CHƯƠNG 5 BỘ NGHỊCH LƯU

CHÖÔNG 5

BOÄ NGHÒCH LÖU


BỘ NGHỊCH LƯU

1. Chức năng và ứng dụng:
Có nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng từ nguồn điện một chiều thành
năng lượng điện xoay chiều
Ứng dụng:
-

Bộ biến tần ( truyền động động cơ điện xoay chiều )

-

Lò cảm ứng trung tần , hàn trung tần

Nguồn xoay chiều trong gia đình , nguồn lưu điện (UPS),
chiếu sáng (đèn huỳnh quang cao tần)
-

Bù nhuyễn công suất phản kháng
Truyền tải điện cao áp một chiều (HVDC)


BỘ NGHỊCH LƯU

2. Phân loại:
a. Theo tham số điều khiển ngõ ra :

-

Bộ nghòch lưu áp : điều khiển áp ra

-

Bộ nghòch lưu dòng: điều khiển dòng ra

b. Theo tính chất nguồn :
-

Bộ nghòch lưu nguồn áp

-

Bộ nghòch lưu nguồn dòng

-


BỘ NGHỊCH LƯU

2. Phân loại:
Theo quá trình chuyển mạch :
-

Bộ nghòch lưu với:

+ QTCM cưỡng bức : linh kiện có khả năng kích đóng và ngắt
(MOSFET, BJT, IGBT, GTO)

+ QTCM phụ thuộc : linh kiện chỉ kích đóng, quá trình ngắt phụ
thuộc áp nguồn hoặc tải (Thyristor)


BỘ NGHỊCH LƯU

3. Các mức áp cổng ra tiêu chuẩn:
1 pha 120V / 60 Hz
3 pha 120/208/60 Hz

220V/50Hz
220/380/50Hz

115V/400 Hz
115/200/400 Hz


BỘ NGHỊCH LƯU ÁP

. Cấu tạo cơ bản:
Nguồn điện áp 1 chiều : có thể là acquy ( bình ) , pin điện
hoặc từ nguồn điện áp xoay chiều được chỉnh lưu và lọc phẳng
Linh kiện bộ nghòch lưu : có khả năng kích đóng và kích ngắt
nếu quá trình chuyển mạch là cưỡng bức, hoặc Thyristor nếu quá
trình chuyển mạch là phụ thuộc :
+ Công suất nhỏ và vừa : sử dụng các khoá BJT , MOSFET, IGBT
+ Công suất lớn : IGBT, GTO, Thyristor + Bộ chuyển mạch (chuyển
mạch cưỡng bức) hoặc Thyristor thường nếu quá trình chuyển mạch
phụ thuộc.

BỘ NGHỊCH LƯU ÁP

. Cấu tạo cơ bản:
Diode mắc đối song: Tạo thành mạch chỉnh lưu cầu không điều
khiển có chiều dẫn ngược lại, cho phép trao đổi công suất ảo giữa tải
xoay chiều với nguồn một chiều và hạn chế quá áp khi kích ngắt các
công tắc (chức năng bảo vệ linh kiện).


BỘ NGHỊCH LƯU ÁP

. Đặc điểm:
- Điện áp ra có thể giữ không đổi hoặc thay đổi được ở tần số giữ
cố đònh hoặc thay đổi được.
- Điện áp ra được điều khiển bởi việc điều chỉnh giá trò điện áp
nguồn DC nếu giữ độ lợi (gain) bộ nghòch lưu không đổi. Nếu nguồn
DC có trò số cố đònh không đổi thì điện áp ra thay đổi bằng cách thay
đổi độ lợi của bộ nghòch lưu ( ví dụ bằng phương pháp điều biến độ
rộng xung ) . Độ lợi được đònh nghóa là tỷ số giữa điện áp ra AC và
điện áp vào DC.


BỘ NGHỊCH LƯU ÁP

. Đặc điểm:
- Điện áp ở ngõ ra của một bộ nghòch lưu lý tưởng phải có dạng
sin. Tuy nhiên dạng sóng của các bộ nghòch lưu trên thực tế là không
có dạng sin chuẩn (do linh kiện nghòch lưu là các khoá làm việc ở
chế độ đóng cắt) và chứa các sóng hài bậc cao. Các sóng hài này có

thể gây ra nhiễu dưới dạng lan truyền trong cáp dẫn hoặc dạng tia do
bức xạ sóng điện từ, gây các ảnh hưởng không tốt đến tải, nguồn và
mạng viễn thông. Vì vậy các biện pháp sử dụng để chống nhiễu là
cần thiết : ví dụ các bộ lọc nguồn, thiết bò nghòch lưu được đặt trong
tủ kim loại, sử dụng cáp bọc …


BỘ NGHỊCH LƯU ÁP

. Đặc điểm:
- Với sự ứng dụng các linh kiện điện tử công suất tần số đóng ngắt
cao, thành phần hài bậc cao của áp ra có thể bò loại bỏ hoặc giảm
bớt đáng kể bằng kỹ thuật đóng ngắt. Các thuật toán PWM tối ưu
được đề xuất phần lớn đều xét đến khía cạnh sóng hài.


