Bài giảng Điện tử công suất – Chương 5: Bộ nghịch lưu (slide)

Cấu tạo cơ bản: - Nguồn điện áp 1 chiều : có thể là acquy bình , pin điện hoặc từ nguồn điện áp xoay chiều được chỉnh lưu và lọc phẳng - Linh kiện bộ nghịch lưu : có khả năng kích đóng

BỘ NGHỊCH LƯU

CHƯƠNG 5

BỘ NGHỊCH LƯU

1 Chức năng và ứng dụng:

Có nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng từ nguồn điện một chiều thành năng lượng điện xoay chiều

Ứng dụng:

- Bộ biến tần ( truyền động động cơ điện xoay chiều )

- Lò cảm ứng trung tần , hàn trung tần

chiếu sáng (đèn huỳnh quang cao tần)

Truyền tải điện cao áp một chiều (HVDC)

BỘ NGHỊCH LƯU

2 Phân loại:

a Theo tham số điều khiển ngõ ra :

b Theo tính chất nguồn :

-BỘ NGHỊCH LƯU

2 Phân loại:

Theo quá trình chuyển mạch :

+ QTCM cưỡng bức : linh kiện có khả năng kích đóng và ngắt (MOSFET, BJT, IGBT, GTO)

+ QTCM phụ thuộc : linh kiện chỉ kích đóng, quá trình ngắt phụthuộc áp nguồn hoặc tải (Thyristor)

BỘ NGHỊCH LƯU

3 Các mức áp cổng ra tiêu chuẩn:

BỘ NGHỊCH LƯU ÁP

Cấu tạo cơ bản:

- Nguồn điện áp 1 chiều : có thể là acquy ( bình ) , pin điện

hoặc từ nguồn điện áp xoay chiều được chỉnh lưu và lọc phẳng

- Linh kiện bộ nghịch lưu : có khả năng kích đóng và kích ngắt nếu quá trình chuyển mạch là cưỡng bức, hoặc Thyristor nếu quá

trình chuyển mạch là phụ thuộc :

+ Công suất nhỏ và vừa : sử dụng các khoá BJT , MOSFET, IGBT+ Công suất lớn : IGBT, GTO, Thyristor + Bộ chuyển mạch (chuyển mạch cưỡng bức) hoặc Thyristor thường nếu quá trình chuyển mạch phụ thuộc

BỘ NGHỊCH LƯU ÁP

Cấu tạo cơ bản:

Diode mắc đối song: Tạo thành mạch chỉnh lưu cầu không điều

khiển có chiều dẫn ngược lại, cho phép trao đổi công suất ảo giữa tải xoay chiều với nguồn một chiều và hạn chế quá áp khi kích ngắt các công tắc (chức năng bảo vệ linh kiện)

BỘ NGHỊCH LƯU ÁP

Đặc điểm:

- Điện áp ra có thể giữ không đổi hoặc thay đổi được ở tần số giữ cố định hoặc thay đổi được

- Điện áp ra được điều khiển bởi việc điều chỉnh giá trị điện áp

nguồn DC nếu giữ độ lợi (gain) bộ nghịch lưu không đổi Nếu nguồn

DC có trị số cố định không đổi thì điện áp ra thay đổi bằng cách thay đổi độ lợi của bộ nghịch lưu ( ví dụ bằng phương pháp điều biến độrộng xung ) Độ lợi được định nghĩa là tỷ số giữa điện áp ra AC vàđiện áp vào DC

BỘ NGHỊCH LƯU ÁP

Đặc điểm:

- Điện áp ở ngõ ra của một bộ nghịch lưu lý tưởng phải có dạng sin Tuy nhiên dạng sóng của các bộ nghịch lưu trên thực tế là không có dạng sin chuẩn (do linh kiện nghịch lưu là các khoá làm việc ở

chế độ đóng cắt) và chứa các sóng hài bậc cao Các sóng hài này cóthể gây ra nhiễu dưới dạng lan truyền trong cáp dẫn hoặc dạng tia do bức xạ sóng điện từ, gây các ảnh hưởng không tốt đến tải, nguồn vàmạng viễn thông Vì vậy các biện pháp sử dụng để chống nhiễu làcần thiết : ví dụ các bộ lọc nguồn, thiết bị nghịch lưu được đặt trong tủ kim loại, sử dụng cáp bọc …

BỘ NGHỊCH LƯU ÁP

Đặc điểm:

- Với sự ứng dụng các linh kiện điện tử công suất tần số đóng ngắt cao, thành phần hài bậc cao của áp ra có thể bị loại bỏ hoặc giảm bớt đáng kể bằng kỹ thuật đóng ngắt Các thuật toán PWM tối ưu được đề xuất phần lớn đều xét đến khía cạnh sóng hài

BỘ NGHỊCH LƯU ÁP MỘT PHA BÁN CẦU

BỘ NGHỊCH LƯU ÁP MỘT PHA BÁN CẦU

Trị hiệu dụng áp tải :

Trị tức thời áp tải có thể phân tích theo Fourier:

d d

d

2 2

BỘ NGHỊCH LƯU ÁP MỘT PHA BÁN CẦU

Trị hiệu dụng hài cơ bản áp tải :

% 100

1

2 1 2

1

, 2

n

n

U

U U

U U THD

BỘ NGHỊCH LƯU ÁP MỘT PHA BÁN CẦU –

TẢI L

oDo cuộn cảm kháng có khả năng tích và giải phóng năng lượng nên các khoảng dẫn của các linh kiện được phân tích như sau :

