Bài tóm tắt môn Điện tử công suất 1 - Chương 6: Nghịch lưu độc lập và biến tần

Nội dung text: Bài tóm tắt môn Điện tử công suất 1 - Chương 6: Nghịch lưu độc lập và biến tần

1. Bài giảng tóm tắt môn Điện tử công suất 1 CHÖÔNG 6 NGHÒCH LÖU ÑOÄC LAÄP VAØ BIEÁN TAÀN Nghòch löu ñoäc laäp laø boä bieán ñoåi ñieän moät chieàu ra xoay chieàu vôùi ñieän aùp vaø taàn soá ngoû ra coù theå thay ñoåi cung caáp cho caùc taûi xoay chieàu, phaân bieät vôùi nghòch löu phuï thuoäc laø cheá ñoä ñaëc bieät cuûa chænh löu ñieàu khieån pha, cho pheùp chuyeån naêng löôïng töø phía moät chieàu veà löôùi xoay chieàu coù aùp vaø taàn soá coá ñònh − khi goùc ñieàu khieån pha > 90 O ñaõ ñöôïc nhaéc ñeán trong chöông 3. Nghòch löu ñoäc laäp ñöôïc öùng duïng roäng raõi trong coâng nghieäp vaø daân duïng, coù theå phaân ra laøm caùc nhoùm sau: 1. Ngoû ra taàn soá coâng nghieäp (nhoû hôn 400 Hz) khoâng ñoåi: caùc boä nguoàn xoay chieàu baùn daãn söû duïng laøm nguoàn cho caùc thieát bò ñieän thay theá ñieän löôùi. Coù theå keå boä löu ñieän (UPS – Uninterruped Power Supply) cung caáp nguoàn lieân tuïc cho taûi, boä ñoåi taàn cung caáp ñieän cho caùc thieát bò söû duïng nguoàn khaùc taàn soá löôùi 2 Ngoû ra taàn soá coâng nghieäp thay ñoåi: duøng ñeå ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô xoay chieàu, luoân coù ñaàu vaøo laø ñieän löôùi neân coøn goïi laø bieán taàn. 3. Ngoû ra trung taàn hay cao taàn: Töø 500 Hz ñeán 25 KHz khi söû duïng SCR hay cao hôn khi duøng transistor laø caùc boä nguoàn cho caùc coâng ngheä ñieän: nung noùng duøng doøng ñieän caûm öùng trong moâi tröôøng daãn ñieän, hay chuyeån thaønh rung ñoäng sieâu aâm cuûa caùc vaät lieäu töø giaûo. Ñaëc tröng cuûa nhoùm naøy laø heä soá coâng suaát cuûa taûi raát thaáp, caàn maéc tuï ñieän song song neân taûi coù tính coäng höôûng. ÔÛ daõy taàn soá treân 25 KHz coøn coù caùc boä nghòch löu 1 pha laøm trung gian cho caùc boä bieán ñoåi aùp moät chieàøu khi muoán söû duïng bieán aùp taàn soá cao nhaèm giaûm troïng löôïng vaø kích thöôùc thieát bò (caùc boä nguoàn xung ñaõ giôùi thieäu trong chöông 5). Trong coâng nghieäp coøn coù caùc boä dao ñoäng coâng suaát hình sin söû duïng ñeøn ñieän töû hay transistor, laøm vieäc ôû taàn soá töø 50 KHz ñeán vaøi MHz duøng cho toâi cao taàn hay nung noùng ñieän moâi. Khaùc vôùi caùc BBÑ ñaõ hoïc, caùc sô ñoà nghòch löu hoaït ñoäng raát khaùc nhau. Ngay caû khi cuøng sô ñoà ñoäng löïc, coù theå duøng nhieàu caùch ñieàu khieån ñeå cho ra tính chaát khaùc nhau. VI.1 PHAÂN LOAÏI NGHÒCH LÖU: 1. Nghòch löu song song vaø noái tieáp: Laø caùc daïng nghòch löu söû duïng SCR cho ñoùng ngaét, coù tuï ñieän ôû maïch taûi ñeå ñaûm baûo chuyeån maïch. Trong maïch ñieän goàm R taûi, töï caûm L vaø ñieän dung C taïo thaønh maïch coäng höôûng LCR, laøm cho doøng qua SCR giaûm veà zero vaø SCR töï taét. Hình 6.1.1 bao goàm hai maïch nghòch löu song song: (a) laø sô ñoà caàu, (b) laø sô ñoà gheùp bieán aùp; ( c) töông öùng vôùi nghòch löu noái tieáp. L1 L2 T L + SCR3 SCR1 L + C C + - + SCR1 _ V R + C V SCR2 SCR2 V V _ SCR4 _ _ o SCR1 SCR2 R (a) (b) ( c) Hình 6.1.1: Nghòch löu noái tieáp (c) vaø song song (a. sô ñoà caàu; b. sô ñoà bieán aùp coù ñieåm giöõa). Trang 1/Nghịch lưu độc lập và biết tần © Huỳnh Văn Kiểm
2. Học kì 2 năm 2004-2005 a. Nghòch löu song song: (hình 6.1.1.a vaø .b) Daïng soùng caùc phaàn töû treân sô ñoà 6.1.1.a ñöôïc veõ treân hình 6.1.2.b. Caùc SCR 1 vaø SCR 4 coù cuøng daïng xung kích cuõng nhö SCR 2 vaø SCR3. Khi SCR 1 vaø SCR 4 daãn ñieän, tuï ñieän C ñöôïc naïp ñeán ñieän aùp coù cöïc tính nhö treân hình veõ. Ñieän aùp naøy seõ ñaët ñieän aùp aâm vaøo SCR 1 vaø SCR 4, laøm taét chuùng khi ta kích SCR2 vaø SCR3. Töï caûm L ôû ñaàu vaøo caùch ly nguoàn vaø caàu chænh löu, laøm cho doøng ñieän cung caáp vaøo caàu chænh löu khoâng thay ñoåi töùc thôøi, traùnh khaû naêng chaäp maïch taïm thôøi qua SCR 1 vaø SCR 2 (hay SCR 3 vaø SCR 4) khi caùc SCR chuyeån maïch. Do coù töï caûm ôû giöõa (a) (b) boä nghòch löu vaø nguoàn neân Hình 6.1.2: Daïng aùp, doøng cuûa NL noái tieáp (a) vaø song song (b) Trò soá vaø daïng aùp ngoû ra thay ñoåi theo ñaëc tính taûi. Treân hình 6.1.2b, aùp ra khoâng coøn daïng xung vuoâng vaø coù theå gaàn gioáng hình sin khi taûi coù töï caûm (taûi RL). b. Nghòch löu noái tieáp: (hình 6.1.1.c) Maïch ñieän hình 6.1.1.c laø daïng ñôn giaûn nhaáùt trong nhoùm maïch nghòch löu noái tieáp, coù maïch töông ñöông laø LCR noái tieáp khi SCR daãn ñieän. Ví duï nhö khi SCR 1 ñöôïc kích, doøng qua maïch seõ veà khoâng khi aùp treân tuï ñieän ñaït giaù trò cöïc ñaïi (coù daáu nhö treân maïch ñieän) vaø SCR seõ töï taét. Vì theá maïch coøn goïi laø nghòch löu chuyeån maïch taûi. Khi SCR 2 ñöôïc kích, tuï ñieän seõ phoùng qua noù vaø doøng veà khoâng khi aùp treân tuï ñieän ñaûo cöïc tính, chuaån bò cho chu kyø keá tieáp – daïng soùng hình 6.1.2.a. Hai maïch nghòch löu naøy ñöôïc duøng laøm boä nguoàn trung hay cao taàn (nhoùm thöù 3 trong phaàn giôùi thieäu ôû ñaàu chöông). Vaø nhö vaäy, ngoaøi nhieäm vuï taét (chuyeån maïch) SCR, caùc tuï ñieän trong hai nghòch löu naøy coøn laø moät phaàn cuûa taûi, goùp phaàn vaøo vieäc caûi thieän heä soá coâng suaát cuûa maïch. 2. Nghòch löu nguoàn doøng vaø nguoàn aùp: a. Nghòch löu nguoàn doøng: i L = ∞ + N N R i C S1 S3 i i v L o Taûi RL C C V i o L v C _ S2 S4 Maïch töông ñöông (C laø tuï chuyeån maïch) Hình 6.1.3 Laø maïch nghòch löu coù L baèng voâ cuøng ôû ngoû vaøo, laøm cho toång trôû trong cuûa nguoàn coù giaù trò lôùn: taûi laøm vieäc vôùi nguoàn doøng. Hình 6.1.3 trình baøy sô ñoà nguyeân lyù vaø maïch töông ñöông cuûa NL nguoàn doøng moät pha taûi RL. Doøng nguoàn iN phaúng, khoâng ñoåi ôû moät giaù trò taûi, Trang 2/Nghịch lưu độc lập và biết tần
3. Bài giảng tóm tắt môn Điện tử công suất 1 ñöôïc ñoùng ngaét thaønh doøng AC cung caáp cho taûi: S1, S4 ñoùng: iO > 0 ; S2, S3 ñoùng: iO T sau 1/2 chu kyø, vV()=− (vì tính ñoái xöùng) ⇒− VABe = + −TRC/ 2 oC2 C Tích phaân coâng suaát qua cuoän daây LN trong chu kyø: Trang 3/Nghịch lưu độc lập và biết tần © Huỳnh Văn Kiểm
4. Học kì 2 năm 2004-2005 22TT//22 P==00 IVvdt() − => () Vvdt − = LooTT∫∫00 T / 2 21T / 2 VT ⎡⎤ hay vdt=⇒ V = At − Be−tRC/ ∫0 o ⎢⎥ TRC2 ⎣⎦0 Ve()12+−−−TRC//2 e tRC suy ra: vt()= o 4RC ()11+−−ee−−TRC//22() TRC T 2π khi chuyeån veà heä ñôn vò töông ñoái, khi ñaët θω==ttkwRC; = : T v ()θ 12+−ee−−πθ//kk o = 2k V ()11+−−ee−−ππ//kk() π Ñoà thò ñieän aùp treân caùc phaàn töû vaø aùp ra taûi ôû heä ñôn vò töông ñoái vO(θ)/V vôùi caùc giaù trò k khaùc nhau ñöôïc trình baøy treân hình 6.2.1 (a) vaø (b). Nhaän xeùt laø caùc quan heä coù daïng haøm muõ, thôøi gian vO 120+−ee =⇒ tq 22 22TT//22vv P ==VI. OO dt =>= I dt TR∫∫00 VTR - Khaûo saùt tröôøng hôïp thöïc teá: taûi laø RL, vaø ñieän khaùng nguoàn khoâng voâ cuøng lôùn. Khi ñoù caùc daïng doøng, aùp coù tính dao ñoäng, aùp treân tuï C sau khi qua giaù trò cöïc ñaïi seõ giaûm xuoáng, keùo theo giaûm tq, nhaát laø khi taàn soá laøm vieäc thaáp. Khi ñoù, ngöôøi ta duøng caùc diod chaën, cho pheùp giöõ aùp treân tuï ôû giaù trò max - hình 6.2.2 (a) vaø (b). Trang 4/Nghịch lưu độc lập và biết tần
5. Bài giảng tóm tắt môn Điện tử công suất 1 L + SCR3 SCR1 C1 v D1+ - D3 C v C R V D2 D4 t t C2 _ SCR2 + - SCR4 Khoâng Diod chaën Coù Diod chaën Hình 6.2.2.(a) maïch ñoäng löïc vaø (b) daïng aùp ra coù vaø khoâng coù diod chaën. - Khaûo saùt gaàn ñuùng nghòch löu nguoàn doøng: Trong thöïc teá, taûi thöôøng laø RL. Khi tính toaùn gaàn ñuùng, ta coù caùc giaû thieát sau duø ñieän khaùng nguoàn khoâng lôùn voâ cuøng: * Xung doøng cung caáp cho taûi laø xung hình L vuoâng, bieân ñoä I. i i C v * Tuï C vaø taûi RL laøm thaønh maéc loïc coäng höôûng, i L o 1 C laøm cho aùp treân taûi vC coù daïng hình sin vaø nhö vaäy chæ R coù soùng haøi baäc 1 cuûa doøng cung caáp laø i1 taïo ra coâng suaát. Maïch töông ñöông ñöôïc veõ treân hình 6.2.3.a khi Hình 6.2.3.a chæ xeùt thaønh phaàn cô baûn (baäc 1). Hình 6.2.3.b cho ta caùc vector: VC laø aùp ra, I1 laø haøi cô baûn cuûa doøng ra iO; IC , IL laàn löôït laø doøng qua C vaø taûi RL, ta coù: VC laø aùp ra, leäch doøng ra IL goùc φ cuûa taûi RL. I1 sôùm pha VC goùc β ñeå coù aùp aâm caàn thieát taét ñöôïc caùc SCR (phaàn gaïch ñöùng tronghình 6.2.3.c). V i o I V i C 1 wt 2π IC β π β vo I - I 1 β φ IL SCR 1 vaø 4 daãn | kích SCR 2 vaø 3 Hình 6.2.3.b vaø c. Ta coù - goùc leäch pha β = ω.tq . 22 3 - Hieäu duïng haøi baäc nhaát doøng iO laø I = aI vôùi a = 1 ôû sô ñoà 1 pha vaø 1 π 2 ôû sô ñoà 3 pha ( duøng coâng thöùc ôû phaàn VI.3.1, hình 6.3.1). Töø ñoà thò vec tô, ta coù: Trang 5/Nghịch lưu độc lập và biết tần © Huỳnh Văn Kiểm
6. Học kì 2 năm 2004-2005 I 1− L .sinφ II− .sinφ I 1− B .sinφ I Y 1 tan β ===CL C vôùi B ===LL , Z laø toång trôû taûi RL, IB.cosφ I .cosφ I YCZω . L L .cosφ CC IC 22 −1 ⎛⎞1− B sinφ ZRwL=+() vaø ta coù β = tan ⎜⎟. Ñeå tính caùc doøng, aùp ta tính coâng suaát P baèng ⎝⎠Bcosφ hai caùch töø nguoàn moät chieàu (cung caáp) vaø taûi (tieâu thuï) khi xem hieäu suaát heä thoáng baèng 1: 22π 1 P ==VI. V . I1 .cosββ = V . a . I .cos ⇒= V . . V CCπβ Ca.2 2 cos Töø aùp ngoû ra VC coù theå suy ra coâng suaát P cuûa maïch vaø doøng nguoàn I. Baøi taäp: Tính maïch nghòch löu nguoàn doøng sô ñoà moät pha. AÙp nguoàn moät chieàu 500 V, taàn soá laøm vieäc 1 KHz, R = 15 ohm vaø L = 0.001 H - Tính giaù trò ñieän dung C ñeå ñaûm baûo thôøi gian taét SCR laø 30 μsec. - Tính giaù trò hieäu duïng aùp ra VC, suy ra coâng suaát treân taûi P vaø doøng nguoàn I. 2. Sô ñoà ba pha : (hình 6.2.4.b) Ñeå taïo ra heä thoáng ba pha, caùc ngaét ñieän phaûi Logic ba pha: ñöôïc ñoùng ngaét theo moät thöù töï khoâng thay ñoåi ñoái vôùi ( hai ngaét ñieän laøm vieäc cuøng luùc ). caùc heä thoáng ba pha, goïi laø LOGIC BA PHA. Nghòch löu nguoàn doøng söû duïng logic ba pha coù hai ngaét ñieän nhoùm + S1 −> S2 −> S3 −> S1 laøm vieäc cuøng luùc. Ñaây cuõng chính laø thöù töï ñieàu khieån nhoùm − S6 −> S4 −> S5 −> S6 caùc SCR trong chænh löu caàu ba pha. Nhaän xeùt laø ôû ñaây chung S1 −> S6 −> S2 −> S4 −> S3 −> S5 chæ coù hai ngaét ñieän laøm vieäc cuøng luùc vì doøng nguoàn khoâng ñoåi (nguoàn doøng) chæ coù theå chaïy qua moät SCR cuûa nhoùm + moät SCR cuûa nhoùm – . Ví duï khi S1, S6 ñang daãn, S2 ñöôïc kích seõ laøm taét S1 (Hình 6.2.4.a). i L = ∞ + N S1 S2 S3 i i i A B C V _ S4 S5 S6 (b) (a) Hình 6.2.4: Daïng aùp, doøng cuûa NL nguoàn doøng 3 pha (a) maïch ñoäng löïc (b) Hình 6.2.4 cho ta caùc daïng soùng vaø maïch nguyeân lyù cuûa nghòch löu nguoàn doøng 3 pha. Doøng nguoàn, xem nhö khoâng ñoåi ôû moät traïng thaùi cuûa taûi, ñöoïc phaân boá cho caùc SCR nhö hình (a): moãi luùc chæ coù hai SCR laøm vieäc, xung doøng treân moãi pha coù daïng chöõ nhaät, aùp ra thay ñoåi theo ñaëc tính taûi. Cuõng gioáng nhö nghòch löu moät pha, doøng qua taûi iA sôùm pha hôn ñieän aùp vA (hình 6.2.4.a). Ñaây chính laø ñieàu kieän ñeå coù söï chuyeån maïch: khi xem tuï chuyeån maïch laø thaønh phaàn cuûa taûi, taûi seõ coù tính dung vaø ñaët ñöôïc aùp aâm vaøo SCR ñang daãn khi SCR môùi ñöôïc kích. Vieäc tính toaùn gaàn ñuùng nghòch löu nguoàn doøng 3 pha thöïc hieän gioáng nhö sô ñoà moät pha nhöng vôùi quan heä giöõa bieân ñoä vaø thaønh phaàn cô baûn (heä soá a) cuûa doøng ñieän thay ñoåi. Trang 6/Nghịch lưu độc lập và biết tần
7. Bài giảng tóm tắt môn Điện tử công suất 1 Moät nhaän xeùt khaùc laø naêng löôïng chæ chaûy moät chieàu töø nguoàn qua taûi, laøm aùp ra thay ñoåi theo taûi, taêng cao khi khoâng taûi vì naêng löôïng tích tröõ ôû taûi taêng cao. Ta coù theå thay ñoåi aùp ra baèng caùch thay ñoåi aùp nguoàn hay maéc song song vôùi taûi moät maïch ñieàu chænh coâng suaát phaûn khaùng. Hình 6.2.5.a cho ta moät ví duï veà nghòch löu nguoàn doøng cuï theå. Coù theå thaáy ñaây laø söï phaùt trieån cuûa sô ñoà 6.2.2.a thaønh ba pha, SCR ñang daãn seõ taét khi moät SCR noái chung anod (catod) ñöôïc kích theo logic moãi luùc coù hai ngaét ñieän laøm vieäc. Quaù trình taét T1 khi T3 ñöôïc kích ñöôïc veõ treân hình (b), caùc tuï ñieän seõ ñaët aùp aâm vaøo T1 vaø naïp ñeán cöïc tính ngöôïc laïi, chuaån bò taét T3 ôû xung doøng keá tieáp. Caùc diod ñöôïc theâm vaøo ñeå traùnh tình traïng tuï ñieän C bò xaû qua taûi ôû taàn soá laøm vieäc thaáp. Hình (c) cho ta caùc daïng soùng treân caùc phaàn töû cuûa maïch. Hình 6.2.5: Sô ñoà, daïng aùp, doøng cuûa moät NL nguoàn doøng 3 pha . VI.3 KHAÛO SAÙT NGHÒCH LÖU NGUOÀN AÙP: 1. Sô ñoà moät pha : Coù theå xem BBÑ aùp moät chieàu laøm vieäc 4 phaàn tö ñieàu khieån chung ôû chöông 4 vôùi aùp ra coù trò trung bình baèng khoâng laø moät trong nhöõng boä nghòch löu nguoàn aùp moät pha, ñöôïc goïi laø sô ñoà caàu khi duøng 4 ngaét ñieän (hình 6.1.4) hay nöûa caàu duøng hai nguoàn (hình 5.1.8). Hình 6.3.1 cho ta hai daïng maïch khaùc cuûa nghòch löu nguoàn aùp 1 pha ngoaøi sô ñoà caàu hình 6.1.4, laø sô ñoà nöûa caàu duøng moät nguoàn (a) vaø sô ñoà ñaåy keùo (b). Hai sô ñoà naøy chæ coù theå duøng Trang 7/Nghịch lưu độc lập và biết tần © Huỳnh Văn Kiểm
8. Học kì 2 năm 2004-2005 cho caùc boä nghòch löu vì caàu phaân aùp duøng tuï vaø bieán aùp chæ laøm vieäc vôùi tín hieäu xoay chieàu. Coù theå nhaän xeùt deã daøng laø trình töï ñoùng ngaét caùc ngaét ñieän cuaû caùc sô ñoà naøy seõ gioáng nhö ôû BBÑ aùp moät chieàu laøm vieäc 4 phaàn tö nhöng luaät ñieàu khieån seõ thay ñoåi, cô baûn nhaát laø ñaõm baûo trung bình aùp ra baèng khoâng. Caùc ngaét ñieän nhö vaäy phaûi Vo coù khaû naêng ñoùng ngaét theo sô ñoà + D1 ñieàu khieån, khoâng phuï thuoäc taûi. C1 S1 Hieän nay ôû caáp coâng suaát döôùi 100 V T kW ngöôøi ta thöôøng duøng linh kieän + hoï transistor ( IGBT, transistor V o V Darlington, MosFET) vaø coù theå duøng S2 S1 S2 _ C2 D2 _ D1 D2 SCR + maïch taét hay GTO ôû coâng suaát cao hôn. (a) (b) Vieäc tính toaùn daïng doøng, aùp Hình 6.3.1: NL nguoàn aùp, sô ñoà moät pha ôûû taûi RL coù theå duøng caùc coâng thöùc ñaõ xaây döïng trong chöông 5. 2. Sô ñoà ba pha : Nghòch löu nguoàn aùp nhieàu pha coù theå bao goàm nhieàu boä nghòch löu moät pha laøm vieäc leäch pha moät goùc qui ñònh cuûa heä nhieàu pha töông öùng, ví duï 2π/3 ôû heä 3 pha. Thöôøng gaëp nhaát laø nghòch löu nhieàu pha ñöôïc taïo thaønh töø nhöõng nöûa caàu nhö hình 6.3.2.b laø sô ñoà ba pha, goàm 3 nhaùnh laøm vieäc leäch nhau 2π/3 töøng ñoâi moät. Vôùi nguoàn laø nguoàn aùp vaø coù diod phoùng ñieän song song vôùi moãi ngaét ñieän, naêng löôïng truyeàn ñöôïc hai chieàu giöõa nguoàn vaø taûi laøm cho aùp ra coù daïng caùc xung vuoâng coù bieân ñoä laø bieân ñoä aùp nguoàn. Khaùc vôùi nghòch löu nguoàn doøng, nghòch löu nguoàn aùp ba pha coù theå söû duïng logic ba pha coù hai hay ba ngaét ñieän laøm vieäc cuøng luùc. Hình 6.3.2.a goàm daïng xung ñieàu Logic ba pha: khieån caùc ngaét ngaét ñieän, daïng aùp, doøng ra ( ba ngaét ñieän laøm vieäc cuøng luùc). taûi RL cuûa moät sô ñoà nghòch löu ba pha nguoàn aùp. Nhaän xeùt laø moãi luùc coù 3 ngaét pha A S1 −> S4 −> S1 ñieän laøm vieäc. Daïng doøng vaø aùp pha veõ treân pha B S2 −> S5 −> S2 hình 5.11.a laø cuûa maïch taûi RL noái Y. pha C S6 −> S3 −> S6 S1−>S6−>S2−>S4−>S3−>S5−>S1 + D1 D2 D3 S1 S2 S3 A B C V D4 D5 D6 _ S4 S5 S6 (b) Hình 6.3.2: NL nguoàn aùp ba pha, caùc daïng soùng (a) vaø maïch (a) ñoäng löïc (b). Daïng soùng ngoû ra nghòch löu nguoàn aùp 3 pha coù daïng xung ñieàu khieån hình 6.3.2a ñöôïc goïi Trang 8/Nghịch lưu độc lập và biết tần
