Nghịch lưu 1 pha PWM

Điều này làm ưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPSợc phân thành các loại chính như sau: UPS ấu trúc bộ lưu điện UPS offline được thể hiện trên hình 1.1: ện hiện na

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

ĐỀ TÀI:

Thiết kế bộ nghịch lưu trong bộ cấp nguồn liên tục UPS

Giáo viên hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

Mã sinh viên:

Lớp:

Hà Nội, 10/2020

ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Sinh viên thực hiện:

Mã sinh viên:

Lớp

Giáo viên hướng dẫn:

Đề tài:

Thiết kế bộ nghịch lưu trong bộ cấp nguồn liên tục UPS với các tham số sau:

- Công suất: 20KVA

- Điện áp ra: 220VAC

- Ắc quy: 310VDC

- Tần số tải: f = 50Hz

- Sử dụng mạch nghịch lưu cầu một pha, van IGBT

ánh giá và nh n xét c a giáo viên Đánh giá và nhận xét của giáo viên ận xét của giáo viên ủa giáo viên

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật bán dẫn công suất,các thiết bị biến đổi điện năng dùng trong các linh kiện bán dẫn đã được sửdụng nhiều trong công nghiệp và đời sống nhằm đáp ứng các nhu cầu ngàycàng cao của xã hội Trong thực tế sử dụng điện năng ta cần thay đổi tần số củanguồn 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

Trong thời gian học tập và nghiên cứu, được học tập và nghiên cứu mônĐiện tử công suất và ứng dụng của nó trong các lĩnh vực của hệ thống sản xuấthiện đại Vì vậy để có thể nắm vững phần lý thuyết và áp dụng kiến thức đóvào trong thực tế, em được nhận đồ án môn học với đề tài: “Thiết kế bộ nghịchlưu trong bộ cấp nguồn liên tục UPS”

Nội dung của đồ án:

 Chương 2: Tính toán thiết kế mạch lực

 Chương 3: Tính toán thiết kế mạch điều khiển

Dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của cô cùng sự cố gắng của các thành viêntrong nhóm chúng em đã hoàn thành xong đồ án của mình Tuy nhiên do thờigian 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 ýcủa thầy cô giáo để đề tài được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ 5

