BÀI GIẢNG bộ NGHỊCH lưu bộ BIẾN tần

CHƯƠNG BỘ NGHỊCH LƯU & BỘ BIẾN TẦN TP.HCM, THÁNG NĂM 2014 NỘI DUNG 8.1 GIỚI THIỆU BỘ NGHỊCH LƯU ÁP PHA 8.3 KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN BNL ÁP PHA 8.4 BỘ NGHỊCH LƯU ÁP PHA 8.5 KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN BNL ÁP PHA 8.1 Giới thiệu Bộ nghịch lưu: DC  AC Phân loại theo cấu hình:  Nghịch lưu nguồn áp  Nghịch lưu nguồn dòng Phân loại theo tín hiệu điều khiển ngõ nghịch lưu:  Bộ nghịch lưu áp  Bộ nghịch lưu dòng Ứng dụng nghịch lưu: Truyền động điện động xoay chiều Thiết bị gia nhiệt cảm ứng: lò cảm ứng, thiết bị hàn… Các áp dụng lãnh vực truyền tải điện, chiếu sang… 8.1 Giới thiệu Bộ biến tần: AC AC Biến tần gián tiếp: AC DC  AC Biến tần trực tiếp (Cycloconverter): AC (tần số cao)  AC (tần số thấp) Với biến tần: cần thay đổi điện áp tần số đồng thời Bộ biến tần gián tiếp pha Bộ biến tần trực tiếp pha 8.2 Bộ nghịch lưu áp pha Cấu hình nghịch lưu áp pha Ngun tắc kích:  Hai cơng tắc bán dẫn nhánh cầu (S1 & S4, S3 & S2) kích đối nghịch  Khơng có trường hợp hai cơng tắc nhánh cầu dẫn tắt 8.2 Bộ nghịch lưu áp pha Nghịch lưu áp pha điều khiển đơn giản: 8.2 Bộ nghịch lưu áp pha Nghịch lưu áp pha điều khiển đơn giản: Phân tích Fourier điện áp ngõ dạng xung vuông: ut (t )   4.U sin(n..t )  n 1,3,5 n p tải a cá c nh phầ n hà i bậ c lẻ Độ mé o dạng điệ n p tính theo hệ thứ c sau:  THDU   n 2 U t2( n ) U t (1 )  U t2  U t2(1) U t (1 ) Dễ dà ng suy rằng: THDU  Ut2  Ut2(1) U t (1)   U2  U     0, 483  48,3% ; Ut=U U  VÍ DỤ Ví dụ 5.4: Cho nghịch lưu áp dạng cầu pha với dạng sóng điện áp cho hình Giả thiết dòng điện qua tải có dạng it  540sin(t   4) Nguồn DC có độ lớn 300V a Vẽ dạng sóng dòng tải dòng qua nguồn xác định khoảng dẫn linh kiện b Xác định trị trung bình dòng qua nguồn công suất nguồn cung cấp c Xác định công suất tiêu thụ tải VÍ DỤ a Dạng sóng dịng tải dịng nguồn vẽ hình b Dịng trung bình qua nguồn: I sAV    540 sin(t   ).d (t )  243,1A Cơng suất nguồn cung cấp: Ps=300.243,1=72.930W=72,93kW c Trị hiệu dụng thành phầ n hài áp ra: U t (1)  4U   400.300   270,14V Pt=Ut(1).It(1).cos 1 =270,14 540 cos  =72,930W=72,93kW VÍ DỤ Ví dụ 5.5: Bộ nghịch lưu áp pha mắc vào nguồn chiều U Tải R = 10, L =0,01H Bộ nghịch lưu áp điều khiển theo phương pháp điều biên a- Tính độ lớn nguồn U để trị hiệu dụng áp tải Ut = 100V b- Với áp nguồn xác định câu a Tính trị hiệu dụng hài điện áp ngõ c- Tính trị hiệu dụng dòng tải 10 8.3 KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN BNL ÁP PHA Nghịch lưu áp pha điều khiển kiểu điều rộng xung (PWM) Gọi mf tỉ số điều chế tần số (Frequency modulation ratio) : mf  f carrier f reference  f tria f sin e Tăng mf  tăng giá trị tần số sóng hài  dễ lọc sóng hài Điểm bất lợi việc tăng tần số sóng mang vấn đề tổn hao đóng ngắt lớn Tương tự, gọi ma tỉ số điều chế biên độ (Amplitude modulation ratio) : ma  U mreference U mcarrier  U msine U mtri Nếu ma  (biên độ sóng sin nhỏ biên độ sóng mang) quan hệ biên độ thành phần áp áp điều khiển tuyến tính Đối với nghịch lưu áp pha, biên độ hài điện áp ngõ ra: U t (1)m  ma U 19 8.3 KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN BNL ÁP PHA Un/U Bậc sóng hài Phổ tần sóng hài điện áp – điều khiển kiểu PWM 20 8.3 KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN BNL ÁP PHA Un/U Bậc sóng hài Phổ tần sóng hài điện áp – điều khiển kiểu sóng vng 21 8.4 Bộ nghịch lưu áp ba pha 22 8.4 Bộ nghịch lưu áp ba pha Giả thiết tải ba pha đối xứng thỏa mãn hệ thức: ut1 + ut2 + ut3 = Điện áp pha tải ut1,ut2,ut3 Ta có: ut1= u10- uNO; ut2 = u20- uNO; ut3 = u30-uNO u10  u20  u30 Có thể chứng minh được: uNO= Thay uNO vào biểu thức tính điện áp pha