Thiết kế và chế tạo mạch nghịch lưu một pha

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
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 Nguyễn Trung Thành 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!

1


Đồ án môn học

NĐ
ế

l u

ế

ế ạ mạ

I
ị

lưu mộ pha

ư

- ác giáo trình và tài liệu chuyên môn
- ác trang thiết bị đo, kiểm tra tại xư ng thực tập, th 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
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 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.

2


Đồ án môn học
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:
-

ập 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 = 300VA.
+ Thí nghiệm, kiểm tra sản phẩm, sản phẩm phải đảm bảo yêu cầu kỹ
thuật, mỹ thuật. Quyển thuyết minh.và các bản vẽ Ao, Folie mô tả đầy đủ nội
dung của đề tài.

3


Đồ án môn học

PHẦN I :CƠ Ở LÝ THUYẾT
I. Gi i thi u về các van bán dẫn công suất:
Các phần tử bán dẫn công suất đều có những đặc t nh cơ bản chung,đó làcác van
bán dẫn chỉ làm việc trong chế độ khoá, khi m cho dòng chạy qua thì có điện tr
tương đương rất nhỏ, khi khoá không cho dòng chạy qua thì có điện tr tương đương
rất lớn.
Các van bán dẫn chỉ dẫn dòng theo một chiều khi phần tử được đặt dưới điện áp phân
cực ngược, dòng qua phần tử chỉ có giá trị rất nhỏ, cỡ mA, gọi là dòng rò.
1.1.Tranzisto công suất ( Transistor lưỡng cực BJT ).
Transistor lưỡng cực là thiết bị gồm ba lớp bán dẫn NPN hoặc PNP, được dùng để
đóng cắt dòng điện một chiều có cường độ tương đối lớn.
Hệ số khuyếch đại dòng, kí hiệu là  = 10  100. Điện áp Vbe  1V;

Vcc = ( 1 

1,5 ) V.
Gãp

Gãp C

C

Gèc B

N

uBC

_

B

C

+

IC

IB

Uce

P
N

P

Gèc

_

N

+

P

_

_

uBC
B

IB

+
+

E

Ph¸t E

a,

b,

E

Ph¸t

c,

d,

Tranzito npn

Tranzito pnp

a) cÊu t¹o; b) ký hiÖu

c) cÊu t¹o; d) ký hiÖu

4


Đồ án môn học
Ic
Ib2

Ib2 > Ib1

Ib1
Ib = 0

0

V

Đặc tính vôn – ampe của Transistor công suất NPN
Hình 1.1 : Cấu tạo và đặc tính V – A của Transistor công suất NPN
Công suất tổn thất trong Tr khi làm việc với tải xác định nhỏ hơn nhiều lần so với
công suất tổn thất khi transistor chuyển trạng thái. Tích công suất chuyển trạng thái pc
với thời gian chuyển trạng thái tc là năng lượng tổn thất trong quá trình chuyển trạng
thái. Năng lượng tổn thất tỉ lệ thuận với tần số hoạt động của transistor, khi đó nhiệt
độ bên trong Tr không được vượt quá 200oC.
Để giảm nhỏ năng lượng tổn thất do Tr chuyển trạng thái gây nên người ta dùng các
mạch trợ giúp. Việc sử dụng các mạch trợ giúp được xem là bắt buộc khi Tr làm việc
các điều kiện sau :
f > 5 kHz hoặc VC   60V, IC > 5A
1.2. MOSFET công suất
Tranzito trường FET(Fieed – Effect - Tranzito) được chế tạo theo công nghệ MOS
(Metal – Oxid – Semicom – Ductor –Fieed –Effect-Tranzito) được gọi tắt là tranzito
MOS thường được sử dụng như những chuyễn mạch điện tử công suất lớn . Khác với
tranzito lưỡng cực được điều khiển bằng dòng bazơ ,tranzito MOS được điều khiển
bằng điện áp đặt lên cự cổng .
Tranzito MOS có ba cực .ký hiệu và tên gọi như sau:

5


Đồ án môn học
D-cực máng (Drain)
S-cực nguồn(Sourse)
G- cực cổng (Gate)

