Thiết kế và chế tạo mạch nghịch lưu một pha

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

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 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 Nguyễn Trung Thành 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!

2

N Đ I

ế ế ế ạ mạ ị lưu mộ pha

l u ư

- ác giáo trình và tài liệu chuyên môn

- ác trang thiết bị đo, kiểm tra tại xư ng thực tập, th 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 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 ra ngoài thực tế

* Nội dung cần hoàn thành:

- ập kế hoạch thực hiện

- Giới thiệu một số ứng dụng và đặc điểm của mạch nghịch lưu một pha

- Phân tích nguyên lý làm việc và các thông số trong mạch nghịch lưu một

và ba pha

- 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 = 300VA

+ Thí nghiệm, kiểm tra sản phẩm, sản phẩm phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, mỹ thuật Quyển thuyết minh.và các bản vẽ Ao, Folie mô tả đầy đủ nội

4

PHẦN I :CƠ Ở LÝ THUYẾT

I Gi i thi u về các van bán dẫn công suất:

Các phần tử bán dẫn công suất đều có những đặc t nh cơ bản chung,đó làcác van bán dẫn chỉ làm việc trong chế độ khoá, khi m cho dòng chạy qua thì có điện tr tương đương rất nhỏ, khi khoá không cho dòng chạy qua thì có điện tr tương đương rất lớn

Các van bán dẫn chỉ dẫn dòng theo một chiều khi phần tử được đặt dưới điện áp phân cực ngược, dòng qua phần tử chỉ có giá trị rất nhỏ, cỡ mA, gọi là dòng rò

1.1.Tranzisto công suất ( Transistor lưỡng cực BJT )

Transistor lưỡng cực là thiết bị gồm ba lớp bán dẫn NPN hoặc PNP, được dùng để đóng cắt dòng điện một chiều có cường độ tương đối lớn

Hệ số khuyếch đại dòng, kí hiệu là  = 10  100 Điện áp Vbe  1V; Vcc = ( 1 

b = 0

VI

c

0

>

Đặc tính vôn – ampe của Transistor công suất NPN Hình 1.1 : Cấu tạo và đặc tính V – A của Transistor công suất NPN

Công suất tổn thất trong Tr khi làm việc với tải xác định nhỏ hơn nhiều lần so với công suất tổn thất khi transistor chuyển trạng thái Tích công suất chuyển trạng thái pc với thời gian chuyển trạng thái tc là năng lượng tổn thất trong quá trình chuyển trạng thái Năng lượng tổn thất tỉ lệ thuận với tần số hoạt động của transistor, khi đó nhiệt

độ bên trong Tr không được vượt quá 200o

C

Để giảm nhỏ năng lượng tổn thất do Tr chuyển trạng thái gây nên người ta dùng các mạch trợ giúp Việc sử dụng các mạch trợ giúp được xem là bắt buộc khi Tr làm việc các điều kiện sau :

f > 5 kHz hoặc VC  60V, IC > 5A

1.2 MOSFET công suất

Tranzito trường FET(Fieed – Effect - Tranzito) được chế tạo theo công nghệ MOS (Metal – Oxid – Semicom – Ductor –Fieed –Effect-Tranzito) được gọi tắt là tranzito MOS thường được sử dụng như những chuyễn mạch điện tử công suất lớn Khác với tranzito lưỡng cực được điều khiển bằng dòng bazơ ,tranzito MOS được điều khiển

bằng điện áp đặt lên cự cổng

1.3 IGB a z s lưỡng cực cổng cách ly (Isnulated Gale Bipolar Tranzisto)

1.3.1 Cấu trúc của IGBT

Trong IGBT , phần MOSFET nằm trong các miền P và N trên lớp P+ , tranzisto NPN cũng nằm trong vùng này Tranzisto PNP nằm trong ba vùng từ colecto đến emito E Điện tr R tương ứng với miền P được gắn b i hai mấu kiểu N tiếp xúc kim l oại với emito Sơ đồ tương đương của IGBT được cho hình dưới đây :

M¸ng

Nguån Cæng

C¸ch ®iÖn

N N N N

P+

Các emito nguyên tố được nối với cực E Cổng điều khiển được cách li vì điệm

tr vào của MOSFET rất lớn

IGBT có cấu tạo gần giống với tranzito trường (MOSFET)nhưng được bổ sung thêm một loại bán dẫn lạo P và một lớp bán dẫn loại N như trên hình vẽ Việc bổ sung hai lớp bán dẫn này giống như việc ghép một phần tử MOSFET giữa cực gốc và cực phát của tranzito công suất loại pnp

