Thiết kế bộ nghịch lưu độc lập 3 pha cấp điện tải RL, dùng van IGBT điều khiển PWM

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG
----------

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ BỘ NGHỊCH LƯU ĐỘC LẬP BA PHA CẤP ĐIỆN
CHO TẢI RL, E= 220V; R= 10 Ω, L= 0.04H; YÊU CẦU DÙNG VAN IGBT VÀ
ĐIỀU KHIỂN PWM
Giảng viên hướng dẫn : TS. Phạm Thị Thùy Linh
Sinh viên thực hiện :

NGUYỄN ĐỨC TRUNG
NGUYỄN HOÀNG MINH

Khoa :

ĐIỀU KHIỂN – TỰ ĐỘNG HÓA

Lớp :

D10_CNTĐ_CLC

Khoá :

2015 – 2020

Hà Nội, tháng 10 năm 2018

1
Sinh viên: Nguyễn Đức Trung D10CNTĐ_CLC

Nguyễn Hoàng Minh D10CNTĐ_CLC


LỜI MỞ ĐẦU
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... 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.
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, em
được nhận đồ án môn học với đề tài: “THIẾT KẾ BỘ NGHỊCH LƯU ĐỘC LẬP BA
PHA CẤP ĐIỆN CHO TẢI RL, E= 220V; R= 10 Ω, L= 0.04H; YÊU CẦU DÙNG
VAN IGBT VÀ ĐIỀU KHIỂN PWM”. Với đề tài được giao, em đã vận dụng kiến
thức của mình để tìm hiểu và nghiên cứu lý thuyết, đặc biệt 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 cô T.s Phạm Thị Thùy Linh 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.
Em chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày

tháng năm 2019

Sinh viên

2
Sinh viên: Nguyễn Đức Trung D10CNTĐ_CLC
Nguyễn Hoàng Minh D10CNTĐ_CLC


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện đề tài mặc dù gặp phải rất nhiều những vấn đề khó
khăn song với sự hướng dẫn của cô T.s Phạm Thị Thùy Linh cùng với sự chỉ bảo của
các thầy cô giáo Khoa Công Nghệ Tự Động và sự lỗ lực không ngừng của cả nhóm,
đến nay chúng em đã hoàn thành đề tài. Tuy nhiên, do kiến thức của chúng em còn hạn
chế, nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy chúng em rất mong nhận được
những ý kiến đóng góp chân thành từ phía cô T.s Phạm Thị Thùy Linh cùng với sự
chỉ bảo của các thầy cô giáo Khoa Công Nghệ Tự Động và các bạn đọc để đề tài này
của chúng em ngày càng hoàn thiện và phát triển lên mức cao hơn trong thời gian gần
nhất.
Những lời nhận xét góp ý và hướng dẫn của cô đã giúp chúng em có định
hướng đúng đắn trong quá trình thực hiện đồ án, giúp chúng em nhìn ra được ưu
khuyết điểm của đồ án và từng bước khắc phục để có được kết quả tốt nhất. Chúng em
cũng xin cảm ơn thầy cô trong khoa Công Nghệ Tự Động, bộ môn Điện tử công suất
tận tình chỉ bảo, truyền đạt cho chúng em các kiến thức chuyên ngành, những công
nghệ mới cũng như cách làm việc nhóm để hoàn thành tốt đồ án môn học này.
.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Đánh giá và nhận xét của GV hướng dẫn
3
Sinh viên: Nguyễn Đức Trung D10CNTĐ_CLC