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 6

1.1 Giới thiệu về bộ cấp nguồn liên tục UPS 6

1.1.1 Phân loại 6

1.1.2 Cung cấp năng lượng điện cho những tải nhạy cảm 8

1.1.3 Ứng dụng của UPS trong thực tế 10

1.2 Giới thiệu về bộ nghịch lưu 11

1.2.1 Giới thiệu IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 11

1.2.2 Nghịch lưu độc lập nguồn áp một pha 13

1.2.3 Nghịch lưu điều biến độ rộng xung pwm 15

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH LỰC 19

2.1 Sơ đồ mạch lực 19

2.2 Chức năng của các phần tử trong mạch 19

2.3 Tính toán chọn các phần tử trong mạch 20

2.4 Mạch bảo vệ van 22

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 23

3.1 Cấu trúc tổng quát mạch điều khiển 23

3.2 Tính chọn từng khâu trong mạch điều khiển 24

3.2.1 Khâu dao động hình sin 24

3.2.2 Khâu xung đồng bộ 25

3.2.3 Khâu tạo xung tam giác 26

3.2.4 Khâu so sánh 27

3.2.5 Khâu khuếch đại xung 28

3.2.6 Khâu trễ 30

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG 31

4.1 Giới thiệu về phần mềm mô phỏng điện tử công suất PSIM 31

4.2 Mô phỏng mạch lực và mạch điều khiển 31

KẾT LUẬN 34

TÀI LIỆU THAM KHẢO 35

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH V

Hình 1 1 Bộ lưu điện UPS Offline 7

Hình 1 2 Bộ lưu điện UPS Online 7

Hình 1 3 Bộ lưu điện UPS Lineinteractive 8

Hình 1 4 Ký hiệu IGBT 11

Hình 1 5 Sơ đồ nghịch lưu độc lập nguồn áp một pha 14

Hình 1 6 Đồ thị điện áp tải Ut, dòng điện tải it, dòng qua điôt iD 15

Hình 1 7 Sơ đồ khối bộ điều khiển các van của PWM 17

Hình 1 8 Đồ thị điện áp ra bộ nghịch lưu điều khiển bởi xung đơn cực 17

Hình 1 9 Đồ thị điện áp ra bộ nghịch lưu điều khiển bởi xung lưỡng cực 18

Y Hình 2 1 Sơ đồ mạch lực 19

Hình 2 2 Mạch bảo vệ van 22

Hình 3 1 Cấu trúc tổng quát mạch điều khiển 23

Hình 3 2 Khâu dao động hình sin 24

Hình 3 3 Khâu xung đồng bộ 25

Hình 3 4 Khâu xung tam giác 26

Hình 3 5 Khâu so sánh 27

Hình 3 6 Khâu khuếch đại xung 28

Hình 3 7 Khâu trễ 30

Hình 4 1 Kết quả dạng điện áp đầu ra của toàn mạch 32

Hình 4 2 Mạch điều khiển nghịch lưu cầu một pha van IGBT 33

Bảng 1 1 Ứng dụng của UPS trong thực tế 10

Bảng 1 2 Các thông số cơ bản của van IGBT 13

Bảng 2 1 Thông số của IGBT 21

Bảng 2 2 Thông số diode 21

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Giới thiệu về bộ cấp nguồn liên tục UPS

Một nguồn điện tốt sẽ đảm bảo khả năng làm việc liên tục và có độ tincậy cao đặc biệt là đối với các thiết bị, các hộ tiêu thụ điện nhạy cảm như: hệthống mạng máy tính, các đài phát thanh, các trạm thông tin liên lạc, hệ thốngchiếu sáng sân bay và các hệ thống quan trọng khác Đối với hệ thống nhạycảm về điện này, việc xảy ra một sự cố nhỏ có thể gây ra những thiệt hại lớn vềchính trị và kinh tế

Hệ thống lưu điện chuyển đổi tĩnh được thiết kế cung cấp cho các thiết

bị nhạy cảm một điện áp ổn định, liên tục, thoát khỏi những nhiễu loạn đườngđiện như sự gián đoạn điện thế tức thời…

Hệ thống lưu điện với dự trữ năng lượng trong pin (ắc quy) sẽ tiếp tụccung cấp năng lượng điện cho tải cho một khoảng thời gian, khoảng thời giannày thường đủ cho người dùng thực hiện những hành động cần thiết tránhnhững hậu quả xấu đối với thiết bị Vì vậy, ngày nay UPS có mặt trong hầu hếtcác hệ thống điện

AC/DC DC/AC T i ải

Hình 1 1 B l u i n UPS Offline ộ lưu điện UPS Offline ưu điện UPS Offline điện UPS Offline ện UPS Offline

B UPS offline ho t đ ng theo nguyên t c chuy n đ i kép: t AC sangộ lưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ại chính như sau: UPS ộ lưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ắc chuyển đổi kép: từ AC sang ể hiện trên hình 1.1: ổi kép: từ AC sang ừ AC sang

DC sau đó chuy n ng c DC sang AC Do đó ngu n đi n cung c p cho t iể hiện trên hình 1.1: ưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPSợc phân thành các loại chính như sau: UPS ồn điện cung cấp cho tải ện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ấu trúc bộ lưu điện UPS offline được thể hiện trên hình 1.1: ảihoàn toàn do UPS t o ra đ m b o n đ nh c v đi n áp và t n s i u này làmại chính như sau: UPS ải ải ổi kép: từ AC sang ịnh cả về điện áp và tần số Điều này làm ải ề điện áp và tần số Điều này làm ện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ần số Điều này làm ố Điều này làm Điều này làm ề điện áp và tần số Điều này làmcho các thi t b đ c cung c p đi n b i UPS h u nh cách ly hoàn toàn v i sịnh cả về điện áp và tần số Điều này làm ưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPSợc phân thành các loại chính như sau: UPS ấu trúc bộ lưu điện UPS offline được thể hiện trên hình 1.1: ện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ởi UPS hầu như cách ly hoàn toàn với sự ần số Điều này làm ưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ới sự ựthay đ i c a l i đi n UPS online t o ra là ngu n đi n s ch, ch ng nhi uổi kép: từ AC sang ủa lưới điện UPS online tạo ra là nguồn điện sạch, chống nhiễu ưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPSới sự ện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ại chính như sau: UPS ồn điện cung cấp cho tải ện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ại chính như sau: UPS ố Điều này làm ễuhoàn toàn i n áp ra hoàn toàn hình SIN và th i gian chuy n m ch g n nhĐiều này làm ện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ời gian chuyển mạch gần như ể hiện trên hình 1.1: ại chính như sau: UPS ần số Điều này làm ưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS

b ng 0ằng 0 Công su t nh 650VA đ n 2000VA Th ng s d ng choấu trúc bộ lưu điện UPS offline được thể hiện trên hình 1.1: ỏ 650VA đến 2000VA Thường sử dụng cho ưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPSời gian chuyển mạch gần như ử dụng cho ụng cho thi t bịnh cả về điện áp và tần số Điều này làmkhông có đ ng cộ lưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ơ nh máy ch m công, máy vi tính.ưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ấu trúc bộ lưu điện UPS offline được thể hiện trên hình 1.1:

 UPS online:

