Thiết kế và chế tạo mạch nghịch lưu một pha

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật bán dẫn công suất
lớn, các thiết bị biến đổi điện năng dùng các linh kiện bán dẫn công suất đã
được sử dụng nhiều trong công nghiệp và đời sống nhằm đáp ứng các nhu
cầu ngày càng cao của xã hội. Trong thực tế sử dụng điện năng ta cần thay
đổi tần số của nguồn 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... Bộ nghịch lưu là bộ biến tần gián tiếp biến đổi một chiều thành
xoay chiều có ứng dụng rất lớn trong thực tế như trong các hệ truyền động
máy bay, tầu thuỷ, xe lửa...
Trong thời gian học tập và nghiên cứu, được học tập và nghiên cứu
môn Điện tử công suất và ứng dụng của nó trong các lĩnh vực của hệ thống
sản xuất hiện đại. Vì vậy để có thể nắm vững phần lý thuyết và áp dụng kiến
thức đó vào trong thực tế, chúng em được nhận đồ án môn học với đề tài:
“Thiết kế và chế tạo mạch nghịch lưu một pha”. Với đề tài được giao,
chúng em đã vận dụng kiến thức của mình để tìm hiểu và nghiên cứu lý
thuyết, đặc biệt chúng em tìm hiểu sâu vào tính toán thiết kế phục vụ cho
việc hoàn thiện sản phẩm.
Dưới sự hướng dẫn chỉ bảo nhiệt tình của thầy “Đỗ Công Thắng”
cùng với sự cố gắng nỗ lực của các thành viên trong nhóm chúng em đã
hoàn thành xong đồ án của mình. Tuy nhiên do thời gian 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 ý của thầy cô
giáo, cùng bạn bè để đề tài được hoàn thiện hơn.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
......................................
Hưng Yên, ngày 19 tháng 07 năm 2012.
Giáo viên hướng dẫn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Kế hoạch thực hiện
TT

Nội dung thực hiện

1

Lập bảng kế hoạch thực
hiện

2

Tuần Thông Người
Thực qua thực hiện
hiện GVH
D
Tuần Tuần Chí Nam
1
1

Địa
điểm
Thực
hiện

Tại
nhà

Phân tích yêu cầu, mục
tiêu, phương án thực
hiện và ứng dụng.
Tuần Tuần V. Việt
1
2
Chương I
Giới thiệu tổng quan về
nghịch lưu
1.1 Tổng quan về
nghịch lưu
1.1.1 Nghịch lưu phụ
thuộc 1 pha 2 nửa
chu kỳ.
1.1.2 Nghịch lưu phụ
Tuần Tuần Đặng
thuộc 3 pha nửa chu
1
2
Thanh
kỳ.
1.1.3 Nghịch lưu phụ
thuộc cầu 3 pha
1.2 Nghịch lưu độc lập
1.2.1 Nghịch lưu độc lập
nguồn áp
1.2.2 Nghịch lưu độc lập

nguồn dòng
1.2.3 Nghịch lưu nguồn
dòng 3 pha
1.2.4 Nghịch lưu nguồn áp
3 pha

Tại
nhà

Nhận xét
GVHD


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN

3

Chương II
Thiết kế mạch lực
2.1 Tính toán Máy Biến
Áp
Tuần Tuần
2.2 Mạch lực
2
3
2.2.1 Chọn van khuếch đại
công suất.
22.2.mạch cách ly
Chương III
Thiết kế mạch điều khiển

3.1 thiết kế mạch điều
khiển
3.1.1 Tính chọn giá trị
phần tử
3.2 Thiết kế mạch bảo vệ
quá dòng quá áp
3.3 Thiết kế sơ đồ nguyên
lý
3.3.1 Phân tích nguyên lý
và khối chức năng trong
mạch
3.3.2 Lựa chọn thiết bị

4

5

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Chí
Nam,

Tại
nhà

Văn
Việt,
Đình
Thanh

Tuần Tuần Chí
Xưởng
3
4 Nam,
điện
Chế tạo mô hình
V.Việt
Đình
Chế tạo, đo kết quả và
Thanh
hiệu chỉnh thông số đáp
ứng với yêu cầu đề tài
Hoàn thành sản phẩm
Tuần Tuần V. Việt Tại
Hoàn thành nội dung
4
4 C.Nam nhà
quyển thuyết minh. Kết
Đình
luận
Thanh
Chương IV