9. Bài giảng tóm tắt môn Điện tử công suất 1 laø daïng soùng 6 naác, ñöôïc xem laø caên baûn cho vieäc khaûo saùt ñaëc tính NL nguoàn aùp ba pha. Ñeå tính toaùn aùp ngoû ra nghòch löu nguoàn aùp, ngöôøi ta thöôøng giaû söû nhö nguoàn coù ñieåm giöõa n, aùp caùc pha vAn, vBn, vCn, aùp daây vAB , vBC , vCA coù caùc quan heä: vAB = vAn − vBn v = v − v BC Bn Cn vCA = vCn − vAn vAB + vBC + vCA = 0 Khi ñieàu khieån S1 = S4 (S1 vaø S4 laøm vieäc ngöôïc pha), ta coù theå chöùng minh laø caùc aùp pha vAn, vBn, vCn vaø caùc aùp daây hoaøn toaøn xaùc ñònh töø luaät ñieàu khieån caùc ngaét ñieän. Heä thoáng nhö vaäy coøn goïi laø ñieàu khieån hoaøn toaøn (toaøn phaàn). Heä thoáng ñöôïc goïi laø ñieàu khieån khoâng hoaøn toaøn neáu coù khoaûng thôøi gian caû hai ngaét ñieän cuûa nöûa caàu ñeàu khoâng laøm vieäc. Khi ñoù, aùp ra seõ phuï thuoäc vaøo doøng phoùng ñieän qua diod, vaø nhö vaäy aùp ra seõ phuï thuoäc taûi. Hình 6.3.2.a cho thaáy aùp daây vAB laø xung vuoâng. Ñeå tính caùc aùp pha taûi, ta giaû söû taûi noái hình sao, ñoái xöùng vaø coù trung tính laø N. Ta coù caùc quan heä sau khi boû qua chæ soá N cuûa aùp pha taûi: 1 vA = (vAB − vCA ) vAB = vA − vB 3 vBC = vB − vC 1 suy ra: vB = (vBC − vAB ) vCA = vC − vA 3 1 vA + vB + vC = 0 v = (v − v ) C 3 CA BC Töø ñaây coù theå tính ñöôïc aùp pha vA coù daïng naác thang vaø khaûo saùt trong moät chu kyø töïa xaùc laäp daïng doøng bao goàm caùc ñoaïn haøm muõ laø doøng ñieän qua RL khi aùp thay ñoåi nhaûy caáp. 1 v = (2v − v − v ) A 3 An Bn Cn 1 Cuõng coù theå tính aùp pha taûi theo aùp ngoû ra boä nghòch löu: v = (2v − v − v ) B 3 Bn An Cn 1 v = (2v − v − v ) C 3 Cn An Bn khi ñeå yù vAn = vA + vNn , vBn = vB + vNn , vCn = vC + vNn vôùi vNn laø aùp giöõa trung tính N cuûa taûi vaø trung tính nguoàn n vaø vAn + vBn + vCn = 3.vNn . Caùc coâng thöùc naøy khoâng phuï thuoäc vaøo nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa sô ñoà nghòch löu ba pha. Khaùc vôùi nghòch löu nguoàn doøng chæ coù moät sô ñoà ñieàu khieån nhö ñaõ trình baøy, nghòch löu nguoàn aùp coù theå ñöôïc ñieàu khieån baèng nhieàu thuaät toaùn khaùc nhau. Trang 9/Nghịch lưu độc lập và biết tần © Huỳnh Văn Kiểm
10. Học kì 2 năm 2004-2005 3. Nghòch löu ña baäc (nhieàu naác): Muïc ñích laøm cho daïng aùp ra gaàn vôùi hình sin hôn (hình 5.12). Coù nhieàu caùch thöïc hieän NL ña baäc: 2 - Söû duïng nguoàn coù nhieàu caáp ñieän aùp 0 wt vaø nhieàu ngaét ñieän noái tieáp. - Noái tieáp nhieàu boä NL moät pha coù nguoàn rieâng (cell nghòch löu moät pha). - Noái tieáp nhieàu boä NL moät pha laøm Hình 6.3.3: Daïng soùng aùp ra NL 5 naác ñieän aùp. vieäc leäch pha qua bieán aùp ngoû ra. a. Nghòch löu nhieàu baäc duøng nguoàn nhieàu caáp ñieän aùp: (hình 6.3.3) - Nhieàu caáp aùp nguoàn duøng tuï phaân aùp. - Soá caáp baèng soá tuï ñieän n + 1. - nguyeân lyù laøm vieäc: Ngaét ñieän phía trong (S13 hay S23) chæ ñöôïc khoùa khi ngaét ñieän ngoaøi noù (S12 hay S22) ñaõ khoùa vaø nhö theá moät caáp ñieän aùp seõ ñöôïc noái vaøo taûi qua diod keïp khi caùc ngaét ñieän giöõa noù vaø taûi laøm vieäc. + + C D11 S11 C V/2 V5 D12 S12 C V4 L V/2 V3 D13 S13 V2 v C C o V1 R S14 V/2 _ C v D23 S24 o C D22 S23 V/2 Hình 6.3.4: D21 S22 a. Nguyeân lyù NL naêm naác duøng nguoàn nhieàu caáp ñieän aùp C b. Thöïc hieän nguyeân lyù hình a. baèng sô ñoà duøng diod _ S21 keïp(D11 D21) b. Nghòch löu nhieàu baäc duøng caùc cell nghòch löu moät pha: (hình 5.15) ~~~~A ~ R L S11 S14 ~ E11 E12 E13 ~~~~B R E1 R L E21 E22 E23 R E1 ~ ~~~~ C S12 S13 R L ~ E31 E32 E33 Trang 10/Nghịch lưu độc lập và biết tần
11. Bài giảng tóm tắt môn Điện tử công suất 1 Hình 6.3.5.a: Moät cell nghòch löu moät pha Hình 6.3.5.b: Nghòch löu ña baäc ba pha duøng toå hôïp ba vaø kyù hieäu (veõ vôùi taûi R) cell nghòch löu moät pha cho moãi pha taûi. - Nhö coù theå nhaän xeùt trong phaàn khaûo saùt NL ba pha saùu naác, caùc daïng aùp naác thang naøy ñöôïc taïo ra töø vieäc coäng (tröø) caùc daïng xung vuoâng laøm vieäc leäch pha nhau. Khi ta coäng (tröø) nhieàu aùp ra cuûa NL moät pha, ta coù theå toång hôïp ñöôïc daïng aùp nghòch löu ña baäc. - Soá baäc: Moãi cell coù theå coù 3 möùc: +V, 0, -V; treân moät nhaùnh coù N cell taïo thaønh 2N+1 baäc. Nghòch löu ña baäc cho pheùp taïo ra coâng suaát lôùn, aùp cao töø caùc cell coâng suaát beù, aùp thaáp. Tuy nhieân, BBÑ yeâu caàu caùc nguoàn moät chieàu caùch ly vôùi nhau. c. Nghòch löu ña baäc gheùp bieán aùp ngoõ ra: (hình 6.3.6) - Moãi caáp coù beà roäng nhö nhau. - Söû duïng bieán aùp ñeå coäng caùc xung vuoâng thaønh aùp naác thang. - Soá baäc baèng 2 laàn soá boä nghòch löu moät pha. - Ñôn giaûn nhaát nhöng kích thöôùc lôùn, hieäu suaát khoâng cao. NL1 V o2 Nguoàn V moät chieàu o NL2 V o1 Hình 6.3.6: Nguyeân lyù coäng hai daïng aùp nghòch löu duøng bieán aùp ñeå taïo ra daïng soùng naác thang Hình 6.3.7.b: Daïng soùng 12 naác thang Baûng toång hôïp aùp 3 pha töø 6 thaønh phaàn 1 pha leäch 30O: 2 1 3 Pha U1 U2 U3 U4 U5 U6 1 A 1 1/ 3 -1/ 3 -1 - 2/ 3 3 0 B 1/ 3 1 2/ 3 1 1/ 3 C -1 - 2/ 3 -1 -1/ 3 1/ 3 C U5 U6 U1U2 U3 U4 A U1 U2 U3 U4 U5 U6 B U1 U2 U3 U4 U5 U6 Hình 6.3.7.a: Toång hôïp daïng soùng 12 naác töø 6 nguoàn nghòch löu moät pha Hình 6.3.7 giaûi thích nguyeân lyù toång hôïp daïng soùng 12 naác thang ba pha töø 6 boä NL moät pha laøm vieäc leäch 30O, daáu – cho bieát phaûi ñaûo cöïc tính cuoän daây. Moãi pha taûi ñöôïc cung caáp baèng maïch noái tieáp 5 cuoän thöù caáp cuûa bieán aùp ngoû ra caùc boä NL moät pha vôùi bieân ñoä coù tæ leä theo baûng treân hình 6.3.7.a. 4. Tính toaùn gaàn ñuùng nghòch löu nguoàn aùp: ÖÙng duïng maïch töông ñöông hình 6.3.8 khi xem soùng haøi baäc cao coù taùc duïng khoâng ñaùng keå. v1, i1 laø thaønh phaàn cô baûn (baäc 1, taàn soá goùc w), TAÛI chính laø maïch töông ñöông cuûa phuï taûi, ñöôïc tính ôû taàn soá laøm vieäc w. Trang 11/Nghịch lưu độc lập và biết tần © Huỳnh Văn Kiểm
12. Học kì 2 năm 2004-2005 Nguoàn v1 coù trò hieäu duïng ñöôïc tính töø khai trieån Fourier i aùp ngoû ra BBÑ (muïc VI.4). Töø maïch töông ñöông, ta tính ñöôïc 1 doøng taûi (xem nhö baèng i ), coâng suaát tieâu thuï, suy ra nhö hoaït 1 v ñoäng cuûa taûi. 1 TAÛI Ñeå ñaùnh giaù taùc duïng cuûa aùp ra BBÑ khoâng hình sin, ta tieáp tuïc söû duïng nguyeân lyù xeáp choàng ñeå tính toaùn doøng, aùp, coâng suaát cuûa caùc soùng haøi baäc cao, coâng vieäc cuõng töông töï nhö tính Hình 6.3.8: Tính toaùn gaàn ñuùng toaùn vôùi thaønh phaàn cô baûn. nghòch löu nguoàn aùp VI.4 ÑIEÀU KHIEÅN AÙP RA VAØ HAÏN CHEÁ SOÙNG HAØI: 1. Phaân tích soùng haøi ñieän aùp: Daïng soùng ñieàu roäng xung treân hình 6.4.1 cho pheùp ta phaân tích soùng haøi haàu heát caùc Hình 6.4.1: Daïng xung cô baûn cho phaân tích soùng daïng aùp ra cuûa maïch nghòch löu nguoàn aùp haøi nghòch löu thöôøng gaëp. Truïc tung ñöôïc dôøi ñeán vò trí truïc ñoái xöùng xung aùp coù beà roäng a ñeå khai trieån Fourier cuûa aùp ra khoâng coù thaønh phaàn sin. Ngoaøi ra, vì aùp ra coù π/2 laø taâm ñoái xöùng, soùng haøi aùp ra khoâng coù taàn soá boäi chaün (n ≠2k): vVnwt= ∑ n cos( ) k = 0, 1, 2, 3 vôùi tích phaân theo bieán ω t: nk=+21 1 2π 2 π / 2 2 a / 2 Vn = ∫ v⋅ cos()nwt dwt = ∫ v⋅ cos()nwt dwt = ∫ V ⋅ cos()nwt dwt π 0 π −π / 2 π −a / 2 V = 2V []sin()nwt wt=a / 2 suy ra V = 4V sin na n nπ wt=−a / 2 n nπ 2 n−1 4V Khi a = π /2 (xung chöõ nhaät) nV=⇒=−−−1,3,5,7,9 44444VVVVV , ,, ,,(1)2 n πππππ35 79 nπ Baøi taäp 6.1: 1. Chöùng minh daïng soùng leäch pha hình 5.10 coù goùc leäch pha θ = 2π / k khoâng coù haøi baäc boäi k: Khi hai nöûa caàu ñieàu khieån leäch pha θ = 2π / k , beà roäng xung seõ laø θ vaø bieân ñoä caùc soùng haøi laø V = 4V sin n.π , V = 0 khi n laø boäi soá cuûa k . n nπ k n Vì theá trong caùc boä nghòch löu ba pha, taûi khoâng bao giôø coù haøi boäi 3 vì caùc pha ñöôïc ñieàu khieån leäch nhau 2π / 3 vaø ta coù theå boû qua haøi boäi 3 trong vieäc tính toaùn soùng haøi ñieän aùp ngoû ra. 2. Chöùng minh ôû DANG SOÙNG 6 NAÁC hình 6.3.2a: - caùc thaønh phaàn Fourier cuûa aùp daây vaãn baèng 3 caùc thaønh phaàn töông öùng cuûa aùp pha. - Tæ soá giöõa caùc soùng haøi baäc cao treân thaønh phaàn cô baûn (baäc 1) cuûa aùp daây vaø aùp pha laø nhö nhau. Trang 12/Nghịch lưu độc lập và biết tần