Nguyễn Hoàng Minh D10CNTĐ_CLC


.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
Giáo viên hướng dẫn

T.s Phạm Thị Thùy Linh

Mục lục
4
Sinh viên: Nguyễn Đức Trung D10CNTĐ_CLC
Nguyễn Hoàng Minh D10CNTĐ_CLC


Chương 1. Kiến thức tổng quát
1.1.Giới thiệu chung nghịch lưu độc lập.................................................................5
1.1.1.Khái niệm.................................................................................................5
.........................................................................................................................................
1.1.2.Phân loại nghịch lưu độc lập....................................................................5
1.2 .Van IGBT.........................................................................................................6
1.2.1. Đặc điểm cấu tạo....................................................................................6
1.2.2. Điều kiện mở van, khóa van, các thông số cơ bản của van.....................6
1.3. Sơ đồ nghịch lưu độc lập ba pha....................................................................10
1.3.1. Cấu tạo.................................................................................................10
1.3.2. Nguyên lí hoạt động.............................................................................10
1.4. Giới thiệu phương pháp điều khiển van IGBT1.............................................13
Chương 2. Tính toán và thiết kế mạch lực............................................................15
2.1. Thiết kế mạch lực...........................................................................................15
2.2. Tính toán thiết bị............................................................................................15
Chương 3. Tính toán thiết kế mạch điều khiển......................................................16
3.1. Cấu trúc tổng quát mạch điều khiển...............................................................16
3.2. Khâu tạo điện áp răng cưa..............................................................................18
Chương 4. Mô phỏng............................................................................................19
4.1. Giới thiệu về phần mềm mô phỏng PSIM......................................................19
4.2. Các linh kiện sử dụng cho việc mô phỏng mạch nghịch lưu ba pha sử dụng
điều chế bề rộng xung PWM.................................................................................20
4.3. Mô phỏng.......................................................................................................21
4.4. Kết quả...........................................................................................................21

4.4.1. Sóng sin và sóng răng cưa....................................................................22
4.4.2. Dòng tải pha A, B, C............................................................................22
4.4.3. Điện áp điều khiển................................................................................23
4.4.4. Điện áp tải các pha...............................................................................23

5
Sinh viên: Nguyễn Đức Trung D10CNTĐ_CLC
Nguyễn Hoàng Minh D10CNTĐ_CLC


CHƯƠNG 1. KIẾN THỨC TỔNG QUÁT
1.1. Giới thiệu chung về bộ nghịch lưu độc lập
1.1.1. Khái niệm
Nghịch lưu độc lập (NLĐL) là thiết bị biến đổi năng lượng dòng điện một chiều
thành năng lượng dòng điện xoay chiều với tần số ra cố định hoặc thay đổi (hình 1.1a).
1.1.2. Phân loại các bộ nghịch lưu độc lập
Trong hệ thống chỉnh lưu cũng có bộ nghịch lưu nhưng là nghịch lưu phụ thuộc,
sự khác biệt giữa hai bộ nghịch lưu này ở chỗ:
Nghịch lưu phụ thuộc tuy cũng biến đổi năng lượng một chiều thành năng lượng
điện xoay chiều, nhưng tần số điện áp dòng điện xoay chiều chính là tần số không thể
thay đổi của lưới điện. Hơn nữa sự hoạt động của nghịch lưu này phải phụ thuộc vào
điện áp lưới vì tham số điều chỉnh duy nhất là góc điều khiển α được xác định theo tần
số và pha của lưới điện xoay chiều đó
Nghịch lưu độc lập hoạt động với tần số ra do mạch điều khiển quyết định và có
thể thay đổi tùy ý, tức là độc lập với lưới điện
Nghịch lưu độc lập được chia thành ba loại:
NLĐL điện áp, cho phép biến đổi từ điện áp một chiều E thành nguồn điện áp
xoay chiều có tính chất như điện áp lưới: trạng thái không tải là cho phép trạng thái
ngắn mạch tải là sự cố (hình 1.1b)
NLĐL dòng điện, cho phép biến nguồn dòng một chiều thành nguồn dòng điện

xoay chiều ( hình 1.1c)
NLĐL cộng hưởng, có đặc điểm khi hoạt động luôn hình thành một mạch vòng
dao động cộng hưởng RLC.