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN

6

Thông qua GVHD tổng Tuần Tuần
hợp đánh giá

4
4

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Xưởng
điện


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN

Trường ĐHSP Kỹ thuật hưng
Yên

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Cộng hoà xã hội chủ nghĩa việt nam
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Khoa điện - điện tử

Đồ án môn học

Sinh viên thực hiện :

1. Nguyễn Chí Nam
2. Trịnh Văn Trọng
3.Nguyễn Văn Việt

Lớp

: ĐK9LC2

Khoá học

: 2011-2013

Ngành đào tạo

: Kỹ thuật điện

Tên đề tài:

Thiết kế và chế tạo mạch nghịch lưu một pha
(Ur=220v_ P=300W)

* Số liệu cho trước
- Các giáo trình và tài liệu chuyên môn
- Các trang thiết bị đo, kiểm tra tại xưởng thực tập, thí nghiệm.
* Phân tích yêu cầu của đề tài.
Với yêu cầu của đề tài khi đó chúng ta phải đi thiết kế một bộ nghịch
lưu cho ra điện áp xoay chiều là 220V từ nguồn ắc quy 12V, tần số trong
mạch đo được là 50Hz, công suất ra của bộ nghịch lưu là 300W
Mạch lấy nguồn ắc quy 12V cấp trực tiếp cho mạch và cho biến áp.
Biến áp ở đây sử dụng như một bộ kích nhằm kích nguồn áp lên giá trị cao
hơn nhiều lần so với giá trị áp ban đầu. Chính vì mạch có khả năng biến
đổi nguồn một chiều thành nguồn xoay chiều nên mạch có tính thiết thực
rất lớn trong thực tế.
Mạch là mạch công suất vì vậy linh kiện được sử dụng phần lớn là linh
kiện công suất. Mạch sử dụng các van bán dẫn công suất như Transistor,

MOSFET, IGBT…Trong quá trình chạy mạch thì xung tạo ra là xung


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

vuông và được khuyếch đại lên bằng các van bán dẫn là Transistor,
IGBT…
* Mục tiêu của đề tài.
Nắm được một cách tổng quan về các phần tử bán dẫn công suất.
Nghiên cứu về các mạch nghịch lưu, hiểu được nguyên lý làm việc của
mạch nghịch lưu, các phương pháp biến đổi từ đó lựa chọn một phương án
tối ưu nhất để có áp dụng trên đồ án của mình và ngoài thực tiễn.
Có khả năng tính toán, thiết kế và chế tạo mạch nghịch lưu điện áp một
pha với công suất cho trước.
* Ý nghĩa của đề tài.
Để giúp sinh viên có thể có thể củng cố kiến thức, tổng hợp và nâng
cao kiến thức chuyên nghành cũng như kiến thức ngoài thực tế. Đề tài còn
thiết kế chế tạo thiết bị, mô hình để các sinh viên trong trường đặc biệt là
sinh viên khoa Điện – Điện tử tham khảo, học hỏi tạo tiền đề nguồn tài liệu
cho các học sinh, sinh viên khoá sau có thêm nguồn tài liệu để nghiên cứu
và học tập.
Những kết quả thu được sau khi hoàn thành đề tài này trước tiên là sẽ
giúp chúng em có thể hiểu sâu hơn về các bộ nghịch lưu, các phương pháp
biến đổi điện áp. Từ đó sẽ tích luỹ được kiến thức cho các năm học sau và
ra ngoài thực tế.
* Nội dung cần hoàn thành:
Lập kế hoạch thực hiện.
- Giới thiệu một số ứng dụng và đặc điểm của mạch nghịch lưu một

pha.
- Phân tích nguyên lý làm việc và các thông số trong mạch nghịch lưu
một và ba pha.
- Thiết kế, chế tạo mạch nghịch lưu một pha đảm bảo yêu cầu:
+ Điện áp đầu vào một chiều U = 12V lấy từ ắc quy.
+ Điện áp đầu ra dùng cho các thiết bị điện xoay chiều U = 220V f = 50HZ , P = 300W
+ Thí nghiệm, kiểm tra sản phẩm, sản phẩm phải đảm bảo yêu
cầu kỹ thuật, mỹ thuật. Quyển thuyết minh.