C u trúc b l u đi n UPS online đ c th hi n trên hình 1.2:ấu trúc bộ lưu điện UPS offline được thể hiện trên hình 1.1: ộ lưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPSợc phân thành các loại chính như sau: UPS ể hiện trên hình 1.1: ện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS

Hình 1 2 B l u i n UPS Online ộ lưu điện UPS Offline ưu điện UPS Offline điện UPS Offline ện UPS Offline

Nguyên lý làm vi c c a b UPS online nh sau: Khi có ngu n đi n l iện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ủa lưới điện UPS online tạo ra là nguồn điện sạch, chống nhiễu ộ lưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ồn điện cung cấp cho tải ện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPSới sựUPS s cho đi n l i th ng t i ph t i Khi m t đi n, t i s đ c chuy nện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPSới sự ẳng tới phụ tải Khi mất điện, tải sẽ được chuyển ới sự ụng cho ải ấu trúc bộ lưu điện UPS offline được thể hiện trên hình 1.1: ện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ải ưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPSợc phân thành các loại chính như sau: UPS ể hiện trên hình 1.1:

m ch c p đi n t c quy qua b inverter Ph m vi áp d ng th ng cho cácại chính như sau: UPS ấu trúc bộ lưu điện UPS offline được thể hiện trên hình 1.1: ện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ừ AC sang ắc chuyển đổi kép: từ AC sang ộ lưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ại chính như sau: UPS ụng cho ưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPSời gian chuyển mạch gần nhưthi t b đ n gi n, công su t nh , ít nh y c m l i đi n, đòi h i đ tin c yịnh cả về điện áp và tần số Điều này làm ơ ải ấu trúc bộ lưu điện UPS offline được thể hiện trên hình 1.1: ỏ 650VA đến 2000VA Thường sử dụng cho ại chính như sau: UPS ải ưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPSới sự ện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ỏ 650VA đến 2000VA Thường sử dụng cho ộ lưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ậy

th p ng d ng cho c a cu n, trong h th ng qu n lý bãi xe t đ ng, uấu trúc bộ lưu điện UPS offline được thể hiện trên hình 1.1: ! ụng cho ử dụng cho ố Điều này làm ện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ố Điều này làm ải ự ộ lưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS Ưu

đi m chính là g n nh , d v n hành s a ch a.ể hiện trên hình 1.1: ọn nhẹ, dễ vận hành sửa chữa ẹ, dễ vận hành sửa chữa ễu ậy ử dụng cho ữa Công su tấu trúc bộ lưu điện UPS offline được thể hiện trên hình 1.1: 1KVA đ n

B l c ộ lọc ọc AVR Khóa chuy n ển

m ch ạch

B l c ộ lọc ọc T i ải AC/DC Ắc quy c quy DC/AC

Nguồn

1000KVA Sóng sin chu n do đó s d ng t t cho t t c các thi t b t y t ,ẩn do đó sử dụng tốt cho tất cả các thiết bị từ y tế, ử dụng cho ụng cho ố Điều này làm ấu trúc bộ lưu điện UPS offline được thể hiện trên hình 1.1: ải ịnh cả về điện áp và tần số Điều này làm ừ AC sangcamera cho đ n v n phòng, gia đình, khu công nghi p.ăn phòng, gia đình, khu công nghiệp ện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS

 UPS Lineinteractive:

C u trúc b l u đi n UPS Lineinteractive đ c th hi n trên hình 1.3:ấu trúc bộ lưu điện UPS offline được thể hiện trên hình 1.1: ộ lưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPSợc phân thành các loại chính như sau: UPS ể hiện trên hình 1.1: ện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS

Hình 1 3 B l u i n ộ lưu điện UPS Offline ưu điện UPS Offline điện UPS Offline ện UPS Offline UPS Lineinteractive

Nguyên lý làm vi c c a b UPS Lineinteractive nh sau: Khi ngu nện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ủa lưới điện UPS online tạo ra là nguồn điện sạch, chống nhiễu ộ lưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ồn điện cung cấp cho tải

đi n cung c p là ON, đ u vào và đ u ra đ c phân cách b ng m t b l c và m chện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ấu trúc bộ lưu điện UPS offline được thể hiện trên hình 1.1: ần số Điều này làm ần số Điều này làm ưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPSợc phân thành các loại chính như sau: UPS ằng 0 ộ lưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ộ lưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ọn nhẹ, dễ vận hành sửa chữa ại chính như sau: UPS

n áp (AVR: đi u ch nh đi n áp t đ ng), nh ng m t s các r i lo n và các bi n

ổi kép: từ AC sang ề điện áp và tần số Điều này làm ỉnh điện áp tự động), nhưng một số các rối loạn và các biến ện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ự ộ lưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ộ lưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ố Điều này làm ố Điều này làm ại chính như sau: UPS

