Bài giảng Điện tử công suất - Chương 5: Nghịch lưu một pha

CHƯƠNG 5: NGHỊCH LƯU MỘT PHA

GIỚI THIỆU

GIỚI THIỆU
CÁC BỘ NGHỊCH LƯU MỘT PHA

o
o

Bộ nghịch lưu có nhiệm vụ chuyển đổi
năng lượng từ nguồn điện một chiều

1. Bộ ñổi ñiện cơ bản

không đổi sang dạng năng lượng điện

2. Bộ nghịch lưu bán cầu

xoay chiều để cung cấp cho tải xoay chiều.

3. Bộ nghịch lưu cầu ñầy ñủ

Đại lượng được điều khiển ở ngõ ra là

4. Bộ ñổi ñiện song song

điện áp hoặc dòng điện.

5. Các kỹ thuật ñiều khiển bộ ñổi ñiện
12:01 PM

1

12:01 PM

GIỚI THIỆU

2

GIỚI THIỆU
1. Nguồn thế VSI (voltage source Inverter)

Nghịch lưu là bộ chuyển đổi điện thế
DC thành AC tuần hoàn với tần số mong
muốn khác tần số điện khu vực nhưng có
2. Nguồn dòng CSI (Current source Inverter)

dạng không sin. Muốn có dạng hình sin ta
có thể dùng các kỹ thuật khác nhau để
thực hiện biến đổi thành dạng sin.
12:01 PM

3

12:01 PM

4

1

1. BỘ ðỔI ðIỆN CƠ BẢN

1. BỘ ðỔI ðIỆN CƠ BẢN
• Khi chỉ cho mạch hoạt động ở 1 và 3,
ta có dạng sóng ra có dạng sóng vuông:

• Nguyên lý cơ bản:
Tt S1 S2
1 + 2 - 3 - +
4 + +

S1
+

R

+

S2

+

E
-

-

-

Vo
+
E

V0
+E
0
-E
0

1

3

3

1

t
T
-E

• Với chu kỳ T và tần số 1/T.
5

12:01 PM

2. BỘ NGHỊCH LƯU BÁN CẦU

1. BỘ ðỔI ðIỆN CƠ BẢN

o Tải thuần trở:

• Khi cho hoạt động cả 1, 2, 3, 4 theo
trình tự như hình, ta có dạng sóng ra có
dạng nấc. :

• Sơ đồ nguyên lý:

1

2

3

3

4

1

1

2

3

• Ta
chọn
hoạt

động cả 1, 2, 3, 4

3

G1

S1

D1

D2
E

G2

S2

Vo
+E

t
T

1

-E

1

2

3

3

2

1

1

2

3

3
t

T

• Với chu kỳ T và tần số 1/T.
12:01 PM

E

TAI

Vo
+E
1

6

12:01 PM

-E
7

12:01 PM

8

2


2. BỘ NGHỊCH LƯU BÁN CẦU

2. BỘ NGHỊCH LƯU BÁN CẦU
• Trường hợp R:
Điện thế trung bình trên một công tắc:

• Trường hợp R:
Điện thế hiệu dụng ngõ ra:

V AV _ SW =

2 tON 2
t
E dt = E 2 ON = 2 D E
∫

T
T 0

VRMS =

Dòng trung bình trong công tắc:
I AV _ SW =

Dòng tải trung bình:
I AV =

V AV
R

D=

12:01 PM

9

• Trường hợp tải cảm:

Vo

R

D1
D2

E

G2

Phương trình dòng qua cuộn dây:

D1

L

T/2
D2 S2
S1

t

L

i1

S2

Vo
SCR1

SCR1

-E

12:01 PM

SCR2

i(t ) =

i2
t

TON

di
+ Ri = E
dt

Giải ta có nghiệm toàn thể:

t
+E

10

2. BỘ NGHỊCH LƯU BÁN CẦU

• Trường hợp tải cảm:
S1

2
VRMS
E2
= 2D
R

R

12:01 PM

2. BỘ NGHỊCH LƯU BÁN CẦU

G1

I AV
2

Công suất hấp thụ trung bình:

tON
T

POAV =

E

t
2 tON
Edt = 2 E ON = 2 ED
T ∫0
T

t

SCR2

i (t ) =

11

12:01 PM

−t
−t
E
1 − e τ  − I 01e τ ;

R

0≤t ≤

− (t −T ) 
− (t −T )
2
2
− E 
τ 
τ
1+ e
+ I 01e
;