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Chương I
GIỚI THIỆU VỀ MỘT SỐ MẠCH NGHỊCH LƯU
1.1. Tổng quan về nghịch lưu.
Trong công nghệ, ta thường gặp vấn đề biến đổi điện áp một chiều thành
điện xoay chiều và ngược lại bằng các thiết bị nắn điện. Các thiết bị đó được gọi
là nghịch lưu.
Khái niệm: Nghịch lưu là quá trình biến đổi năng lượng một chiều thành
năng lượng xoay chiều.
Phân loại: Các sơ đồ nghịch lưu được chia làm hai loại.
- Sơ đồ nghịch lưu làm việc ở chế độ phụ thuộc vào lưới xoay chiều.
- Sơ đồ nghịch lưu làm việc ở chế độ độc lập (với các nguồn độc lập như ác
quy, máy phát một chiều ....)
Nghịch lưu phụ thuộc có sơ đồ nguyên lý giống như chỉnh lưu có điều
khiển. Mạch nghịch lưu phụ thuộc là mạch chỉnh lưu trong đó có nguồn một
chiều được đổi dấu so với chỉnh lưu và góc mở α của các tiristo thoả mãn
điều kiện (π/2 < α <π ) lúc đó công xuất của máy phát điện một chiều trả về

lưới xoay. Tần số và điện áp nghịch lưu này phụ thuộc vào tần số điện áp
lưới xoay chiều.
Nghịch lưu độc lập làm nhiệm vụ biến đổi điện áp một chiều từ các
nguồn độc lập (không phụ thuộc vào lưới xoay chiều) thành xoay chiều với
tần số pha tuỳ ý. Tần số và điện áp nghịch lưu. Nói chung có thể điều chỉnh
tuỳ ý. Có hai dạng sơ đồ nghịch lưu độc lập là mạch cầu và mạch dùng biến
áp có trung tính.
Sơ đồ nghịch lưu lập được chia là ba loại cơ bản:
Nghịch lưu độc lập điện áp .
Nghịch lưu độc lập dòng điện.
- Nghịch lưu độc lập cộng hưởng.
1.2 Nghịch lưu phụ thuộc.
Để giải thích nguyên lý làm việc của nghịch lưu phụ thuộc chúng ta sẽ
nghiên cứu một vài sơ đồ cụ thể.
1.2.1 Nghịch lưu phụ thuộc một pha hai nửa chu kỳ.
Sơ đồ cho ở hình 1.1a (giống sơ đồ chỉnh lưu). Điểm khác ở đây là cực
dương của nguồn một chiều được đấu vào điểm trung tính. Sđđ nguồn một
chiều có giá trị số lớn hơn điện áp chỉnh lưu trong nửa chu kỳ. Các van sẽ
được mở khi áp thứ cấp của biến áp có giá trị âm, góc mở (α > π/2). Lúc này
nguồn một chiều trở thành nguồn phát điện cung cấp năng lượng cho lưới
điện còn bộ biến đổi làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc.được duy trì do
năng lượng tích lũy trong cuộc cảm xd. Đến thời điểm θ4 ta lại đưa tín hiệu


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

mở van T2, dòng điện lại chuyển từ T1 sang T2 theo như quá trình đã nói ở
trên.

Thời gian đảo mạnh phải kết thúc sớm hơn thời điểm θ5 một thời điểm
dùng để van T1 kịp khôi phục tính chất khoá của mình. Nếu thời gian khôi
phục không đủ thì sau θ5 van T1 vẫn tiếp tục dẫn điện, điện áp U2a > 0 dòng
trong mạch Id = (E +U2a) / Rtd . Vì điện trở tương đương rất bé nên dòng sẽ
quá lớn. Ta gọi đây là sự cố “lật” nghịch lưu. Sự cố “lật” sẽ xuất hiện khi
γ

góc khoá β quá bé hoặc góc đảo mạch quá lớn.
Vậy để nghịch lưu làm việc được an toàn thì góc khoá góc β =π/18 với
tiristo thông dụng với khoảng 100 ÷ 200 µs thì trong mọi trường hợp thì việc
lấy β = π/18 cần được coi trọng, do đó π/2 < α < π - β.