Ở thời điểm π , S1 ngắt, cuộn cảm giải phóng năng lượng để

duy trì dòng, dòng đi qua D2 , tải, nguồn dưới đến khi dòng giảm về 0 Vì vậy dù S2 được kích đóng dòng vẫn không đi qua nó mà

đi qua D2 Sau thời điểm dòng về 0, do S2 vẫn còn được kích

dòng đảo chiều đi qua S2

Tương tự khi S2 bị kích ngắt, dòng do cuộn cảm duy trì liên tục

đi qua D1, tải và nguồn lên đến khi dòng giảm về 0 , dòng đảo chiều qua S1 dẫn

BỘ NGHỊCH LƯU ÁP CẦU MỘT PHA

BỘ NGHỊCH LƯU ÁP CẦU MỘT PHA

Trị hiệu dụng áp tải :

Trị tức thời áp tải có thể phân tích theo Fourier:

d d

sin4

BỘ NGHỊCH LƯU ÁP CẦU BA PHA

BỘ NGHỊCH LƯU ÁP CẦU BA PHA

Phân tích điện áp pha và dây tải theo điện áp pha tâm nguồn

Qui tắc kích đối nghịch : S1S4, S3S6, S5S2

Nếu công tắc lẻ được đóng, áp pha tâm nguồn có giá trị = +Ud/2Nếu công tắc chẳn được đóng, áp pha tâm nguồn có giá trị = - Ud/2

3

1

u u

u

=

BỘ NGHỊCH LƯU ÁP CẦU BA PHA

Hệ quả:

- Điện áp trên tải được xác định hoàn toàn không phụ thuộc tính chất tải nếu biết giản đồ kích đóng các công tắc và áp nguồn Từ đó có thể điều khiển điện áp ngõ ra của bộ nghịch lưu bằng cách điều khiển giản đồ đóng cắt các công tắc bán dẫn

- Nếu không được kích đóng theo quy tắc đối nghịch , điện áp tải sẽ thay đổi phụ thuộc vào trạng thái dòng điện tải và tham số tải

BỘ NGHỊCH LƯU ÁP CẦU BA PHA –CÁC

PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN

1 Phương pháp điều biên Six-Step

Trị hiệu dụng áp pha tải:

Trị hiệu dụng hài cơ bản áp pha tải:

BỘ NGHỊCH LƯU ÁP–CÁC PHƯƠNG PHÁP

ĐIỀU KHIỂN

2 Phương pháp điều biến độ rộng xung

-Phương pháp PWM : hạn chế ảnh hưởng của các hài bậc cao do tần

số đóng ngắt khoá cao ;

- Quy tắc kích đối nghịch (một khoá kích đóng, một khoá kích ngắt

trong cặp khoá cùng pha) : Điều khiển dạng áp tải bằng cách điều khiển giản đồ kích đóng cắt các công tắc cùng pha

BỘ NGHỊCH LƯU ÁP–CÁC PHƯƠNG PHÁP

ĐIỀU KHIỂN

2 Phương pháp điều biến độ rộng xung

2.1 SINPWM

BỘ NGHỊCH LƯU ÁP–CÁC PHƯƠNG PHÁP

ĐIỀU KHIỂN

2 Phương pháp điều biến độ rộng xung – Sơ đồ khối2.1 SINPWM –BNL một pha bán cầu

BỘ NGHỊCH LƯU ÁP – CÁC PHƯƠNG PHÁP

ĐIỀU KHIỂN

2 Phương pháp điều biến độ rộng xung – Sơ đồ khối

2.1 SINPWM –BNL một pha bán cầu: Mạch tạo xung sóng mang

BỘ NGHỊCH LƯU ÁP – CÁC PHƯƠNG PHÁP

ĐIỀU KHIỂN

2 Phương pháp điều biến độ rộng xung – Sơ đồ khối

2.1 SINPWM –BNL một pha bán cầu: Mạch tạo xung sóng sin

BỘ NGHỊCH LƯU ÁP CẦU BA PHA –CÁC

PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN

2 Phương pháp điều biến độ rộng xung – Sơ đồ khối2.1 SINPWM –BNL cầu ba pha :

BỘ NGHỊCH LƯU ÁP CẦU BA PHA – PHƯƠNG

PHÁP ĐIỀU KHIỂN SINPWM

BỘ NGHỊCH LƯU ÁP– PHƯƠNG PHÁP

ĐIỀU KHIỂN

2 Phương pháp điều biến độ rộng xung:

2.2 PWM tối ưu

2.3 DeltaPWM – PWM tối ưu

2.4 Phương pháp điều chế véctơ không gian

BỘ NGHỊCH LƯU DÒNG

Bộ nghịch lưu dòng 1 pha :

BỘ NGHỊCH LƯU DÒNG

Bộ nghịch lưu dòng 1 pha :

Phương pháp điều khiển : điều biên

Hệ quả : Trị hiệu dụng dòng tải Iz = Id

BỘ NGHỊCH LƯU DÒNG BA PHA

BỘ NGHỊCH LƯU DÒNG BA PHA

Phân tích Fourier cho dòng tải:

Trị hiệu dụng dòng pha tải :

sin 11

1 sin

7

1 5

sin 5

1 sin

3 2

d

I

3 2

=