Bài giảng Điện tử công suất - Chương V: Bộ nghịch lưu

Nội dung text: Bài giảng Điện tử công suất - Chương V: Bộ nghịch lưu

1. CHƯƠNG 5 BỘ NGHỊCH LƯU
2. BỘÄ 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 - Nguồn xoay chiều trong gia đình , nguồn lưu điện (UPS), chiếu sáng (đèn huỳnh quang cao tần) - Bù nhuyễn công suất phản kháng Truyền tải điện cao áp một chiều (HVDC)
3. BỘÄ NGHỊCH LƯU 2. Phân loại: a. Theo tham số điều khiển ngõ ra : - Bộ nghịch lưu áp : điều khiển áp ra - Bộ nghịch lưu dòng: điều khiển dòng ra b. Theo tính chất nguồn : - Bộ nghịch lưu nguồn áp - Bộ nghịch lưu nguồn dòng -
4. BỘÄ NGHỊCH LƯU 2. Phân loại: Theo quá trình chuyển mạch : - Bộ nghịch lưu với: + 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 phụ thuộc áp nguồn hoặc tải (Thyristor)
5. BỘÄ NGHỊCH LƯU 3. Các mức áp cổng ra tiêu chuẩn: 1 pha 120V / 60 Hz 220V/50Hz 115V/400 Hz 3 pha 120/208/60 Hz 220/380/50Hz 115/200/400 Hz
6. BỘÄ NGHỊCH LƯU ÁPÙ . 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.
7. BỘÄ NGHỊCH LƯU ÁPÙ . 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).
8. BỘÄ NGHỊCH LƯU ÁPÙ . 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 độ rộng xung ) . Độ lợi được định nghĩa là tỷ số giữa điện áp ra AC và điện áp vào DC.
9. BỘÄ NGHỊCH LƯU ÁPÙ . 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 có thể 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 và mạng viễn thông. Vì vậy các biện pháp sử dụng để chống nhiễu là cần thiết : ví dụ các bộ lọc nguồn, thiết bị nghịch lưu được đặt trong tủ kim loại, sử dụng cáp bọc
10. BỘÄ NGHỊCH LƯU ÁPÙ . 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.
11. BỘÄ NGHỊCH LƯU ÁPÙ MỘTÄ PHA BÁNÙ CẦUÀ
12. BỘÄ NGHỊCH LƯU ÁPÙ MỘTÄ PHA BÁNÙ CẦUÀ Trị hiệu dụng áp tải : 2 1 π ⎛U ⎞ U U = d dωt = d = 0.5U z ∫ ⎜ ⎟ d π 0 ⎝ 2 ⎠ 2 Trị tức thời áp tải có thể phân tích theo Fourier: ∞ 2U d u z = ∑ sin nωt n=1,3,5, nπ
13. BỘÄ NGHỊCH LƯU ÁPÙ MỘTÄ PHA BÁNÙ CẦUÀ Trị hiệu dụng hài cơ bản áp tải : n =1 ⇒ 2U d U z1 = = 0.45U d 2π Hệ số méo dạng toàn phần THD : ∞ U 2 ∑ n U 2 −U 2 THD = n=2,3 ⋅100% = z z1 ⋅100% U1 U z1