tải, ta có: 2u10  u20  u30 2u20  u30  u10 2u30  u10  u20 ut1  ; ut  ; ut  3 Điện áp dây tải: ut12 =u10 - u20; ut23 = u20 - u30 ; ut31 = u30 -u10 23 8.4 Bộ nghịch lưu áp ba pha Điều khiển kiểu bước (six-step) 24 8.4 Bộ nghịch lưu áp ba pha Điều khiển kiểu bước (six-step) 25 8.4 Bộ nghịch lưu áp ba pha Điều khiển kiểu bước (six-step) Phaâ n tích Fourier điện áp pha (ut1, ut2, ut3):  4U n ut1 (t )   sin sin nt 3n n 1,3,5 4U n 2 ut (t )   sin sin n(t  ) 3 3n n 1,3,5  4U n 2 ut (t )   sin sin n(t  ) 3 3n n 1,3,5 Aù p taû i a cá c nh phầ n hà i bậ c lẻ (n = 1, 3, )û  Trị hiệu dụng áp pha tải: U t ,rms  U 26 VÍ DỤ Ví dụ 5.8: Bộ nghịch lưu áp ba pha điều khiển kiểu bước (six-step) Tải trở ba pha đối xứng đấu thành dạng Độ lớn điện trở pha R = 10 Tần số làm việc nghịch lưu áp f= 50Hz Điện áp nguồn chiều U = 220V a Xác định trị hiệu dụng điện áp ; b Viết phương trình sóng hài bậc điện áp tải dòng tải ; c Tính công suất tải ; d Tính hệ số biến dạng áp e Tính trị trung bình dò ng điện qua transistor 27 VÍ DỤ Giaûi: a Trị hiệu dụng áp pha: Ut  2 U  220  103,7 [V ] 3 b Biên độ sóng hài bậc áp: 4.U  U U t (1) m  sin   0, 6366.U  0, 6366.220  140[V ] 3.  Phương trình sóng hài bậc áp tải - pha A uAt(1) = 140.sin(314t) Phương trình sóng hài bậc dòng taûi- pha A i At (1)  140 sin 314t  14 sin 314t R 28 VÍ DỤ c Vì tải trở nên công suất tải cho hệ thức : U t2 103,7 Pt    3226,1[W ] R 10 d Hệ số méo dạng áp ra: THDU U  t  U t2(1) U t (1)   103,7  140         140        2     ,312 e Trị trung bình dòng điện ngõ vào nghịch löu : IC  Pt 3226,1   14,664[ A] U 220 Các diode đối song với transistor không dẫn điện Mỗi transistor dẫn điện 1/3 chu kỳ với trị trung bình dòng điện qua : ITAV  IC 14,664   4,888[ A] 3 29 8.5 KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN BNL ÁP PHA Điều khiển kiểu điều rộng xung (PWM) 30 8.5 KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN BNL ÁP PHA Dạng sóng điều khiển dạng điện áp ngõ 31 8.5 KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN BNL ÁP PHA Gọi mf tỉ số điều chế tần số (Frequency modulation ratio) : mf  f carrier f reference  f tria f sin e Tăng mf  tăng giá trị tần số sóng hài  dễ lọc sóng hài Điểm bất lợi việc tăng tần số sóng mang vấn đề tổn hao đóng ngắt lớn Tương tự, gọi ma tỉ số điều chế biên độ (Amplitude modulation ratio) : ma  U mreference U mcarrier  U msine U mtri Nếu ma  (biên độ sóng sin nhỏ biên độ sóng mang) quan hệ biên độ thành phần áp áp điều khiển tuyến tính Đối với nghịch lưu áp ba pha, biên độ hài điện áp ngõ ra: U U t (1) m  ma 32 VÍ DỤ Ví dụ 5.10 Bộ nghịch lưu áp pha điều khiển theo phương pháp điều rộng xung Sóng mang tam giác up có tần số fp = 500Hz, biên độ thay đổi (12V,+12V), Điện áp điều khiển xoay chiều udk dạng sin, tần số fdk = 50 Hz Nguồn áp chiều U = 100V Tính biên độ sóng hài áp udk có biên độ UdkM 1V,5V,10V,12V Giải: Biên độ thành phần điện áp hài áp tải tính theo hệ thức : U U t (1) m  ma UdkM[V] 10 12 ma 0.083 0,4166 0,8334 Ut(1)M[V] 8,33 41,66 83,34 100 33 ... thiệu Bộ biến tần: AC AC Biến tần gián tiếp: AC DC  AC Biến tần trực tiếp (Cycloconverter): AC (tần số cao)  AC (tần số thấp) Với biến tần: cần thay đổi điện áp tần số đồng thời Bộ biến tần. .. cấu hình:  Nghịch lưu nguồn áp  Nghịch lưu nguồn dịng Phân loại theo tín hiệu điều khiển ngõ nghịch lưu:  Bộ nghịch lưu áp  Bộ nghịch lưu dòng Ứng dụng nghịch lưu: Truyền động điện động xoay... THIỆU BỘ NGHỊCH LƯU ÁP PHA 8.3 KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN BNL ÁP PHA 8.4 BỘ NGHỊCH LƯU ÁP PHA 8.5 KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN BNL ÁP PHA 8.1 Giới thiệu Bộ nghịch lưu: DC  AC Phân loại theo cấu hình:  Nghịch lưu