Hình 1.1 Các bộ nghịch lưu độc lập

6
Sinh viên: Nguyễn Đức Trung D10CNTĐ_CLC
Nguyễn Hoàng Minh D10CNTĐ_CLC


1.2. Van IGBT
1.2.1. Đặc điểm cấu tạo, kí hiệu

Hình 2. Cấu tạo kí hiệu IGBT
IGBT là phần tử kết hợp khả năng đóng cắt nhanh của MOSFET và khả
năng chịu tải lớn của Transisto thường. IGBT được điều khiển bằng điện áp, có công
suất điều khiển yêu cầu cực nhỏ.
Về cấu trúc bán dẫn, IGBT rất giống với MOSFET, điểm khác nhau là có
thêm lớp p nối với collector tạo nên cấu trúc bán dẫn p-n-p giữa emitter với collector,
không phải n-n như ở MOSFET. Có thể coi IGBT như một Transistor p-n-p với dòng
điều khiển bởi MOSFET.
1.2.2. Điều kiện mở van, khóa van, các thông số cơ bản của van

Hình 3. Sơ đồ thử nghiệm một khóa IGBT

7
Sinh viên: Nguyễn Đức Trung D10CNTĐ_CLC
Nguyễn Hoàng Minh D10CNTĐ_CLC

Trên hình thể hiện cấu trúc tương đương của IGBT với một MOSFET và một p-np Transistor. Kí hiệu dòng qua MOSFET, i 2 là dòng qua transistor. Phần MOSFET
trong IGBT có thể khóa lại nhanh chóng nếu xả hết được điện tích giữa G và E, do đó
dòng y sẽ bằng 0. Tuy nhiên thành phần dòng i 2 sẽ không thể suy giảm nhanh được do
lượng điện tích lũy trong lớp n ( tương đương với bazo của cấu trúc p-n-p) chỉ có thể
xuất hiện vùng dòng điện bị kéo dài khi khóa một IGBT. Trên sơ đồ IGBT đóng cắt
một tải cảm có diode không D 0 mắc song song. IGBT được điều khiển bởi nguồn tín
hiệu biên độ UG nối với cực điều khiển G qua điện trở R G. Trên sơ đồ Cgs, Cgc thể hiện
các tụ kí sinh giữa cực điều khiển và collector, emitter.
Quá trình mở IGBT

Hình 4. Quá trình mở IGBT
Quá trình mở IGBT diễn ra rất giống với quá trình này ở MOSFET khi điện áp
điều khiển đầu vào tăng từ không đến giá trị U G. Trong thời gian trễ khi mở Id(on) tín
8
Sinh viên: Nguyễn Đức Trung D10CNTĐ_CLC
Nguyễn Hoàng Minh D10CNTĐ_CLC


hiệu điều khiển nạp điện cho tụ Cgc làm điện áp giữa cực điều khiển và emitter tăng
theo qui luật hàm mũ, từ không đến giá trị ngưỡng U GE(th) (khoảng 3 đến 5V), chỉ bắt
đầu từ đó MOSFET trong cấu trúc của IGBT mới bắt đầu mở ra. Dòng điện giữa
collector- emitter tăng theo qui luật tuyến tính từ 0 đến dòng tải I 0 trong thời gia tr.
Trong thời gian tr điện áp giữa cực điều khiển và emitter tăng đến giá trị UGE.I0 xác định
giá trị dòng I0 qua collector. Do Diode D0 còn đang dẫn dòng tải Io nên điện áp UCE vẫn
bị găm lên mức điện áp nguồn một chiều U DC. Tiếp theo quá trình mở diễn ra theo 2
giai đoạn ttv1 và ttv2. Trong suốt 2 giai đoạn này điện áp giữa cực điều khiển giữ nguyên
ở mức UGE.I0, để duy trì dòng I0, do dòng điều khiển hoàn toàn là dòng phóng tụ Cgc.IGBT
vẫn là việc trong chế độ tuyến tính. Trong giai đoạn đầu diễn ra quá trình khóa và phục
hồi của Diode D0, dòng phục hồi của Diode D0 tạo nên xung dòng trên mức dòng I0

của IGBT. Điện áp UCE bắt đầu giảm. IGBT chuyển điểm làm việc qua vùng chế độ
tuyến tính để sang vùng bão hòa. Giai đoạn 2 tiếp diễn quá trình giảm điện trở trong
vùng thuần trở của collector- emitter về giá trị R on khi khóa bão hòa hoàn toàn,
UCE.on=I0Ron.
Sau thời gian mở t on, khi tụ Cgc đã phóng điện xong, điện áp giữa cực điều
khiển và emito tiếp tục tăng theo qui luật hàm mũ, với hằng số C gcRG đến giá trị cuối
cùng UG

