Điện tử công suấtCác bộ nghich l
ưu cơ bản và biến tần.

22/11/2011
1
Chương 6
Các bộ nghịch lưu cơ bản và
biến tần
Các nội dung chính
 Cấu trúc mạch:
 Nghịch lưu một pha
 Nghịch lưu ba pha
 Theo dạng xung điều khiển:
 Chế độ xung vuông
 Điều chế độ rộng xung (PWM)
 Khử sóng hài (SHE)
 Điều khiển nghịch lưu bằng µP
Power Electronics Basic Inverters 2
22/11/2011
2
6.1. Tổng quan
 Nghịch lưu gián tiếp:
 Đầu vào là dạng một chiều
 Đầu ra là dạng xoay chiều có tần số và biên độ
thay đổi được
 Các đặc điểm chính:
 Biến đổi DC - AC
 Tạo dạng điện áp xoay chiều cấp cho tải sử dụng
các linh kiện bán dẫn công suất (MOSFET,
IGBT…) mà không dùng các máy điện quay.
Power Electronics Basic Inverters 3
6.1. Tổng quan
 Các dạng nghịch lưu:
 Nghịch lưu nguồn áp (VSI):

 Cấp từ nguồn áp
 Điện áp trên tải được xác định nhờ xung điều khiển
 Dòng điện ra phụ thuộc vào tải
 Nghịch lưu nguồn dòng
 Cấp từ nguồn dòng
 Dòng điện trên tải được xác định nhờ xung điều khiển
 Điện áp ra phụ thuộc vào tải
Power Electronics Basic Inverters 4
Được sử dụng nhiều trong
thực tế và công nghiệp
22/11/2011
3
6.2. Chế độ xung vuông
 Nghịch lưu 1 pha:
 Sơ đồ mạch:
 T1-T4: IGBT
 D1-D4: Diode song song ngược
 C: tụ lọc một chiều
 Vd: điện áp một chiều trung gian
Power Electronics Basic Inverters 5
6.2. Chế độ xung vuông
 Giai đoạn I:
vg1=vg2>0 → T1, T2 on, dòng điện:
Vd+→T1→Load→T2→Vd-; vo=Vd
 Giai đoạn II:
vg3=vg4>0 → But io>0 → D3, D4 on, năng lượng
trên cuộn cảm giải phóng trở về Vd
Dòng điện: Vd- → D4 → Load → D3 → Vd+
 Giai đoạn III:
vg3=vg4>0 → nhưng do io<0 → T3, T4 on,

Dòng điện: Vd+ →T3 →Load →T4 →Vd-
 Giai đoạn IV:
vg1=vg2>0 → But io<0 → D1, D2 on, năng lượng
trên cuộn cảm giải phóng về Vd
Dòng điện: Vd-→D2→Load→D1→Vd+
Power Electronics Basic Inverters 6
22/11/2011
4
5.2. Chế độ xung vuông
Phân tích và tính toán
 Giá trị điện áp đầu ra:
 Phân tích sóng hài điện áp ra:
 Giá trị hiệu dụng của thành phần cơ bản:
 Phân tích sóng hài dòng điện trên tải:
 Sử dụng mạch tương đương theo bậc sóng hài dòng điện
Power Electronics Basic Inverters 7
6.2. Chế độ xung vuông
Ví dụ áp dụng:
Cho mạch nghịch lưu ở hình bên, các tham số
như sau:
Tính các tham số sau:
a) Phân tích hài của dòng điện trên tải đến bậc
9
Power Electronics Basic Inverters 8
22/11/2011
5
 Nghịch lưu ba pha
 T1 – T6: IGBT
 D1 – D6: Diode song
song ngược

 C: Tụ một chiều
trung gian
 Điện áp một chiều
trung gian
 R: Điện trở tải
6.2. Chế độ xung vuông
Power Electronics Basic Inverters 9
 Dạng sóng và xung điều
khiển
 v
g1
-v
g4
; v
g3
-v
g6
; v
g5
-v
g2
tạo
thành 3 nhánh và được
đóng cắt ngược pha
 V
AN
được đk bởi v
g1
 V
BN

được đk bởi v
g3
 V
CN
được đk bởi v
g5
6.2. Chế độ xung vuông
Power Electronics Basic Inverters 10
22/11/2011
6
 Dạng sóng và điện áp dây
 V
AN
sớm pha 120
o
so với V
BN
 V
BN
sớm pha 120
o
so với V
CN
 V
CN
sớm pha 120
o
so với V
AN
 V

AB
sớm pha 120
o
so với V
BC
 V
BC
sớm pha 120
o
so với V
CA
 V
CA
sớm pha 120
o
so với V
AB
 V
AB
sớm pha 60
o
so với V
AN
 V
BC
sớm pha 60
o
so với V
BN
 V