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN

E

Hình 1.1

ĐỒ ÁN MÔN HỌC


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

1.2.2. Nghịch lưu phụ thuộc ba pha nửa chu kỳ.
Sơ đồ nguyên lý của nghịch lưu độc lập ba pha nửa chu kỳ cho ở (hình
1.2).
Về hình thức giống như chỉnh lưu ba pha nửa chu kỳ.Cho tới khi α < π/2 bộ

biến đổi còn làm ở chế độ chỉnh lưu, tại α = π/2 điện áp âm bằng điện áp
dương trị trung bình của điện áp bằng không khi α > π/2 điện áp trung bình
ở dạng sóng là âm cho đến khi α = π. Dạng sóng lúc này tương tự như khi α
= 0 nhưng ngược chiều.
Tải của chỉnh lưu trên hình 1.2 là động cơ điện một chiều làm việc ở chế
độ động cơ. Sau khi đổi chiều Sđđ của động cơ, nó trở thành máy phát lúc
này bộ biến đổi làm việc ở chế độ nghịch lưu. Chiều dòng điện không thay
đổi được, nó do chiều của tiristo quyết định. Để đổi chiều Sđđ động cơ có
thể đảo cực tính phần ứng hoặc đảo chiều kích từ động cơ. Kết quả của việc
đổi chiều áp một chiều làm cho xuất hiện dòng điện chạy trong từng pha của
biến áp khi điện áp pha âm. Nói cách khác động cơ đã phát ra công suất
chuyển vào lưới điện xoay chiều.
Để các tiristo chuyển mạch được, bộ biến đổi cần phải nối vào lưới xoay
chiều, vì vậy đây là bộ nghịch lưu phụ thuộc.
Ta không thể chuyển dòng điện của tiristo, ví dụ từ T 1 sang T2 nếu U2b ít âm
hơn U2a ở α = π thì U2a = U2b do đó α = π là giới hạn của sự làm việc.
Nguyên lý làm việc như sau:
θ1

α >π /2

Tại thời điểm
(hình 1.2) lệch góc
ta cấp xung điều khiển vào
T1, T1 mở vì điện áp của nó là dương nhất. Khi T1 mở sức điện động e sẽ
phóng một dòng điện đi qua pha a của biến áp. Dòng điện này đượcduy trì
cho đến tận thời điểm

θ2

nhờ sức điện động và sức điện động cảm ứng của
α
mạch tải. Tại
lệch góc chúng ta cấp xung điều khiển vào T 2, T2 mở, T1
khoá lại. Dòng điện do sức điện động e sinh ra lúc này lại chảy qua pha b
của biến áp...
θ3
α
Tương tự như vậy đến thời điểm lệch góc
ta lại cấp xung điều
khiển vào T3. Dòng lúc này lại chảy qua pha c của biến áp. Các xung điều
θ2

khiển lệch nhau góc

2π / 3

. Chu kỳ xung là

2π

. Trong một chu kỳ dòng điện

lần lượt qua cuộn thứ cấp của máy biến áp pha nọ lệch với pha kia

2π / 3

với

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

tần số bằng tần số lưới. Do vậy trong cuộn sơ cấp cũng cảm ứng sức điện
động xoay chiều ba pha có tần số bằng tần số của lưới. Nói cách khác là sơ
đồ đã biến đổi được điện áp một chiều của nguồn sức điện động e thành điện
áp xoay chiều ba pha trả về nguồn.
Khi chú ý tới điện cảm của mạch anốt L a (điện cảm của biến áp) thì
việc chuyển dòng từ T1 sang T2, T2 sang T3.... không tức thời như mô tả ở
trên mà phải qua giai đoạn trùng dẫn (chuyển mạch). Độ lớn của góc chuyển
mạch phụ thuộc vào trị số La. Trên hình 2 trình bày các đường cong dòng, áp
của nghịch lưu khi chú ý tới La.
Để nghịch lưu không bị lật cần bảo đảm góc khoá β đủ lớn. Do đó α ở
chế độ nghịch lưu sẽ nằm trong: π/2 < α < π -β
Để xác định β cần xuất hiện từ thời gian khoá của t off tiristo được dùng
trong sơ đồ nghịch lưu. Trên hình 1-2, b c, d biểu diễn sóng điện áp khi ở
chế độ chỉnh lưu với các góc mở khác nhau. Ở hình 1.2b có α có giá trị nhỏ
ở hình 1-2c chỉnh lưu có điện áp tức thời có đoạn âm. Ở hình 1.2d góc
α=900 nên Utb = 0.
Trên hình 1-2 e, đến 1-2n biểu diễn đường cong dòng áp ở chế độ nghịch
lưu khi có hiện tượng trùng dẫn và khi không có hiện tượng trùng dẫn. Có δ
= β - ϕ có thể hiện thời gian cần thiết khi tiristo đang dẫn đảm bảo tình trạng
khoá khi điện áp âm δ được gọi là góc tắt, trị số của nó thường không dưới
50.
une =