Quá trình khóa

9
Sinh viên: Nguyễn Đức Trung D10CNTĐ_CLC
Nguyễn Hoàng Minh D10CNTĐ_CLC


Hình 5. Dạng điện áp, dòng điện của quá trình khóa IGBT
Hình trên thể hiện dạng điện áp, dòng điện của quá trình khóa IGBT. Quá trình
khóa bắt đầu khi điện áp điều khiển giảm từ U G xuống –UG. Trong thời gian trễ khi
khóa td(off) chỉ có tụ đầu vào Cge phóng điện qua dòng điều khiển đầu vào với hằng số
thời gian CgcRG tới mức điện áp Miller. Bắt đầu từ mức Miller điện áp giữ cực điều
khiển và emitter bị giữ không đổi do điện áp Uce bắt đầu tăng lên do đó tụ Cge bắt đầu
được nạp điện. Dòng điều khiển bây giờ sẽ hoàn toàn là dòng nạp cho tụ C ge nên điện
áp UGE được giữ không đổi.
Điện áp UCE tăng từ giá trị bão hòa UCE.on tới giá trị điện áp nguồn UDC sau
khoảng thời gian trv. Từ cuối khoảng Irv Diode bắt đầu mở ra cho dòng tải I0 ngắn mạch
qua, do đó dòng collector bắt đầu giảm. Quá trình giảm diễn ra theo hai giai đoạn t ti1 và
tti2. Trong giai đoạn đầu, thành phần dòng i1 của MOSFET trong cấu trúc bán dẫn
IGBT suy giảm nhanh chóng về không. Điện áp U gc ra khỏi mức Miller và giảm về
mức điện áp điều khiển đầu vào –U G với hằng số thời gian RG(Cge+Cgc). Ở cuối khoảng
tti1, Ugc đạt mức ngưỡng khóa của MOSFET, UGE(th) tương ứng với việc MOSFET bị

khóa hoàn toàn. Trong giai đoạn 2,thành phần dòng i 2 của transistor p-n-p bắt đầu suy
giảm. Quá trình giảm dòng này có thể kéo rất dài vì các điện tích trong lớp n chỉ bị mất
đi do quá trình tự trung hòa điện tích tại chỗ. Đó là vẫn đề đuôi dòng điện đã nói đến ở
trên.
10
Sinh viên: Nguyễn Đức Trung D10CNTĐ_CLC
Nguyễn Hoàng Minh D10CNTĐ_CLC


Lớp n trong cấu trúc bán dẫn của IGBT giúp làm giảm điện áp rơi khi dẫn, vì
khi đó số lượng các điện tích thiểu số tích tụ trong lớp này làm giảm điện trở đáng kể.
Tuy nhiên các điện tích tích tụ này lại không có cách nào di chuyển ra ngoài một cách
chủ động được, làm tăng thời gian khóa của phần tử. Ở đây, công nghệ chế tạo bắt
buộc phải thỏa hiệp. So với MOSFET, IGBT có thời gian mở tương đương nhưng thời
gian khóa dài hơn cỡ 1 đến 5 µs.

