Giáo trình Điện tử công suất (Phần 2)

53 Sau khi học xong chương ta cần chú ý cách sử dụng Thyristor (SCR và Triac) để điều khiển tải AC dung điện lưới Đóng cắt mạch điện thay thế các thiết bị cơ khí quen thuộc như Rowle, Công tắc tơLinh kiện bán dẫn mở ra những khả năng mới trong quá trình điều khiển Điều khiển pha áp xoay chiều bằng cách thay đổi làm chậm pha của xung kích các SCR áp ra của bộ biến đổi được điều khiển. Các đặc điểm cần lưu ý là áp ra sẽ thay đổi theo đặc tính của tải do SCR chỉ tắt khi dòng giảm về không, áp ra không hình sin dẫn đến việc tính toán thông số ra khà phức tạp. Điều khiển pha áp xoay chiều có một số ứng dụng đáng chú ý, việc khảo sát này có tính chất làm quen, dẫn nhập vào chỉnh lưu điều khiển pha, chương là trọng tâm của giáo trình Điện tử công suất. Bài 4: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU 4.1. Khái niệm Điều áp một chiều được định nghĩa là bộ điều khiển dòng điện và điện áp một chiều khi nguồn cấp là điện môt chiều Các phương pháp điều áp một chiều có một số cách điều khiển một chiều như sau: • điều khiển bằng cách mắc nối tiếp với tải một điện trở • điều khiển liên tục bằng cách mắc nối tiếp với tải một tranzitor • điều khiển bằng băm áp (xung áp) 4.1.1. Điều khiển bằng cách mắc nối tiếp với tải một điện trở sơ đồ: 54 H4.1. Điều khiển bằng cách mắc nối tiếp với tải một điện trở dòng điện và điện áp điều chỉnh được tính: Nhược điểm của phương pháp: Hiệu suất thấp (pf = ic. ut) Không điều chỉnh liên tục khi dòng tải lớn 4.1.2.Điều khiển liên tục bằng cách mắc nối tiếp với tải một tranzitor • sơ đồ và nguyên lí điều khiển • ic = .ib • ut = u1 - ic.rd • Nhîc ®iÓm cña ph¬ng ph¸p: tæn hao trªn tranzitor lín, ph¸t nhÞªt nhiÒu tran. dÔ háng. • • H4.2. Điều khiển liên tục bằng cách mắc nối tiếp với tải một tranzitor 4.1.3. điều khiển bằng băm áp (băm xung) băm áp một chiều là bộ biến đổi điện áp một chiều thành xung điện áp. điều chỉnh độ rộng xung điện áp, điều chỉnh đợc trị số trung bình điện áp tải. các bộ băm áp một chiều có thể thực hiện theo sơ đồ mạch nối tiếp (phần tử đóng cắt mắc nối tiếp với tải) hoặc theo sơ đồ mạch song song (phần tử đóng cắt được mắc song song với tải). * nguồn cấp trong băm áp một chiều d df d df d R RR UU RR UI     1 1 ; 55 - định nghĩa về nguồn dòng và nguồn áp • nguồn áp: là nguồn mà dạng sóng và giá trị điện áp của nó không phụ thuộc dòng điện (kể cả giá trị cũng như tốc độ biến thiên) • đặc trưng cơ bản của nguồn áp là điện áp không đổi và điện trở trong nhỏ để sụt áp bên trong nguồn nhỏ • nguồn dòng: là nguồn mà dạng sóng và giá trị dòng điện của nó không phụ thuộc điện áp áp của nó (kể cả giá trị cũng nh tốc độ biến thiên) • đặc trưng cơ bản của nguồn dòng là dòng điện không đổi và điện trở lớn để sụt dòng bên trong nguồn nhỏ * tính thuận nghịch của nguồn • nguồn có tính thuận nghịch: • điện áp có thể không đảo chiều (acquy), hay đảo chiều (máy phát một chiều) • dòng điện thường có thể đổi chiều • công suất p = u.i có thể đổi chiều khi một trong hai đại lợng