Điện áp VEC dương khi điện áp VGE lớn hơn một điện áp ngưỡng VT, khi đó xuất hiện các kênh dẫn ác điện tử chạy qua kênh này và bơm thêm vào lớp N có điện thế giảm đi huyển tiếp P+

N- tr nên dẫn và đưa cả IGBT vào trạng thái dẫn Vùng Nnhận điện tử của emitor và lỗ của colector điện tr suất của nó giảm đi và điện tr biểu kiến của nó nhỏ hơn điện tr của MOSFET, do vậy vùng N- sẽ không được bơm thêm các lỗ trống Ta nhận thấy dòng iC chỉ khác không khi VEC vượt quá điện áp ngưỡng của chuyển tiếp P+

-N- và điện tr biểu kiến trạng thái dẫn là nhỏ nhất

hi đưa t n hiệu điều khiển trên cổng dòng điện iC tắt theo hai giai đoạn:

Đầu tiên các kênh biến mất và MOSFET bị khóa một cách nhanh chóng, điều này

8

- Tiếp theo các hạt dư thừa của vùng N- sẽ tái hợp dần và dòng điện sẽ giảm chậm thời điểm dập tắt nếu điện áp mỏng , nguồn này sẽ giảm quá nhanh, dòng điện qua điện dung ký sinh gửi tới R sẽ phóng và có thể đưa tranzito NPN vào trạng thái dẫn Như vậy hai tranzito lưỡng cực tác động như một tiristo chế độ thác và dòng điện iCkhông thể điều khiển bằng điện áp VGE nữa Giá trị của iC vượt quá giá trị xuất hiện hiệu ứng này, gọi là dòng điện chốt Để IGBT có thể được điều khiển lại bằng cổng G thì iC phải giảm dưới mức dòng điện duy trì khác

Đ

Phần MOSFET của IGBT điều khiển bazo của tranzito PNP sự quá độ khi đóng các tổn hao bị ảnh hư ng b i các mạch điều khiển Do tổn hao chuyển tiếp mạch thấp hơn các bộ biến đổi chuyển mạch mềm đòi hỏi mạch điều khiển có công suất cao hơn Mạch điều khiển phải có dòng điện đỉnh có khả năng tạo nên điện t ch cổng để chuyển mạch dòng điện bằng không và điện áp bằng không Thời hạn t n hiệu vào cổng phải nhỏ hơn chu k chuyển mạch của IGBT, do đó tốc độ xung điều khiển phải được lựa chọn để sử dụng các ưu điểm chuyển mạch nhanh của các IGBT thế hệ mới Mạch xung điều khiển đầu tiên sử dụng các linh kiện thụ động tương tự, như xung điều khiển MOSFET Mạch điều khiển thông thường sử dụng điện tr cố định để đóng hoặc m IGBT như hình vẽ sau:

1.4 : Mạ đ IGBT

Điện tr mạch điểu khiển đóng m IGBT RGON hạn chế dòng colecto cực đại và điện

tr RGOFF có tác dụng hạn chế điện áp colecto – emito Để giảm tốc độ biến thiên của điện áp dVCE dt và dòng điện diC/ dt có thể sử dụng một điện dung ngoài G Điện dung ngoài làm tăng dòng số thời gian của mạch điều khiển, và làm giảm diC dt như hình vẽ dưới Tuy nhiên CG không ảnh hư ng tới dVCE dt quá độ

1.5 : T đ G gi CD và C o ạ

Để giảm thời gian trễ để điện áp VGC tăng tới GETH có thể đưa điện dung G vào mạch sau khi VGE đó đạt tới ngưỡng khi dòng điện colecto tăng lên như hình vẽ sau:

1.6 : ạ

10

Sự k o dài của điện áp quá độ khi đóng không bị ảnh hư ng của phương pháp này Để tránh hư hỏng IGBT khi đóng do nhiễu cần đặt điện áp âm trong khi m Tr kháng cổng thấp làm ảnh hư ng của nhiễu đến cổng huyển mạch khóa IGBT phụ thuộc vào đặc t nh của tranzito lưỡng cực Thời gian tồn tại hạt tại xác định tốc độ hạt thiểu số tái hợp trong miền N ác điện t ch rời khỏi cổng trong quá trình khóa t ảnh

hư ng đến sự tái hợp hạt thiểu số Sự k o dài dòng điện và diC dt trong quá trình khóa xác định tổn hao khóa, phụ thuộc chủ yếu vào lượng điện t ch t ch lũy và thời gian tồn tại của các hạt thiểu số do vậy mạch điều khiển ảnh hư ng t đến tổn hao khóa nhưng ảnh hư ng nhiều đến tổn hao đóng IGBT bằng cách sử dụng hình sau:

1.7 : ạ đ

Nguồn dòng phụ làm tăng dòng điện trong quá trình điện áp cũng k o dài và giảm tổn hao dòng Dòng điện cổng ban đầu được xác định b i V+ GG RGON được chọn thỏa mãn các thông số quy định của linh kiện và nhiễu điện từ Sau khi dòng iC đạt tới cực đại xảy ra hiệu ứng Miller và nguồn dòng có điều khiển có khả năng làm tăng dòng điện cổng để tăng tốc độ giảm điện áp colecto Điều này làm giảm tổn hao chuyển mạch đóng, Tổn hao chuyển mạch m có thể được giảm trong hiệu ứng Miller

và phần m MOS của quá trình m , bằng cách giảm điện tr m Tuy nhiên làm tăng tốc độ thay đổi điện áp colecto, ảnh hư ng nhiều đến dòng điện chốt IGBT và RBSO Trong chu k m , điện tr RGOFF xác định tốc độ cực đại biến thiên điện áp colecto sau khi linh kiện đó m , việc đóng tranzito T1 tránh cho IGBT đóng sai bằng cách tránh cho điện áp cổng đạt đến điện áp ngưỡng

1.3.5 B o v IGBT

Thông thường IGBT được sử dụng trong những mạch đóng cắt tần số cao , từ khoảng 2 đến hàng chục kHz tần số đóng cắt cao như vậy , những sự cố có thể phá hủy phần tử rất nhanh và dẫn đến phá hỏng toàn bộ thiết bị Sự cố thường xảy ra nhất

là quá dòng do ngắn mạch từ phái tải hoặc từ các phần tử có lỗi do chế tạo hoặc lắp ráp Có thể ngắt dòng IGBT bằng cách đưa điện áp điều khiển về giá trị âm Tuy nhiên quá tải dòng điện có thể đưa IGBT ra khỏi chế độ bão hòa dẫn đến công suất phát nhiệt tăng đột ngột , phá hủy phần tử sau vài chu kì đóng cắt Mặt khác khi khóa IGBT lại trong một thời gian rất ngắn khi dòng điện rất lớn dẫn đến tốc độ tăng dòng quá lớn ,gây quá áp trên emitor, collector, lập tức đánh thủng phần tử Trong sự

cố quá dòng, không thể tiếp tục điều khiển IGBT bằng những xung ngắn theo quy luật

cũ, cũng như không đơn giản là ngắt xung điều khiển để dập tắt dòng được

ủ

ác IGBT thông minh t ch hợp nhiều mạch có tác dụng bảo vệ dòng quá áp và quá nhiệt ng dụng chủ yếu của IGBT là làm linh kiện chuyển mạch của bộ nghịch lưu ứng dụng cả trong cung cấp điện và truyền động điện IGBT sử dụng đơn giản, modun hóa, điều khiển đơn giản, không cần mạch suy giảm do SO hình chữ nhật cách ly về điện giữa các modun Vì thế IGBT th ch dụng trong các bộ chuyển mạch công suất dưới 1 MW V dụ IGBT sử dụng trong bộ nguồn liên tục PS trong hệ thống nung nóng bằng cảm ứng, máy hàn, máy cắt, truyền động tàu k o, thiết bị điện

tử y tế

12

1.8: Đ đ đ

Ngoài ra IGBT còn có rất nhiều ứng dụng khác như :

- Trong mạch nghịch lưu ( biến đổi từ dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều ), có ứng dụng : khi mất điện, ta vẫn có thể sử dụng được các thiết bị điện dân dụng bình thường

ẦN II :

GI I I C NG C 2.1 Tổng quan về nghị 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 ni m: Nghịch lưu là quá trình biến đổi năng lượng một chiều thành năng lượng

xoay chiều

Phân loại: ác sơ đồ nghịch lưu được chia làm hai loại

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

- Sơ đồ nghịch lưu làm việc 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 m  của các tiristo thoả mãn điều kiện (/2 <  < ) 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 tu ý Tần số

và điện áp nghịch lưu Nói chung có thể điều chỉnh tu ý Có hai dạng sơ đồ nghịch lưu độc lập là mạch cầu và mạch dùng biến áp có trung tính