d ng sóng có th có m t đ u vào có th đ c tìm th y t i đ u ra Nh trongại chính như sau: UPS ể hiện trên hình 1.1: ặt ở đầu vào có thể được tìm thấy tại đầu ra Như trong ởi UPS hầu như cách ly hoàn toàn với sự ần số Điều này làm ể hiện trên hình 1.1: ưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPSợc phân thành các loại chính như sau: UPS ấu trúc bộ lưu điện UPS offline được thể hiện trên hình 1.1: ại chính như sau: UPS ần số Điều này làm ưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPScác h th ng UPS Offline, khi có s m t ngu n, đ u ra đ c k t n i v i bi nện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ố Điều này làm ự ấu trúc bộ lưu điện UPS offline được thể hiện trên hình 1.1: ồn điện cung cấp cho tải ần số Điều này làm ưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPSợc phân thành các loại chính như sau: UPS ố Điều này làm ới sự

t n và đ c v n hành b i c quy.ần số Điều này làm ưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPSợc phân thành các loại chính như sau: UPS ậy ởi UPS hầu như cách ly hoàn toàn với sự ắc chuyển đổi kép: từ AC sang Công su tấu trúc bộ lưu điện UPS offline được thể hiện trên hình 1.1: 1000VA đ n 3000VA D ng sóngại chính như sau: UPSsin chu nẩn do đó sử dụng tốt cho tất cả các thiết bị từ y tế, có th s d ng cho t t c các thi t b có hay không có đ ng c ể hiện trên hình 1.1: ử dụng cho ụng cho ấu trúc bộ lưu điện UPS offline được thể hiện trên hình 1.1: ải ịnh cả về điện áp và tần số Điều này làm ộ lưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ơ

Các khâu ch c n ng chính c a UPS:ức năng chính của UPS: ăn phòng, gia đình, khu công nghiệp ủa lưới điện UPS online tạo ra là nguồn điện sạch, chống nhiễu

- Ch nh l u/n p đi n ỉnh điện áp tự động), nhưng một số các rối loạn và các biến ưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ại chính như sau: UPS ện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS

- Ngh ch l u.ịnh cả về điện áp và tần số Điều này làm ưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS

- Ắc quy.c quy

Trong khuôn kh đ tài yêu c u thi t k b ngh ch l u trong b UPS nênổi kép: từ AC sang ề điện áp và tần số Điều này làm ần số Điều này làm ộ lưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ịnh cả về điện áp và tần số Điều này làm ưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ộ lưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS

em ch đi sâu vào phân tích v ph n này.ỉnh điện áp tự động), nhưng một số các rối loạn và các biến ề điện áp và tần số Điều này làm ần số Điều này làm

Kh i ngh ch l u: c u t o b ng các van đi n t (b ng các quy lu t đóngố Điều này làm ịnh cả về điện áp và tần số Điều này làm ưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ấu trúc bộ lưu điện UPS offline được thể hiện trên hình 1.1: ại chính như sau: UPS ằng 0 ện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ử dụng cho ằng 0 ậy

m s t o ra đi n áp xoay chi u g n sin có t n s 50Hz) bi n đ i ngu n đi nởi UPS hầu như cách ly hoàn toàn với sự ại chính như sau: UPS ện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ề điện áp và tần số Điều này làm ần số Điều này làm ần số Điều này làm ố Điều này làm ổi kép: từ AC sang ồn điện cung cấp cho tải ện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS

m t chi u t c quy cung c p cho t i UPS này kh i ngh ch l u đ c l pộ lưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ề điện áp và tần số Điều này làm ừ AC sang ắc chuyển đổi kép: từ AC sang ấu trúc bộ lưu điện UPS offline được thể hiện trên hình 1.1: ải ố Điều này làm ịnh cả về điện áp và tần số Điều này làm ưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPSợc phân thành các loại chính như sau: UPS ắc chuyển đổi kép: từ AC sangsong song v i l i và không tham gia vào b t k ho t đ ng nào khi l i nới sự ưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPSới sự ấu trúc bộ lưu điện UPS offline được thể hiện trên hình 1.1: ỳ hoạt động nào khi lưới ổn ại chính như sau: UPS ộ lưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPSới sự ổi kép: từ AC sang

đ nh.ịnh cả về điện áp và tần số Điều này làm

Khi ngu n x y ra s c m t đi n, thì lúc này t i đ c ng t ra kh i l i ồn điện cung cấp cho tải ải ự ố Điều này làm ấu trúc bộ lưu điện UPS offline được thể hiện trên hình 1.1: ện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ải ưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPSợc phân thành các loại chính như sau: UPS ắc chuyển đổi kép: từ AC sang ỏ 650VA đến 2000VA Thường sử dụng cho ưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPSới sự