Trên hình là kí hiệu thông thường kênh n của tranzito MOS và biểu diễn mặt cắt
ngang của tranzito MOS .
M¶ng
M¸ng
N+
Dßng

Dßng

N

®i èt

Tranzito

P
N+

P
N+

N+ N+

Cæng
Nguån

Nguån

Cöa

a,

Si02

IC(A)

b,
và

1.3. IGB

a zs

ặ

ủ

o

lưỡng cực cổng cách ly (Isnulated Gale Bipolar Tranzisto)

1.3.1. Cấu trúc của IGBT
Trong IGBT , phần MOSFET nằm trong các miền P và N trên lớp P+ ,
tranzisto NPN cũng nằm trong vùng này .Tranzisto PNP nằm trong ba vùng từ colecto
đến emito E .Điện tr R tương ứng với miền P được gắn b i hai mấu kiểu N tiếp
xúc kim l oại với emito . Sơ đồ tương đương của IGBT được cho hình dưới đây :

6

Đồ án môn học
E

G

E

C¸ch ®iÖn
C
I C

N

N

P

N

PNP

N

P

D

VCE

N-

NPN
R

P+
S

VGE
E

C

đ

ấ

và

đ

đ

ủ

Các emito nguyên tố được nối với cực E. Cổng điều khiển được cách li vì điệm
tr vào của MOSFET rất lớn .
IGBT có cấu tạo gần giống với tranzito trường (MOSFET)nhưng được bổ sung
thêm một loại bán dẫn lạo P và một lớp bán dẫn loại N như trên hình vẽ . Việc bổ
sung hai lớp bán dẫn này giống như việc ghép một phần tử MOSFET giữa cực gốc và
cực phát của tranzito công suất loại pnp.

Điện áp VEC dương khi điện áp VGE lớn hơn một điện áp ngưỡng VT, khi đó xuất
hiện các kênh dẫn. ác điện tử chạy qua kênh này và bơm thêm vào lớp N có điện thế
giảm đi. huyển tiếp P+N- tr nên dẫn và đưa cả IGBT vào trạng thái dẫn. Vùng Nnhận điện tử của emitor và lỗ của colector điện tr suất của nó giảm đi và điện tr
biểu kiến của nó nhỏ hơn điện tr của MOSFET, do vậy vùng N- sẽ không được bơm
thêm các lỗ trống. Ta nhận thấy dòng iC chỉ khác không khi VEC vượt quá điện áp
ngưỡng của chuyển tiếp P+N- và điện tr biểu kiến trạng thái dẫn là nhỏ nhất.

hi đưa t n hiệu điều khiển trên cổng dòng điện iC tắt theo hai giai đoạn:
- Đầu tiên các kênh biến mất và MOSFET bị khóa một cách nhanh chóng, điều này
bước đầu làm iC giảm đi

7


Đồ án môn học
Tiếp theo các hạt dư thừa của vùng N- sẽ tái hợp dần và dòng điện sẽ giảm chậm.
thời điểm dập tắt nếu điện áp mỏng , nguồn này sẽ giảm quá nhanh, dòng điện qua
điện dung ký sinh gửi tới R sẽ phóng và có thể đưa tranzito NPN vào trạng thái dẫn.
Như vậy hai tranzito lưỡng cực tác động như một tiristo chế độ thác và dòng điện i C
không thể điều khiển bằng điện áp VGE nữa. Giá trị của iC vượt quá giá trị xuất hiện
hiệu ứng này, gọi là dòng điện chốt. Để IGBT có thể được điều khiển lại bằng cổng G
thì iC phải giảm dưới mức dòng điện duy trì khác.
-