u, i đảo chiều. * cải thiện đặc tính cuả nguồn • nguồn áp thường có r0, l0 , khi có dòng điện có r0i, l(di/dt) làm cho điện áp trên cực nguồn thay đổi. để cải thiện đặc tính của nguồn áp người ta mắc song song với nguồn một tụ • tương tự, nguồn dòng có z0 = . khi có biến thiên du/dt làm cho dòng điện thay đổi. để cải thiện đặc tính nguồn dòng người ta mắc nối tiếp với nguồn một điện cảm. • chuyển đổi nguồn áp thành nguồn dòng và ngược lại: H4.3. Sơ đồ chuyển đổi nguồn áp thành nguồn dòng và ngược lại: * quy tắc nối các nguồn Đối với nguồn áp: • không nối song song các nguồn có điện áp khác nhau 56 • không ngắn mạch nguồn áp • cho phép hở mạch nguồn áp Đối với nguồn dòng: • không mắc nối tiếp các nguồn dòng có dòng điện khác nhau • không hở mạch nguồn dòng • cho phép ngắn mạch nguồn dòng 4.2. bộ giảm áp (buks) (nối tiếp) H4.4. Sơ đồ nguyên lý và tín hiệu bộ giảm áp Sơ đồ nguyên lí băm áp một chiều nối tiếp giới thiệu trên hình 2.1a. theo đó phần tử chuyển mạch tạo các xung điện áp mắc nối tiếp với tải. điện áp một chiều được điều khiển bắng cách điều khiển thời gian đóng khoá k trong chu kì đóng cắt. trong khoang 0  t1 (hình 2.1b) khoá k đóng điện áp tải bằng điện áp nguồn (ud = u1), trong khoảng t1  t2 khoá k mở điện áp tải bằng 0. trị số trung bình điện áp một chiều được tính Đặt:  Ud = . U1 ; f=1/Tck Trong khoảng 0t1 tranzitor dẫn có dòng điện it chạy qua cuộn dây; diod khoá và chịu một điện áp bằng điện áp nguồn. u1 zd ud k a. + _ u1 t1 u t2 tck ud t 0 1 1 0 1. 1 1 U T t dtU T U ck t CK d    ckT t1 57 H4.5. Sơ đồ nguyên lý và tín hiệu băm áp một chiều Trong khoảng t1t2 tranzitor khoá, cuộn dây xả năng lượng qua tải bằng dòng id. dòng điện này đồng thời nạp cho tụ c. Khi tran dẫn lại, tụ xả qua tải để duy trì dòng điện trên tải. coi điện dung của tụ lớn, dòng điện ic qua tải bây giời gần như không đổi  khi t dẫn, diod chịu một điện áp:  ud = un + uc = un + utải  khi t khoá, nó cịu một điện áp  ut = un + uc = un + utải  các giá trị dòng điện ut t un ur il ud t t d d it id ic t t t t t t1 t2 t3 t4 ur un il ir d l c t it id   00 0 0 2 0 2 0 1 1 0 ; 11 . 1 1; 1 RIEU EU cãtaRcoiNÕu RIEUU IIIIII dN d d Cd ddNLdN                        58 4.3. Bộ tăng áp * Bộ băm tăng áp ( boost) *Sơ đồ: * dòng điện và điện áp được tính tương ứng khi khoá k đóng khoá k hở: H4.6. Sơ đồ nguyên lý và tín hiệu băm áp tăng áp một chiều 0;1  d hc S UR Ui d dhc d dhc T RRR UU RR Ui     11 ; 21 2 2 1 2 tt tiRtiRP ThcShc    21 2 2 1 1 2 1 tt t RR Ut R U P dhchc     59 Khi điều chỉnh, chu kì xung điện áp không đổi. khi đó, cứ tăng t1 thì giảm t2 và ngược lại. khi cần giảm điện áp tải, cần tăng t1 và giảm t2, công suất tổn hao trong biểu thức trên tăng Do đó, băm áp song song không thích hợp khi tải nhận năng lượng từ lưới. + Băm áp có hoàn trả năng lượng về nguồn trường hợp này chỉ xét khi tải có sức điện động (ví dụ cấp điện một chiều về nguồn tải thuần trở) H4.6. Sơ đồ nguyên lý và tín hiệu băm áp tăng áp một chiều có trả năng lượng về nguồn dòng điện chạy ngược về