Giáo trình Điện tử công suất (Nghề: Điện công nghiệp - Cao đẳng) - Trường Cao đẳng nghề Xây dựng

BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ XÂY DỰNG GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN: ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT NGÀNH/NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Quảng Ninh, năm 2021 BÀI 1: LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 2.1 Diode 2.1.1 Cấu trúc kí hiệu Điốt gồm điện cực, điện cực nối với bán dẫn loại P gọi anốt (A), điện cực nối với miền N gọi katốt (K) Hình 1.1: Cấu trúc ký hiệu điốt cơng suất Dịng điện chảy qua điốt làm điốt nóng lên, chủ yếu vùng chuyển tiếp, Đối với điốt loại Si, nhiệt độ mặt ghép Tj cho phép 200°C.Vượt nhiệt độ điốt bị phá hỏng Để làm mát điốt, người ta thường dùng cánh tản nhiệt quạt mát với tốc độ gió 10m/s, cho nước hay dầu biến chảy qua cánh tản nhiệt với tốc độ lớn hay nhỏ tùy theo dòng điện 2.1.2 Đặc tính Vơn-Ampe điốt Gồm nhánh: nhánh thuận (1) nhánh ngược (2) Dưới điện áp U>0, điốt phân cực thuận, điện giảm xuống gần Khi tăng U, lúc đầu dòng tăng từ từ, sau U lớn 0, đến điện áp thuận có giá trị cỡ khoảng 0.7V Si khoảng 0.3V với Ge Khi điện áp thuận vượt giá trị dịng thuận tăng cách đáng kể,đường đặc tính có dạng hàm mũ Khi điện áp U0.1V, dòng điện ngược dừng lại giá trị vài chục mA Dịng điện phá hỏng điốt, để bảo vệ điốt người ta cho chúng làm việc điện áp U = (0.7÷0.8V)Uz 2.1.3.Thơng số điốt - Iđm - dòng điện định mức, giá trị trung bình dịng điện cho phép chạy qua điốt, dòng điện lớn diod công suất tới 7000A - AU - sụt áp thuận; Sụt áp diod khoảng (0,7 - 2)V - Tcp- nhiệt độ làm việc cho phép; Tại lớp tiếp giáp khoảng 200 0C - UNgmax - điện áp ngược lớn mà điốt chịu đựng được, khoảng (50-4000)V - Irmax - dòng điện nghịch tối đa tần số đóng cắt điơt tr - thời gian phục hồi điôt 2.1.4 Các điốt đặc biệt - Schottky điốt: độ sụt áp theo chiều thuận thấp (khoảng 0,3V) Do đó, sử dụng cho mạch điện áp thấp Điện áp ngược chịu khoảng 50 100V - Điốt phục hồi nhanh: áp dụng mạch hoạt động tần số cao Khả chịu áp đến vài ngàn volt dòng vài trăm Amper, thời gian phục hồi t khoảng vài μs - Điốt tần số công nghiệp: điốt tần số công nghiệp chế tạo để đạt độ sụt áp thấp dẫn điện Hệ quả, thời gian t tăng lên Khả chịu áp chúng khoảng vài kilovolt dòng điện vài kiloampe 2.2 Transistor BJT 2.2.1 Cấu tạo, ký hiệu:: Transistor linh kiện bán dẫn gồm lóp: PNP hay NPN Cấu tạo transistor NPN Ký hiệu transistor NPN Cấu tạo transistor PNP Ký hiệu transistor NPN Về mặt vật lý, transistor gồm phần: phần phát, phần phần thu Vùng (B) mỏng 2.2.2 Nguyên lý hoạt động: Điện UEE phân cực thuận mối nối B-E (PN) nguyên nhân làm cho vùng phát (E) phóng điện tử vào vùng P (cực B) Hầu hết điện tử (electron) sau qua vùng B qua tiếp mối nối thứ hai phía bên phải hướng tới vùng N (cực thu), khoảng 1% electron giữ lại vùng B Các lỗ trống vùng di chuyển vào vùng phát Hình 1.2: Sơ đồ phân cực cho Transistor Mối nối B-E chế độ phân cực thuận diode, có điện kháng nhỏ điện áp rơi nhỏ mối nối B-C phân cực ngược điện áp UCC Bản chất mối nối B-C giống diode phân cực ngược điện kháng mối nối B-C lớn Dòng điện đo vùng phát gọi dòng phát IE Dòng điện đo mạch cực C (số lượng điện tích qua đường biên CC đơn vị thời gian dòng cực