13. Bài giảng tóm tắt môn Điện tử công suất 1 2. Ñieàu khieån aùp ra: U/Uñm Ñieàu khieån aùp ra laø moät yeâu caàu caàn thieát cho caùc boä nghòch löu vì: - Giöõ oån ñònh ñieän aùp ngoû ra, traùnh caùc suït aùp do taûi, nguoàn vaø caû do caùc phaàn töû trong maïch. (b) (a) - AÙp ra caàn ñieàu khieån theo yeâu caàu cuûa taûi. Ví f duï nhö vôùi taûi ñoäng cô, khi laøm vieäc vôùi nguoàn aùp caàn cung caáp ñieän aùp tæ leä vôùi taàn soá laøm vieäc ñeå ñoäng cô Hình 6.4.2: Ñaëc tính U / f = haèng soá khoâng bò baûo hoøa. theo lyù thuyeát (a) vaø thöïc teá (b) + D1 D3 S1 S3 iVoo V D2 D4 _ S2 S4 (b) (a) Hình 6.4.3: Ñieàu khieån aùp ra baèng leäch pha Ta coù caùc phöông phaùp sau: a. Thay ñoåi aùp nguoàn cung caáp: Laøm bieân ñoä aùp ra thay ñoåi, thöôøng söû duïng khi nghòch löu laø nguoàn doøng hay aùp ra coù daïng coá ñònh. Khi ñoù, boä NL thöôøng ñöôïc cung caáp ñieän DC töø boä nguoàn chænh löu ñieàu khieån pha hay qua BBÑ aùp DC. b. Ñieàu cheá ñoä roäng xung: Moät xung vaø nhieàu xung. Maïch ñieàu khieån phöùc taïp hôn vì keát hôïp caû ñieàu khieån aùp vaø taàn soá vaøo cuøng sô ñoà nhöng maïch ñoäng löïc ñôn giaûn vaø kinh teá hôn. Coù hai tröôøng hôïp: ñk hoaøn toaøn khi luoân coù 1 ngaét ñieän laøm vieäc ôû moät nöûa caàu hay ñk khoâng hoaøn toaøn khi coù luùc khoâng coù ngaét ñieän laøm vieäc. Khi ñieàu khieån hoaøn toaøn, aùp ra ñöôïc xaùc ñònh töø luaät ñieàu khieån ngöôïc laïi vôùi ñk khoâng hoaøn toaøn vì khi khoâng coù ngaét ñieän laøm vieäc treân nhaùnh nöõa caàu, aùp ngoû ra phuï thuoäc doøng phoùng ñieän (hình 5.21 vaø 5.22). Hình 6.4.4: Sô ñoà ñieàu roäng nhieàu xung (NL moät pha) khi Hình 6.4.5: Daïng aùp, doøng NL nguoàn aùp moät ñieàu khieån hoaøn toaøn (sô ñoà caàu hay hai nguoàn) pha khi ñieàu khieån khoâng hoaøn toaøn (maïch ñoäng löïc hình 6.3.1) Trang 13/Nghịch lưu độc lập và biết tần © Huỳnh Văn Kiểm
14. Học kì 2 năm 2004-2005 Ví duï 6.1: Tính toaùn daïng doøng cuûa boä nghòch löu 1 pha, sô ñoà caàu vôùi ñieàu khieån leäch pha hình 6.4.3. AÙp nguoàn V, taûi RL, chu kyø T, goùc leäch pha ñieàu khieån θ, ñoä roäng xung aùp q = T ⋅ ()π − θ / 2π , q tính baèng giaây. Xeùt chu kyø töïc xaùc laäp, khi doøng ñieän laäp laïi theo chu kyø T. Goïi giaù trò doøng qua taûi khi t = 0 laø I1 . Ta coù phöông trình vi phaân khi S1, S4 ñoùng: V = L di + Ri vôùi ñieàu kieän ñaàu i (0) = I , dt 1 suy ra i = V + I − V ⋅ e−t / τ vôùi τ = L / R . Khi t = q, i = I vôùi R ( 1 R ) 2 I = V + I − V ⋅e−q / τ . Luùc naøy, S4 ngaét, S3 ñoùng. Doøng qua taûi khoâng thay 2 R ( 1 R ) ñoåi töùc thôøi,chaûy qua S1, D3. Ta coù phöông trình vi phaân: 0 = L di + Ri vôùi ñieàu kieän ñaàu i (0) = I , khi laáy laïi goác toaï ñoä. suy ra dt 2 i = I ⋅ e−t / τ . Khi t = T − q, i = - I vì coù söï ñoái xöùng hai baùn kyø döông vaø aâm; ta coù 2 2 1 − T −q / τ (2 ) − I1 = I2 ⋅ e Caùc pt , cho pheùp ta tính ñöôïc caùc giaù trò I1, I2, vaø veõ ñöôïc daïng doøng taûi. T −q / τ − T −q / τ −T / 2τ −( −q)/ τ V 1−e (2 ) V e −e 2 I2 = , I1 = −I2 ⋅ e = R 1+e−T / 2τ R 1+e−T / 2τ V e−T / 2τ −1 Kieåm tra laïi: khi q = T/2 thì I1 = = −I2 R 1+e−T / 2τ Baøi taäp 6.2: Khaûo saùt aùp ra cuûa boä nghòch löu coù beà roäng xung khoâng ñoåi khi taàn soá thay ñoåi (giaû söû ñieàu khieån hoaøn toaøn). Goïi q laø beà roäng xung tính baèng giaây, laø khoâng ñoåi trong baøi taäp naøy. Taàn soá f cuûa boä nghòch löu thay ñoåi, lôùn nhaát öùng vôùi trò soá chu kyø toái thieåu 1/fMAX baèng 2.q . Beà roäng xung tính baèng ñoä baèng: θ = w⋅ q = 2πf ⋅ q . Bieân ñoä soùng haøi Hình BT6.2 baäc n = 1 (thaønh phaàn cô baûn) laø V = 4V sin θ = 4V sin(π.f .q) . Ñeå coù keát quaû khaûo saùt toång 1 π 2 π quaùt, ñaët taàn soá f’ = f/fMAX vôùi fMAX = 1/2.q hay f = f’. fMAX vaø haøm soá khaûo saùt laø: π⋅ f' V' = V / 4V = sin , trong ñoù f’ thay ñoåi trong khoaûng 0 1. 1 1 ()π 2 V’ coù daïng hình sin. vôùi khoaûng taàn soá thay ñoåi hôïp lyù, khaù xa taàn soá cöïc ñaïi fMAX, aùp ra coù theå xem laø tuyeán tính theo taàn soá. Nguyeân lyù naøy cho pheùp xaây döïng sô ñoà ñieàu khieån raát ñôn giaûn ñeå thöïc hieän nguyeân lyù V/ f = haèng soá. Baøi taäp 6.3: Khaûo saùt soùng haøi cuûa boä nghòch löu ñieàu khieån leäch pha theo goùc leäch pha. (giaû söû ñieàu khieån hoaøn toaøn). Nhö ñaõ chöùng minh, khi hai nöûa caàu ñieàu khieån leäch pha θ, ta coù daïng xung ñieàu roäng, beà roäng xung laø θ vaø soùng haøi baäc n laø:. Trang 14/Nghịch lưu độc lập và biết tần
15. Bài giảng tóm tắt môn Điện tử công suất 1 V = 4V sin nθ , n chæ coù caùc giaù trò leû vaø θ n nπ 2 thay ñoåi trong khoaûng töø 0 π. Khaûo saùt haøm soá ' Vn 1 n⋅θ Vn = 4.V = sin theo θ cho ta ñoà ()π n 2 thò sau vôùi n = 1, 5, 7, 11, 13 . Caùc haøi boäi ba khoâng caàn xeùt khi daïng soùng ñöôïc öùng duïng cho heä ba pha 3. Haïn cheá soùng haøi ngoû ra: a. Caùc phöông phaùp: Hình BT5.2 Caùc soùng haøi baäc cao coù caùc taùc duïng: - Gaây phaùt noùng phuï: do doøng khoâng hình sin vaø haøi baäc cao laøm taêng toån hao trong daây daãn vaø loõi saét. - Gaây momen phuï: do caùc thaønh phaàn 3 pha baäc cao taïo ra trong ñoäng cô xoay chieàu. Coù nhieàu phöông phaùp ñeå haïn cheá soùng haøi baäc cao, chia laøm hai nhoùm: - Söû duïng boä bieán ñoåi ña caáp: Daïng soùng naác thang voán coù soùng haøi raát beù: Khi so saùnh daïng soùng naác thang vaø thaønh phaàn cô baûn (baäc 1) töông öùng, coù theå nhaän xeùt laø soùng haøi baäc cao khoâng ñaùng keå keå caû ôû taàn soá (n±1). fO , n: soá naäc thang. Ñeå thay ñoåi aùp ngoû ra, ta thay ñoåi ñoä roäng xung caùc boä bieán ñoåi moät pha. Baøi taäp 3: Duøng MatLAB hay MathCAD phaân tích soùng haøi cuûa daïng soùng 12 naác thang hình 5.17, duøng soá lieäu cuûa baûng hình 6.3.7.a. - Ñieàu cheá ñoä roäng xung (PWM): khi söû duïng nhieàu xung cho moät baùn kyø vaø coù beà roäng khaùc nhau, caùc soùng haøi coù taàn soá lôùn hôn cô baûn fO seõ giaûm nhanh, nhöng caùc thaønh phaàn ôû taàn soá > (n-1) fO coù giaù trò raát lôùn. Ñieàu naøy khoâng aûnh höôûng lôùn ñeán hoaït ñoäng cuûa taûi vì doøng ñieän cuûa soùng haøi töông öùng khoâng lôùn. Taùc duïng coù theå laø: gaây tieáng oàn, nhieãu taàn soá cao, phaùt noùng trong loõi theùp. Coù nhieàu phöông phaùp: ñieàu cheá ñoä roäng xung hình sin (SPWM) cuøng vôùi caùc caûi tieán, trieät tieâu caùc haøi choïn tröôùc, duøng boä so saønh coù treã (ñieàu roäng thích nghi), ñieàu roäng vevtor khoâng gian (SVPWM). b. Chæ tieâu ñaùnh giaù kyõ thuaät ñieàu roäng xung (PWM) cuûa boä nghòch löu: * Chæ soá ñieàu cheá m: laø tæ soá giöõa bieân ñoä V1m cuûa thaønh phaàn cô baûn (haøi baäc 1) cuûa aùp ra boä NL ñöôïc khaûo saùt vaø bieân ñoä thaønh phaàn cô baûn V1_sixstep cuûa aùp ra khi ñieàu khieån 6 naác thang. Ñeå yù ñaây cuõng laø tæ soá cuûa hai giaù trò hieäu duïng: VVV m ===111mmR 2 2 VV1_six step π π V vôùi V laø aùp nguoàn DC vaø V1R laø hieäu duïng thaønh phaàn cô baûn aùp ra. * Soùng haøi doøng (aùp) coù theå ñaùnh giaù qua THD% cuûa doøng (aùp) ngoû ra: Trang 15/Nghịch lưu độc lập và biết tần © Huỳnh Văn Kiểm