Đ
Phần MOSFET của IGBT điều khiển bazo của tranzito PNP sự quá độ khi đóng
các tổn hao bị ảnh hư ng b i các mạch điều khiển. Do tổn hao chuyển tiếp mạch thấp
hơn các bộ biến đổi chuyển mạch mềm đòi hỏi mạch điều khiển có công suất cao hơn.
Mạch điều khiển phải có dòng điện đỉnh có khả năng tạo nên điện t ch cổng để

chuyển mạch dòng điện bằng không và điện áp bằng không. Thời hạn t n hiệu vào
cổng phải nhỏ hơn chu k chuyển mạch của IGBT, do đó tốc độ xung điều khiển phải
được lựa chọn để sử dụng các ưu điểm chuyển mạch nhanh của các IGBT thế hệ mới.
Mạch xung điều khiển đầu tiên sử dụng các linh kiện thụ động tương tự, như xung
điều khiển MOSFET. Mạch điều khiển thông thường sử dụng điện tr cố định để
đóng hoặc m IGBT như hình vẽ sau:

1.4 : Mạ

đ

IGBT

8


Đồ án môn học
Điện tr mạch điểu khiển đóng m IGBT RGON hạn chế dòng colecto cực đại và điện
tr RGOFF có tác dụng hạn chế điện áp colecto – emito. Để giảm tốc độ biến thiên của
điện áp dVCE dt và dòng điện diC/ dt có thể sử dụng một điện dung ngoài G. Điện
dung ngoài làm tăng dòng số thời gian của mạch điều khiển, và làm giảm diC dt như
hình vẽ dưới. Tuy nhiên CG không ảnh hư ng tới dVCE dt quá độ.

1.5 : T đ

G

gi

CD

và

C

o

ạ

Để giảm thời gian trễ để điện áp VGC tăng tới GETH có thể đưa điện dung G vào
mạch sau khi VGE đó đạt tới ngưỡng khi dòng điện colecto tăng lên như hình vẽ sau:

1.6 :

ạ

9


Đồ án môn học
Sự k o dài của điện áp quá độ khi đóng không bị ảnh hư ng của phương pháp
này. Để tránh hư hỏng IGBT khi đóng do nhiễu cần đặt điện áp âm trong khi m . Tr
kháng cổng thấp làm ảnh hư ng của nhiễu đến cổng. huyển mạch khóa IGBT phụ
thuộc vào đặc t nh của tranzito lưỡng cực. Thời gian tồn tại hạt tại xác định tốc độ hạt
thiểu số tái hợp trong miền N. ác điện t ch rời khỏi cổng trong quá trình khóa t ảnh
hư ng đến sự tái hợp hạt thiểu số. Sự k o dài dòng điện và diC dt trong quá trình khóa
xác định tổn hao khóa, phụ thuộc chủ yếu vào lượng điện t ch t ch lũy và thời gian tồn
tại của các hạt thiểu số do vậy mạch điều khiển ảnh hư ng t đến tổn hao khóa nhưng
ảnh hư ng nhiều đến tổn hao đóng IGBT bằng cách sử dụng hình sau:

1.7 :

ạ

đ

Nguồn dòng phụ làm tăng dòng điện trong quá trình điện áp cũng k o dài và
giảm tổn hao dòng. Dòng điện cổng ban đầu được xác định b i V+GG RGON được chọn
thỏa mãn các thông số quy định của linh kiện và nhiễu điện từ. Sau khi dòng iC đạt tới
cực đại xảy ra hiệu ứng Miller và nguồn dòng có điều khiển có khả năng làm tăng
dòng điện cổng để tăng tốc độ giảm điện áp colecto. Điều này làm giảm tổn hao
chuyển mạch đóng, Tổn hao chuyển mạch m có thể được giảm trong hiệu ứng Miller
và phần m MOS của quá trình m , bằng cách giảm điện tr m . Tuy nhiên làm tăng
tốc độ thay đổi điện áp colecto, ảnh hư ng nhiều đến dòng điện chốt IGBT và
RBSO . Trong chu k m , điện tr RGOFF xác định tốc độ cực đại biến thiên điện áp
colecto sau khi linh kiện đó m , việc đóng tranzito T1 tránh cho IGBT đóng sai bằng
cách tránh cho điện áp cổng đạt đến điện áp ngưỡng.