BOÄ NGHÒCH LÖU AÙP MOÄT PHA BAÙN CAÀU


BỘ NGHỊCH LƯU ÁP MỘT PHA BÁN CẦU

Trò hiệu dụng áp tải :
π
Ud
1 ⎛Ud ⎞
Uz =
d
ω
t
=

= 0.5U d
⎜
⎟
∫
π 0⎝ 2 ⎠
2
2

Trò tức thời áp tải có thể phân tích theo Fourier:
∞

2U d
uz = ∑
sin nωt
n =1, 3, 5,... nπ


BỘ NGHỊCH LƯU ÁP MỘT PHA BÁN CẦU

Trò hiệu dụng hài cơ bản áp tải :
n =1 ⇒

U z1 =

2U d
2π

= 0.45U d

Hệ số méo dạng toàn phần THD :

∞

THD =

2
U
∑ n

n = 2 , 3..

U1

⋅ 100% =

U z2 − U z21
U z1

⋅ 100%


BỘ NGHỊCH LƯU ÁP MỘT PHA BÁN CẦU –
TẢI L

oDo cuộn cảm kháng có khả năng tích và giải phóng năng lượng
nên các khoảng dẫn của các linh kiện được phân tích như sau :
Ở thời điểm π , S1 ngắt, cuộn cảm giải phóng năng lượng để
duy trì dòng, dòng đi qua D2 , tải, nguồn dưới đến khi dòng giảm
về 0. Vì vậy dù S2 được kích đóng dòng vẫn không đi qua nó mà
đi qua D2 . Sau thời điểm dòng về 0, do S2 vẫn còn được kích
dòng đảo chiều đi qua S2 .

Tương tự khi S2 bò kích ngắt, dòng do cuộn cảm duy trì liên tục
đi qua D1, tải và nguồn lên đến khi dòng giảm về 0 , dòng đảo
chiều qua S1 dẫn.


BOÄ NGHÒCH LÖU AÙP CAÀU MOÄT PHA


BỘ NGHỊCH LƯU ÁP CẦU MỘT PHA

Trò hiệu dụng áp tải :
Uz =

1

π

π

∫ U d dωt = U d
2

0

Trò tức thời áp tải có thể phân tích theo Fourier:
∞

4U d
sin nωt
uz = ∑

n =1, 3, 5,... nπ


BOÄ NGHÒCH LÖU AÙP CAÀU BA PHA

Q1

Q3

Q5
D3

Ud

Q4

Q6

Q2

Ra

Rb

Rc

La

Lb

Lc


BỘ NGHỊCH LƯU ÁP CẦU BA PHA

Phân tích điện áp pha và dây tải theo điện áp pha tâm nguồn.
u z1 =
u z2

2u10 − u 20 − u 30
3

2u 20 − u10 − u 30
=
3

u z3 =

2u 30 − u10 − u 20
3

Qui tắc kích đối nghòch : S1S4, S3S6, S5S2
Nếu công tắc lẻ được đóng, áp pha tâm nguồn có giá trò = +Ud/2
Nếu công tắc chẳn được đóng, áp pha tâm nguồn có giá trò = - Ud/2


BỘ NGHỊCH LƯU ÁP CẦU BA PHA

Hệ quả:
Điện áp trên tải được xác đònh hoàn toàn không phụ thuộc

tính chất tải nếu biết giản đồ kích đóng các công tắc và áp nguồn.
Từ đó có thể điều khiển điện áp ngõ ra của bộ nghòch lưu bằng cách
điều khiển giản đồ đóng cắt các công tắc bán dẫn.
Nếu không được kích đóng theo quy tắc đối nghòch , điện áp
tải sẽ thay đổi phụ thuộc vào trạng thái dòng điện tải và tham số tải.


BỘ NGHỊCH LƯU ÁP CẦU BA PHA –CÁC
PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN

1. Phương pháp điều biên Six-Step
Trò hiệu dụng áp pha tải:

2
Uz =
Ud
3
Trò hiệu dụng hài cơ bản áp pha tải:

U z (1) =

2

π

Ud


BỘ NGHỊCH LƯU ÁP–CÁC PHƯƠNG PHÁP
ĐIỀU KHIỂN

2. Phương pháp điều biến độ rộng xung
-Phương pháp PWM : hạn chế ảnh hưởng của các hài bậc cao do tần
số đóng ngắt khoá cao ;
- Quy tắc kích đối nghòch (một khoá kích đóng, một khoá kích ngắt
trong cặp khoá cùng pha) : Điều khiển dạng áp tải bằng cách
điều khiển giản đồ kích đóng cắt các công tắc cùng pha.


BỘ NGHỊCH LƯU ÁP–CÁC PHƯƠNG PHÁP
ĐIỀU KHIỂN

2. Phương pháp điều biến độ rộng xung
2.1. SINPWM


BỘ NGHỊCH LƯU ÁP–CÁC PHƯƠNG PHÁP
ĐIỀU KHIỂN

2. Phương pháp điều biến độ rộng xung – Sơ đồ khối
2.1. SINPWM –BNL một pha bán cầu


BỘ NGHỊCH LƯU ÁP – CÁC PHƯƠNG PHÁP
ĐIỀU KHIỂN

2. Phương pháp điều biến độ rộng xung – Sơ đồ khối
2.1. SINPWM –BNL một pha bán cầu: Mạch tạo xung sóng mang

BỘ NGHỊCH LƯU ÁP – CÁC PHƯƠNG PHÁP
ĐIỀU KHIỂN

2. Phương pháp điều biến độ rộng xung – Sơ đồ khối
2.1. SINPWM –BNL một pha bán cầu: Mạch tạo xung sóng sin