R 


T
2

T
≤t ≤T
2
12

3


2. BỘ NGHỊCH LƯU BÁN CẦU

3. BỘ NGHỊCH LƯU CẦU ðẦY ðỦ

• Trường hợp tải cảm:

• Trường hợp R:

Trị số dòng hiệu dụng:
I RMS =

1
T

∫

T

0

i 2 (t )dt =

S3
G1

S1

D1

E

2

−t
−t 
2 T2E 
1 − e τ  − I 01e τ  dt
∫

0


T
R


D3
TAI

D2
G2

Nếu công tắc là lý tưởng, công suất

Vo
+
E

nguồn cấp điện DC phải bằng công suất
hấp thụ bởi tải: PDC = VDC I1

D4

S2

TT

S1

S2

S3

S4

V0

1

On

Off

Off

On

+E

2

Off

On

On

Off

-E

3

On

Off

Off

On

+E

4

Off

On

On

Off

-E

G3

S4
G4

S1 S4 S2 S3

S1 S4 S2 S3

Dạng sóng vuông
t

T
12:01 PM

13

3. BỘ NGHỊCH LƯU CẦU ðẦY ðỦ
• Trường hợp R:
Dạng sóng nấc
Vo

TT
1
2
3
4
5
6
7
8

S1
On
On
On
Off
Off
Off
On
On

S1

S4

S2
Off
Off
Off
On
On
On
Off
Off

S3
Off
Off
On
On
On
Off
Off
Off

S4
On
On
Off
Off
Off
On
On

On

-E

3. BỘ NGHỊCH LƯU CẦU ðẦY ðỦ
• Trường hợp R:

V0
+E
+E
0
-E
-E
0
+E
+E

Điện áp trung bình trên một công tắc:
V AV _ SW

+E
S4

S1 S3

T

T/2

S1 S3

S2 S4

12:01 PM

T

 −δ 
2  T2 −δ 
2

 = E 1 − 2δ 
Edt = E
= ∫


T
T 
T 0

2

Điện áp hiệu dụng ngõ ra:
S1

-E

14

12:01 PM

δ

S2

S3

t

T
S2

2 2 −δ 2
2δ
E dt = E 1 −
∫
0
T
T
T

V0 RMS =

S3
15

12:01 PM

16

4


3. BỘ NGHỊCH LƯU CẦU ðẦY ðỦ

3. BỘ NGHỊCH LƯU CẦU ðẦY ðỦ

• Trường hợp cảm:
Trường
hợp
cảm:
ψ: là góc dự kiến đóng các SCR.
ψS: là góc dẫn cho các SCR.
ψD: là góc dẫn cho các diode ngược.
17

12:01 PM

4. BỘ NGHỊCH LƯU CẦU ðẦY ðỦ

4. BỘ NGHỊCH LƯU CẦU ðẦY ðỦ
• Bộ ñổi ñiện song song dạng 2:

• Bộ ñổi ñiện song song dạng 1:
• Khi có điện thế
E tác động cùng
1 lúc vào 2 anod
SCR, thì SCR nào
có xung kích
dương hiện diện

sẽ dẫn trước.
C=
12:01 PM

It off
2E

=

• Để tránh sự
tăng quá và
đảm bảo điện
thế ra có dạng
hình vuông ta
sử dụng 2
diod D4 và hồi
tiếp
bằng
cuộn cảm L.

ZL
T1
L0
C
+
E

SCR1
SCR2

-

t off
R

≥

T2

t off
0,693R

xung dk

18

12:01 PM

19

12:01 PM

ZL
T1

C1
C2

T2

SCR1
D4

SCR2
D4

T2

+ E
xung
dk1
-

xung
dk2
L0
C3

20

5


4. BỘ NGHỊCH LƯU CẦU ðẦY ðỦ

4. BỘ NGHỊCH LƯU CẦU ðẦY ðỦ
• Bộ ñổi ñiện song song dạng 2:
• Cuộn cảm L
ZL
tạo nên điện

T1
thế dương ở
C1
catod các SCR
SCR1
SCR2
nhằm
bảo C2
T2
D4
D4
+ E
đảm SCR được
xung
dk1
L0
ngưng nhanh
C3
khi
chuyển
trạng thái.

• Bộ ñổi ñiện song song dạng 3:
• Là
song
dụng
suất
điều
áp.