đi n và n i t i ngh ch l u b t đ u ho t đ ng bi n đ i đi n áp m t chi u t m tện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ố Điều này làm ới sự ịnh cả về điện áp và tần số Điều này làm ưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ắc chuyển đổi kép: từ AC sang ần số Điều này làm ại chính như sau: UPS ộ lưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ổi kép: từ AC sang ện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ộ lưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ề điện áp và tần số Điều này làm ừ AC sang ộ lưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPSchi u t c quy sang xoay chi u cung c p cho t i.ề điện áp và tần số Điều này làm ừ AC sang ắc chuyển đổi kép: từ AC sang ề điện áp và tần số Điều này làm ấu trúc bộ lưu điện UPS offline được thể hiện trên hình 1.1: ải

D a vào công su t c a UPS đ án yêu c u s ch n UPS là lo i online.ự ấu trúc bộ lưu điện UPS offline được thể hiện trên hình 1.1: ủa lưới điện UPS online tạo ra là nguồn điện sạch, chống nhiễu ồn điện cung cấp cho tải ần số Điều này làm ọn nhẹ, dễ vận hành sửa chữa ại chính như sau: UPS

1.1.2 Cung cấp năng lượng điện cho những tải nhạy cảm

Sự cố nguồn năng lượng điện: Sự cố trong các nguồn năng lượng điện

có thể xảy ra trong quá trình lắp đặt trang thiết bị hoặc ở đầu vào hệ thống (quátải, nhiễu, mất cân bằng pha, sấm sét, ) Những sự cố này có thể gây ra nhữnghậu quả khác nhau Về mặt lý thuyết, hệ thống phân phối năng lượng điện tạo

ra một điện áp hình sin với biên độ và tần số thích hợp để cung cấp cho thiết bịđiện

Trong thực tế, những sóng hình sin điện áp và dòng điện cùng tần số bịảnh hưởng trong phạm vi khác nhau bởi những sự cố có thể xuất hiện trong hệthống

Đối với hệ thống cung cấp điện, có thể bị sự cố hoặc gián đoạn cung cấpđiện vì:

 Hiện tượng nhiễm điện ở bầu khí quyển (thường không tránh khỏi).Điều này có thể ảnh hưởng đến đường dây ngoài trời hoặc cáp chôn, chẳnghạn:

- Sấm sét làm điện áp tăng đột ngột trong hệ thống cung cấp điện

- Sương giá có thể làm cho đương dây bị đứt

 Những hiện tượng ngẫu nhiên, chẳng hạn:

- Cành cây rơi gây ngắn mạch hoặc đứt dây

- Đứt cáp do đào đất

- Sự hư hỏng trong hệ thống cung cấp

 Những thiết bị dùng điện có thể ảnh hưởng đến hệ thống cung cấp:

 Lắp đặt công nghiệp, chẳng hạn:

- Động cơ gây ra điện áp rơi và nhiễm RF trong quá trình khởiđộng.

- Những thiết bị gây ô nhiễm: lò luyện kim, máy hàn, gây rađiện áp rơi và nhiễm RF

 Những hệ thống điện tử công suất cao

 Thang máy, đèn huỳnh quang

 Những sự cố ảnh hưởng tới việc cung cấp năng lượng điện cho thiết bị cóthể phân thành các loại sau:

1.1.3 Ứng dụng của UPS trong thực tế

Hiện nay, nhu cầu ứng dụng UPS trong các lĩnh vực tin học, viễn thông,ngân hàng, y tế, hàng không là rất lớn Số lượng UPS được sử dụng gần bằng1/3 số lượng máy tính đang được sử dụng Có thể lấy một vài ví dụ về các thiết

bị sử dụng UPS, đó là những máy tính, việc truyền dữ liệu và toàn bộ thiết bị ởmột trạng thái nào đó là rất quan trọng và không cho phép được mất điện UPSđược sử dụng trong ngành hàng không để đảm bảo sự thắp sáng liên tục củađường băng sân bay

Ứng dụng chính Thiết bị được bảo vệ

1 Hệ thống máy

tính nói chung

- Máy tính, mạng máy tính

- Máy in, hệ thống vẽ đồ thị, bàn phím và cácthiết bị đầu cuối

2 Hệ thống máy

tính công nghiệp

- Bộ điều khiển lập trình, hệ thống điều khiển

số, điều khiển giám sát, máy tự động

3 Viễn thông - Tổng đài điện thoại, hệ thống truyền dữ liệu,

Tóm lại, UPS là một nguồn điện dự phòng, nó có mặt ở mọi chỗ, mọinơi, đặc biệt là những nơi đòi hỏi cao về yêu cầu cấp điện liên tục