16. Học kì 2 năm 2004-2005 ∞∞ 22 ∑∑InR22 I nm nRRn==212II− Heä soá meùo doøng ñieän ngoû ra THDI %== 100 100 = 100 trong ñoù III111RRm IR, : giaù trò hieäu duïng, I1R :hieäu duïng thaønh phaàn cô baûn, I1m :bieân ñoä thaønh phaàn cô baûn vaø Inm :bieân ñoä thaønh phaàn baäc n cuûa doøng ra. Bieåu thöùc cho heä soá meùo aùp ra cuõng coù daïng töông töï. Khi taûi laø RL, hieän duïng thaønh phaàn baäc n doøng ñieän InR: VVIVVnR nR nR nR nm InR == hay 2 2 nwL I nV⋅⋅ nV RnwL+ () 111R Rm 2 Neáu ñeå yù VnR/V1R thöôøng baèng 1/n, doøng baäc cao thöôøng giaûm raát nhanh (tæ leä 1/ n ). c. SPWM (Sinusoidal Pulse Width Modulation) Ñieàu cheá ñoä roäng xung hình sin: V 7 c 3 6 V 2 o 4 V ref Hình 6.4.6.a: Nguyeân lyù cuûa ñieàu roäng xung hình sin Laø phöông phaùp coå ñieån, so saùnh aùp chuaån hnh sin v taàn soá f vaø soùng mang tam REF O Hình 6.4.6.b: Chæ soá ñieàu cheá cuûa ñieàu roäng xung giaùc vC taàn soá fC ñeå coù luaät ñoùng ngaét caùc hình sin. Vrm: bieân ñoä aùp chuaån Vref . nhaùnh caàu NL. Vpm: bieân ñoä soùng mang tam giaùc Vc . Hình 6.4.6.c: Söï töông ñöông cuûa ñieàu roäng xung vaø naác thang Coù theå chöùng minh khoâng khoù khaên laø tæ soá chieàu cao naác Hình 6.4.6.d: Caùc daïng soùng ñieàu roäng xung hình sin Trang 16/Nghịch lưu độc lập và biết tần
17. Bài giảng tóm tắt môn Điện tử công suất 1 thang vav treân bieân ñoä cöïc ñaïi VCMAX cuûa soùng mang vc baèng ñoä roäng xung töông ñoái tON / T cuûa aùp ra vO trong khoaûng khaûo saùt. Töø phoå hình 5.23d cuûa daïng soùng ví duï hình 5.23c, coù theå nhaän xeùt laø caùc soùng haøi coù taàn soá khoâng laân caän cuûa boäi soá soùng mang n.fC raát beù, ñuùng vôùi yù nghiaõ cuûa pheùp ñieàu cheá. 12 10.087793 10 8 y m 6 4 2 0 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 0 m 128 Hình 6.4.6.e: Phoå cuûa daïng soùng ñieàu roäng xung hình sin hình d Chæ soá ñieàu cheá m trôû neân phi tuyeán khi Vrm/ Vref > 1: bieân ñoä soùng mang beù hôn aùp chuaån (hình 6.4.7.b), hay heä thoáng chæ tuyeán tính khi m < 0.785 hay thaønh phaàn cô baûn aùp ra baèng 0.5 bieân ñoä aùp nguoàn moät chieàu. d. Ñieàu cheá ñoä roäng xung hình sin caûi tieán: Baèng caùch thay ñoåi hình daïng cuûa aùp chuaån, chaát löôïng cuûa SPWM coù theå ñöôïc caûi thieän, chuû yeáu laø caùc ñaëc tính: - Giaûm soá laàn ñoùng ngaét trong khi giöõ ñöôïc ñaëc tính soùng haøi baäc cao thaáp. - Quan troïng hôn, laø nôùi roäng phaïm vi thay ñoåi aùp ra trong khi vaãn giöõ ñöôïc quan heä tuyeán tính cuûa chæ soá ñieàu cheá m. - Laøm ñôn giaûn sô ñoà ñieàu khieån. Ví duï nhö khi boå sung vaøo aùp chuaãn vREF thaønh phaàn thöù töï khoâng (soùng haøi baäc 3), ta coù theå nôùi roäng vuøng tuyeán tính cuûa chæ soá ñieàu cheá m ñeán 0.907 (hình 6.4.7). Coù nhieàu caùch thöïc hieän: Trang 17/Nghịch lưu độc lập và biết tần © Huỳnh Văn Kiểm
18. Học kì 2 năm 2004-2005 Hình 6.4.7.a: Daïng soùng chuaàn Vref khi nôùi roäng vuøng tuyeán tính cuûa PWM (modified Hình 6.4.7.bb: chæ soá ñieàu cheá m töông öùng. SPWM) - daïng aùp chuaån hình (a): laø ñôn giaûn nhaát, khi nhaän xeùt laø do haøi boäi 3 khoâng toàn taïi trong heä 3 pha, ta coù theå naâng cao thaønh phaàn cô baûn trong VRef vaø tröø bôùt ñi moät löôïng haøi baäc 3 sao cho bieân ñoä aùp chuaån vaãn baèng bieân ñoä soùng mang tam giaùc: vMxxM=−≤≤21cos( ) cos(3 ) ;0 1 REF 3 ⎣⎦⎡⎤6 e. Ñieàu cheá theo maãu: Khi ñieàu khieån duøng vi xöû lyù, vieäc taïo ra vaø so saùnh caùc daïng soùng thöïc hieän baèng phaàn meàm. Ta coù theå thay theá soùng hình sin baèng daïng soùng naác thang ñeå giaûm khoái löôïng tính toaùn nhö hình 6.4.8.a . Coù theå ñieàu cheá ñoái xöùng hay khoâng ñoái xöùng. Khi ñieàu cheá ñoái xöùng, soá giaù trò hình sin trong moät chu kyø baèng boäi soá ñieàu cheá N = fC / fO (taàn soá laáy maãu baèng taàn soá soùng tam giaùc). Beà roäng xung ôû kyø Hình 6.4.8.a: Nguyeân lyù ñieàu cheá theo maãu: thay laáy maãu thöù n ñöôïc tính theo coâng thöùc (töø hình theá hình sin baèng daïng naác thang 6.4.8.b): Trang 18/Nghịch lưu độc lập và biết tần
19. Bài giảng tóm tắt môn Điện tử công suất 1 Hình 6.4.8.b: Ñieàu cheá ñoái xöùng Hình 6.4.8.c: Ñieàu cheá khoâng ñoái xöùng TUSCa⎡⎤− un() n.2π Tn1( )==−⎢⎥ ; T 2( n ) TS Tn 1( ) unaM()= U sin( ) 22⎣⎦UC N Vôùi Ts: chu kyø laáy maãu; ua(n): aùp chuaån taïi kyø laáy maãu thöù n; UC , UM: bieân ñoä soùng mang tam giaùc vaø aùp chuaån hình sin. Töø caùc bieåu thöùc treân, coù theå tính tröôùc haøm sin(n.2π /N) chöùa vaøo ROM vaø tính ra caùc ñoä roäng theo TS, tæ soá UM / UC. Khi ñieàu cheá khoâng ñoái xöùng, soá laàn tính haøm sin taêng leân gaáp ñoâi (hình 6.4.8.c). f. Ñieàu cheá vector khoâng gian - SVM (coøn goïi laø ñieàu roäng xung vector khoâng gian - SVPWM): Laø phöông phaùp tieân tieán nhaát hieän nay, thích hôïp vieäc öùng duïng caùc phaàn töû tính toaùn cho ñieàu roäng xung hình sin. - Vector khoâng gian cuûa aùp ba pha: laø cô sôû cuûa kyõ thuaät ñieàu cheá vector khoâng gian, moâ taû hoaït ñoäng heä thoáng ba pha döôùi daïng vector. Ta coù caùc tröôøng hôïp sau (khi ñieàu khieån hoaøn toaøn): Hình 6.4.9: Vector pha khoâng gian * Heä ba pha hình sin ñoái xöùng V sin ωt , V sin (ωt -2π/3), V sin (ωt -4π/3) coù theå bieåu JJG m m m dieãn baèng vector V quay goùc ωe laø toác ñoä (ñieän) cuûa töø tröôøng quay. JJG JJG JJG JJG JJG JJG * Nghòch löu 6 naác thang coù theá bieåu dieãn baèng boä 6 vector V1 , V2 , V3 , V4 , V5 , V6 moâ taû saùu traïng thaùi cuûa caùc ngaét ñieän trong boä nghòch löu (hình 6.4.9 vaø 6.4.10). Saùu vector naøy laøm thaønh luïc giaùc ñeàu vaø aùp ra laàn löôït ñi qua caùc ñænh. Khi phaân tích caùc vector khoâng gian naøy theo caùc vector cô heä 1, a = ej2π/3, a2 = e-j2π/3, ta coù caùc traïng thaùi ñoùng ngaét cuûa caùc ngaét ñieän töông öùng. Nhaän xeùt laø aùp ra khoâng thay ñoåi ñöôïc bieân ñoä vaø vector khoâng gian laø giaùn ñoaïn, di chuyeån nhaûy caáp laøm soùng haøi baäc cao coù bieân ñoä lôùn. Hình 6.4.10: Vector pha khoâng Traïng Ngaét ñieän aùp pha taûi aùp pha taûi aùp pha taûi Vector gian cuûa NL saùu naác thang (6 thaùi ñoùng v v v khoâng gian an bn cn JJG step) 1 S1,S5,S6 2Vd/3 -Vd/3 -Vd/3 V (1,0,0) JJG1 2 S1,S2,S6 Vd/3 Vd/3 -2Vd/3 V (1,1,0) + JJG2 S1 S2 S3 3 S4,S2,S6 -Vd/3 2Vd/3 -Vd/3 V (0,1,0) a b c 3 Vd JJG 4 S4,S2,S3 -2Vd/3 Vd/3 Vd/3 V (0,1,1) JJG4 _ S4 S5 S6 5 S4,S5,S3 -Vd/3 -Vd/3 2Vd/3 V5 (0,0,1) JJG 6 S1,S5,S3 Vd/3 -2Vd/3 Vd/3 V (1,0,1) 6 Trang 19/Nghịch lưu độc lập và biết tần © Huỳnh Văn Kiểm
20. Học kì 2 năm 2004-2005 * Khi ñieàu roäng xung hình sin vôùi taàn soá soùng mang laø fC = N.fO , heä thoáng seõ goàm N vector traïng thaùi naèm treân ñöôøng troøn coùbaùn kính thay ñoåi theo aùp ra mong muoán. Kyõ thuaät ñieàu cheá ñoä roäng xung vecto khoâng gian laø moâ taû caùc vector traïng thaùi naøy theo caùcvectorJJG cuûa NL saùuJJG naác thang. Ñeå coù ñöôïc bieân ñoä aùp ra mong muoán, ta boå sung theâm hai traïng thaùi V0 (0,0,0) vaø V7 (1,1,1) töông öùng vôùi ba ngaét ñieän S1, S2, S3 cuøng ngaét vaø cuøng ñoùng, töông öùng aùp ra baèng khoâng. - Coâng thöùc cho ñieàu cheá vector khoâng gian: JJJG Ñeå thöïc hieän vector khoâng gian V * coù bieân ñoä V* baèng boä nghòch löu ba pha, ta coù theå JJJG phaân tích V * thaønh hai thaønh phaàn naèm treân 2 vector laân caän cuûa NL 6 naác thang, ví duï nhö Vo V1 V2 V7 V7 V2 V1 Vo to ta tb to totb ta to 2 2 2 2 pha a S4S1 S1 S1 S1 S1 S1 S4 pha b S5 S5S2 S2 S2 S2 S5 S5 pha c S6 S6 S6S3 S3 S6 S6 S6 Tc Tc Ts Hình 6.4.11.a: Phaân tích aùp ra thaønh Hình 6.4.11.b: caùc thaønh phaàn khoâng gian JJJG JJG JJJG treân hình 6.4.11.a, vector ñieän aùp V * coù vò trí ωt = α ôû giöõa V1vaø V2 (goùc 1/6 thöù 1) coù theå JJG JJG JJG JJJG phaân tích thaønh hai thaønh phaàn Va , Vb naèm treân V1vaø V2 vôùi: VV*sin(π −=α ) sin π w t 33a V3 V2 e VV*sin(α )= sin π b 3 T * s Va=−2 V *.sin(π α ) V 3 3 T suy ra: α c Vb= 2 V *.sin(α ) V4 3 o V1 Goïi TC laø chu kyø ñieàu cheá ñoä roäng xung, trong khoaûng thôøi gian naøy, trung bình aùp ra phaûi töông öùng vôùi aùp V5 ñieàu khieån. Töø bieåu thöùc vector: V6 Hình 6.4.11.c: JJJGJJGJJG JJG JJJG ttab VVV*12=+=ab V + V vaø TtttCOab= ++ ta suy ra: TTCC Va Vb tTaC= vaø tTbC= , thôøi gian coøn laïi tTttOCab= coù aùp ra baèng zero, coù theå JJG V JJG V choïn V0 (0,0,0) hay V7 (1,1,1) , sao cho soá laàn chuyeån maïch laø ít nhaát. Hình 6.4.11.b trình baøy daïng soùng ñoùng ngaét ñoái xöùng, goùc α ñöôïc laáy ôû vò trí giöõa cuûa khoaûng thôøi gian laáy maãu Ts, gioáng nhö tröôøng hôïp ñieàu cheá theo maãu ôû phöông aùn ñoái xöùng (hình 6.4.11.c). Caàn löu yù laø chuoãi ñoùng ngaét to, ta, tb ñöôïc choïn laïi khi thay ñoåi toå hôïp vevtor 6 naác sao cho soá laàn chuyeån maïch laø ít nhaát. Trang 20/Nghịch lưu độc lập và biết tần