10


Đồ án môn học
1.3.5. B o v IGBT
Thông thường IGBT được sử dụng trong những mạch đóng cắt tần số cao , từ
khoảng 2 đến hàng chục kHz . tần số đóng cắt cao như vậy , những sự cố có thể phá
hủy phần tử rất nhanh và dẫn đến phá hỏng toàn bộ thiết bị . Sự cố thường xảy ra nhất
là quá dòng do ngắn mạch từ phái tải hoặc từ các phần tử có lỗi do chế tạo hoặc lắp
ráp. Có thể ngắt dòng IGBT bằng cách đưa điện áp điều khiển về giá trị âm . Tuy
nhiên quá tải dòng điện có thể đưa IGBT ra khỏi chế độ bão hòa dẫn đến công suất
phát nhiệt tăng đột ngột , phá hủy phần tử sau vài chu kì đóng cắt . Mặt khác khi khóa

IGBT lại trong một thời gian rất ngắn khi dòng điện rất lớn dẫn đến tốc độ tăng
dòng quá lớn ,gây quá áp trên emitor, collector, lập tức đánh thủng phần tử. Trong sự
cố quá dòng, không thể tiếp tục điều khiển IGBT bằng những xung ngắn theo quy luật
cũ, cũng như không đơn giản là ngắt xung điều khiển để dập tắt dòng được .
ủ
ác IGBT thông minh t ch hợp nhiều mạch có tác dụng bảo vệ dòng quá áp và
quá nhiệt. ng dụng chủ yếu của IGBT là làm linh kiện chuyển mạch của bộ nghịch
lưu ứng dụng cả trong cung cấp điện và truyền động điện. IGBT sử dụng đơn giản,
modun hóa, điều khiển đơn giản, không cần mạch suy giảm do SO hình chữ nhật
cách ly về điện giữa các modun. Vì thế IGBT th ch dụng trong các bộ chuyển mạch
công suất dưới 1 MW. V dụ IGBT sử dụng trong bộ nguồn liên tục PS trong hệ
thống nung nóng bằng cảm ứng, máy hàn, máy cắt, truyền động tàu k o, thiết bị điện
tử y tế.

11


Đồ án môn học

1.8: Đ

đ đ

Ngoài ra IGBT còn có rất nhiều ứng dụng khác như :
- Trong mạch nghịch lưu ( biến đổi từ dòng điện một chiều thành dòng điện xoay
chiều ), có ứng dụng : khi mất điện, ta vẫn có thể sử dụng được các thiết bị điện dân
dụng bình thường.

ẦN II :
GI I

I

2.1. Tổng quan về nghị

C

NG

C

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.

12


Đồ án môn học
Khái ni m: Nghịch lưu là quá trình biến đổi năng lượng một chiều thành năng lượng
xoay chiều.
Phân loại: ác sơ đồ nghịch lưu được chia làm hai loại.
- Sơ đồ nghịch lưu làm việc

chế độ phụ thuộc vào lưới xoay chiều.

- Sơ đồ nghịch lưu làm việc
phát một chiều ....)

chế độ độc lập (với các nguồn độc lập như ác quy, máy

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 m  của các tiristo thoả mãn điều kiện (/2 <  < ) 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 tu ý. Tần số
và điện áp nghịch lưu. Nói chung có thể điều chỉnh tu 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 hư ng.

2.2. Nghị

lưu p ụ thuộc.

Để giải thích nguyên lý làm việc của nghịch lưu phụ thuộc chúng ta sẽ nghiên cứu
một vài sơ đồ cụ thể.
2.2.1. Nghị

lưu p ụ thuộc một pha hai nửa chu kỳ.

Sơ đồ cho hình 2.1a (giống sơ đồ chỉnh lưu). Điểm khác đây là cực dương của
nguồn một chiều được đấu vào điểm trung t nh. Sđđ nguồn một chiều có giá trị số lớn

hơn điện áp chỉnh lưu trong nửa chu k . Các van sẽ được m khi áp thứ cấp của biến
áp có giá trị âm, góc m ( > /2). Lúc này nguồn một chiều tr thành nguồn phát