Sơ đồ nghịch lưu lập được chia là ba loại cơ bản:

2.2.1 Nghị lưu p ụ thuộc một pha hai nửa chu kỳ

Sơ đồ cho hình 2.1a (giống sơ đồ chỉnh lưu) Điểm khác đây là cực dương của nguồn một chiều được đấu vào điểm trung t nh Sđđ nguồn một chiều có giá trị số lớn hơn điện áp chỉnh lưu trong nửa chu k Các van sẽ được m khi áp thứ cấp của biến

14

điện cung cấp năng lượng cho lưới điện còn bộ biến đổi làm việc chế độ nghịch lưu phụ thuộc.được duy trì do năng lượng t ch lũy trong cuộc cảm xd Đến thời điểm 4 ta lại đưa t n hiệu m van T2, dòng điện lại chuyển từ T1 sang T2 theo như quá trình đã nói trên

Thời gian đảo mạnh phải kết thúc sớm hơn thời điểm 5 một thời điểm dùng để van T1 kịp khôi phục tính chất khoá của mình Nếu thời gian khôi phục không đủ thì sau 5 van T1 vẫn tiếp tục dẫn điện, điện áp U2a > 0 dòng trong mạch Id = (E +U2a) / Rtd Vì điện tr 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  quá bé hoặc góc đảo mạch  quá lớn

Vậy để nghịch lưu làm việc được an toàn thì góc khoá góc  =/18 với tiristo thông dụng với khoảng 100  200 s thì trong mọi trường hợp thì việc lấy  = /18 cần được coi trọng, do đó /2 <  <  - 

16

2.2.2 Nghị l thu c ba pha nửa chu kỳ

Sơ đồ nguyên lý của nghịch lưu độc lập ba pha nửa chu k cho (hình 2.2)

Về hình thức giống như chỉnh lưu ba pha nửa chu k Cho tới khi  < /2 bộ biến đổi còn làm chế độ chỉnh lưu, tại  =  2 điện áp âm bằng điện áp dương trị trung bình của điện áp bằng không khi  >  2 điện áp trung bình dạng sóng là âm cho đến khi

 =  Dạng sóng lúc này tương tự như khi  = 0 nhưng ngược chiều

Tải của chỉnh lưu trên hình 2.2 là động cơ điện một chiều làm việc chế độ động

cơ Sau khi đổi chiều Sđđ của động cơ, nó tr thành máy phát lúc này bộ biến đổi làm việc chế độ nghịch lưu hiều 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 ết 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 t âm hơn 2a  =  thì U2a = U2b do đó  =  là giới hạn của sự làm việc

Nguyên lý làm việc như sau:

Tại thời điểm 1(hình 2.2) lệch góc    / 2 ta cấp xung điều khiển vào T1, T1 m

vì điện áp của nó là dương nhất Khi T1 m 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 2 nhờ sức điện động và sức điện động cảm ứng của mạch tải Tại 2 lệch góc  chúng ta cấp xung điều khiển vào T2, T2 m , T1 khoá lại Dòng điện do sức điện động e sinh ra lúc này lại chảy qua pha b của biến áp

Tương tự như vậy đến thời điểm 3lệch góc  ta lại cấp xung điều khiển vào T3 Dòng lúc này lại chảy qua pha c của biến áp ác xung điều khiển lệch nhau góc 2  / 3 Chu k xung là 2  Trong một chu k dòng điện lần lượt qua cuộn thứ cấp của máy biến áp pha nọ lệch với pha kia 2  / 3 với 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 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  đủ lớn Do đó  chế độ nghịch lưu sẽ nằm trong: /2 <  <  -

Để xác định  cần xuất hiện từ thời gian khoá của toff tiristo được dùng trong sơ

đồ nghịch lưu Trên hình 2-2, b c, d biểu diễn sóng điện áp khi chế độ chỉnh lưu với các góc m khác nhau hình 2.2b có  có giá trị nhỏ hình 2-2c chỉnh lưu có điện

áp tức thời có đoạn âm hình 2.2d góc =900 nên Utb = 0

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

có hiện tượng trùng dẫn và khi không có hiện tượng trùng dẫn Có  =  -  có thể hiện thời gian cần thiết khi tiristo đang dẫn đảm bảo tình trạng khoá khi điện áp âm 