1.2 Giới thiệu về bộ nghịch lưu

Nghịch lưu độc lập là thiết bị biến đổi năng lượng điện một chiều thànhxoay chiều có tần số ra có thể thay đổi được và làm việc với phụ tải độc lập Cóthể phân loại nghịch lưu như sau:

 Theo sơ đồ nghịch lưu có hai loại: một pha và ba pha

 Theo quá trình điện từ xảy ra trong nghịch lưu: nghịch lưu áp, nghịch lưu dòng,nghịch lưu cộng hưởng

Trong đề tài này, chúng ta giới hạn tìm hiểu ở bộ nghịch lưu nguồn áp một pha

1.2.1 Giới thiệu IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)

 Cấu trúc và ký hiệu

Hình 1 4 Ký hiệu IGBT

Về cấu trúc bán dẫn, IGBT rất giống MOSFET, điểm khác nhau là cóthêm lớp nới với collector tạo nên cấu trúc bán dẫn p-n-p giữa emiter (tương tựcực gốc) với collector (tương tự cực máng) mà không phải là n-n như

MOSFET Vì thế, có thể coi IGBT tương đương một transistor p-n-p với dòngbase được điều khiển bởi một MOSFET.

Dưới tác dụng của kênh điều khiển Uge > 0, kênh dẫn với các hạt mangđiện là các điện tử được hình thành, giống như cấu trúc MOSFET Các điện tử

di chuyển từ phía collector qua lớp tiếp giáp n-p như cấu trúc giữa base vàcollector ở transistor bình thường tạo nên dòng collector

 Nguyên lý làm việc

Phân cực cho IGBT sao cho Uce > 0, sau đó vào cực G một điện áp điềukhiển Uge > 0 với một giá trị đủ lớn Khi đó hình thành một kênh dẫn với cáchạt là điện từ giống như MOSFET các hạt điện tử di chuyển về phía cực C,vượt qua tiếp giáp p-n tạo nên dòng collector Thời gian đóng cắt của IGBTnhanh hơn transistor thường, trễ khi mở khoảng 0.15ms, trễ khi đóng khoảng1ms Công suất điều khiển IGBT rất nhỏ thường mở dưới dạng điện áp điềukhiển là ±15V Để mở thường cấp tín hiệu +15V, khóa cấp tín hiệu -15V

 Điều này làm ề điện áp và tần số Điều này làmi u ki n m khóa ện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ởi UPS hầu như cách ly hoàn toàn với sự

- Tr ng thái khóa Uại chính như sau: UPS GE ≤ 0, tuy nhiên nên dùng đi n áp âm.ện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS

- Tr ng thái d n Uại chính như sau: UPS ẫn U GE > 0 và đ m bão hòa c n có đi n áp đi u khi n v t giá trể hiện trên hình 1.1: ởi UPS hầu như cách ly hoàn toàn với sự ần số Điều này làm ện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ề điện áp và tần số Điều này làm ể hiện trên hình 1.1: ưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPSợc phân thành các loại chính như sau: UPS ịnh cả về điện áp và tần số Điều này làm

nh t đ nh th ng c 15V.ấu trúc bộ lưu điện UPS offline được thể hiện trên hình 1.1: ịnh cả về điện áp và tần số Điều này làm ưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPSời gian chuyển mạch gần như ỡ 15V

 Các thông s c b nố Điều này làm ơ ải

Dưới đây là bảng các thông số cơ bản của van IGBT:

T

T

Tham

số Điều này làm

Tên g iọn nhẹ, dễ vận hành sửa chữa Kí hi uện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS Ch đ đoộ lưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS

1 Điều này làm ện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPSi n áp Điều này làm ện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPSi n áp đánh th ng CEủa lưới điện UPS online tạo ra là nguồn điện sạch, chống nhiễu U(BR)CE

i n áp đánh th ng GE

Điều này làm ện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ủa lưới điện UPS online tạo ra là nguồn điện sạch, chống nhiễu U(BR)GER Khi ng n m ch GSắc chuyển đổi kép: từ AC sang ại chính như sau: UPS

i n áp t i đa cho phép gi aĐiều này làm ện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ố Điều này làm ữa

các c c CEự

UCE Khi có đi n tr n i gi aện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ởi UPS hầu như cách ly hoàn toàn với sự ố Điều này làm ữa

các c c G và Eự

2 Dòng

đi nện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS

Dòng colector t i đa cho phépố Điều này làm Ic Ở nhiệt độ quy định của nhi t đ quy đ nh c aện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ộ lưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ịnh cả về điện áp và tần số Điều này làm ủa lưới điện UPS online tạo ra là nguồn điện sạch, chống nhiễu

vỏ 650VA đến 2000VA Thường sử dụng choDòng colector d ng xung t iại chính như sau: UPS ố Điều này làm