1.3. Sơ đồ nghịch lưu độc lập 3 pha
1.3.1. Cấu tạo

Hình 6. Sơ đồ nguyên lí nghịch lưu 3 pha

11
Sinh viên: Nguyễn Đức Trung D10CNTĐ_CLC
Nguyễn Hoàng Minh D10CNTĐ_CLC


1.3.2. Nguyên lí hoạt động
Sơ đồ nghịch lưu được ghép từ ba sơ đồ một pha có điểm trung tính

Hình 7. Luật điều khiển và điện áp trên tải

Để đơn giản hóa việc nghiên cứu ta giả thiết:
Các van dẫn là lí tưởng, khi đóng mở nguồn có nội trở nhỏ vô cùng dẫn điện theo
2 chiều.
T1…T6 làm việc với đọ dẫn điện λ = 180º
Các tổng trở Z a =

Zb

=

Zc

Các diode D1-D6 làm chức năng trả năng lượng về nguồn
Tụ C tạo nguồn áp, tiếp nhận năng lượng kháng từ tải.
Để đảm bảo tạo ra điện áp 3 pha đối xứng, luật dẫn điện của các van phải tuân thủ
theo các đồ thị như các hình.
Như vậy :
12
Sinh viên: Nguyễn Đức Trung D10CNTĐ_CLC
Nguyễn Hoàng Minh D10CNTĐ_CLC


T1 và T4 phải dẫn lệch nhau 180º để tạo ra pha A,
T3 và T6 phải dẫn lệch nhau 180º để tạo ra pha B,
T5 và T2 phải dẫn lệch nhau 180º để tạo ra pha C,
Các pha lệch nhau 120º
Trong khoảng 0 - t1 : T1, T6, T5 dẫn sơ đồ thay thế như hình vẽ, điện áp pha A
nhận được: U ZA = E/3

Trong khoảng t1 -

t2

: T1, T2, T6 dẫn sơ đồ thay thế như hình vẽ, điện áp pha A

nhận được: U ZA = 2E/3

Trong khoảng

t2

-

t3

: T1, T2, T3 dẫn sơ đồ thay thế như hình vẽ, điện áp pha A nhận

được: U ZA = E/3

13
Sinh viên: Nguyễn Đức Trung D10CNTĐ_CLC
Nguyễn Hoàng Minh D10CNTĐ_CLC


Giá trị hiệu dụng điện áp pha:
UP

=

1

2

2

U (t )dt
�
2
P

0

Điện áp tức thời:

U A (t ) 

2
E.Sint
3

Tụ C:
C

E.T1
(3Rt U C )(1.2 ln 2)

1.4. Giới thiệu về phương pháp điều khiển IGBT
Điều khiển PWM
Phương pháp điều xung PWM (Pulse Width Modulation) là phương pháp điều
chỉnh điện áp ra tải, hay nói cách khác, là phương pháp điều chế dựa trên sự thay đổi
độ rộng của chuỗi xung vuông, dẫn đến sự thay đổi điện áp ra.

Các PWM khi biến đổi thì có cùng 1 tần số và khác nhau về độ rộng của sườn
dương hay sườn âm.
Phương pháp điều chế sinPWM một pha
Nguyên tắc của sinPWM là trong một khoảng dẫn của van, transistor không dẫn
liên tục mà đóng cắt rất nhiều lần với độ rộng xung dẫn bám theo giá trị tức thời của
hình sin có tần số bằng sóng hài cơ bản.
Người ta dùng xung tam giác tần số cao (sóng mang) để so sánh với điện áp hình
sin (sóng điều chế), điểm cắt nhau giữa hai điện áp này là điểm chuyển đổi trạng thái
của hai cặp van cho nhau. Điện áp ra không chỉ còn hai xung chữ nhật với biên độ +E
hay -E mà là một dãy xung có độ rộng biến thiên theo quy luật của sóng điều chế hình
sin.

14
Sinh viên: Nguyễn Đức Trung D10CNTĐ_CLC
Nguyễn Hoàng Minh D10CNTĐ_CLC


Hình 8 Điều chế PWM hai cực tính
Nếu điện áp đầu ra sau mỗi lần đóng ngắt van luôn tồn tại cả hai dấu ±E thì được
gọi là điều chế hai cực tính.