nguồn chỉ tồn tại khi ed>u1 4.4. Các phương pháp điều khiển bộ biến đổi điện áp một chiều Mạch điều khiển băm áp một chiều có nhiệm vụ xác định thời điểm mở và khóa van bán dẫn trong một chu kỳ chuyển mạch. Như biết ở trên, chu kỳ đóng cắt van nên thiết kế cố định. điện áp tải khi điều khiển được tính: rd ud u1 k ed - + d0 is in id a. 0 t t t tck t1 is in ud 0 0t1 - khoá k đóng t1tck - khoá khở 60 u tải = .u1 H4.6. Sơ đồ nguyên lý và tín hiệu vào, tín hiệu ĐK và tín hiệu ra H4.6. Sơ đồ khối tạo điên áp điều khiển Khối tạo tần số: Có nhiệm vụ tạo điện áp tựa răng cưa Urc với tần số theo ý muốn người thiết kế. tần số của các bộ điều áp một chiều thường chọn có tần số lớn (hàng chục khz). tần số này lớn hay bộ là do khả năng chịu tần số của van bán dẫn. nếu van động lực là tiristor tần số của khâu tạo tần số khoảng 1-5 khz. nếu van động lực là tranzitor lưỡng cực, trường, IGBT tần số có thể hàng chục Khz. khâu so sánh: Có nhiệm vụ xác định thời điểm điện áp tựa bằng điện áp điều khiển. tại các thời điểm điện áp tựa bằng điện áp điều khiển thì phát lệnh mở hoặc khoá van bán dẫn.. Nguyên lý t1 t2 t3 t4 t5 urc uđk utải t t  urc - điện áp tựa uđk - điện áp điều khiển tạo tần số so sánh tạo xung khuếch đại van động lực uđk sơ đồ 61 Khâu tạo xung khuếch đại: Có nhiệm vụ tạo xung phự hợp để mở van bán dẫn. một xung được coi là phù hợp để mở van là xung có đủ công suất (đủ dòng điện và điện áp điều khiển), cách ly giữa mạch điều khiển với mạch động lực khi nguồn động lực hàng chục voltrở lên. hình dạng xung điều khiển phụ thuộc loại van động lực được sử dụng. Bài 5: BỘ NGHỊCH LƯU VÀ BỘ BIẾN TẦN 5.1 Bộ nghịch lưu áp một pha * giới thiệu chung vê nguồn điện áp nghịch lưu . Nghịch lưu là thiết bị biến đổi năng lượng điện một chiều thành năng lượng điện xoay chiều. Nghịch lưu có lọai một pha và lọai ba pha. Nếu nguồn năng lượng một chiều cung cấp cho nghịch lưu là nguồn dòng , ta cú nghịch lưu dòng, còn nếu nguồn điện một chiều cung cấp cho nghịch lưu là nguồn áp thì ta có nghịch lưu áp. * Phương pháp làm thyristor ngưng dẫn Đối với nguồn DC, Thyristor có tính duy trì trạng thái dẫn điện khi đã được kích dẫn . Dựa vào đặc tính kỹ thuật của thyristor người ta có thể làm ngưng thyristor đang dẫn trong nguồn DC bằng 3 phương pháp sau : - Cắt nguồn điện cung cấp cho thyristor . - Giảm dòng IA qua thyristor xuống dưới trị số của dòng điện duy trì IH . - Tạo điện áp phân cực ngược Anod và Catod để cắt đứt dòng điện qua thyristor (gọi là khóa cưỡng bức) 62 H5.1. Sơ đồ làm SCR ngưng dẫn Đối với 2 phương pháp đầu khi ta ấn vào nút bấm K thì thyristor sẽ bị khóa Thế nhưng nếu thời gian tắt thyristor không đủ lớn hay điện áp rơi trên thyristor còn lớn vẫn có thể lại làm cho thyristor trở về trạng thái dẫn Đối với phương pháp thứ 3 gọi là phương pháp khóa cưỡng bức ,phương pháp này được dùng chủ yếu trong các mạch nghịch lưu. Khi cấp nguồn cho mạch và có xung kích mở cổng thyristor dẫn cho dòng qua tải RL ,điện áp rơi trên thyristor rất nhỏ có thể bỏ qua nên áp trên cực Anod xem như gần bằng không ,đồng thời lúc này có dòng qua điện trở R nạp cho tụ C Sau thời gian áp trên tụ C có trị đạt gần bằng điện áp nguồn U với cực dương bên phải và cực âm bên trái .Khi ta muốn thyristor ngưng dẫn ,ta ấn vào nút bấm K làm điện áp trên cực dương của tụ nối mass và điện áp trên cực âm của tụ có giá trị bằng –U , tức UAnod < UKatod thyristor bị phân cực ngược nên ngưng dẫn và tụ C xả điện qua K xuống mass .  