T2
xung
dk2

12:01 PM

bộ đổi điện
song
sử
Mosfet công
để có thể
khiển bằng

ZL
T1

+
E
Q1
-

Q2

G1
G2

21

5. KỸ THUẬT ðIỀU KHIỂN ðIỆN THẾ BỘ BIẾN ðỔI

12:01 PM

22

5. KỸ THUẬT ðIỀU KHIỂN ðIỆN THẾ BỘ BIẾN ðỔI

Có nhiều cách để thực hiện sự điều

Phương pháp điều biến độ rộng xung

chỉnh điện thế AC ngõ ra:

(PWM) là phương pháp thông dụng để điều

o Điều khiển điện thế DC cấp vào bộ đổi điện.

khiển điện thế trong bộ đổi điện:

o Điều khiển điện thế AC ngõ ra bộ đổi điện.

o Điều biến độ rộng đơn xung.

o Điều khiển điện thế trong bộ đổi điện.

o Điều biến độ rộng đa xung.
o Điều biến độ rộng xung dùng sóng sin.

12:01 PM

23

12:01 PM

24

6


5. KỸ THUẬT ðIỀU KHIỂN ðIỆN THẾ BỘ BIẾN ðỔI
• PWM ñơn xung:

• PWM ñơn xung:
• Điện thế ra có thể được điều chỉnh tuyến tính từ
trị cực đại đến 0 hoặc bằng cách làm sớm pha hoặc
bằng chậm pha sự khởi dẫn của các cặp công tắc

• Trong cách này, dạng sóng điện thế ra gồm 1
xung đơn trong mỗi bán kỳ. Với tần số cho sẵn (f =
1/T), độ rộng xung tw có thể thay đổi để điều khiển
điện thế ra.
+E

VA

+E

S1
+E

S2

S1

S2

S4

S3

S1

S4

S2

S3 S1

S3

S4 S2

S3

-E

S1

S4

Vo = VA -VB

+E
T/2
t

T

T/2

S2

S2

t

VB
S4

t

Vo = VA -VB
+E

-E

S1

+E
S3

VA

t

VB
S4

S3

t

t

T

S1,4 S1,3 S2,3 S2,4 S1,4 S1,3 S2,3
25

12:01 PM

5. KỸ THUẬT ðIỀU KHIỂN ðIỆN THẾ BỘ BIẾN ðỔI
• PWM ña xung:

Vo

+E

+E

m=2

0
-E

1
fp

Vo

π

2π

12:01 PM

26

5. KỸ THUẬT ðIỀU KHIỂN ðIỆN THẾ BỘ BIẾN ðỔI

• Với m = 2 → tw< π/2, với m = 3, rõ ràng là tw<
π/3

T
+E

m=5

π

-E

m=3

1
fp

VA

t

VB

2π

t

m=5
t

t
-E

12:01 PM

• PWM ña xung:

• Điện thế ra có thể được giao hoán on/off nhanh
nhiều lần trong suốt mỗi bán kỳ để tạo nên chuỗi
xung có biên độ không đổi. Tần số xung fp=2m do
đó 1 ô xung trong một chu kỳ 2m=fp/f
+E

5. KỸ THUẬT ðIỀU KHIỂN ðIỆN THẾ BỘ BIẾN ðỔI

-E
27

12:01 PM

28

7


5. KỸ THUẬT ðIỀU KHIỂN ðIỆN THẾ BỘ BIẾN ðỔI

5. KỸ THUẬT ðIỀU KHIỂN ðIỆN THẾ BỘ BIẾN ðỔI

• ðiều biến xung sin (SPWM):
• Trong SPWM điện thế ra được điều
khiển bằng cách làm thay đổi chu kỳ
on/off sao cho chu kỳ (độ rộng xung) dài
nhất tại đỉnh của dạng sóng hình

• Điểm giao hoán được xác định là giao điểm của
sóng sin và sóng tam giác. Độ rộng xung tw được
xác định bởi thời gian trong đó vst(t)bán kỳ dương của vca(t) và vst(t)>vca(t) trong bán
kỳ âm của vR-(t).

• ðiều biến xung sin (SPWM):

Vo
+E

-E

N=

π

t

2π
M=

T

29

12:01 PM

fc
fm

VR Vm
=
;
Vc Vc

12:01 PM

0 ≤ M ≤1

30

NGHỊCH LƯU BA
PHA
12:01 PM

31

8