13


Đồ án môn học
điện cung cấp năng lượng cho lưới điện còn bộ biến đổi làm việc

chế độ nghịch lưu

phụ thuộc.được duy trì do năng lượng t ch lũy trong cuộc cảm xd. Đến thời điểm 4 ta
lại đưa t n hiệu m van T2, dòng điện lại chuyển từ T1 sang T2 theo như quá trình đã
nói trên.
Thời gian đảo mạnh phải kết thúc sớm hơn thời điểm 5 một thời điểm dùng để
van T1 kịp khôi phục tính chất khoá của mình. Nếu thời gian khôi phục không đủ thì
sau 5 van T1 vẫn tiếp tục dẫn điện, điện áp U2a > 0 dòng trong mạch Id = (E +U2a) /
Rtd . Vì điện tr 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 góc khoá  quá bé hoặc góc đảo mạch  quá
lớn.
Vậy để nghịch lưu làm việc được an toàn thì góc khoá góc  =/18 với tiristo thông
dụng với khoảng 100  200 s thì trong mọi trường hợp thì việc lấy  = /18 cần
được coi trọng, do đó /2 <  <  - .

14


Đồ án môn học
ud
uT1

u2b

u2a
E

T1

u21
+

~
~

E

u22

L

5

id
0

1 2

3

4



2

uT2
-E

a,

T2







ud


i1

u2b

u2a

Id



0



1

4

2



0
i2

E


0


=+

iG

id

iG2

iG1



0


0
c,

b,

2.1

15


Đồ án môn học
2.2.2. Nghị

l

thu c ba pha nửa chu kỳ.

Sơ đồ nguyên lý của nghịch lưu độc lập ba pha nửa chu k cho

(hình 2.2).

Về hình thức giống như chỉnh lưu ba pha nửa chu k .Cho tới khi  < /2 bộ biến đổi
còn làm

chế độ chỉnh lưu, tại  =  2 điện áp âm bằng điện áp dương trị trung bình

của điện áp bằng không khi  >  2 điện áp trung bình

dạng sóng là âm cho đến khi

 = . Dạng sóng lúc này tương tự như khi  = 0 nhưng ngược chiều.
Tải của chỉnh lưu trên hình 2.2 là động cơ điện một chiều làm việc chế độ động
cơ. Sau khi đổi chiều Sđđ của động cơ, nó tr thành máy phát lúc này bộ biến đổi làm
việc chế độ nghịch lưu. hiều 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. ết 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 T1 sang T2 nếu U2b t âm hơn

2a

 =  thì U2a = U2b do đó  =  là giới hạn của sự làm việc.
Nguyên lý làm việc như sau:
Tại thời điểm  1 (hình 2.2) lệch góc    / 2 ta cấp xung điều khiển vào T1, T1 m
vì điện áp của nó là dương nhất. Khi T1 m 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  2 nhờ sức
điện động và sức điện động cảm ứng của mạch tải. Tại  2 lệch góc  chúng ta cấp
xung điều khiển vào T2, T2 m , T1 khoá lại. Dòng điện do sức điện động e sinh ra lúc
này lại chảy qua pha b của biến áp...
Tương tự như vậy đến thời điểm  3 lệch góc  ta lại cấp xung điều khiển vào T3.
Dòng lúc này lại chảy qua pha c của biến áp. ác xung điều khiển lệch nhau góc 2 / 3 .
Chu k xung là 2 . Trong một chu k dòng điện lần lượt qua cuộn thứ cấp của máy

biến áp pha nọ lệch với pha kia 2 / 3 với tần số bằng tần số lưới. Do vậy trong cuộn
16


Đồ án môn học
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 La (điện cảm của biến áp) thì việc chuyển
dòng từ T1 sang T2, T2 sang T3.... không tức thời như mô tả 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  đủ lớn. Do đó 

chế độ

nghịch lưu sẽ nằm trong: /2 <  <  -
Để xác định  cần xuất hiện từ thời gian khoá của toff tiristo được dùng trong sơ
đồ nghịch lưu. Trên hình 2-2, b c, d biểu diễn sóng điện áp khi
các góc m khác nhau.

hình 2.2b có  có giá trị nhỏ

áp tức thời có đoạn âm.

hình 2.2d góc =900 nên Utb = 0.

chế độ chỉnh lưu với

hình 2-2c chỉnh lưu có điện

Trên hình 2-2 e, đến 2-2n biểu diễn đường cong dòng áp

chế độ nghịch lưu khi

có hiện tượng trùng dẫn và khi không có hiện tượng trùng dẫn. Có  =  -  có thể
hiện thời gian cần thiết khi tiristo đang dẫn đảm bảo tình trạng khoá khi điện áp âm 
được gọi là góc tắt, trị số của nó thường không dưới 50.
Các h thức tính toán une 
Trong đó:

3 6
u2Cos  ur  u  uv
2

3 6
u2Cos  1.17u2Cos
2

uRr = Id.R2

: áp nghịch lưu không tải.