được gọi là góc tắt, trị số của nó thường không dưới 50

 u2Cos 1 17u2Cos2

6

3  : áp nghịch lưu không tải

uRr = Id.R2 : giảm áp trên điện tr thứ cấp biến áp

d

a I x u

âm đấu vào nhóm catốt

nghịch lưu này các van của nhóm catot sẽ làm việc khi áp thứ cấp âm còn nhóm anot các van sẽ làm việc khi áp thứ cấp dương Trong bất k một thời điểm nào cũng

có hai van làm việc, vì vậy để đưa nghịch lưu vào làm việc (khi kh i động) cần đưa đồng thời hai xung m van một vào nhóm anốt chung, một vào nhóm katốt chung Như vậy ta phải đưa đến điện cực điều khiển 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 như chỉnh lưu ba pha nửa chu k , và thể hiện trên trên đồ thị dòng, áp nghịch lưu (hình 2.3)

Các hệ thức tính toán:

Điện áp trung bình của nghịch lưu cầu ba pha:

v r

6 3

I

x u

áp và N Đ cộng hư ng Người ta cũng có thể phân loại theo số pha một pha, ba pha, cầu N Đ dòng đầu vào phải có điện cảm Ld lớn và tụ đảo mạch được nạp theo luật không chu k Dòng đầu vào Id là liên tục, phẳng không nhấp nhô nghĩa là nguồn cung cấp thiết bị này là nguồn dòng.Trong N Đ cộng hư ng 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

hư ng áp Tần số riêng của mạch cộng hư ng phải cao hơn hoặc bằng tần số công tác

22

Trong N Đ áp nguồn cung cấp cho nó phải là nguồn áp (máy phát phải có điện

tr trong nhỏ) ĩnh vực áp dụng chủ yếu của N Đ 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

ác N Đ cộng hư ng 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

2.3.2 Nghị l đ c l p ngu n áp m t pha có máy bi đ m giữa

2.3.2.1 đ nguyên lý:

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

trên hình 2.4 với nguồn áp một chiều U, máy biến áp có điểm giữa và hai khoá

chuyển mạch 1 và 2, dòng điện tải xoay chiều i’ Điểm giữa máy biến áp 0 nối với một cực nguồn áp , còn đầu kia qua khoá K1 nối với và qua khoá 1’ nối với B Giả thiết máy biến áp lý tư ng, điện áp các dây quấn tỉ lệ với số vòng dây, ta có:

v’1 = v1 , u’ =

2 / 1

Hình 2.4.B nghị l đ m giữa

Hai khoá chuyển mạch K1 và K2 phải một khoá đóng, một khoá m vì nếu cả hai

đều mốc nghĩa là mạch tải xoay chièu h mạch và:

2

n n

i’ , i = i’K1

Hình vẽ 2.6 : Dạ ’ và ’ với t đ n c m

2.3.2.3 Các linh ki n bán dẫn c n sử d ng:

Dạng sóng trên hình 2.6 cho thấy điện áp trên cực khoá chuyển mạch m luôn

dương và dòng điện trong khoá chuyển mạch đóng ngược nhiều Nếu  > 0 K1 và ’1 phải có hai chiều tạo nên bằng một linh kiện đóng tự phát và m có điều khiển

-0 A

B

Hình vẽ 2.7: đ b nghị l , đ m giữa

Hình 2.6 phía trên vẽ khoảng dẫn các linh kiện bán dẫn Ta nhận thấy mọi chuyển

mạch 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 h bằng 2 lần điện áp nguồn một chiều U ta gọi

bộ nghịch lưu nhân đôi điện áp

1 2 2

n n

U

m

I n n

Hiệu dụng:

2

1 ' 2 1

2

m

I n n

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 tư ng

a xé ng hợp t i 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 t

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 nhận thấy : -Từ 0  π - t có : it > 0 ,Ut > 0  để có được điều này thì V1 và V4 thông -Từ π - t  π : it < 0

Ut > 0 D1 và D4 thông -Từ π2π - t : Ut < 0

it < 0 V2 và V3 thông -Từ 2π - t 2π : it > 0

Ut < 0 D2 và D3 thông

* Xác định thời điểm chuyển mạch giữa các van

Tại π - t : có sự chuyển mạch giữa các van : V1  D1 ; V4 D4