Các hệ thức tính toán

3 6

u2Cosα + ∆ur + ∆uϕ + ∆uv
2π

3 6
u2Cosα = 1.17u2Cosβ
2π

Trong đó:
∆uRr = Id.R2
∆uϕ =

3xa
Id
2π

3xa
∆uϕ =
Id
2π

∆uv = (0.5 ÷ 1).v
Từ đó có:

: áp nghịch lưu không tải.
: giảm áp trên điện trở thứ cấp biến áp.
: giảm áp do đảo mạch.
: giảm áp do đảo mạch.
: giảm áp trong van

3x


une = 1.17u2Cosα + I d  R2 + a
2π



 + ∆uv



TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN

2

h

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

1


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

1.2.3.Nghịch lưu phụ thuộc cầu ba pha.
Sơ đồ nguyên lý của nghịch lưu phụ thuộc cầu ba pha cho trên hình 1.3.
Về hình thức giống như sơ đồ chỉnh lưu ba pha có điều khiển. Khi chuyển
sang làm việc ở chế độ nghịch lưu thì góc mở ∝ >900 và Sđđ E của động cơ
được đổi chiều so với chế độ động cơ. Việc đổi chiều E có thể thực hiện theo

nhiều giải pháp kỹ thuật khác nhau. Vậy ở chế độ nghịch lưu cực dương của
nguồn E được dấu vào nhóm anốt, còn cực âm đấu vào nhóm catốt.
Ở nghịch lưu này các van của nhóm catot sẽ làm việc khi áp thứ cấp âm
còn nhóm anot các van sẽ làm việc khi áp thứ cấp dương. Trong bất kỳ một
thời điểm nào cũng có hai van làm việc, vì vậy để đưa nghịch lưu vào làm
việc (khi khởi động) cần đưa đồng thời hai xung mở van một vào nhóm anốt
chung, một vào nhóm katốt chung. Như vậy ta phải đưa đến điện cực điều
khiển van hai xung hẹp cách nhau 60 0 điện, hoặc một xung rộng có thời gian
t > 600.
Việc giải thích nguyên lý làm việc của nghịch lưu này cũng tương tự như
chỉnh lưu ba pha nửa chu kỳ, và thể hiện trên trên đồ thị dòng, áp nghịch lưu
(hình 1.3).
+

_


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Các hệ thức tính toán:
Điện áp trung bình của nghịch lưu cầu ba pha:
une =

3 6
u2Cosα + ∆ur + ∆uϕ + ∆uv
π

Trong đó: các tổn thất điện áp trên điện trở, đảo mạch và trên van đều có giá

trị gấp đôi so với sơ đồ ba pha một chiều nửa chu kỳ.
∆ur = 2.Id.R2
∆uϕ =

6 xa
Id
2π

∆uv = 2( 0.5 ÷ 1) v

6x 

une = 2.34u2Cosβ + I d  2 R + a  + ∆uv
2π 

1.3.

Nghịch lưu độc lập .
Nghịch lưu độc lập viết tắt là NLĐL là thiết bị biến đổi nguồn điện một
chiều thành dòng xoay chiều với tải độc lập không phụ thuộc vào lưới điện.
Dòng xoay chiều có thể biến đổi được với tần số mong muốn nên cũng gọi
là thiết bị biến tần gián tiếp. Gián tiếp vì thường để có nguồn một chiều phải
có một khâu chỉnh lưu. Ở một số tài liệu kỹ thuật thiết bị này được gọi là “
nghịch lưu ôtonôm” hay onduleur.
Như đã nói ở 1.1 nghịch lưu độc lập được phân làm ba loại là NLĐL
dòng, NLĐL áp và NLĐL cộng hưởng. Người ta cũng có thể phân loại theo
số pha một pha, ba pha, cầu...Ở NLĐL dòng ở đầu vào phải có điện cảm L d
lớn và tụ đảo mạch được nạp theo luật không chu kỳ. Dòng đầu vào I d là liên
tục, phẳng không nhấp nhô nghĩa là nguồn cung cấp ở thiết bị này là nguồn
dòng.Trong NLĐL cộng hưởng tải có điện cảm lớn, cùng với các phần tử R,

L, C của mạch tạo nên mạch vòng dao động RLC và có cộng hưởng áp. Tần
số riêng của mạch cộng hưởng phải cao hơn hoặc bằng tần số công tác của
NLĐL.
Trong NLĐL áp nguồn cung cấp cho nó phải là nguồn áp (máy phát phải
có điện trở trong nhỏ)Lĩnh vực áp dụng chủ yếu của NLĐL dòng và áp là biến
đổi tần số, cung cấp điện xoay chiều cho các thiết bị xoay chiều và phục vụ cho
các T.Đ.Đ có điều chỉnh tần số.
Các NLĐL cộng hưởng được dùng có lợi khi tần số ra khoảng 1÷2 KHz.
Cấp cho các thiết bị nhiệt điện, thiết bị siêu âm và các truyền động cao tốc.