: giảm áp trên điện tr thứ cấp biến áp.

u 

3 xa
Id
2

: giảm áp do đảo mạch.

u 

3 xa
Id
2

: giảm áp do đảo mạch.

uv = (0.5  1).v

: giảm áp trong van

17


Đồ án môn học
3x

une  1.17u2Cos  I d  R2  a
2


Từ đó có:

uL



  uv


u2A



u2a

u2b

u2c
utb

u2B

B



b, 0

uT

A

T2

u2C

C

T1

T3
ud

uL



u2a

u2b

u2c

a,

utb


c, 0

E


uL

u2b

u2c

u2a
uL

900

u2a

u2b



0

u2c





d,




utb
iT
uL



u2b

iT2

iT3

iT1


u2c

u2a


e, 0

1

iG3

2



utb
iG1


uL


u2a

u2b



u2c
iG2

18


Đồ án môn học

2.2.3.Nghị

l

thu c c u ba pha.

Sơ đồ nguyên lý của nghịch lưu phụ thuộc cầu ba pha cho trên hình 2.3. Về hình
thức giống như sơ đồ chỉnh lưu ba pha có điều khiển. Khi chuyển sang làm việc chế
độ nghịch lưu thì góc m  >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 chế độ nghịch lưu cực dương của nguồn E được dấu vào nhóm anốt, còn cực
âm đấu vào nhóm catốt.

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 k một thời điểm nào cũng
có hai van làm việc, vì vậy để đưa nghịch lưu vào làm việc (khi kh i động) cần đưa
đồng thời hai xung m 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 600 điện,
hoặc một xung rộng có thời gian t > 600.

19


Đồ án môn học
Việc giải thích nguyên lý làm việc của nghịch lưu này cũng tương tự như chỉnh lưu ba
pha nửa chu k , và thể hiện trên trên đồ thị dòng, áp nghịch lưu (hình 2.3).
C

B

A


ud

u2a

u2c

u2b

ec  e a
2

2

ec  e a
2

1

0


ec

eb

ea

La

La

La

T4

T6

ea  eb
2

T1

iG
5

5

1

1

3

4

6

6

2

2

T3

T2



T5

i

i3

i5

i1

i3

Ld
id

e
+



_
i4

i6

i2

Hình 2.3

20

Đồ án môn học
Các hệ thức tính toán:
Điện áp trung bình của nghịch lưu cầu ba pha:
une 

3 6



u2Cos  ur  u  uv

Trong đó: các tổn thất điện áp trên điện tr , đảo mạch và trên van đều có giá trị gấp
đôi so với sơ đồ ba pha một chiều nửa chu k .
ur = 2.Id.R2
u 

6 xa
Id
2

uv  20.5  1v

6x 

une  2.34u2Cos  I d  2 R  a   uv
2 

2.3.

Nghị

lưu độc lập .

2.3.1. Tổng quan
Nghịch lưu độc lập viết tắt là N Đ 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.
một số tài liệu kỹ thuật thiết bị này được gọi là “ nghịch lưu ôtonôm” hay onduleur.
Như đã nói 2.1 nghịch lưu độc lập được phân làm ba loại là N Đ dòng, N Đ
áp và N Đ cộng hư ng. Người ta cũng có thể phân loại theo số pha một pha, ba pha,
cầu... N Đ dòng đầu vào phải có điện cảm Ld lớn và tụ đảo mạch được nạp theo
luật không chu k . Dòng đầu vào Id là liên tục, phẳng không nhấp nhô nghĩa là nguồn
cung cấp thiết bị này là nguồn dòng.Trong N Đ cộng hư ng 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
hư ng áp. Tần số riêng của mạch cộng hư ng phải cao hơn hoặc bằng tần số công tác
của N Đ .