Nguyên tắc họat động: Tụ C là tụ dùng để đổi trạng thái chuyển mạch của thyristor có trị số được tính theo công thức : Mạch dùng hai Thyristor mắc song song: H5.2. Sơ đồ nguyên lý và tín hiệu mạch dùng hai Thyristor mắc song song: Mạch nghịch lưu này dùng hai thyristor T1 , T2 mắc song song . Các Thyristor được thể hiện qua các khóa điện T1 , T2 . Trong nửa chu kỳ đầu khóa T1 đóng và T2 mở nên: E 1n 22nu  [F] U tI C offA 45,1  63 uOA = Eo Trong nửa chu kỳ sau khóa T2 đóng và T1 mở nên: uOB = E Dạng sóng điện áp trên tải có dạng xoay chiều hình chữ nhật. Mạch dùng hai Thyristor mắc nối tiếp: H5.3. Sơ đồ nguyên lý và tín hiệu mạch dùng hai Thyristor mắc nối tiếp Mạch nghịch lưu dùng hai thyristor mắc nối tiếp T1, T2 mà ta có thể xem như là hai khóa điện T1 và T2 . Khi T1 đóng và T2 mở ,điện áp trên phụ tải là: Khi T2 đóng và T1 mở ,điện áp trên phụ tải là: Dạng sóng điện áp trên tải có dạng xoay chiều hình chữ nhật. Ở hai sơ đồ dùng hai thyristor T1 và T2 chỉ có thể tiến hành điều chỉnh tần số của điện áp phụ tải u nhờ thay đổi thời gian đóng ,mở của các khóa điện T1 và T2 mà không thay đổi được giá trị hiệu dụng U của điện áp xoay chiểu ở đầu ra của bộ biến đổi vì điện áp u trên tải có trị số hiệu dụng không đổi (Đối với mạch dùng hai thyristor mắc song song) (Đối với mạch dùng hai thyristor mắc nối tiếp) 2 E MOuu  2 E ONuu  T 1f  2 EU  E n 2nU 1 2 64 Mạch dùng bốn Thyristor mắc cầu H5.4. Sơ đồ nguyên lý và tín hiệu mạch dùng bốn Thyristor mắc cầu Trong sơ đồ này cho phép điều chỉnh được tỉ số biến đổi nhờ điều khiển không đối xứng quá trình đóng mở các khóa điện. Trong sơ đồ này mỗi cặp khóa T1 và T’2 , T1’ & T2 sẽ cùng đóng hoặc cùng mở. Khi cặp T1và T’2 hoặc T1’ và T2 được điều khiển đóng hay mở cùng lúc thì ta có kiểu điều khiển đối xứng. Còn khi cặp T1 và T’2 hoặc T1’ và T2 được điều khiển đóng hay mở không cùng lúc thì ta có kiểu điều khiển lệch pha. * Kiểu điều khiển đối xứng. Tại thời điểm t = 0 cặp T1 và T’2 đồng thời đóng mạch điện, còn cặp T1’ và T2 đồng thời ngắt mạch điện nên điện áp trên phụ tải u =E. Tại thời điểm cặp T1’ và T2 đồng thời đóng mạch điện, còn cặp T1 và T’2 đồng thời ngắt mạch điện nên điện áp trên phụ tải u = -E. Quá trình này được lặp đi lặp lại tuần hòan ta có được điện áp xoay chiều u trên phụ tải là những nửa sóng chữ nhật dương và âm liền kề nhau. Trị số hiệu dụng của điện áp trên tải U = E. * Kiểu điều khiển lệch pha Khóa điện T1 đóng tại t = 0 và ngắt tại T/2 giống như kiểu điều khiển đối xứng. Nhưng T’2 đóng mạch điện và ngắt mạch điện chậm sau T1 một khỏang thời gian   t 65 Với