21. Bài giảng tóm tắt môn Điện tử công suất 1 JJJG Ñieàu kieän ñeå caùc tính toaùn treân coù yù nghóa laø TttCab>+, töông öùng V * naèm phía trong hình luïc giaùc ñeàu hình 6.4.9. Suy ra bieân ñoä aùp ñieàu khieån cöïc ñaïi V* : 2 π V VV*=== .cosd 0.577 V ; Vd: aùp caáp ñieän moät chieàu, 36dd3 2 JJG JJG V chính laø bieân ñoä cuûa aùp 6 naác thang (V V ) 3 d 1 6 VV* 0.577 töông öùng vôùi chæ soá ñieàu cheá m giôùi haïn baèng: m ==max d =0.907 GH 2 VV1six− stepπ d Tröôøng hôïp khaûo saùt treân ñöôïc goïi laø laøm vieäc trong vuøng döôùi ñieàu cheá (undermodulation region), khi ñoù m thay ñoåi tuyeán tính theo bieân ñoä aùp chuaãn. Khi muoán coù aùp ra taêng cao, ta caàn môû roäng vuøng ñieàu khieån ñieän aùp baèng caùch taêng cao aùp chuaãn V*, heä thoáng laøm vieäc trong vuøng quaù ñieàu cheá (overmodulation), m khoâng coøn tuyeán tính vaø ta caàn thay ñoåi coâng thöùc tính ta, tb. g. Trieät tieâu caùc soùng haøi choïn tröôùc: Baèng caùch söû duïng nhöõng daïng soùng coù ñoä roäng xung coá ñònh ñaõ ñöôïc tính toaùn. Vôùi daïng soùng ñieàu roäng xung coù caùc goùc chuyeån maïch coá ñònh, soùng haøi ngoû ra seõ laø haøm soá phuï thuoäc caùc goùc chuyeån maïch naøy. Vôùi n goùc chuyeån maïch, coù theå cho n soùng haøi baèng khoâng ñeå nhaän ñöôïc n phöông trình coù aån soá laø caùc goùc chuyeån maïch. Khi giaûi ra ta ñöôïc thoâng soá cuûa daïng soùng coù caùc soùng haøi choïn tröôùc bò trieät tieâu. Öu ñieåm cuûa phöông phaùp naøy laø raát hieäu quaû khi ta choïn caùc thoâng soá hôïp lyù: taùc (a) duïng cuûa soùng haøi giaûm ñaùng keå trong khi taàn soá ñoùng ngaét vaãn beù. Baát lôïi lôùn nhaát cuûa phöông aùn naøy laø daïng soùng ra coá ñònh, phaûi thay ñoåi aùp nguoàn ñieän moät chieàu ñeå thay ñoåi ñieän aùp ngoû ra vaø bieân ñoä moät soá soùng (b) haøi khaùc coù theå taêng cao. Ví duï: Tính caùc goùc θ1, θ2 ñeå daïng soùng v hình 6.4.12.a khoâng coù caùc soùng haøi baäc 5, 7. Hình 6.4.12: Daïng soùng ñieàu roäng xung hình sin (a) vaø phaân tích chuùnh thaønh caùc daïng cô baûn (b) Daïng soùng ñieàu roäng xung hình 6.4.12.a coù theå phaân tích thaønh caùc daïng soùng cô baûn nhö hình 6.4.12.b vaø nhö vaäy, ta coù: vO = vO1 – vO2 + vO3 , vôùi vO1, vO2, vO3 laø caùc daïng cô baûn coù bieân ñoä 2V, 2V, V vaø ñoä roäng 2α1, 2α2 vaø π . Daïng toång quaùt cuûa bieân ñoä caùc soùng haøi laø: 1−2 sin n.α +2 sin n.α V = 4V ⎡ 2 1 ⎤ Vieát ra bieåu thöùc cuûa haøi baäc 5 vaø 7 : n π ⎣⎢ n ⎦⎥ 1−2 sin 5.α +2 sin 5α 1−2 sin 7.α +2 sin 7α V = 4V ⎡ 2 1 ⎤; V = 4V ⎡ 2 1 ⎤ 5 π ⎣⎢ 5 ⎦⎥ 7 π ⎣⎢ 7 ⎦⎥ Ο Ο Cho V5 vaø V7 baèng khoâng, giaûi ra α1 = 56.7 , α2 = 66.4 . Ñaây chính laø caùc thoâng soá cuûa Trang 21/Nghịch lưu độc lập và biết tần © Huỳnh Văn Kiểm
22. Học kì 2 năm 2004-2005 daïng soùng khoâng coù haøi baäc 5 vaø 7. Khi ñoù V1 = 1.068 V, töông öùng vôùi giaù trò hieäu duïng V1R = 0.755 V Thöû tính haøi baäc 11, 13: V11 = 0.521V V13 = 0.156 V Caùc trò soá naøy khaù lôùn. Coù theå nôùi roäng phöông phaùp naøy ñeå tính caùc goùc chuyeån maïch sao cho: j 2 ∑kk=i akV → min , trong ñoù Vk laø bieân ñoä cuûa caùc soùng haøi ñieän aùp caàn haïn cheá, coù baäc laáy töø i ñeán j; ak laø caùc troïng soá, coù theå laø haøm soá cuûa k. h. Ñieàu cheá ñoä roäng xung söû duïng boä so saùnh coù treã: SO SAÙNH SMIT Pha A Ñaët Out pha 3 2 Phaûn hoài Hình 5.22.a: Sô ñoà nguyeân lyù ñieàu roäng xung duøng boä so saùnh coù treã Khi caùc ñaïi löôïng mong muoán noái ngoû ra BBÑ qua maïch loïc cho qua taàn soá thaáp nhö: doøng ñieän cuûa ñoäng cô khoâng ñoàng boä, coù theå duøng sô ñoà hình ñeå ñieàu khieån boä nghòch löu. Tín hieäu ñaët ôû ñaây laø ngoû ra mong muoán, hình sin. Boä so saùnh seõ yeâu caàu maïch ñoäng löïc ñoùng ngaét sao cho tín hieäu phaûn hoài sau khi qua boä tæ leä baùm theo tín Hình 5.22.b: Caùc daïng soùng ñieàu roäng xung hieäu ñaët. Ví duï nhö ôû ñieàu khieån doøng ñoäng cô duøng boä so saùnh coù treã phaûn hoài doøng ñieän: xoay chieàu: taïi moãi thôøi ñieåm, khi doøng ñieän coøn i : tín hieäu ñaët doøng; i : phaûn hoài doøng beù hôn giaù trò ñaët boä ñieàu khieån seõ ñoùng nguoàn ref O v : daïng aùp ra; v : haøi cô baûn cuûa ñieän aùp ra döông vaøo taûi ñeå laøm taêng doøng taûi. Khi doøng taûi O 1 vöôït quaù giaù trò ñaët, maïch ñieàu khieån seõ ñoùng vaøo nguoàn aâm laøm doøng giaûm xuoáng. Nhö vaäy ngoû ra seõ ñöôïc giöõ ôû giaù trò giaù trò ñaët vôùi sai soá ñònh tröôùc, soùng haøi khi ñoù raát beù. Sô ñoà ñieàu khieån naøy coøn söû duïng trong caùc boä nghòch löu caàn aùp ra hình sin. Khi ñoù moät boä loïc LC seõ ñöôïc söû duïng ôû ngoû ra boä nghòch löu vaø nhö vaäy coù theå ñieàu khieån aùp ra naøy baùm theo daïng soùng mong muoán hình sin. Baát lôïi lôùn nhaát cuûa phöông phaùp naøy laø taàn soá ñoùng ngaét phuï thuoäc ñaëc tính taûi, raát khoù khoáng cheá. Thoâng thöôøng, ngöôøi ta söû duïng ngaét ñieän coù theå ñoùng ngaét ôû taàn soá raát cao nhö MOSFET, IGBT hay khoáng cheá thôøi gian ñoùng (ngaét) toái thieåu. ÔÛ phöông aùn sau, chaát löôïng ngoû ra seõ bò aûnh höôûng khi heä thoáng laøm vieäc ngoaøi vuøng tính toaùn. V.3 MAÏCH ÑIEÀU KHIEÅN NGHÒCH LÖU: 1. Maïch taïo logic ba pha: Trang 22/Nghịch lưu độc lập và biết tần
23. Bài giảng tóm tắt môn Điện tử công suất 1 CLK Uñk U? V 14 3 1 Q0 CLK Q0 13 2 3 S1 ENA Q1 f 4 2 Q2 15 7 Q1 RST Q3 10 4 Q4 1 6 S2 Q5 5 5 Q2 Q6 6 Q7 9 Q8 11 S3 Q3 Q9 12 . . . CO Q4 S4 CD4017 Q5 Hình 5.30a: Maïch taïo logic ba pha S1 Hình 5.30 trình baøy nguyeân lyù cuûa maïch taïo ra logic ba S2 pha, coù theå ñöôïc söû duïng trong nghòch löu nguoàn doøng hay nghòchlöu nguoàn aùp ñôn giaûn (ñieàu cheá ñoä roäng moät hay Hình 5.30.b: Caùc daïng soùng logic ba pha, nhieàu xung). Caùc sô ñoà ñieàu cheá xung hình sin hay moãi luùc coù hai ngaét ñieän baùn daãn laøm vieäc. ñieàu khieån baèng vi xöû lyù cuõng coù nhöõng khoái coù cuøng chöùc naêng ñeå ñaûm baûo thöù töï cuûa heä ba pha. CD4017 laø vi maïch ñeám voøng Johnson 10 traïng thaùi: sau moãi xung ñoàng hoà CLK laàn löôït coù moät ngoû ra leân 1 (hình 5.30.b), Q6 ñöa veà chaân Reset ñeå heä thoáng chæ coøn 6 traïng thaùi töông öùng vôùi logic 3 pha. Caùc maïch OR toå hôïp caùc ngoû ra boä ñeám laøm thaønh caùc xung ñieàu khieån ngaét ñieän baùn daãn theo sô ñoà moãi luùc coù hai ngaét ñieän laøm vieäc (treân hình 5.27.b veõ tín hieäu ñieàu khieån hai ngaét ñieän S1 vaø S2, caùc ngaét ñieän khaùc cuõng töông töï – xem muïc V.3 vaø V.4 veà logic 3 pha). Baøi taäp : Söû duïng caùc Set – Reset Flip Flop ñeå suy ra caùc tín hieäu ñieàu khieån sô ñoà nghòch löu nguoàn aùp hình 6.3.2.a (moãi luùc coù 3 ngaét ñieän laøm vieäc) töø logic ba pha duøng CD4017 treân. 2. Maïch taïo aùp chuaån hình sin duøng ROM vaø DAC (bieán ñoåi soá töông töï): Trong caùc sô ñoà SPWM Pha A ref DAC hay ñieàu khieån ngoû ra baùm ROM Data theo hình sin chuaån duøng phaàn ÑIEÀU KHIEÅN Pha B ÑIEÄN AÙP ref DAC cöùng, haït nhaân cuûa maïch ñieàu ROM Data khieån laø boä taïo hình sin coù bieân Pha C ñoä vaø taàn soá ñieàu khieån ñöôïc. ref DAC VFC ROM Data Vôùi sô ñoà SPWM, haït nhaân V +V naøy cuõng cho ra daïng soùng tam PC ref DAC f ROM Data giaùc coù taàn soá laø boäi soá vaø Uñk ñòa chæ ñoàng boä vôùi hình sin chuaån. Hình 5.31: Maïch taïo aùp chuaån hình sin vaø soùng mang raêng cöa Ñieàu naøy seõ ñaûm baûo cho sô ñoà ñieàu cheá ñoä roäng xung hình sin (SPMW) aùp ra gioáng nhau ôû caùc pha vaø loaïi boû khaû naêng coù soùng haøi ôû taàn soá thaáp hôn taàn soá cô baûn (cuûa hình sin chuaån). Trong maïch taïo aùp chuaån hình sin duøng ROM vaø DAC, bieân ñoä hình sin chuaãn vaø caùc soùng tam giaùc ñöôïc laáy maãu (thöïc chaát laø tính toaùn) vaø chöùa trong ROM. Ñeå taùi hieän laïi caùc daïng soùng, caùc giaù trò naøy ñöôïc ñoïc laïi tuaàn töï vaø chuyeån ñoåi ra tín hieäu töông töï (analog) baèng DAC. Taàn soá taùi hieän (playback) f ñöôïc toång hôïp baèng boä bieán ñoåi ñieän aùp - taàn soá VFC töø aùp ñieàu khieån Uñk : Trang 23/Nghịch lưu độc lập và biết tần © Huỳnh Văn Kiểm
