Bài giảng Điện tử công suất - Chương 5: Nghịch lưu một pha

Bài giảng Điện tử công suất - Chương 5: Nghịch lưu một pha cung cấp cho người học các kiến thức: Các bộ nghịch lưu một pha, bộ đổi điện cơ bản, bộ nghịch lưu bán cầu, bộ nghịch lưu cầu đầy đủ, bộ đổi điện song song,.... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

CHƯƠNG 5: NGHỊCH LƯU MỘT PHA

Bộ nghịch lưu có nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng từ nguồn điện một chiều không đổi sang dạng năng lượng điện xoay chiều để cung cấp cho tải xoay chiều

Đại lượng được điều khiển ở ngõ ra là điện áp hoặc dòng điện

12:01 PM

3

Nghịch lưu là bộ chuyển đổi điện thế

DC thành AC tuần hoàn với tần số mong

muốn khác tần số điện khu vực nhưng có

dạng không sin Muốn có dạng hình sin ta

có thể dùng các kỹ thuật khác nhau để

thực hiện biến đổi thành dạng sin

1 Nguồn thế VSI (voltage source Inverter)

2 Nguồn dòng CSI (Current source Inverter)

12:01 PM

• Nguyên lý cơ bản:

R

+

-E

+

S1

-+

S2

• Khi chỉ cho mạch hoạt động ở 1 và 3,

ta có dạng sóng ra có dạng sóng vuông:

Vo + E

-E T

1 3

t

1 3

• Với chu kỳ T và tần số 1/T

12:01 PM

7

• Khi cho hoạt động cả 1, 2, 3, 4 theo

trình tự như hình, ta có dạng sóng ra có

dạng nấc :

Vo

+E

-E

T

1 1 2 3 3 4 1 1 2 3 3

t

• Với chu kỳ T và tần số 1/T

oTải thuần trở:

• Sơ đồ nguyên lý: E S1 D1

G2

G1

D2 TAI

S2 E

• Ta chọn hoạt động cả 1, 2, 3, 4

Vo +E

-E

T

1 1 2 3 3 2 1 1 2 3 3

t

12:01 PM

Điện thế hiệu dụng ngõ ra:

Dòng tải trung bình:

T

t

D = ON

R

V

AV =

E D T

t E dt E T

RMS

ON

2 2

2 0

• Trường hợp R:

Điện thế trung bình trên một công tắc:

Dòng trung bình trong công tắc:

Công suất hấp thụ trung bình:

2

_ AV SW AV

I

R

E D R

V

P RMS OAV

2 2

2

=

=

• Trường hợp R:

ON SW

T

t E Edt T

V

0

12:01 PM

11

• Trường hợp tải cảm:

Vo

-E

TON

SCR1

t SCR2

SCR1

SCR2

+E

i2

Vo

i1

S1 D2 S2

D1

t

t

E

R

D1

S2 L

S1 E

G1

D2 G2

Phương trình dòng qua cuộn dây:

Giải ta có nghiệm toàn thể:

• Trường hợp tải cảm:

E Ri dt

di

( ) 1 etτ I01e tτ; R

E

t =  − − − −

2

0 ≤ t ≤T

( ) 1 ( 2)τ 01 ( 2)τ ;

T t T

t

e I e

R

E t

−

−

+







 +

−

2

12:01 PM

Trị số dòng hiệu dụng:

Nếu công tắc là lý tưởng, công suất

nguồn cấp điện DC phải bằng công suất

hấp thụ bởi tải:

• Trường hợp tải cảm:

R

E T dt t i T

I

T RMS

2 2

0

2

1 2

1

∫

∫ =    −  − 

1 I V

S4

G3 D1

G1

D2 G2

E

D4

D3 S3 TAI

S2 G4

S1 TT S1 S2 S3 S4 V0

1 On Off Off On +E

2 Off On On Off -E

3 On Off Off On +E

4 Off On On Off -E

Vo + E

-E T

S1 S4

t

S1 S4

S2S3 S2S3

• Trường hợp R:

Dạng sóng vuông

12:01 PM

15

• Trường hợp R:

Dạng sóng nấc

Vo

+E

-E

T

S1 S4

t S1 S3

S2 S3 S2 S4 S1 S4 S1 S3

S2 S3

δ

TT S1 S2 S3 S4 V 0

1 On Off Off On +E

2 On Off Off On +E

3 On Off On Off 0

4 Off On On Off -E

5 Off On On Off -E

6 Off On Off On 0

7 On Off Off On +E

8 On Off Off On +E

Điện áp trung bình trên một công tắc:

Điện áp hiệu dụng ngõ ra:

• Trường hợp R:











 −

=











 −

=

T

T E Edt T

V

T SW AV

δ

δ

1 2

2

2 2

0 _

T E dt E T V

T RMS

δ

1

0

2

12:01 PM

• Trường hợp cảm:

ψ: là góc dự kiến đóng các SCR

ψS: là góc dẫn cho các SCR

ψD: là góc dẫn cho các diode ngược

Trường hợp cảm:

12:01 PM

19

C T1

+ -E L0

dk SCR1

xung

ZL

T2 SCR2

• Bộ ñổi ñiện song song dạng 1:

R

t R

t E

It

693 , 0

=

• Khi có điện thế

E tác động cùng

1 lúc vào 2 anod

SCR, thì SCR nào

có xung kích

dương hiện diện

sẽ dẫn trước

• Bộ ñổi ñiện song song dạng 2:

T2

L0

T2 SCR1 C2

C3

dk2

T1

+

-E

D4

SCR2

xung dk1

xung

ZL

D4 C1

• Để tránh sự tăng quá và đảm bảo điện thế ra có dạng hình vuông ta

sử dụng 2 diod D4 và hồi tiếp bằng cuộn cảm L

12:01 PM

• Bộ ñổi ñiện song song dạng 2:

T2

L0

T2 SCR1 C2

C3

dk2

T1

+

-E

D4

SCR2

xung dk1

xung

ZL

D4 C1

• Cuộn cảm L

tạo nên điện

thế dương ở

catod các SCR

đảm SCR được

ngưng nhanh

khi chuyển

trạng thái

4 BỘ NGHỊCH LƯU CẦU ðẦY ðỦ

• Bộ ñổi ñiện song song dạng 3:

Q1 +

-E G1

Q2

T1 ZL

G2

• Là bộ đổi điện song song sử dụng Mosfet công suất để có thể điều khiển bằng

áp

12:01 PM

23

Có nhiều cách để thực hiện sự điều

chỉnh điện thế AC ngõ ra:

5 KỸ THUẬT ðIỀU KHIỂN ðIỆN THẾ BỘ BIẾN ðỔI

Phương pháp điều biến độ rộng xung (PWM) là phương pháp thông dụng để điều khiển điện thế trong bộ đổi điện:

oĐiều biến độ rộng đơn xung.

oĐiều biến độ rộng đa xung.

oĐiều biến độ rộng xung dùng sóng sin.

5 KỸ THUẬT ðIỀU KHIỂN ðIỆN THẾ BỘ BIẾN ðỔI

12:01 PM

5 KỸ THUẬT ðIỀU KHIỂN ðIỆN THẾ BỘ BIẾN ðỔI

• PWM ñơn xung:

• Trong cách này, dạng sóng điện thế ra gồm 1

xung đơn trong mỗi bán kỳ Với tần số cho sẵn ( f =

1/T ), độ rộng xung tw có thể thay đổi để điều khiển

điện thế ra.

-E

Vo= VA-VB

t +E

S1 S4 S2 S3 S1 S4 S2 S3

T /2 T

V A

V B

+E

+E

t t

-E

Vo= VA-VB

t +E

S1,4 S1,3 S2,3

T/2 T

V A

V B

+E

+E

t

t S1 S2 S1 S2

S4 S3 S4 S3

S1 S2 S1 S2

S4 S3 S4 S3

S2,3 S2,4 S1,4 S1,3

5 KỸ THUẬT ðIỀU KHIỂN ðIỆN THẾ BỘ BIẾN ðỔI

• PWM ñơn xung:

• Điện thế ra có thể được điều chỉnh tuyến tính từ trị cực đại đến 0 hoặc bằng cách làm sớm pha hoặc bằng chậm pha sự khởi dẫn của các cặp công tắc

12:01 PM

27

5 KỸ THUẬT ðIỀU KHIỂN ðIỆN THẾ BỘ BIẾN ðỔI

• PWM ña xung:

• Điện thế ra có thể được giao hoán on/off nhanh

nhiều lần trong suốt mỗi bán kỳ để tạo nên chuỗi

đó 1 ô xung trong một chu kỳ 2m=fp/f

π

2

p

f

1

p

f

1

VA

VB +E

t

t

V o

Vo

t

t 0

m=2

m=3 -E

+E

+E

+E -E T

m=5

m=5

π

5 KỸ THUẬT ðIỀU KHIỂN ðIỆN THẾ BỘ BIẾN ðỔI

• PWM ña xung:

• Với m = 2 → tw< π/2, với m = 3, rõ ràng là tw<

π/3

12:01 PM

5 KỸ THUẬT ðIỀU KHIỂN ðIỆN THẾ BỘ BIẾN ðỔI

• ðiều biến xung sin (SPWM):

• Trong SPWM điện thế ra được điều

khiển bằng cách làm thay đổi chu kỳ

on/off sao cho chu kỳ (độ rộng xung) dài

nhất tại đỉnh của dạng sóng hình

V o

t -E

+E

T

5 KỸ THUẬT ðIỀU KHIỂN ðIỆN THẾ BỘ BIẾN ðỔI

• ðiều biến xung sin (SPWM):

• Điểm giao hoán được xác định là giao điểm của

xác định bởi thời gian trong đó vst(t)<vca(t) trong bán kỳ dương của vca(t) và vst(t)>vca(t) trong bán

kỳ âm của vR-(t)

m

c

f

f

N =

;

c m c R

V V V

V

12:01 PM

31

NGHỊCH LƯU BA

PHA 12:01 PM