β là góc lệch pha giữa quá trình đóng của T1 với T’2 (hay T1’ với T2 ) Tương tự khóa điện T1’ đóng tại và ngắt tại t = T trong bán kỳ từ : Các khóa T đóng mạch trong khỏang thời gian bằng nhau là : Khi cả hai khóa T1 và T’2 cùng dẫn thì u = E , tương tự cả hai khóa T1’ và T2 cùng dẫn thì u = -E Trong một chu kỳ T điện áp u trên tải tồn tại hai khỏang thời gian như nhau , trong đó mạch điện phụ tải bị nối tắt do các khóa T1 và T2 hoặc T1’ , T’2 cùng đóng mạch khiến cho u = 0 . Thay đổi góc lệch pha β từ 0 → π ta có thể điều chỉnh được trị số hiệu dụng của điện áp u trên phụ tải thay đổi từ E → 0. Bộ nghịch lưu một pha 2 Tt  TT  2 2 T 66 H5.4. Sơ đồ nguyên lý và tín hiệu một số mạch nghịch lưu một pha Mạch nghịch lưu áp một pha dùng cầu SCR từ SCR1 đến SCR4 chia làm 2 cặp SCR1 - SCR3 và SCR2 - SCR4 được điều khiển luân phiên .Tụ C1 là lọc thành phần xoay chiều và là tụ nạp điện áp phản kháng đưa trả về nguồn . Hai tụ C2 và C3 là tụ chuyển mạch để là ngưng dẫn các SCR đang dẫn ,cầu diod D1 đến D4 là mạch nắn điện ngược đưa điện áp phản kháng nạp về tụ lọc C1 .Cầu diod D5 đến D8 dùng để cách ly không cho các tụ chuyển mạch C1 và C2 phóng điện qua tải Các cuộn dây L1 và L2 nối tiếp với nguồn có tác dụng giới hạn dòng ban đầu Gỉa sử SCR1 và SCR3 đã được kích và dẫn điện .Dòng điện sẽ đi từ nguồn dương qua SCR1 – D5 – Tải – D7 – SCR3 rồi trở về nguồn âm .Như vậy dòng điện qua tải theo chiều từ A sang B ,lúc này UA > UB nên tụ C2 và C3 nạp như hình vẽ Khi có xung kích cho SCR2 và SCR4 thì tụ C2 sẽ xả điện thế âm làm phân cực ngược SCR1 và tụ C3 sẽ xả điện thế âm làm phân cực ngược SCR3 . Như vậy lúc này SCR1 và SCR3 ngưng dẫn và SCR2 và SCR4 dẫn .Dòng điện bây giờ sẽ đi từ nguồn dương qua SCR2 – D6 – tải – D8 – SCR4 rồi trở về nguồn âm Như vậy dòng điện qua tải theo chiều từ B sang A .Trường hợp này UA < UB nên 2 tụ C2 và C3 sẽ nạp điện thế theo chiều ngược lại với với hình vẽ để chuẩn bị làm tắt SCR2 và SCR4 . Tần số của dòng điện xoay chiều cấp cho tải chính là tần số của mạch dao động xung kích cho các SCR từ SCR1 đến SCR4 5.2 Phân tích bộ nghịch lưu áp ba pha 67 H5.5. Sơ đồ nguyên lý và tín hiệu mạch nghịch lưu ba pha 5.3 Các phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu áp 5.4 Bộ nghịch lưu dòng điện Bộ nghịch lưu có nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng từ nguồn điện một chiều không đổi sang dạng năng lượng điện xoay chiều để cung cấp cho tải xoay chiều. Đại lượng được điều khiển ở ngõ ra là điện áp hoặc dòng điện. Nếu đại lượng được điều khiển ở ngõ ra là điện áp thì bộ nghịch lưu được gọi là bộ nghịch lưu áp, ngược lại gọi là bộ nghịch lưu dòng. Nguồn một chiều cung cấp cho bộ nghịch lưu áp có tính chất nguồn áp, và nguồn một chiều cung cấp cho bộ nghịch lưu dòng có tính chất nguồn dòng. Các bộ 68 nghịch lưu tương ứng được gọi là bộ nghịch lưu áp nguồn áp và bộ nghịch lưu dòng nguồn dòng hoặc gọi tắt là bộ nghịch lưu áp và bộ nghịch lưu dòng. Trong trường hợp nguồn điện ở đầu vào và đại lượng ở ngõ ra khác nhau, bộ nghịch lưu cung cấp dòng điện xoay chiều từ nguồn điện áp một chiều, ta gọi chúng là bộ nghịch lưu dòng nguồn áp. Bộ nghịch lưu là thành phần chủ yếu trong bộ biến tần. Ứng dụng của chúng khá quan trọng và tương đối rộng rãi, chủ yếu nhằm vào lĩnh vực truyền động điện động cơ xoay chiều với độ chính xác cao. Trong lĩnh vực tần số cao, bộ nghịch lưu được dùng trong các thiết b ị lò cảm ứng trung tần, thiết bị hàn trung tần. Bộ nghịch lưu còn được dùng làm nguồn điện xoay chiều cho các nhu cầu trong gia đình, làm nguồn điện liên tục UPS, điều khiển chiếu sáng và còn được ứng dụng trong lĩnh vực bù nhuy ễn công suất phản kháng Bộ nghịch lưu: Bộ nghịch lưu có nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng từ nguồn điện một chiều không đổi sang dạng năng lượng điện xoay chiều để cung cấp cho tải xoay chiều. Đại lượng được điều khiển ở ngõ ra là điện áp hoặc dòng điện. Nếu đại lượng được điều khiển ở ngõ ra là điện áp thì bộ nghịch lưu được gọi là bộ nghịch lưu áp, ngược lại gọi là bộ nghịch lưu dòng. Nguồn một chiều cung cấp cho bộ nghịch lưu áp có tính chất nguồn áp, và nguồn một chiều cung cấp cho bộ nghịch lưu dòng có tính chất nguồn dòng. Các bộ nghịch lưu tương ứng được gọi là bộ nghịch lưu áp nguồn áp và bộ nghịch lưu dòng nguồn dòng hoặc gọi tắt là bộ nghịch lưu áp và bộ nghịch lưu dòng. Trong trường hợp nguồn điện ở đầu vào và đại lượng ở ngõ ra khác nhau, bộ nghịch lưu cung cấp dòng điện xoay chiều từ nguồn điện áp một chiều, ta gọi chúng là bộ nghịch lưu dòng nguồn áp. Bộ nghịch lưu là thành phần chủ yếu trong bộ biến tần. Ứng dụng của chúng khá quan trọng và tương đối rộng rãi, chủ yếu nhằm vào lĩnh vực truyền động điện động cơ xoay chiều với độ chính xác cao. Trong lĩnh vực tần số cao, bộ nghịch lưu được dùng trong các thiết bị lò cảm ứng trung tần, thiết bị hàn trung tần... Bộ nghịch lưu còn được dùng làm nguồn điện xoay chiều cho các nhu cầu trong gia đình, làm nguồn điện liên tục UPS, điều khiển chiếu sáng và còn được ứng dụng trong lĩnh vực bù nhuyễn công suất phản kháng. Bộ nghịch lưu áp đa bậc: Khái niệm: Bộ nghịch lưu áp là một bộ nghịch lưu có nguồn một chiều cung cấp là nguồn áp và đối tượng điều khiển ở ngõ ra là điện áp. Bộ nghịch lưu dòng là bộ nghịch lưu có nguồn một chiều cung cấp là nguồn dòng và đối tượng điều khiển ở ngõ ra là nguồn dòng. Trên thực tế nguồn một chiều là nguồn áp và đối tượng nghiên cứu là bộ nghịch lưu áp. Bộ nghịch lưu áp cung cấp và điều khiển điện áp xoay chiều ở ngõ 69 ra, nguồn điện áp một chiều có thể là: pin điện, ắc quy, điện áp một chiều được chỉnh lưu từ điện áp xoay chiều có lọc phẳng Các tải xoay chiều thường mang tính chất cảm kháng (động cơ xoay chiều, lò cảm ứng), dòng điện qua các linh kiện không thể đóng ngắt bằng quá trình chuyển mạch tự nhiên. Do đó, linh kiện trong bộ nghịch lưu áp phải có khả năng kích đóng, ngắt dòng qua nó. Trong các ứng dụng với công suất nhỏ và vừa thì có thể sử dụng transitor BJT, MOSFET, IGBT. Trong phạm vi công suất lớn có thể dùng GTO, IGCT