24. Học kì 2 năm 2004-2005 f f = k .Uñk = N . fO , vôùi k : heä soá tæ c k = 24 k = 12 leä (Hz/ volt); fO : taàn soá ngoû ra mong muoán; N : soá 600 cc maãu cuûa moät hình sin chuaãn. f chính laø taàn soá xung ñoàng hoà cuûa boä ñeám chöông trình PC cung caáp ñòa chæ cho ROM chöùa k = 6 giaù trò boán daïng soùng: ba cho hình sin ba pha vaø 300 moät cho soùng tam giaùc. Caùc DAC bieán ñoåi töø soá ra ñieän aùp, taïo ra caùc tín hieäu mong muoán. Ñeå thay ñoåi bieân ñoä caùc hình sin, DAC ñöôïc söû duïng laø loaïi nhaân vaø tín hieäu ñieàu khieån bieân ñoä ñöôïc ñöa f 12.525 50 o vaøo chaân aùp chuaån REF cuûa noù. Khoái ñieàu khieån ñieän aùp ÑKU coù theå ñôn Hình 5.32: quan heä taàn soá soùng mang fC vaø taàn soá ngoû ra f giaûn thöïc hieän quan heä U / f = haèng soá, hay goàm O caû vieäc buø giaûm toác theo taûi. Vôùi sô ñoà hình 5.31 ta coù söï ñoàng boä giöõa caùc hình sin chuaãn 3 pha vaø soùng mang tam giaùc. Vì chæ coù moät soùng mang duøng cho ba pha hình sin, taàn soá soùng mang fC caàn laø boäi saùu cuûa taàn soá ngoû ra fO ñeå caùc daïng soùng ngoû ra gioáng nhau. Ñieàu naøy seõ khoâng thaät söï caàn thieát khi tæ soá fC / fO khaù lôùn (vaøi chuïc). Hình 5.32 laø moät ví duï minh hoïa qui luaät thay ñoåi fC theo fO (ñöôøng ñaäm treân hình) vôùi fCMAX = 600 Hz vaø fCMIN = 300 Hz. kC = fC / fO laø boäi soá ñieàu cheá. Khi taàn soá beù hôn 12.5 Hz ta khoâng caàn coù söï ñoàng boä giöõa hai tín hieäu. Moät khoù khaên khaùc phaùt sinh laø khi kC thay ñoåi, coù söï thay ñoåi khoâng lieân tuïc cuûa soùng haøi baäc 1 cuûa ñieän aùp ra. 3. Maïch ñieàu khieån nghòch löu duøng chöông trình ROM: Vôùi nhaän xeùt traïng thaùi cuûa caùc ngaét ÑO TAÀN ñieän baùn daãn trong boä nghòch löu ñieà SOÁ 1 khieån ñoä roäng xung laø ñoùng hay ngaét ROM Ñeán caùc VFC Ñoàng boä ngaét ñieän moät caùch tuaàn töï coù chu kyø, khoâng Uñk V thay ñoåi neáu daïng soùng ngoû ra 2 f PC khoâng ñoåi (nhö daïng soùng trieät tieâu 1 : Ñòa chæ choïn chu kyø caùc haøi choïn tröôùc ñaõ khaûo saùt); coù 2 : Ñòa chæ queùt trong chu kyø theå ghi traïng thaùi ñoùng ngaét sau caùc Hình 5.33: Maïch ñieàu khieån nghòch löu duøng chöông trình ROM khoaûng thôøi gian baèng nhau cuûa caùc ngaét ñieän thaønh chöông trình cuûa boä nhôù chæ ñoïc ROM. Chöông trình naøy seõ ñöôïc truy xuaát tuaàn töï ñeå ñieàu khieån caùc ngaét ñieän cuûa boä nghòch löu, taïo ra daïng soùng mong muoán . Hình 5.33 trình baøy moät sô ñoà khoái thöïc hieän nguyeân lyù naøy. Ñieän aùp ñieàu khieån Uñaët ñöôïc bieán thaønh taàn soá qua boä bieán ñoåi ñieän aùp/taàn soá VFC, laøm xung nhòp cho boä ñeám chöông trình PC, laø boä phaän cung caáp ñòa chæ cho ROM. PC laø boä ñeám nhò phaân coù soá traïng thaùi baèng soá traïng thaùi taïo thaønh daïng soùng ñieàu khieån nghòch löu trong moât chu kyø aùp ra. Noäi dung cuûa ROM ñaõ ñöôïc tính toaùn sao cho ñaûm baûo aùp ra coù trò soá mong muoán (ñieàu khieån aùp) vaø soùng haøi baäc cao beù (haïn cheá haøi baäc cao). Khi thay ñoåi Uñaët ,taàn soá xung nhòp PC thay ñoåi vaø taàn soá ngoû ra ñöôïc ñöôïc thay ñoåi theo tæ leä. Ñeå thay ñoåi daïng soùng ngoû ra theo taàn soá, ROM chöùa nhieàu daïng soùng öùng vôùi caùc taàn soá khaùc nhau vaø khoái ño taàn soá seõ thay ñoåi phaàn ñòa chæ do noù quaûn lyù ñeå chæ ñeán vuøng döõ lieäu töông öùng. Coù theå xem daïng soùng moät chu kyø ôû moät taàn soá laø moät trang vaø caùc traïng thaùi cuûa caùc ngaét Trang 24/Nghịch lưu độc lập và biết tần
25. Bài giảng tóm tắt môn Điện tử công suất 1 ñieän trong moät daïng soùng laø nhöõng doøng trong moät trang. Vaäy PC cung caáp ñòa chæ caùc doøng vaø boä ño taàn soá cung caáp ñòa chæ trang. Tín hieäu ñoàng boä töø PC yeâu caàu boä ño taàn soá chæ ñöôïc pheùp thay ñoåi ngoû ra ôû ñaàu caùc trang ñeå traùnh nhöõng thay ñoåi daïng soùng khoâng kieåm soaùt. Ví duï: - Taàn soá ngoû ra nghòch löu fO thay ñoåi töø 1 64 : Choïn moãi Hz laø moät daïng soùng, suy ra ROM coù 64 trang daïng soùng, ñiïa chæ trang goàm 6 bit. - Choïn moãi daïng soùng coù N = 255 traïng thaùi (choïn chia chaün cho 3) coù theå ñòa chæ hoùa baèng 8 bit. Vaäy PC laø boä ñeám nhò phaân 8 bit nhöng ñöôïc reset ôû traïng thaùi thöù 255 vaø ROM caàn 14 chaân ñòa chæ, töông öùng dung löôïng laø 128 Kbit hay 16 Kbyte. - Taàn soá xung nhòp cuûa PC laø N. fO = 255.fO , cöïc ñaïi baèng 255*64 = 16.32 kHz . - Coù theå söû duïng boä ñeám 6 bit ñeå laøm boä ño taàn soá, thôøi gian môû coång laø 64/16320 = 3.92 mili giaây ( ñeám ñöôïc 64 xung ôû taàn soá xung nhòp baèng 16.32 kHz). - Khi quy ñònh söï thay ñoåi cuûa bieân ñoä Uñaët vaø khoaûng taàn soá ngoû ra töông öùng, coù theå suy ra heä soá cuûa VFC. Öu ñieåm cuûa phöông phaùp naøy laø coù theå ñieàu khieån ñieän aùp vaø haïn cheá soùng haøi baäc cao vôùi chaát löôïng khaù toát trong khi maïch xöû lyù raát ñôn giaûn. Nhöôïc ñieåm lôùn nhaát laø daïng soùng ôû moãi taàn soá laø ñaõ ñònh tröôùc, khoâng theå thay ñoåi theo ñieàu kieän thöïc teá ví duï nhö aùp löôùi giaûm so vôùi tính toaùn, hay caàn buø suït aùp theo taûi , soá daïng soùng laø höõu haïn. 4. Söû duïng vi xöû lyù cho ñieàu khieån nghòch löu: Vieäc söû duïng caùc phaàn töû tính toaùn cho ñieàu khieån coù caùc ñaëc tính: - Chöùc naêng ñieàu khieån phong phuù, thay ñoåi deå daøng. - Tính tích hôïp cao: giaûm kích thöôùc heä thoáng, giaûm khaû naêng hoûng hoùc. - Thöïc hieän ñöôïc caùc thuaät toaùn ñieàu khieån töø ñôn giaûn ñeán raát phöùc taïp vôùi giaù thaønh khoâng taêng theo tæ leä. - Ngoaøi khaû naêng ñieàu khieån, vi xöû lyù coøn ñaùp öùng ñöôïc caùc yeâu caàu cuûa moät thieát bò coâng nghieäp hieän ñaïi maø giaù thaønh khoâng taêng nhieàu: ñieàu khieån töø xa, ghi nhaän traïng thaùi laøm vieäc (loãi), noái maïng thoâng tin, giao dieän haân thieän vôùi ngöôøi duøng Heä thoáng ñieàu khieån nhö vaäy laø moät maùy tính cho muïc ñích ñieàu khieån, coù theå coù boä giao tieáp vôùi caùc ngoaïi vi töông töï ñeå laáy ñaëc tính doøng aùp, coù khaû naêng tính toaùn maïnh ñeå thöïc hieän ñöôïc caùc thuaät toaùn phöùc taïp (tính ma traän, sin cos) vôùi ñoä chính xaùc caàn thieát. Ñeå ñieàu khieån chaát löôïng cao, thöôøng phaûi duøng vi xöû lyù > 8 bit + DSP (boä xöû lyù tín hieäu soá). V.6 BIEÁN TAÀN: Laø boä bieán ñoåi ñieän xoay chieàu cuûa löôùi coâng nghieäp thaønh ñieän 3 pha coù taàn soá thay ñoåi, bieán taàn hieän ñöôïc öùng duïng roäng raõi trong coâng nghieäp ñeå ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô AC. Ñaây laø phöông aùn hieäu quaû nhaát: - Coù theå söû duïng ñoäng cô khoâng ñoàng boä reû tieàn, chaéc chaén - Ñieàu khieån taàn soá ñoäng cô AC laø phöông aùp coù hieäu suaát cao, chaát löôïng toát. Caùc boä bieán taàn coù maïch ñoäng löïc ñaét tieàn, sô ñoà ñieàu khieån phöùc taïp, chæ ñöôïc phoå bieán trong thôøi gian gaàn ñaây nhôø söï phaùt trieån vöôït baäc cuûa coâng ngheä cheá taïo baùn daãn, ôû caû lónh vöïc vi maïch vaø coâng suaát. Trang 25/Nghịch lưu độc lập và biết tần © Huỳnh Văn Kiểm