21


Đồ án môn học
Trong N Đ áp nguồn cung cấp cho nó phải là nguồn áp (máy phát phải có điện
tr trong nhỏ) ĩnh vực áp dụng chủ yếu của N Đ 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.
ác N Đ cộng hư ng 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.
2.3.2. Nghị
2.3.2.1.

l

đ c l p ngu n áp m t pha có máy bi

đ m giữa

đ nguyên lý:

Sơ đồ nguyên lý bộ nghịch lưu áp một pha có máy biến áp điểm giữa được cho
trên hình 2.4 với nguồn áp một chiều U, máy biến áp có điểm giữa và hai khoá
chuyển mạch 1 và 2, dòng điện tải xoay chiều i’. Điểm giữa máy biến áp 0 nối với
một cực nguồn áp , còn đầu kia qua khoá K1 nối với và qua khoá 1’ nối với B.
Giả thiết máy biến áp lý tư ng, điện áp các dây quấn tỉ lệ với số vòng dây, ta có:
v’ 1 = v 1 , u’ =
Khi K 1 đóng có: v 1 =
hi ’ 1 đóng có: v 1 = -

, u’ =

n2
v1
n1 / 2

2n 2
U
n1

, u’ = -

2n 2
U
n1

Nếu bỏ qua dòng điện từ hoá, dòng sơ cấp và thứ cấp liên hệ qua phương trình cân
bằng sức từ động:
n1
(i K 1 - i’ K 1 ) = n 2 i’
2

22


Đồ án môn học

Hình 2.4.B nghị

l

đ m giữa

Hai khoá chuyển mạch K 1 và K 2 phải một khoá đóng, một khoá m vì nếu cả hai
đều mốc nghĩa là mạch tải xoay chièu h mạch và:
i K 1 = i’ K 1 = 0 do đó i’ = 0
Nếu cả hai khoá cùng đóng thĩe ngắn mạch phía nguồn một chiều:
V A - V o = V B - V o do đó V A = V B = V o
2.3.2.2. Bi u thức và dạng sóng:
Để điện áp ra u’ có chu k T ta m C từ t = 0 đến T =
- Khi 0 < t <

T
, K 1 đóng và
2

v K1 = 0 , i K1 =
- Khi

T
2

T
và
2

’ 1 từ T =

T
đến T
2

’ 1 m : v’ 1 = +U , v 1 = + , u’ = +

n2
i’ , i = i K 1 ; v’ K 1 = v 1 + v’ 1 = +2
n1 / 2

, i’ K 1 = 0

< t < T , K 1 m và ’ 1 đóng : v’ 1 = - U , v 1 = - , u’ = -

v K 1 = - v 1 - v’ 1 = +2U , i K 1 = 0 ; v’ K 1 = 0 , i’ K 1 = -

n2
U
n1 / 2

n2
U
n1 / 2

n2
i’ , i = i’ K 1
n1 / 2

Giả thiết dòng điện ra hình Sin có dạng : i’ = I’ m Sin ( t -  )

23


Đồ án môn học
Góc lệch pha  của dòng tải i’ so với điện áp u’ dương khi tải điện cảm, còn khi tải
điện dung  âm.

Hình vẽ 2.5 : Dạ

’ và ’ với t

đ n dung

24

Đồ án môn học

Hình vẽ 2.6 : Dạ

2.3.2.3.

’ và ’ với t

đ nc m

Các linh ki n bán dẫn c n sử d ng:

Dạng sóng trên hình 2.6 cho thấy điện áp trên cực khoá chuyển mạch m luôn
dương và dòng điện trong khoá chuyển mạch đóng ngược nhiều. Nếu  > 0 K 1 và
’ 1 phải có hai chiều tạo nên bằng một linh kiện đóng tự phát và m có điều khiển
với một diode mắc song song ngược. Nếu  < 0 K 1 và ’ 1 phải có hai chiều tạo nên

25