hoặc SCR kết hợp với bộ chuyển mạch. Với tải tổng quát, mỗi linh kiện còn mắc thêm một diode đối song để hạn chế điện áp phát sinh khi kích ngắt linh kiện. Phân loại: Bộ nghịch lưu áp có nhiều loại và nhiều phương pháp điều khiển khác nhau: - Theo số pha điện áp đầu ra: nghịch lưu áp một pha, ba pha. - Theo số cấp giá trị điện áp giữa một đầu pha tải đến một điểm điện thế chuẩn trên mạch: hai bậc (two level), đa bậc (multilevel) Khái niệm bộ biến tần hai bậc xuất phát từ điện áp một đầu pha tải (pha A, B, C) với điểm chuẩn (vị trí nối đất) trên mạch DC thay đổi giữa hai bậc khác nhau (Vdc và 0). Bộ nghịch lưu áp hai bậc có nhược điểm là tạo điện áp cung cấp cho cuộn dây động cơ dv/dt khá lớn và gây ra hiện tượng điện áp common-mode (VNO khác 0) rất nghiêm trọng. Bộ nghịch lưu áp đa bậc được phát triển để giải quyết các vấn đề gây ra nêu trên của bộ nghịch lưu áp hai bậc và thường được sử dụng cho các ứng dụng điện áp cáo và công suất lớn. Ưu điểm của bộ nghịch lưu áp đa bậc là công suất của bộ nghịch lưu tăng lên, điện áp đặt lên các linh kiện giảm xuống nên công suất tổn hao do quá trình đóng ngắt của linh kiện cũng giảm theo; với cùng tần số đóng ngắt, các thành phần sóng hài bậc cao của điện áp ra giảm nhỏ hơn so với bộ nghịch lưu áp hai bậc. Theo cấu hình bộ nghịch lưu: dạng Cascade, dạng nghịch lưu chứa cặp diode kẹp NPC. 5.5 Các phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu dòng Các phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu áp: Phương pháp điều rộng , Phương pháp điều biên , Phương pháp điều chế độ rộng xung (SH – PWM ) , Phương pháp điều chế độ rộng xung cải biến (Modified PWM) , Phương pháp điều chế vector không gian (SVPWM – Carrier Based PWM) 70 Kỹ thuật điều chế sóng mang PWM Kỹ thuật điều chế sóng mang PWM: Từ áp tải 3 pha yêu cầu Vtj, có thể sử dụng sơ đồ sau để xác đinh Vj0: Theo sơ đồ trên ta tính được tín hiệu điều khiển cho các cặp linh kiện: Vj0 = Vjt + V0 (V0 là điện áp offset) Điện áp V0 có thể chọn giá trị bất kì trong giới hạn V0min:V0max của nó: V0min ≤ V0 ≤ V0max Với : V0min = nVd – Max V0max = - mVd – Min (tùy theo các bộ nghịch lưu mà chọn chỉ số m,n cho phù hợp) Min = min(Vt1, Vt2, Vt3) ; Max = max(Vt1, Vt2, Vt3) Các trường hợp đặc biệt: V0max = - mVd – Min (tùy theo các bộ nghịch lưu mà chọn chỉ số m,n cho phù hợp) Min = min(Vt1, Vt2, Vt3) Max = max(Vt1, Vt2, Vt3) Các trường hợp đặc biệt: )min)maxa Vo Vob Vo Vđiều chế gián đoạn (discontinueous PWM) minmax)2Vo Voc Vo ff f space vector modulation (SVPWM) So sánh tín hiệu điều khiển Vj0 với sóng mang Vcarrier ta tính toán được tín hiệu điều chế danh định 5.6 Bộ biến tần gián tiếp Biến tần độc lập với biến áp trung tính Sơ đồ nguyên lý H5.6. Sơ đồ nguyên lý biến tần độc lập với biến áp trung tính 71 Hoạt động của sơ đồ được giải thích theo đường cong H5.6. Sơ đồ tín hiệu biến tần độc lập với biến áp rung tính Biến tần độc lập với sơ đồ nửa cầu Sơ đồ nguyên lý H5.7. Sơ đồ nguyên lý biến tần nửa cầu Biến tần độc lập với sơ đồ cầu Sơ đồ nguyên