đa cho phép

ICM V i đ r ng xung quyới sự ộ lưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ộ lưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS

đ nhịnh cả về điện áp và tần số Điều này làm

3 Điều này làm ề điện áp và tần số Điều này làmi u Điều này làm ện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPSi n áp GE c c đ i cho phépự ại chính như sau: UPS UGE Khi ng n m ch CEắc chuyển đổi kép: từ AC sang ại chính như sau: UPS

khi n ể hiện trên hình 1.1: Điều này làm ện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPSi n áp GE ng ngưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPSỡ 15V UGE(th) Khi UCE >0

4 Khu ch

đ iại chính như sau: UPS

h d n Điều này làmộ lưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ỗ dẫn ẫn U GFS Theo ch đ quy đ nhộ lưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ịnh cả về điện áp và tần số Điều này làm

i n tr CE khi d nĐiều này làm ện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ởi UPS hầu như cách ly hoàn toàn với sự ẫn U RCE(on)

5 Công

su tấu trúc bộ lưu điện UPS offline được thể hiện trên hình 1.1:

Công su t phát nhi t t i đaấu trúc bộ lưu điện UPS offline được thể hiện trên hình 1.1: ện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ố Điều này làm PC V i nhi t đ quy đ nhới sự ện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ộ lưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ịnh cả về điện áp và tần số Điều này làm

T n th t n ng l ng khi mổi kép: từ AC sang ấu trúc bộ lưu điện UPS offline được thể hiện trên hình 1.1: ăn phòng, gia đình, khu công nghiệp ưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPSợc phân thành các loại chính như sau: UPS ởi UPS hầu như cách ly hoàn toàn với sự EON

T n th t n ng l ng khiổi kép: từ AC sang ấu trúc bộ lưu điện UPS offline được thể hiện trên hình 1.1: ăn phòng, gia đình, khu công nghiệp ưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPSợc phân thành các loại chính như sau: UPSkhoá

EOFF

6 Ch độ lưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS

đ ngộ lưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS

Th i gian tr khi mời gian chuyển mạch gần như ễu ởi UPS hầu như cách ly hoàn toàn với sự TD(ON) Theo ch đ quy đ nhộ lưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ịnh cả về điện áp và tần số Điều này làm

Th i gian tr khi khóaời gian chuyển mạch gần như ễu TD(OFF)

Th i gian t ng dòng colectorời gian chuyển mạch gần như ăn phòng, gia đình, khu công nghiệp TR

Th i gian gi m dòngời gian chuyển mạch gần như ảicolector

QG Theo ch đ quy đ nhộ lưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ịnh cả về điện áp và tần số Điều này làm

7 Nhi tện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS Nhi t tr xác l p gi a quá đện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ởi UPS hầu như cách ly hoàn toàn với sự ậy ữa ộ lưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS

pn- vỏ 650VA đến 2000VA Thường sử dụng cho

RThj.C Có t n nhi t chu nải ện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ẩn do đó sử dụng tốt cho tất cả các thiết bị từ y tế,

Nhi t tr xác l p gi a quá đện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ởi UPS hầu như cách ly hoàn toàn với sự ậy ữa ộ lưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPSpn-môi tr ngưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPSời gian chuyển mạch gần như

RThj.A Không có t n nhi tải ện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS

Nhi t tr xác l p gi a v -ện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ởi UPS hầu như cách ly hoàn toàn với sự ậy ữa ỏ 650VA đến 2000VA Thường sử dụng cho

t n nhi tải ện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS

RThj.S

Nhi t tr quá đ gi a quá đện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ởi UPS hầu như cách ly hoàn toàn với sự ộ lưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ữa ộ lưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPSpn-vỏ 650VA đến 2000VA Thường sử dụng cho

ZThj.C V i xung dòng có th iới sự ời gian chuyển mạch gần như

gian quy đ nhịnh cả về điện áp và tần số Điều này làmNhi t đ t i đa cho phép ện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ộ lưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ố Điều này làm ởi UPS hầu như cách ly hoàn toàn với sự

mi n quá đ pnề điện áp và tần số Điều này làm ộ lưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS

Tj(max) C nhi t đ âm và d ngải ện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ộ lưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPS ưu điện hiện nay được phân thành các loại chính như sau: UPSơ

B ng 1 ảng 1 2 Các thông s c b n c a van IGBT ố cơ bản của van IGBT ơ bản của van IGBT ảng 1 ủa van IGBT

1.2.2 Nghịch lưu độc lập nguồn áp một pha

Nghịch lưu nguồn áp một pha dạng cầu là thiết bị biến đổi nguồn áp mộtchiều thành nguồn áp xoay chiều với tần số tùy ý