Hình 9 Điều chế PWM một cực tính
Nếu điện áp đầu ra ở suốt nửa chu kỳ chỉ có một dấu (+E hoặc -E) thì được gọi là
điều chế một cực tính.
Hiệu quả giảm sóng hài bậc cao của PWM phụ thuộc vào hai hệ số:
Hệ số biên độ:
m =U U (m ≤ 1) là tỉ số giữa biên độ điện áp sóng điều chế U và biên độ điện
a

mdc

mc

a

mdc

áp sóng mang U .
mc

(nếu m > 1 gọi là quá điều chế làm giảm chất lượng điện áp ra)
a

Hệ số tần:
m = f fdc là tỉ số giữa tần số sóng mang f và tần số điện áp điều chế f .
f

c

c

dc

(tần số sóng mang f bằng tần số chuyển mạch f )
c

sw

15
Sinh viên: Nguyễn Đức Trung D10CNTĐ_CLC

Nguyễn Hoàng Minh D10CNTĐ_CLC


CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH LỰC
2.1. Thiết kế mạch lực

Hình 10. Sơ đồ mạch lực
2.2. Tính toán chọn thiết bị
Điện áp các van phải chịu khi hoạt động bằng nguồn E
Van IGBT chịu điện áp E=220V
Dòng tiêu thụ từ nguồn E có trị số:
2 E
3..L 1  a 2
I E  . .(1 
.
)
3 R
2 .R 1  a  a 2

ae

Với

Suy ra:

� . R �
�
�
�3. . L �

e

� 10 �
�
�
�3.314.0,04 �



0.434
2 220 � 3.314.0, 04 1  a 2 �
IE  .
.�
1
.
� 5.2 A
3 10 �
2 .10 1  a  a 2 �

Chọn van IGBT mã FB6R06VL4

16
Sinh viên: Nguyễn Đức Trung D10CNTĐ_CLC
Nguyễn Hoàng Minh D10CNTĐ_CLC


Hình 11. Van IGBT thực tế
Ucemax= 600V
Ic= 6A
Ucc= 1.95V

CHƯƠNG 3.

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

3.1. Cấu trúc tổng quát mạch điều khiển
Để thực hiện phương pháp PWM hợp lý nhất là sử dụng kĩ thuật số, nhất là khi tần
số ra phải thay đổi trong phạm vi rộng, lúc đó mạch điều khiển được đồng bộ hóa nhờ
xung nhịp chung cho toàn hệ thống và các chức năng điều khiển thực hiện đơn giản
hơn bằng chương trình phần mềm. Tuy nhiên đây là vấn đề lớn và không thể trình bày
chi tiết trong khuôn khổ có hạn của bài viết. Vì vậy dưới đây chỉ đề cập nguyên lý
PWM sử dụng kỹ thuật tương tự và hạn chế ở nghịch lưu với tần số ra không đổi để
làm rõ nguyên tắc điều khiển chung. Sơ đồ cấu trúc điều khiển mạch SPWM hai cực
tính có dạng như hình

Hình 12. Cấu trúc điều khiển nghịch lưu độc lập kiểu SPWM
Dao động hình sin với tần số bằng tần số ra sẽ tạo xung đồng bộ cho khâu tạo
xung tam giác hai cực tính, điều này là cần thiết để trán hiện tượng trôi pha của điện áp
ra, Để thay đổi hệ số điều chế biên độ “ ma ” thường tác động vào biên độ xung tam
giác do dễ điều chỉnh hơn, biên dộ dao động hình sin khó điều chỉnh trực tiếp vì dễ
gây ảnh hưởng đến điều kiện dao động. Tuy nhiên có cách đơn giản để điều chỉnh “ ma
” bằng cách sử dụng khâu so sánh có tổng trở vào lớn, lúc đó có thể dùng biến trở trích
áp để thay đổi mức điện áp đưa vào so sánh có tổng trở vào lớn, lúc đó có thể dùng
biến trở trích áp để thay đổi mức điện áp đưa vào so sánh.
17
Sinh viên: Nguyễn Đức Trung D10CNTĐ_CLC
Nguyễn Hoàng Minh D10CNTĐ_CLC


Các khâu so sánh trễ và khuyếch đại xung không có gì thay đổi so với mạch điều
khiển kinh điển.