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

1.3.1 Nghịch lưu độc lập nguồn áp một pha có máy biến áp điểm giữa

1.3.1.1 Sơ đồ nguyên lý:
Sơ đồ nguyên lý bộ nghịch lưu áp một pha có máy biến áp điểm giữa
được cho trên hình 1.4 với nguồn áp một chiều U, máy biến áp có điểm giữa
và hai khoá chuyển mạch K1 và K2, dòng điện tải xoay chiều i’. Điểm giữa
máy biến áp 0 nối với một cực nguồn áp U, còn đầu kia qua khoá K1 nối với
A và qua khoá K1’ nối với B. Giả thiết máy biến áp lý tưởng, điện áp các
dây quấn tỉ lệ với số vòng dây, ta có:
1

1

v’ = v , u’ =
1

1

Khi K đóng có: v = U , u’ =
1

2n 2
n1

n2
n1 / 2

v

1

U
2n 2
n1

1

Khi K’ đóng có: v = - U , u’ = U
Nếu bỏ qua dòng điện từ hoá, dòng sơ cấp và thứ cấp liên hệ qua phương
trình cân bằng sức từ động:
n1 La
2

(i

K1

K1

2

- i’ ) = n i’

Hình 1.4.Bộ nghịchLalưu máy biến áp điểm giữa
1

2

Hai khoá chuyển mạch K và K phải một khoá đóng, một khoá mở
vì nếu cả hai đều mở nghĩa là mạch tải xoay chiều hở mạch và:
i

K1

= i’

K1

= 0 do đó i’ = 0


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

La

Nếu cả hai khoá cùng đóng thì ngắn mạch phía nguồn một chiều:
o
o
o
A
B
A
B
V - V = V - V do đó V = V = V
Biểu thức và dạng sóng:
Để điện áp ra u’ có chu kỳ T ta mở C từ t = 0 đến T =
đến T
Khi 0 < t <

-

v
Khi

-

K1

T
2

v
i’

T
2

1

1

1

T
2

1

và K’ từ T =

1

, K đóng và K’ mở: v’ = +U , v = +U, u’ = +

=0,i

K1

=

n2
n1 / 2

i’ , i = i

K1

; v’

K1

1

1

= v + v’ = +2U , i’

ea
1

1

1

1

< t < T , K mở và K’ đóng : v’ = - U , v = - U, u’ = K1

1

1

= - v - v’ = +2U , i

K1

= 0 ; v’

K1

= 0 , i’

K1

=-

n2
n1 / 2

K1

U

=0

n2
n1 / 2

n2
n1 / 2

T
2

U

i’ , i =

K1

ωt ϕ
Giả thiết dòng điện ra hình Sin có dạng : i’ = I’ Sin ( - )
m

Góc lệch pha

ϕ

của dòng tải i’ so với điện áp u’ dương khi tải điện cảm, còn

khi tải điện dung

ϕ

âm.

eb


ec

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN

Ld

id

Hình vẽ 1.5 : Dạng sóng u’ và i’ với tải điện dung

ĐỒ ÁN MÔN HỌC


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Hình vẽ 1.6 : Dạng sóng u’ và i’ với tải điện cảm
1.3.1.2.

Các linh kiện bán dẫn cần sử dụng:
Dạng sóng trên hình 1.6 cho thấy điện áp trên cực khoá chuyển
mạch mở luôn dương và dòng điện trong khoá chuyển mạch đóng ngược
ϕ

1

1

nhiều. Nếu
> 0 K và K’ phải có hai chiều tạo nên bằng một linh kiện
đóng tự phát và mở có điều khiển với một diode mắc song song ngược. Nếu
ϕ

1

1

< 0 K và K’ phải có hai chiều tạo nên bằng một linh kiện đóng có điều


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ϕ

khiển và mở tự phát với một diode mắc song song ngược. Nếu bất kỳ linh
kiện phải được đóng và mở tuỳ theo trường hợp sử dụng ta có sơ đồ sau:

Hình vẽ 1.7: Sơ đồ bộ nghịch lưu áp, máy biến áp điểm giữa
Hình 1.6 ở phía trên vẽ khoảng dẫn các linh kiện bán dẫn. Ta nhận thấy
mọi chuyển mạch ở dòng điện không bằng không tạo nên giữa một linh kiện
có điều khiển và 1 diode. Tính chất này chung cho các bộ nghịch lưu áp. Do
máy biến áp có điểm giữa, điện áp trên cực khoá chuyển mạch hở bằng 2 lần
điện áp nguồn một chiều U ta gọi bộ nghịch lưu nhân đôi điện áp.
1.3.1.3.Đặc tính:
Nếu giả thiết điện áp vào không đổi, dòng điện ra hình sin, máy
biến áp và linh kiện bán dẫn lý tưởng, ta dễ dàng tìm được điện áp ra và
dòng điện vào:
+

-

Điện áp ra: Trong một nửa chu kỳ điện áp ra bằng

ở nửa chu kỳ kia. Điện áp ra u’ có trị hiệu dụng bằng:

-

1

Trị hiệu dụng thành phần cơ bản : U’ =
Tỷ số điều hoà:
Khai triển Fourier có:

τ u'

=

1
U '1

U ' 2 −U ' 21

2 2 2n 2
n1
π

.

= 0.483

n2
n1 / 2

U và -

U’ =
U

2n2
n1

U

n2
n1 / 2

U


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN
4 2n 2
*
π n1

1
3

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

1
5

1

7

ϖt
ϖt
ϖt
ϖt
U’ =
U (Sin + Sin3 + Sin5 + Sin7 ...) i sóng cơ bản,
u’còn chứa tất cả các điều hoà bậc lẻ. Biên độ điều nghịch với bậc của nó.
ϖt π
Dòng điện vào i có chu kỳ bằng một nửa chu kỳ của các đại lượng ra <
Ta có biểu thức:

i =

2n 2
I ' m Sin (ϖt − ϕ )
n1

Giá trị trung bình:
I =

2n 2
2
I ' m cos ϕ
n1
π

Hiệu dụng:
I

hd

=

2n 2
1
I 'm
n1
2

Nhấp nhô:
∆i

=i

max

-i

min

=

2n 2
I ' m (1 + Sin ϕ )
n1

Tỉ số điều hoà:
τi =

τi =

1
2
I hd − I 2
I

π
8
1 − 2 cos 2 π
π
2 2 cos ϕ

Tính chất thuận nghịch
Bỏ qua các tổn hao trong bộ nghịch lưu, công suất tức thời đầu ra và vào
như nhau:
P = ui = u’i’
I 'm

Công suất tác dụng:

P = UI = U’

1

2

cos ϕ

1.3.2. Sơ đồ nghịch lưu độc lập nguồn điện áp cầu 1pha :


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

2.3.2.1. Sơ đồ nguyên lý:

Hình 1.8
2.3.2.2. Nguyên lý hoạt động:
Đặc điểm của nghịch lưu độc lập nguồn điện áp là luôn luôn định
dạng điện áp hình chữ nhật trên tải với mọi tải , còn dạng đồ thị dòng điện
tải lại phụ thuộc vào tính chất tải Cd+Ed tạo ra nguồn điện áp lý tưởng .
a. xét trường hợp tải có tính chất dung kháng:
*
Vì tải có tính chất điện dung , nên dòng điện tải sớm pha hơn so với
ϕt
điện áp tải một góc .
Dựa vào sơ đồ nguyên lý ta có đồ thị dòng điện , điện áp trên tải như hình vẽ
*
Xác định miền dẫn của các van :
Kết hợp đồ thị dòng điện i(t), điện áp u(t) trên tải với sơ đồ nguyên tắc ta
nhận thấy :
-Từ 0 →
và V4 thông
-Từ
-Từ

π

π

π

- ϕt có :

- ϕt →

π

Ut > 0 D1 và D4 thông

→2 - ϕt : Ut < 0

-Từ 2 - ϕt →2
*

: it < 0

π

π

it > 0 ,Ut > 0 → để có được điều này thì V 1

π

it < 0

V2 và V3 thông

: it > 0

Ut < 0 D2 và D3 thông
Xác định thời điểm chuyển mạch giữa các van
Tại

π

- ϕt : có sự chuyển mạch giữa các van : V1 → D1 ; V4→ D4


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Hình 1.9:Đồ thị dòng điện , điện áp trên tải có tính chất dung kháng