lý H5.8. Sơ đồ nguyên lý biến tần độc lập với sơ đồ cầu 72 Biến tần nửa cầu. Sơ đồ nguyên lý H5.9. Sơ đồ nguyên lý biến tần nửa cầu Biến tần toàn song. Sơ đồ nguyên lý H5.10. Sơ đồ nguyên lý biến tần toàn sóng Biến tần vào một pha ra một pha H5.11. Sơ đồ nguyên lý biến tần vào một pha ra một pha 73 Biến tần vào một pha ra ba pha H5.11. Sơ đồ nguyên lý biến tần vào một pha ra ba pha Biến tần vào ba pha ra một pha H5.12. Sơ đồ nguyên lý biến tần vào ba pha ra một pha Biến tần vào ba pha ra ba pha H 5.13. Sơ đồ nguyên lý biến tần vào ba pha ra ba pha 74 5.7 Bộ biến tần trực tiếp Biến tần trực tiếp biến đổi trực tiếp đường cong lưới điện xoay chiều công nghiệp nó có dạng Người ta trực tiếp biến đổi đường cong lưới điện công nghiệp, khi đó ta thu được điện áp với tần số khác tần số lưới điện. Có thể dung mạch điện với nguồn cấp một pha hoặc ba pha. Bằng cách đóng mở Tiristor theo quy luật nào đó ta có được điện áp xoay chiều Sơ đồ mạch điện: 75 Một số mạch điện ứng dụng Bộ nguồn tần số cao Mạch lực bộ nguồn tần số cao Mạch điều khiển bộ nguồn tần số cao Câu hỏi và bài tập chương Câu 1 : Nghịch lưu là gì? Các linh kiện chính thường sử dụng trong các bộ nghịch lưu. Câu 2 : Nêu một số ứng dụng của các bộ biến tần? Câu 3 : Phân tích và vẽ dạng tín hiệu ra của bộ biến tần gián tiếp có tín hiệu ra là ba pha? 76 77 Các mục lục Trang Lời nói đầu 1 Bài mở đầu: Các khái niệm cơ bản 2 1. Trị trung bình của một đại lượng 2 2. Công suất trung bình 2 3. Trị hiệu dụng của một đại lượng 2 4. Hệ số công suất 3 BÀI 1: Các linh kiện điện tử công suất 4 Phân lọai 4 1.2 Diode 4 1.2 Transistor BJT 6 1.3 Transistor MOSFET 7 1.4 Transistor IGBT 12 1.5 Thyristor SCR 19 1.6 Triac 21 1.7 Gate Turn off Thyristor GTO 22 Bài 2 : Bộ chỉnh lưu 26 2.1. Định nghĩa: 26 2.2.Phân loại: 27 2.3. Các thông số cơ bản của chỉnh lưu: 27 2.4. Bộ chỉnh lưu một pha 27 2.5. Bộ chỉnh lưu ba pha 35 2.6. Mạch chỉnh lưu có điều khiển, Chỉnh lưu điều rộng xung 38 2.7. Các chế độ làm việc của bộ chỉnh lưu 42 2.8. Tính toán mạch chỉnh lưu 44 2.9. Các chế độ làm việc của bộ chỉnh lưu 45 Bài 3 : Bộ biến đổi điện áp một chiều 47 3.1 Bộ biến đổi điện áp xoay chiều một pha 47 3.2. Bộ biến đổi điện áp xoay chiều ba pha 49 3.3. các phương pháp điều khiển bộ biến đổi áp xoay chiều 3 pha 51 Bài 4: Bộ biến đổi điện áp một chiều 52 4.1. Khái niệm 52 4.1.1. Điều khiển bằng cách mắc nối tiếp với tải một điện trở 52 MỤC LỤC 78 4.1.2.Điều khiển liên tục bằng cách mắc nối tiếp với tải một tranzitor 52 4.1.3. điều khiển bằng băm áp (băm xung) 53 4.2. bộ giảm áp 54 4.3. Bộ tăng áp 56 4.4. Các phương pháp điều khiển bộ biến đổi điện áp một chiều 58 Bài 5: Bộ nghịch lưu và bộ biến tần 60 5.1 Bộ nghịch lưu áp một pha 60 5.2 Phân tích bộ nghịch lưu áp ba pha 65 5.3 Các phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu áp 66 5.4 Bộ nghịch lưu dòng điện 66 5.5 Các phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu dòng 68 5.6 Bộ biến tần gián tiếp 69 5.7 Bộ biến tần trực tiếp 73 Tài liệu tham khảo 75 Mục lục 76