14. BỘÄ NGHỊCH LƯU ÁPÙ MỘTÄ PHA BÁNÙ CẦUÀ – TẢIÛ 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.
15. BỘÄ NGHỊCH LƯU ÁPÙ CẦUÀ MỘTÄ PHA
16. BỘÄ NGHỊCH LƯU ÁPÙ CẦUÀ MỘTÄ PHA Trị hiệu dụng áp tải : 1 π U = U 2dωt = U z ∫ d d π 0 Trị tức thời áp tải có thể phân tích theo Fourier: ∞ 4U d u z = ∑ sin nωt n=1,3,5, nπ
17. BỘÄ NGHỊCH LƯU ÁPÙ CẦUÀ BA PHA Q1 Q3 Q5 D3 Ud Q4 Q6 Q2 Ra Rb Rc La Lb Lc
18. BỘÄ NGHỊCH LƯU ÁPÙ CẦUÀ BA PHA Phân tích điện áp pha và dây tải theo điện áp pha tâm nguồn. 2u − u − u u = 10 20 30 z1 3 2u − u − u u = 20 10 30 z2 3 2u − u − u u = 30 10 20 z3 3 Qui tắc kích đối nghịch : S1S4, S3S6, S5S2 Nếu công tắc lẻ được đóng, áp pha tâm nguồn có giá trị = +Ud/2 Nếu công tắc chẳn được đóng, áp pha tâm nguồn có giá trị = - Ud/2
19. BỘÄ NGHỊCH LƯU ÁPÙ CẦUÀ 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.
20. BỘÄ NGHỊCH LƯU ÁPÙ CẦUÀ BA PHA –CÁCÙ PHƯƠNG PHÁPÙ ĐIỀUÀ KHIỂÅN 1. Phương pháp điều biên Six-Step Trị hiệu dụng áp pha tải: 2 U = U z 3 d Trị hiệu dụng hài cơ bản áp pha tải: 2 U = U z(1) π d
21. BỘÄ NGHỊCH LƯU ÁPÙ –CÁCÙ PHƯƠNG PHÁPÙ ĐIỀUÀ KHIỂÅN 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.
22. BỘÄ NGHỊCH LƯU ÁPÙ –CÁCÙ PHƯƠNG PHÁPÙ ĐIỀUÀ KHIỂÅN 2. Phương pháp điều biến độ rộng xung 2.1. SINPWM
23. BỘÄ NGHỊCH LƯU ÁPÙ –CÁCÙ PHƯƠNG PHÁPÙ ĐIỀUÀ KHIỂÅN 2. Phương pháp điều biến độ rộng xung – Sơ đồ khối 2.1. SINPWM –BNL một pha bán cầu
24. BỘÄ NGHỊCH LƯU ÁPÙ – CÁCÙ PHƯƠNG PHÁPÙ ĐIỀUÀ KHIỂÅN 2. Phương pháp điều biến độ rộng xung – Sơ đồ khối 2.1. SINPWM –BNL một pha bán cầu: Mạch tạo xung sóng mang
25. BỘÄ NGHỊCH LƯU ÁPÙ – CÁCÙ PHƯƠNG PHÁPÙ ĐIỀUÀ KHIỂÅN 2. Phương pháp điều biến độ rộng xung – Sơ đồ khối 2.1. SINPWM –BNL một pha bán cầu: Mạch tạo xung sóng sin
26. BỘÄ NGHỊCH LƯU ÁPÙ CẦUÀ BA PHA –CÁCÙ PHƯƠNG PHÁPÙ ĐIỀUÀ KHIỂÅN 2. Phương pháp điều biến độ rộng xung – Sơ đồ khối 2.1. SINPWM –BNL cầu ba pha :
27. BỘÄ NGHỊCH LƯU ÁPÙ CẦUÀ BA PHA – PHƯƠNG PHÁPÙ ĐIỀUÀ KHIỂÅN SINPWM
28. BỘÄ NGHỊCH LƯU ÁPÙ – PHƯƠNG PHÁPÙ ĐIỀUÀ KHIỂÅN 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
29. BỘÄ NGHỊCH LƯU DÒNGØ Bộ nghịch lưu dòng 1 pha :
30. BỘÄ NGHỊCH LƯU DÒNGØ Bộ nghịch lưu dòng 1 pha : Phương pháp điều khiển : điều biên Hệ quả : Trị hiệu dụng dòng tải Iz = Id
31. BỘÄ NGHỊCH LƯU DÒNGØ BA PHA
32. BỘÄ NGHỊCH LƯU DÒNGØ BA PHA Phân tích Fourier cho dòng tải: 2 3 ⎡ 1 1 1 1 ⎤ iz = I d sinωt − sin 5ωt − sinωt + sin11ωt + sin13ωt π ⎣⎢ 5 7 11 13 ⎦⎥ Trị hiệu dụng dòng pha tải : 2 I = I z 3 d