 Cấu tạo

Sơ đồ nghịch lưu áp một pha được mô tả trên hình 1.5 Sơ đồ gồm 4 vanđộng lực chủ yếu là: T1, T2, T3, T4 và các điôt D1, D2, D3, D4 dùng để trảcông suất phản kháng về lưới và như vậy tránh được hiện tượng quá áp ở đầunguồn

Tụ C được mắc song song với nguồn để đảm bảo cho nguồn đầu vào lànguồn hai chiều (nguồn một chiều thường được cấp bởi chỉnh lưu chỉ cho phépdòng đi theo một chiều)

Như vậy, tụ C thực hiện việc tiếp nhận công suất phản kháng của tải,đồng thời tụ C còn đảm bảo cho nguồn đầu vào là nguồn áp

Zt C

Ut = -E tại thời điểm 2

Do tải mang tính trở cảm nên dòng vẫn giữ nguyên hướng cũ (đường nétđậm) T1, T2 bị khóa nên dòng phải khép mạch qua D3, D4 Suất điện động

cảm ứng trên tải sẽ trở thành nguồn trả năng lượng thông qua D3, D4 về tụ C(đường nét đứt )

Tương tự như vậy đối với chu kỳ tiếp theo khi khóa cặp T3, T4 dòng tải

1.2.3 Nghịch lưu điều biến độ rộng xung pwm

Các bộ nghịch lưu đã trình bày ở trên có điện áp ra có chứa nhiều sónghài Để nâng cao chất lượng điện áp và dòng điện đầu ra của bộ nghịch lưu, bộnghịch lưu điều biến độ rộng xung PWM (Pulse Width Modulation) được đưa

ra nghiên cứu và ứng dụng

Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng của một bộ nghịch lưu là mức độ gầnsin chuẩn của điện áp và dòng điện đầu ra Trong tất cả các bộ nghịch lưu thì

bộ nghịch lưu điều biến độ rộng xung được đánh giá là bộ nghịch lưu cho phépđưa ra dạng sóng gần sin nhất

Nội dung cơ bản của kỹ thuật này là mỗi nửa chu kỳ dòng điện hay điện

áp ra gồm nhiều đoạn hình chữ nhật có độ rộng thích hợp

 Ưu điểm của kỹ thuật này là:

 Các thành phần điều hoà của điện áp hoặc dòng điện ra bị đẩy sang phíatần số cao do đó dễ lọc

 Cho phép thay đổi điện áp ra bằng sơ đồ có hai khoá chuyển mạch trongmột pha

 Luật điều khiển của phương pháp điều biến độ rộng xung PWM được sửdụng nhiều nhất là luật so sánh Tín hiệu điều khiển hình sin có tần sốmong muốn sẽ được so sánh với các xung hình tam giác Tần số chuyểnmạch của nghịch lưu fcm bằng tần số xung tam giác fx có giá trị khôngđổi; tần số xung tam giác còn gọi là tần số mang

 Tần số tín hiệu điều khiển f1 có tên là tần số điều biến sẽ xác định tần số

cơ bản của điện áp ra nghịch lưu

Hệ số điều biến biên độ được định nghĩa là:

dkm a

xm

Um

fm

f

Xét một chu kỳ điện áp mang Khi xếp chồng udk và ux chúng cắt nhautại các hoành độ và (2  ) Các giao điểm của chúng quyết định giá trị trungbình của điện áp ra

Do đó:

tb a

2U

m

E 

(1.7) Qua biểu thức (1.7), thấy rằng: giá trị trung bình của điện áp ra trongmột chu kỳ điện áp mang tỉ lệ với điện áp điều khiển Nếu điện áp điều khiển

có dạng hình sin thì Utb dạng hình sin Người ta có thể điều chỉnh biên độ điện

áp ra bằng cách tác động vào tỉ số Udkm /Uxm

Trên hình 1.7 biểu diễn sơ đồ khối điều khiển các tiristo của PWM Từ

sơ đồ cho ta thấy: hai tín hiệu điều khiển Uđk và tín hiệu sóng mang Ux đưavào bộ so sánh Khi hai điện áp này bằng nhau sẽ cho một xung, qua bộ chiaxung ta đưa tới để điều khiển các tiristo tương ứng

Hình 1 8 Đồ thị điện áp ra bộ nghịch lưu điều khiển bởi xung đơn cực.

Trên hình 1.7 biểu diễn phương pháp tạo điện áp ra bằng so sánh điện ápđiều khiển hình sin và điện áp tam giác cân Ở hình 1.8 là cách tạo ra điện ápbằng các xung đơn cực (điện áp mang trong trường hợp này chỉ có xung đơncực dương hoặc âm)

Trong khi đó hình 1.9 là phương pháp tạo điện áp ra bằng các xunglưỡng cực (điện áp mang lúc này có xung với hai cực tính khác nhau)