26. Học kì 2 năm 2004-2005 Coù hai daïng bieán taàn: Bieán taàn tröïc tieáp (cyclo-converter) vaø bieán taàn qua trung gian moät chieàu. hình 6.6.1.a: AÙp ra (moät pha) bieán taàn tröïc tieáp söû hình 6.6.1.b: AÙp ra (moät pha) bieán taàn tröïc tieáp söû duïng duïng BBÑ ñaûo chieàu laø hai caàu 3 pha, ñieàu khieån BBÑ ñaûo chieàu laø hai caàu 3 pha söû duïng ngaét ñieän chung tuyeán tính. a, b laø hai goùc ÑKP cuûa hai boä chuyeån maïch cöôõng böùc, taïo ra aùp coù taàn soá cao hôn taàn chænh löu, thay ñoåi theo luaät tam giaùc. soá löôùi ñieän. - Bieán taàn tröïc tieáp chính laø boä bieán ñoåi ñaûo chieàu (chænh löu ñieàu khieån pha ñaûo chieàu), ñöôïc ñieàu khieån ñeå coù aùp ngoû ra thay ñoåi cöïc tính coù chu kyø: aùp ra xoay chieàu naøy chæ coù theå coù taàn soá khaù beù so vôùi taàn soá löôùi ñieän. Boä bieán ñoåi ñaûo chieàu hình 4.6.3 coù theå laøm thaønh moät pha cuûa boä bieán taàn tröïc tieáp vôùi thuaät toaùn ñieàu khieån thích hôïp. Khi thay theá SCR baèng ngaét ñieän coù ñieàu khieån khoùa, ta coù theå nhaän ñöôïc nhieàu tính naêng toát hôn. - Bieán taàn coù trung gian moät chieàu coù sô ñoà khoái nhö hình 6.6.2, goàm hai boä phaän: chænh löu ñaàu vaøo vaø nghòch löu ôû ñaàu ra. Toå hôïp hai BBÑ naøy laøm ra nhieàu sô ñoà khaùc nhau vôùi khaû naêng vaø phaïm vi söû duïng raát khaùc bieät. Thuaät toaùn ñieàu khieån bieán taàn cuõng raát phong phuù, vaø hieän vaãn tieáp tuïc phaùt trieån cuøng vôùi vieäc öùng duïng coâng cuï ñieàu khieån môùi nhaèm naâng cao chaát löôïng hoaït ñoäng. Coù hai loaïi: Bieán taàn vôùi nghòch löu nguoàn LöôùiL Taûi doøng (NLND) vaø nghòch löu nguoàn aùp (NLNA). NL Caùc bieán taàn naøy caàn ñaûm baûo caùc yeâu caàu: 33ND - Thöïc hieän ñöôïc logic ba pha, thay ñoåi taàn soá ra. LöôùiL Taûi - Ñieàu khieån aùp theo ñaëc tính cuûa taûi, ví duï NL C neáu taûi ñoäng cô phaûi ñaûm baûo maïch töø khoâng baûo 33NA hoøa baèng quan heä U/f = haèng soá nhö ñaõ khaûo saùt. Hình 5.34: Bieán taàn coù trung gian moät chieàu - Haïn cheá ñöôïc soùng haøi aùp (doøng). Ñaëc tính naøy phuï thuoäc vaøo sô ñoà ñoäng löïc, algorit ñieàu khieån nghòch löu. Nguyeân lyù ñieàu khieån ñoäng cô AC duøng bieán taàn: Khi taàn soá thay ñoåi, töø tröôøng quay cuûa caùc cuoän daây xtator coù toác ñoä thay ñoåi theo quan Trang 26/Nghịch lưu độc lập và biết tần
27. Bài giảng tóm tắt môn Điện tử công suất 1 60 ⋅ f heä no = ; trong ñoù no tính baèng voøng/phuùt, f : taàn soá (Hz) vaø p laø soá ñoâi cöïc. p Rotor seõ quay theo töø tröôøng quay vôùi ñoä tröôït s haàu nhö khoâng ñoåi. Coù hai nguyeân lyù chính cho ñieàu khieån ñoäng cô khoâng ñoàng boä duøng phöông phaùp thay ñoåi taàn soá: - Ñieàu khieån U/f haèng: khi taàn soá thay ñoåi, ñieän aùp ñaët vaøo cuoän daây cuõng thay ñoåi tæ leä ñeå traùnh vieäc taêng maät ñoä töø thoâng daãn ñeå taêng doøng töø hoaù. -Ñieàu khieån vector ñoäng cô KÑB: Laø phöông aùn hieän ñaïi, söû duïng caùc vi xöû lyù môùi coù khaû naêng tính toaùn raát maïnh ñeå ñieàu khieån ñoäng cô KÑB. Phöông aùn naøy khaéc phuïc nhöôïc ñieåm quan troïng cuûa caùc sô ñoà ñieàu khieån U/f haèng laø momen ñoäng cô thaáp, ñaëc bieät khi taàn soá laøm vieäc nhoû hôn 3 Hz. BBÑ ñieàu khieån U/f haèng chæ cung caáp cho ñoäng cô moät ñieän aùp ba pha töông öùng taàn soá laøm vieâc, doøng qua ñoäng cô thay ñoåi theo traïng thaùi cuûa ñoäng cô. Baèng caùch khoáng cheáù ñoäc laäp doøng töø hoaù (taïo ra töø thoâng khe hôû) vaø doøng rotor (taïo ra momen quay), bieán taàn ñieàu khieån vector coù theå ñieàu khieån ñöôïc momen ñoäng cô KÑB nhö ñaõ laøm vôùi ñoäng cô moät chieàu, beân caïnh khaû naêng ñieàu khieån toác ñoä thoâng qua söï thay ñoåi taàn soá. Coù hai sô ñoà ñieàu khieån vector: coù phaûn hoài vò trí rotor (coù caûm bieán vò trí) vaø khoâng duøng caûm bieán (sensorless). Sô ñoà ñaàu tieân cho pheùp ñieàu khieån chính xaùc nhöng phaûi duøng ñoäng cô cheá taïo rieâng trong khi phöông aùn sau coù theå duøng ñoäng cô KÑB thoâng thöôøng. Khi bieán taàn ñöôïc duøng ñeå ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô, sô ñoà ñieàu khieån coøn coù caùc chöùc naêng: haïn cheá suït toác khi hoaït ñoäng, baûo veä quaù taûi, ñieàu khieån thôøi gian taêng, giaûm toác. V.7 ÖÙNG DUÏNG: 1. Caùc boä nguoàn taàn soá cao: Nhö ñaõ giôùi thieäu trong muïc phaân loaïi, ta coù theå nung noùng caûm öùng caùc vaät lieäu ñaãn ñieän baèng doøng ñieän caûm öùng. Daõy taàn soá laøm vieäc thay ñoåi töø taàn soá coâng nghieäp ñeán vaøi traêm KHz: - Taàn soá laøm vieäc giaûm khi coâng suaát taêng. - Taàn soá caàn phaûi taêng taêng khi beà daày laøm vieäc giaûm (toâi beà maët theùp). Coù theå söû duïng NL noái tieáp hay song song vôùi ngaét ñieän laø thyristor trong caùc boä nguoàn taàn soá cao. ÔÛ taàn soá lôùn hôn 100 KHz, coù theå duøng transistor hay caùc ñeøn chaân khoâng truyeàn thoáng. Nhö ñaõ khaûo saùt ôû V.2, caùc sô ñoà NL song song coù daïng NL nguoàn doøng vôùi taûi coäng höôûng laø cuoän daây laøm vieäc vaø ñieän dung buø cos φ cho noù. Trong thôøi gian gaàn ñaây, ngöôøi ta baét ñaàu duøng transistor vôùi caùc sô ñoà coù chuyeån maïch khi doøng (aùp) baèng khoâng. 2. Caáp ñieän ñoùng ngaét (boä nguoàn xung) söû duïng nghòch löu: Boä nghòch löu coù theå duøng cho boä caáp ñieän ñoùng ngaét coù sô ñoà khoái hình 4.21 cuûa chöông 4, bieán ñoåi ñieän moät chieàu thaønh xoay chieàu, cung caáp cho bieán aùp taàn soá cao. Nhôø ñoù kích thöôùc vaø giaù thaønh bieán aùp naøy vaø maïch loïc ngoû ra giaûm ñaùng keå. Maïch nghòch löu coù daïng sô ñoà nöûa caàu khi coâng suaát nhoû hôn 500 w vaø sô ñoà caàu khi lôùn hôn. Trong hình 5.7.1.a, T1 laø bieán aùp giaûm (taêng) aùp, ta coù ngoû ra moät chieàu sau khi chænh löu vaø loïc phaúng. Ñeå coù aùp ra oån ñònh, ngoû ra ñöôïc phaûn hoài ñeå thay ñoåi ñoä roäng xung boä nghòch löu. Trang 27/Nghịch lưu độc lập và biết tần © Huỳnh Văn Kiểm
28. Học kì 2 năm 2004-2005 Vôùi sô ñoà nöûa caàu, ñieàu khieån khoâng T1 + hoaøn toaøn ñöôïc söû duïng. Do ngoû ra bieán D1 L1 S1 aùp ñöôïc chænh löu, taûi boä nghòch löu ñöôïc C1 C3 xem laø thuaàn trôû. V T1 Hình 6.7.1.b laø maïch ñieàu khieån, S2 taùc duïng ñaåy keùo (push pull - hay luaân _ C2 D2 phieân daãn ñieän cuûa S1 vaø S2) nhôø boä chia hai duøng flip–flop. Ñaây laø haït nhaân Hình 5.25.a: maïch ñoäng löïc phaàn nghòch löu cuûa caáp ñieän cuûa vi maïch TL494. ñoùng ngaét (boä nguoàn xung)- sô ñoà nöûa caàu 1 Q S1 2 3 Dao ñoäng tam giaùc 2 CLK u - Q ÑB 4 6 Uñk 5 S2 Hình 5.25.b: maïch ñieàu khieån nghòch löu daåy keùo ( duøng trong caáp ñieän ñoùng ngaét ) Ñieàu khieån Löôùi Taûi Naïp Nghòch Chuyeån maïch Accu löu 23. Boä nguoàn xoay chieàu khoâng giaùn ñoaïn (boä löu ñieän hay uninterrupted – power – supply): Hình 6.7.2: Sô ñoà khoái boä nguoàn xoay chieàu khoâng giaùn ñoaïn Hình 6.7.2 trình baøy sô ñoà khoái boä löu ñieän (UPS), ñöôïc söû duïng cho caùc thieát bò duøng ñieän quan troïng khoâng theå maát ñieän baát ngôø nhö maùy chuû cuûa maïng maùy tính hay caùc maùy ñieän töû y teá. UPS seõ cung caáp ñieän taïm thôøi khi maát löôùi trong khi chôø löu döõ lieäu ñang laøm vieäc hay cho chaïy maùy phaùt döï phoøng. Sô ñoà khoái bao goàm boä nghòch löu söû duïng accu vaø boä chuyeån maïch (rô le hay TRIAC). Bình thöôøng taûi duøng ñieän löôùi, chæ chuyeån sang söû duïng nguoàn nghòch löu khi maát nguoàn neân UPS coù sô ñoà khoái nhö vaäy ñöôïc goïi laø loaïi OFF-LINE. Thôøi gian chuyeån maïch phaûi ñuû beù, khoaûng vaøi chuïc msec ñeå taûi xem nhö ñöôïc cung caáp ñieän khoâng giaùn ñoaïn. Boä naïp accu töï ñoäng ñaûm baûo heä thoáng luoân saün saøng laøm vieäc. Coù loaïi UPS khoâng coù boä chuyeån maïch vaø boä nghòch löu luoân laøm vieäc, nhö laø boä bieán taàn coù khaâu trung gian moät chieàu vôùi nguoàn döï phoøng laø accu ôû maïch moät chieàu (loaïi ON-LINE). ÔÛ caùc boä UPS coâng suaát beù (< 1.5 kW), maïch nghòch löu laø moät pha söû duïng bieán aùp coù ñieåm giöõa, thích hôïp vôùi accu coù ñieän aùp beù (12V hay 24V). AÙp ra ñöôïc dieàu khieån baèng caùch thay ñoåi ñoä roäng xung. Moät vi maïch töông töï TL494 coù khaû naêng laøm vieäc ôû 50 Hz ñöôïc söû duïng cho ñieàu khieån nghòch löu (SG3524). Trang 28/Nghịch lưu độc lập và biết tần