qua khoá K1’ nối với B Giả thiết máy biến áp lý tưởng, điện áp các

dây quấn tỉ lệ với số vòng dây, ta có:

v’1 = v1 , u’ = 1/2

2

n n

v1

Khi K1 đóng có: v1 = U , u’ = 1

2 2

n n

U

Khi K’1 đóng có: v1 = - U , u’ = - 1

2 2

n n

UNếu bỏ qua dòng điện từ hoá, dòng sơ cấp và thứ cấp liên hệ qua phương

trình cân bằng sức từ động:

2 1

n

(iK1 - i’K1) = n2i’

Hình 1.4.Bộ nghịch lưu máy biến áp điểm giữa

Hai khoá chuyển mạch K1 và K2 phải một khoá đóng, một khoá mở

vì nếu cả hai đều mở nghĩa là mạch tải xoay chiều hở mạch và:

iK1 = i’K1 = 0 do đó i’ = 0

n n

U

vK1 = 0 , iK1 = 1/2

2

n n

i’ , i = iK1 ; v’K1 = v1 + v’1 = +2U , i’K1 = 0

- Khi 2

T

< t < T , K1 mở và K’1 đóng : v’1 = - U , v1= - U, u’ = -

2 / 1

2

n n

U

vK1 = - v1 - v’1 = +2U , iK1 = 0 ; v’K1 = 0 , i’K1 = - 1/2

2

n n

i’ , i =i’K1

Giả thiết dòng điện ra hình Sin có dạng : i’ = I’m Sin (ωt

- ϕ

)Góc lệch pha ϕ

của dòng tải i’ so với điện áp u’ dương khi tải điện cảm, cònkhi tải điện dung ϕ

âm

id Ld

Hình vẽ 1.6 : Dạng sóng u’ và i’ với tải điện cảm

1.3.1.2 Các linh kiện bán dẫn cần sử dụng:

Dạng sóng trên hình 1.6 cho thấy điện áp trên cực khoá chuyển

mạch mở luôn dương và dòng điện trong khoá chuyển mạch đóng ngược

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN MÔN HỌC

khiển và mở tự phát với một diode mắc song song ngược Nếu ϕ

bất kỳ linhkiện phải được đóng và mở tuỳ theo trường hợp sử dụng ta có sơ đồ sau:

Hình vẽ 1.7: Sơ đồ bộ nghịch lưu áp, máy biến áp điểm giữa

Hình 1.6 ở phía trên vẽ khoảng dẫn các linh kiện bán dẫn Ta nhận thấy

mọi chuyển mạch ở dòng điện không bằng không tạo nên giữa một linh kiện

có điều khiển và 1 diode Tính chất này chung cho các bộ nghịch lưu áp Do

máy biến áp có điểm giữa, điện áp trên cực khoá chuyển mạch hở bằng 2 lần

điện áp nguồn một chiều U ta gọi bộ nghịch lưu nhân đôi điện áp

2

n n

U

ở nửa chu kỳ kia Điện áp ra u’ có trị hiệu dụng bằng: U’ = 1

2 2

n n

U

- Trị hiệu dụng thành phần cơ bản : U’1 = π

2 2 1

2 2

n n

U

- Tỷ số điều hoà: u'

τ

= 1'

U’ = 1

2 2

+5

1 Sin5ϖt

+7

1 Sin7ϖt

) i sóng cơ bản,u’còn chứa tất cả các điều hoà bậc lẻ Biên độ điều nghịch với bậc của nó

Dòng điện vào i có chu kỳ bằng một nửa chu kỳ của các đại lượng ra ϖt

< π

Ta có biểu thức:

i =

) (

' 2 1

2 I Sin ϖt− ϕ

n

n m

2

m I n n

Hiệu dụng:

Ihd = 2

1 ' 2 1

2

m I n n

( ' 2 1

I I

I hd

τ

π π

'm

I

1.3.2 Sơ đồ nghịch lưu độc lập nguồn điện áp cầu 1pha :

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN MÔN HỌC

2.3.2.1 Sơ đồ nguyên lý:

Hình 1.8

2.3.2.2 Nguyên lý hoạt động:

Đặc điểm của nghịch lưu độc lập nguồn điện áp là luôn luôn định

dạng điện áp hình chữ nhật trên tải với mọi tải , còn dạng đồ thị dòng điện

tải lại phụ thuộc vào tính chất tải Cd+Ed tạo ra nguồn điện áp lý tưởng

a xét trường hợp tải có tính chất dung kháng:

* Vì tải có tính chất điện dung , nên dòng điện tải sớm pha hơn so với

điện áp tải một góc ϕt

.Dựa vào sơ đồ nguyên lý ta có đồ thị dòng điện , điện áp trên tải như hình vẽ

* Xác định miền dẫn của các van :

Kết hợp đồ thị dòng điện i(t), điện áp u(t) trên tải với sơ đồ nguyên tắc ta

→2π- ϕt : Ut < 0

it < 0 V2 và V3 thông-Từ 2π

T4 T6 T2

Hình 1.9:Đồ thị dòng điện , điện áp trên tải có tính chất dung kháng

phát xung điều khiển vào V2 và V3 thì hai van này mở ngay

Khi V2 và V3 thông : +Ed đặt vào b ; - Ed đặt vào a

Do đó UD1=Ed < 0 ; UD4 = Ed < 0 ⇒

D1 và D2 khoá

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Như vậy quá trình chuyển mạch là sự chuyển mạch tự nhiên V1, V2 ,V3 ,

V4 có thể chọn thyristor thường; xung điều khiển các van này là xung đơn

- Xét tại 2π

- ϕt : cần có sự chuyển mạch từ V2 → D2 ; V3 → D3

tại 2π

- ϕt và sau đó dòng điện tải it đổi dấu từ (-) sang (+) dòng điện này đi

ngượcchiều dòng điện của V2,V3 làm cho V2, V3 khoá lại do dòng điện

ngược Do yêu cầu cân bằng công suất phản kháng nên D2 và D3 phải thông

để tiếp tục duy trì hướng của dòng điện tải ;

Chiều dòng điện : Zt→ D3→Cd→D2→Zt

* Vẽ UV1,iV1,UD1,iD1 và id đầu vào nghịch lưu :

- Khi V1và V4 thông dẫn dòng điện tải thì UV1=(1÷

2 )V >0do sụt áp trênvan,đồng thời iV1= it > 0

Do đó : Pt = 2 Π

4

.Ed.I2.cosϕt = Π

2 2

.Ed.I2.cosϕt

2 2

.Ed.I2.cosϕt

b Xét trường hợp tải có tính chất cảm kháng:

* Vì tải có tính chất điện cảm, nên dòng điện tải chậm pha hơn so với điện

áp tải một góc ϕt

* Xác định miền dẫn của các van :

Hình 2.0: Đồ thị dòng điện , điện áp trên tải có tính chất cảm kháng

Bằng phương pháp phân tích như trên,kết hợp đồ thị dòng điện i(t) , điện

áp u(t) trên tải với sơ đồ nguyên tắc ta xác định được :