CA
sớm pha 60
o
so với V
CN
6.2. Chế độ xung vuông
Power Electronics Basic Inverters 11
 Trình tự đóng cắt các van
 Giai đoạn 1: T5, T6 và T1 đóng
 Giai đoạn 2: T6, T1 và T2 đóng
 Giai đoạn 3: T1, T2 và T3 đóng
 Giai đoạn 4: T2, T3 và T4 đóng
 Giai đoạn 5: T3, T4 và T5 đóng
 Giai đoạn 6: T4, T5 và T6 đóng
6.2. Chế độ xung vuông
Power Electronics Basic Inverters 12
22/11/2011
7
 Dạng sóng và điện áp pha trên tải
6.2. Chế độ xung vuông
Power Electronics Basic Inverters 13
 Dạng sóng và điện áp pha trên tải
 V
AB
sớm pha 30
o
so với V
An
 V
BC

sớm pha 30
o
so với V
Bn
 V
CA
sớm pha 30
o
so với V
Cn
6.2. Chế độ xung vuông
Power Electronics Basic Inverters 14
22/11/2011
8
 Phân tích, tính toán theo tham số điện áp dây
 Điện áp dây hiệu dụng:
 Phân tích sóng hài một nhánh:
 Giá trị hiệu dụng của thành phần hài cơ bản
 Các thành phần hài bậc 3
 Các thành phần sóng hài khác:
6.2. Chế độ xung vuông
Power Electronics Basic Inverters 15
 Phân tích, tính toán theo tham số điện áp pha
 Điện áp pha hiệu dụng:
 Phân tích sóng hài một nhánh:
 Giá trị hiệu dụng của thành phần hài cơ bản
 Các thành phần hài bậc 3
 Các thành phần sóng hài khác:
6.2. Chế độ xung vuông
Power Electronics Basic Inverters 16

22/11/2011
9
 Phân tích mạch theo bậc hài tương ứng
 Phân tích Fourier của dòng điện trong 1 nhánh:
trong đó
6.2. Chế độ xung vuông
Power Electronics Basic Inverters 17
 Điện áp của điểm trung tính trên tải
 V
n
: Điện áp của điểm trung tính so với đất
 V
A
: Điện áp của điểm A so với đất
 V
B
: Điện áp của điểm B so với đất
 V
C
: Điện áp của điểm C so với đất
6.2. Chế độ xung vuông
Power Electronics Basic Inverters 18
22/11/2011
10
 Điện áp của điểm
trung tính trên tải
 Tần số: 3f
1
 Giá trị biên độ: ± V
d

/6
 Các thành phần sóng hài:
6.2. Chế độ xung vuông
Power Electronics Basic Inverters 19
 Mục tiêu của phương pháp điều chế PWM:
 Có thể điều khiển được điện áp ra (trên tải)
 Có thể điều khiển được tần số đầu ra
 Triệt tiêu các sóng hài bậc thấp
 Phương pháp thực hiện:
 Thay đổi độ rộng xung điều chế theo dạng sóng
điều chế (dạng sin hoặc dạng hình thang …)
 Tín hiệu sóng mang: dạng xung tam giác
6.3. Điều chế động rộng xung PWM
Power Electronics Basic Inverters 20
22/11/2011
11
 Xét bộ nguồn có cấu trúc HB
 T1, T2: IGBT
 D1, D2: Diode hoàn nguyên
 C: Tụ lọc một chiều
 Vd: Điện áp một chiều trung gian
 R: Phụ tải
6.4. Điều chế PWM – Nguyên lý
Power Electronics Basic Inverters 21
6.4. Điều chế PWM – Nguyên lý
Power Electronics Basic Inverters 22
 Dạng sóng và tín hiệu
điều khiển
 v
g1

và v
g2
đóng, cắt ngược
pha nhau
 v
m
: dạng sóng điều chế
 v
c
: dạng sóng mang
 Khi v
m
≥ v
c
→ v
g1
= logic “1”
và ngược lại
 Khi v
g1
= logic “1” T
1
= ON
→ V
AO
= +V
d
/2
 Khi v
g1

= logic “0” T
2
= ON
→ V
AO
= -V
d
/2
22/11/2011
12
6.4. Điều chế PWM – Một số quy ước
Power Electronics Basic Inverters 23
 Hệ số điều chế tần số:
 Trong đó:
 f
m
là tần số của v
m
 f
c
là tần số của v
c
 Trong thực tế thông
thường chọn m
f
≥ 9
 Hệ số điều chế biên độ m
a
 0 < m
a