π

: có sự chuyển mạch : D1 → V3 ; D4 → V2

-

Tại

-

Tại 2 - ϕt: có sự chuyển mạch : V2 → D2 ; V3 → D3

*

Tại 2 : có sự chuyển mạch : D3 → V1; D2→V4
Xét sự chuyển mạch dòng điện giữa các van :

-

Xét tại

π
π

π

: cần có sự chuyển mạch : từ D1 → V3 ; D4 → V2

π

Cần khoá D1, D4 , mở V3, V2. Trước một khoảnh khắc D1, D4 đang thông
dẫn dòng tải nên UV2= Ed >0
UV3 = Ed > 0 (vì thông qua D 1 dương nguồn đặt vào a, thông qua D 4 âm
nguồn đặt vào b)

π

Vì vậy đến phát xung điều khiển vào V2 và V3 thì hai van này mở ngay.
Khi V2 và V3 thông : +Ed đặt vào b ; - Ed đặt vào a.
T2
⇒
Do đó UD1=Ed < 0 ; UT6

=
E
<
0
D1 và D2 khoá
D4
d
T4


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Như vậy quá trình chuyển mạch là sự chuyển mạch tự nhiên V 1, V2 ,V3 ,
V4 có thể chọn thyristor thường; xung điều khiển các van này là xung đơn.
-

π

Xét tại 2 - ϕt : cần có sự chuyển mạch từ V2 → D2 ; V3 → D3

π

tại 2 - ϕt và sau đó dòng điện tải it đổi dấu từ (-) sang (+) dòng điện này đi
ngượcchiều dòng điện của V2,V3 làm cho V2, V3 khoá lại do dòng điện
ngược. Do yêu cầu cân bằng công suất phản kháng nên D 2 và D3 phải thông
để tiếp tục duy trì hướng của dòng điện tải ;
Chiều dòng điện : Zt→ D3→Cd→D2→Zt
*

Vẽ UV1,iV1,UD1,iD1 và id đầu vào nghịch lưu :

÷

- Khi V1và V4 thông dẫn dòng điện tải thì U V1=(1 2 )V >0do sụt áp trên
van,đồng thời iV1= it > 0
∆U
÷
UD1=
2 )V < 0 ; iD1=0.
V1= (1
id khép mạch : + Ed → V1→Zt → V4→ - Ed
id = i t > 0
-Khi D1 và D4 thông :
∆U
÷
UD1=
2 )V > 0
D1= (1
iD1=it > 0
∆U
÷
UV1=
2 )V < 0
;
iV1= 0
D1= (1
id khép mạch : Zt → D1 →Cd → D4 → Zt
id = it= iD1 < 0
- Khi V2và V3 thông dẫn dòng điện tải thì UV1= Ed >0 ; iV1= 0

UD1= Ed < 0 ; iD1=0.
id khép mạch : + Ed → V3→Zt → V2→ - Ed ; id= it > 0
- Khi D2 và D3 thông :
UV1=Ed > 0; IV1= 0;
UD1=Ed < 0;
iD1= 0
id khép mạch : Zt → D1 →Cd → D4 → Zt
id = it= iD2 < 0
*Tính công suất nguồn:
Pd = Ed . Id với Id =

2 2
Π

Pt = Ut.It.cosϕt ; it =
Ut1 =

4
Π

2

.I2 . cosϕt
. I2. cosϕt

.Ed.cos(ωt) : thành phần sóng bậc 1


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN
4

Do đó :

Pt =

2.Π

.Ed.I2.cosϕt =

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
2 2
Π

.Ed.I2.cosϕt

2 2
Π

Pd =
.Ed.I2.cosϕt
b. Xét trường hợp tải có tính chất cảm kháng:
* Vì tải có tính chất điện cảm, nên dòng điện tải chậm pha hơn so với điện
ϕt
áp tải một góc .
*
Xác định miền dẫn của các van :

Hình 2.0: Đồ thị dòng điện , điện áp trên tải có tính chất cảm kháng
Bằng phương pháp phân tích như trên,kết hợp đồ thị dòng điện i(t) , điện
áp u(t) trên tải với sơ đồ nguyên tắc ta xác định được :

-Từ 0 → ϕt :
it < 0
Ut > 0
nên D1D4 thông
-Từ ϕt →
-Từ
-Từ

π
π

→

π

π

:

it > 0

+ ϕt : Ut < 0

+ ϕt →2

π

Ut > 0

nên V1V4 thông

it > 0

nên D2D3 thông

: it < 0
Ut < 0

nên V2V3 thông