-Từ 0 →ϕt : it< 0

Ut > 0 nên D1D4 thông -Từ ϕt → π: it > 0

Ut > 0 nên V1V4 thông-Từ π

→π + ϕt : Ut < 0

it > 0 nên D2D3 thông-Từ π

+ ϕt →2π :it< 0

Ut < 0 nên V2V3 thông

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN MÔN HỌC

* Xác định thời điểm chuyển mạch giữa các van

một khoảnh khắc có V1V4 đang thông iv1 = iv4 = it >>0

Theo yêu cầu của tải thì tại π

phải đổi dấu chiều điện áp ut tức là khoá

V1V4 và mở D2D3 Muốn khoá V1V4 bằng cách duy nhất là cưỡng bức khoá

bằng xung → V1V4 là van điều khiển hoàn toàn Nếu dùng V1V4 là van điều

khiển không an toàn thì phải đấu tổ hợp của các van điều khiểnkhông hoàn

toàn tụ điện cảm để tạo ra tính chất như van điều

khiển hoàn toàn Khi V1V4 đã khoá thì dòng điện tải giảm về không nhưng

do mạch tải có điện cảm nên sinh ra sức điện động để tiếp tục duy trì dòng

điện theo hướng dương → khi đó D2D3 thông dòng điện tải:Zt→D3 → Cd

→D2→Zt

- Xét tại π

+ ϕt : D2 → V2 ; D3 → V3 Trong thời gian D2D3 thông thì Uv2 =

∆UD2 < 0 ; Uv3 = ∆UD3 < 0 ; V2V3 bị đặt điện áp ngược

Đến π + ϕt : iD2 = iD3 = 0 → D2D3 bắt đầu khoá, sau thời điểm này dòng

điện tải đảo chiều từ (+) →(-) ngược với chiều dòng qua D2D3 Tại π

Do đó : Pt = 2.Π

4

.Ed.I2.cosϕt = Π

2 2

.Ed.I2.cosϕt

Pd = Π

2 2

.Ed.I2.cosϕt

1.3.2.3 Nhận xét về sơ đồ nghịch lưu độc lập nguồn điện áp :

- Vì tính chất của nghịch lưu nên các điểm ϕt , π

+ ϕt , 2π

+ ϕt là thay đổitheo sự thay đổi của tải nên người ta chọn các điểm 0, π

,2π

,… làm thờiđiểm phát xung điều khiển cho các van

- Nghịch lưu độc lập nguồn áp không làm việc được ở chế độ không tải

1.3.3.Sơ đồ nghịch lưu độc lập nguồn dòng điện cầu 1 pha :

1.3.3.1 Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2.1 1.3.3.2 Nguyên lý hoạt động:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN MÔN HỌC

- Ed : Nguồn điện áp 1 chiều, điện cảm Ld →∞ tạo ra nguồn dòng điện

1 chiều lý tưởng với Id

- Nguồn dòng điện luôn định dạng dòng điện hình chữ nhật trên tải ,

dạng điện áp phụ thuộc vào tải

a xét trường hợp tải có tính chất dung kháng :

Vì tải có tính chất điện dung nên dòng điện sớm pha hơn so với điện áp tải

một góc ϕt

.Dựa vào sơ đồ nguyên tắc ta có đồ thị dòng điện , điện áp trên tải như hình

vẽ 2.2

* Xác định miền dẫn của các van:

Kết hợp đồ thị dòng điện i(t) ,điện áp u(t) trên tải với sơ đồ nguyên tắc ta

một khoảng khắc , khi V1 và V4 đang thông dẫn dòng điện tải ,

ta thấy ut > 0 , có nghĩa là cực (+) của ut đặt ở a , còn (-) của ut đặt ở b

Như vậy : Utthông qua V1 đặt thuận trực tiếp lên V3

Ut thông qua V4đặt thuận trực tiếp lên V2

do đó UV3= Ut > 0 ; UV2= Ut > 0, đến π

phát xung điều khiển vào V2 V3 thìlập tức hai van này thông , khi V2 và V3 thông dẫn đến cực (+) Ut đặt vào

katot V4 , cực âm đặt vào anot V1 làm cho UV1=Ut < 0 UV4= Ut < 0

Do đó hai van V1 và V4 khoá kết thúc quá trình chuyển mạch Quá trình

chuyển mạch ở đây là chuyển mạch tự nhiên

Vì vậy các van từ V1 đến V4 có thể chọn thyristor thường xung điều khiển

các van này là xung đơn đồ thị dòng điện điện áp các van như đồ thị

Hình 2.2: Đồ thị dòng điện , điện áp trên tải có tính chất dung kháng

* Tính công suất nguồn :

Pd = Ud .Id = Pd = Ed Id với Ed = Uv= Π

2 2

.U2 cosϕt →

Pd = Π

2 2

.Id

Do đó Ptải = Π

2 2

.U2.Id.cosϕt → Pt =Pn do đó công suất từ nguồn truyền tới tải

là lớn nhất

b xét trường hợp tải có tính chất cảm kháng:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Hình 2.3: Đồ thị dòng điện, điện áp trên tải có tính chất cảm kháng