≤ 1
 Sử dụng khai triển Fourier
để xác định thành phần hài
cơ bản (bậc nhất)
và:
Tần số của hài cơ bản = f
m
 Ví dụ phân tích phổ của p.p điều chế PWM:
 Cho m
a
= 0.8; m
f
= 15; f
m
= 50 Hz
 Giả sử V
d
= 100V, tính V
OA,1
6.4. Điều chế động rộng xung PWM
Power Electronics Basic Inverters 24
22/11/2011
13
 Một số tính chất của p.p điều chế PWM:
 Điện áp đầu ra không chứa các hài bậc thấp: ví
dụ các bậc: 3
th
, 5
th
, 7

th
, 9
th
…
 Việc lọc các sóng hài bậc cao dễ dàng hơn nhiều
 Khi tần số tăng: => X
L
↑ → Chặn các sóng hài
 X
C
↓ → Ngắn mạch sóng hài
6.4. Điều chế động rộng xung PWM
Power Electronics Basic Inverters 25
 Xác định nhanh các thành phần sóng hài
 Sử dụng bảng tra (bảng 6.1)
 Chỉ áp dụng khi m
f
≥ 9; tính toán theo cấu trúc HB
6.4. Điều chế động rộng xung PWM
Power Electronics Basic Inverters 26
22/11/2011
14
6.4. Điều chế PWM – Hiện tượng quá điều chế
Power Electronics Basic Inverters 27
 Hiện tượng quá điều chế
được xác định:
 Dạng sóng đầu ra khi
m
a
>> 1 → V

AO
trở thành
dạng sóng vuông
1
m
a
c
V
m
V
∧
∧
= >
6.4. Điều chế PWM – Hiện tượng quá điều chế
Power Electronics Basic Inverters 28
 Dạng sóng của điện áp ra phụ thuộc vào hệ số điều
chế m
a
22/11/2011
15
6.4. Điều chế PWM – Hiện tượng quá điều chế
Power Electronics Basic Inverters 29
 Các hạn chế của hiện tượng quá điều chế: Các sóng
hài bậc thấp bắt đầu xuất hiện ở đầu ra, gây ra hiện
tượng méo điện áp/ dòng điện:
f
m
6.5. Nghịch lưu một pha FB - PWM
Power Electronics Basic Inverters 30
 Sơ đồ mạch và nguyên lý làm việc:

22/11/2011
16
6.5. Nghịch lưu một pha FB - PWM
Power Electronics Basic Inverters 31
 Điều chế PWM một pha hai cực:
 v
g1
, v
g4
được đk đóng/cắt
ngược pha; v
g2
, v
g3
được
đk đóng/cắt ngược pha
 v
m
≥v
c
→ v
g1
, v
g2
=“1”;
v
m
<v
c
→ v

g1
, v
g2
=“0”
 v
g1
, v
g2
=“1” → T
1
, T
2
ON →
v
AB
= V
d
;
 v
g1
, v
g2
=“0” → T
3
, T
4
ON →
v
AB
= -V

d
6.5. Nghịch lưu một pha - PWM
Power Electronics Basic Inverters 32
 Cách xác định thành phần sóng hài:
 Sử dụng bảng tra giống trong phần HB với lưu ý:
 Sơ đồ cầu half-bridge (HB): V
AO,p-p
= Vd
 Sơ đồ cầu full-bridge (FB): V
AO,p-p
= 2Vd
22/11/2011
17
6.5. Nghịch lưu một pha FB - PWM
Power Electronics Basic Inverters 33
 Điều chế PWM một pha không phân cực:
6.5. Nghịch lưu một pha FB - PWM
Power Electronics Basic Inverters 34
 Phổ hài của điện áp đầu ra khi thực hiện điều chế
PWM theo phương án không phân cực:
 Các sóng hài có biên độ lớn:
 Phương pháp điều chế PWM hai cực tính: m
f
, m
f
±2, m
f
±4
 Phương pháp điều chế PWM không phân cực: 2.m
f

± 1, 2.m
f
± 3
22/11/2011
18
6.6. Nghịch lưu ba pha – điều chế PWM
Power Electronics Basic Inverters 35
 Cấu trúc mạch
6.6. Nghịch lưu ba pha – điều chế PWM
Power Electronics Basic Inverters 36
 Cách thực hiện và dạng sóng
 Sóng điều chế: Ba tín hiệu sin có
biên độ và tần số thay đổi được
 Sóng mang: Dạng tam giác có biên
độ cố định, tần số có thể thay đổi,
tùy ứng dụng
22/11/2011
19
6.6. Nghịch lưu ba pha – điều chế PWM
Power Electronics Basic Inverters 37
 Phổ sóng hài của điện áp ra
6.6. Nghịch lưu ba pha – điều chế PWM
Power Electronics Basic Inverters 38
 Xác định thành phần sóng hài của điện áp ra?
 Sử dụng bảng tra (bảng 6.2)