Hình 12 là thí dụ về mạch điều khiển nghịch lưu độc lập điện áp theo phương
pháp SPWM trong đó:
+) Mạch dao động hình sin dùng sơ đồ cầu Viên có tần số ra  = 1/RC, tuy nhiên
mạch đơn giản như vậy thường hoạt động không ổn định, trong thực tế mạch phức tạp
hơn vì phải giải quyết các vấn đề tự động ổn định tần số và biên độ điện áp ra.
+) Khâu tạo xung tam giác là mạch chuẩn (xem mục 3.4.2.2) có gài công tắc điện
từ “sw”
được điều khiển bởi xung đồng bộ xuất hiện vào đầu mỗi chu kỳ của điện áp hình
sin.
+) Khâu so sánh giữa hai điện áp hình sin và tam giác sẽ cho ở đầu ra điện áp
PWM để điều khiển các va lực.
+) Hệ số điều chế biên độ điều chỉnh nhờ biến trở PI.
+) Các khâu tạo trễ và các Driver đã được đề cập ở phần băm xung một chiều.

18
Sinh viên: Nguyễn Đức Trung D10CNTĐ_CLC
Nguyễn Hoàng Minh D10CNTĐ_CLC


Nghịch lưu áp ba pha thường được dùng chủ yếu với điều biến bề rộng xung,
bảo đảm điện áp ra có dạng hình sin. Để đảm bảo điện áp ra có dạng không phụ thuộc
vào tải người ta thường dùng điều biến độ rộng xung hai cực tính, như vậy mỗi pha
của sơ đồ ba pha có thể được điều khiển độc lập với nhau.
Vấn đề chính trong điều biến bề rộng xung ba pha là phải có ba pha sóng sin
chuẩn có biên độ chính xác bằng nhau và lệch pha nhau chính xác 120 độ trong toàn
bộ giải điều chỉnh. Cần phải đảm bảo dạng xung điều khiển ra đối xứng và khoảng dẫn
của mỗi khóa bán dẫn phải được xác định chính xác.
Giản đồ kích đóng khóa bán dẫn của bộ nghịch lưu dựa trên cơ sở so sánh hai tín
hiệu cơ bản:
Sóng mang URC( carrier signal) có tần số cao

Sóng điều khiển UĐK( reference signal) hoặc sóng điều chế dạng sin
Sóng mang có thể ở dạng tam giác. Tuy nhiên tần số đóng ngắt cao làm tổn hao
phát sinh do quá trình đóng cắt tăng
Sóng điều khiển Uđk mang thông tin về độ lớn, trị số hiệu dụng của tần số sóng hài
cơ bản của điện áp ngõ ra.
3.2. Khâu tạo điện áp răng cưa

19
Sinh viên: Nguyễn Đức Trung D10CNTĐ_CLC
Nguyễn Hoàng Minh D10CNTĐ_CLC


CHƯƠNG 4. MÔ PHỎNG MẠCH LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
4.1. Giới thiệu về phần mềm mô phỏng PSIM
4.1.1. Những nét cơ bản về phần mềm Psim
PSIM là viết tắt của: POWER Electronics Simulation
Phần mềm mô phỏng điện tử công suất PESIM của hãng Lab- Volt là một công cụ
mạnh cho việc nghiên cứu và học tập điện tử công suất
Trong phần mềm Pesim gồm có ba phần
+ Chương trình thiết kế mạch: Schematic
+ Chương trình mô phỏng: Simulator
+ Chương trình phân tích: ViewSim
Quá trình mô phỏng trên Pesim được tiến hành theo ba bước như trên giản đồ sau:

Một mạch điện thông thường gồm có các phần sau tương đương với hai khối:
+ Khối mạch động lực
+ Khối mạch điều khiển
Mạch động lực là các van bán dẫn công suất, các phần tử RLC công suất, các máy
biến áp điện lực, cuộn kháng san bằng. Mạch điều khiển bao gồm các phần tử được thể
hiện theo sơ đồ khối, bao gồm các phấn từ tuyến tính, phi tuyến tính, các mạch logic…

Các cảm biến sẽ đo thông số mạch lực để cung cấp cho mạch điều khiển. mạch điều
khiển thông qua khối điều khiển chuyển mạch sẽ cấp tín hiệu điều khiển chuyển mạch
của các van bán dẫn mạch động lực
4.2. Các linh kiện sử dụng cho việc mô phỏng mạch nghịch lưu ba pha sử dụng
điều chế bề rộng xung PWM:

20
Sinh viên: Nguyễn Đức Trung D10CNTĐ_CLC
Nguyễn Hoàng Minh D10CNTĐ_CLC


1. Nguồn ba pha hình sin.

2. Khối so sánh

4. Van IGBT

5.Điện trở

6.Cuộn cảm

7.Nguồn phát xung rang cưa

21
Sinh viên: Nguyễn Đức Trung D10CNTĐ_CLC
Nguyễn Hoàng Minh D10CNTĐ_CLC


4.3. Mô phỏng

22
Sinh viên: Nguyễn Đức Trung D10CNTĐ_CLC
Nguyễn Hoàng Minh D10CNTĐ_CLC


4.4. Kết quả
4.4.1. Sóng sin và sóng răng cưa

4.4.2. Dòng tải các pha A, B, C

23
Sinh viên: Nguyễn Đức Trung D10CNTĐ_CLC
Nguyễn Hoàng Minh D10CNTĐ_CLC


4.4.3. Điện áp điều khiển

4.4.4. Điện áp tải các pha

24
Sinh viên: Nguyễn Đức Trung D10CNTĐ_CLC
Nguyễn Hoàng Minh D10CNTĐ_CLC


4.5. Kết luận và phương hướng phát triển.
4.5.1. Kết luận
Sau thời gian thực hiện với nhiều cố gắng và nỗ lực của cả nhóm, cùng với sự
tận tình hướng dẫn của cô T.s Phạm Thị Thùy Linh, đồ án đã hoàn thành đúng thời
gian quy định. Để thực hiện được yêu cầu trên, chúng em đã tìm hiều về mạch nghịch
lưu, chỉnh lưu và nhiều vấn đề khác có liên quan đến đề tài.

Qua quá trình thực hiện đồ án, chúng em đã phần nào hình dung được các quá
trình để đưa ra được một sản phẩm có ứng dụng thực tiễn. Đó là kinh nghiệm tự mình
rút ra, trải nghiệm và thực hành cũng như học hỏi được nhiều điều dưới sự hướng dẫn
tận tình của cô giáo hướng dẫn. Và hơn nữa là tạo cơ sở, nền tảng để chúng em thực
hiện đồ án tốt nghiệp sau này.
4.5.2. Phương hướng phát triển
Mạch có ứng dụng rất cao trong cuộc sống ngày nay khi mà chúng ta đã quá
phụ thuộc vào nguồn điện. trong tình trạng thiếu trầm trọng điện năng như hiện nay thì
mạch ngược lưu là một giải pháp tạp thời khác phục tình trạng mất điện thường xuyên.
Việc nghiên cứu về mạch nghịch lưu giúp chúng em có hình dung đầy đủ về
nguyên lý hoạt động của các bộ biến đổi điện tử công suất, xu hướng phát triển điện tử
công suất hiện nay. Đối với bản thân, đây cũng là cơ hội cho cho em để hệ thống lại
kiến thức, là cơ hội nghiên cứu, thực nghiệm và rèn luyện các kỹ năng làm việc trước
khi bước vào môi trường làm việc thực sự.

25
Sinh viên: Nguyễn Đức Trung D10CNTĐ_CLC
Nguyễn Hoàng Minh D10CNTĐ_CLC