* Vì tải có tính chất điện cảm , nên dòng điện tải chậm pha hơn so với điện

β là góc điện áp ngược lên van chính là thời gian khôi phục lại tính chất điều

khiển của van βmin≥ 2Πf.tq

* Xét sự chuyển mạch của các van

- Xét tại π

: V1 → V3 , V4 → V2

Trước π

một khoảng khắc V1V4 đang dẫn ; Ut< 0 thế (+) đặt ở b ; (-) đặt ở

a Thông qua V1V4 đang thông Ut đặt ngược lên V2V3 ; UV2 = UV3 = Ut < 0

Như vậy đến khi phát xung điều khiển vào V2V3 thì V2V3 chưa thông được

Theo yêu cầu của mạch bắt buộc phải đảo chiều dòng ở π

→ phải cưỡng

bức khoá V1V4 Khi V1V4 khoá ; V2V3 chưa thông thì Uv1 =Uv2 = Uv4= 2

d

E

>

0 Khi đó phát xung điều khiển vào V2V3 thì 2 van này thông và thực hiện

đảo chiều dòng từ (+) →(-) ⇒ Chuyển mạch ở đây là chuyển mạch cưỡng

bức Khi đó V1÷ V4 phải chọn van điều khiển hoàn toàn

*Công suất nguồn và công suất tải

Pd = Ud .Id = Pd = Ed Id với Ed = Uv= Π

2 2

.U2 cosϕt

→ Pd = Π

2 2

.Id

Do đó Ptải = Π

2 2

.U2.Id.cosϕt → Pt =Pn do đó công suất từ nguồn truyềntới tải là lớn nhất

1.3.3.3 Nhận xét về sơ đồ nghịch lưu độc lập nguồn dòng điện :

Nghịch lưu độc lập nguồn dòng điện không làm việc được ở chế độ ngắn

mạch

1.3.4 Nghịch lưu dòng điện ba pha

Sơ đồ nguyên lý của nghịch lưu nguồn dòng ba pha cho trên hình

2.10 Từ hình vẽ cho thấy nếu ta thêm một nhánh vào cầu một pha sẽ được

cầu ba pha Chức năng của các phần tử L, C, D, T trên sơ đồ này đã được đề

cập tới ở phần trước Giả thiết tải đối xứng ba pha, đấu sao, có tổng trở là Za,

Zb, Zc Các tiristor được điều khiển để mở theo thứ tự T1, T2, T3, T4, T5, T6,

T1, T2 Các xung điều khiển lệch pha nhau một khoảng thời gian T/6 (T là

chu kỳ của dòng tải)

Giả sử tại thời điểm ban đầu ta cấp xung điều khiển cho T1 và T2 Các

tiristor này đang làm việc dẫn dòng nên trong khoảng 0< θ < π/3

dòng điệnnguồn Id chạy từ + nguồn qua T1

Ta có: ia =Id; ic = - Id; ib = 0

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Các tụ C1, C2, C3, C5 được nạp điện, dương bên trái, âm bên phải Điện

áp trên các tụ lúc này là Uc1, Uc2, Uc3, Uc5 Tại thời điểm θ = π/3

cho xungđiều khiển mở T3 Khi T3 mở Uc1 đặt điện áp ngược lên T1 làm cho T1 khoá

lại Dòng điện Id lúc này chảy qua T3 rồi rẽ làm hai nhánh, nhánh thứ nhất

qua C1, nhánh thứ hai qua C3, C5 Cả hai nhánh hợp lại chảy qua D1 vào pha

Hình 2.4: Bộ nghịch lưu dòng ba pha

Tụ C5 được nạp theo chiều ngược lại sau một khoảng thời gian ngắn

dòng pha a sẽ giảm về không khi Uc1 = Uab thì điốt D3 bắt đầu dẫn điện Sau

khoảng thời gian ngắn tiếp theo Uc1 = -Ucmax Như vậy khi T1 khoá T3 mở

dòng pha a suy giảm về 0, dòng pha b tăng trưởng đến Id

Nếu gọi t1 là thời điểm phát xung mở T3

t2 là thời điểm Uc1 về trị số 0

t3 là thời điểm điốt D3 mở

t4 là thời điểm Uc1 đạt giá trị max - Ucmax

Khoảng thời gian để khoá T1 là:

Δt = t2 - t1