thu IC) Dòng IC gồm hai thành phần: - Thành phần thứ (thành phần chính) tỉ lệ hạt electron cực phát tới cực thu Tỉ lệ phụ thuộc vào cấu trúc transistor số tính trước transistor riêng biệt Hằng số định nghĩa a Vậy thành phần dịng IC aIE Thông thường a = 0,9 → 0,999 - Thành phần thứ hai dòng qua mối nối B - C chế độ phân cực ngược lại IE = Dòng gọi dòng ICBO- nhỏ - Vậy dịng qua cực thu: IC = aIE + ICBO 2.2.3 Đặc tuyến V - A transistor: Đặc truyến V - A transistor mắc Emitter chung hình sau Đặc tuyến V-A transistor chia làm vùng: Vùng cấm, vùng khuếch đại vùng bão hồ Hình 1.3: Đặc tuyến volampe Transistor Trong ứng dụng điện tử công suất lớn, người ta phân cực cho transistor vùng bão hoà (IB lớn) vùng cấm (IB = 0) mà không phân cực cho transistor vùng khuếch đại Các thông số transistor công suất: IC: Dòng colector mà transistor chịu được, UCEsat điện áp UCE transistor dẫn bão hòa, UCEO: Điện áp UCE mạch bazơ để hở, IB = 0, UCEX điện áp UCE bazơ bị khóa điện áp âm, IB < 0, ton: Thời gian cần thiết để UCE từ giá trị điện áp nguồn U giảm xuống UCESat ~ 0, tf: Thời gian cần thiết để ic từ giá trị IC giảm xuống 0, ts: Thời gian cần thiết để UCE từ giá trị UcESat tăng đến giá trị điện áp nguồn U, P: Công suất tiêu tán bên transistor Công suất tiêu tán bên transistor tính theo cơng thức: P = U BE - I B + U CE I C Khi transistor trạng thái ngắt: IB = 0, Ic = nến P = Khi transistor trạng thái dẫn: UCE = UCESat Các tổn hao chuyển mạch transistor lớn Trong lúc chuyển mạch, điện áp cực dịng điện transistor lớn Tích dòng điện điện áp với thời gian chuyển mạch tạo nên tổn hao lượng lần chuyển mạch Cơng suất tổn hao xác chuyển mạch hàm số thông số mạch phụ tải dạng biến thiên dòng điện gốc 2.4 Transistor MOSFET MOSFET transistor có khả đóng ngắt nhanh tổn hao đóng ngắt thấp MOSFET sử dụng ứng dụng công suất nhỏ (vài KW) MOSFET có cấu trúc NPN PNP Hình vẽ mơ tả cấu trúc MOSFET loại NPN ký hiệu MOSFET điều khiển đóng ngắt xung điện áp đặt vào cực cổng (G) Khi điện áp dương đặt lên hai cổng G S dịng điện dẫn từ cực D tới cực S MOSFET có điện trở dẫn điện lớn nên công suất tổn hao dẫn điện lớn Đặc tính V-A MOSFET loại N hình vẽ Đặc tính có dạng giống đặc tính V-A BJT MOSFET trạng thái ngắt điện điện áp cổng thấp giá trị UGS Điện áp kích cho MOSFET phải dạng liên tục Giá trị điện áp kích tối đa ±20V Mạch kích MOSFET Sơ đồ mạch kích hình đặc tính Khi có điện áp UG, tụ điện C1 tích điện dịng điện vào cực G: Sau xác lập, điện áp cực cổng là: Sơ đồ mạch kích cho MOSFET Đối với sơ đồ đặc tính, điện áp kích U1 mức cao, Q1 dẫn Q2 khóa làm cho MOSFET dẫn Khi tín hiệu U1 mức thấp, Q1 ngắt, Q2 dẫn làm cho MOSFET ngắt điện Mạch kích cho MOSFET cách ly với mạch tạo tín hiệu điều khiển thông qua biến áp xung optron Sơ đồ mạch kích cho MOSFET Mạch cách ly tín hiệu điều khiển với mạch kích Hình dạng số MOSFET 2.4 Transistor IGBT Nguyên lý cấu tạo, ký hiệu mạch điện tương đương IGBT hình H1.23 Hình H1.23: Cấu tạo(a), ký hiệu(b) mạch tương đương(c) IGBT Hình H1.21: Mạch cách ly tín hiệu điều khiển với mạch kích IGBT transistor cơng suất đại, có kích thước gọn nhẹ, có khả chịu điện áp dịng điện lớn, có độ sụt áp dẫn điện vừa phải Việc kích dẫn IGBT thực xung điện áp đưa vào cổng G Đặc tính V-A IGBT có dạng tương tư đặc tính V-A MOSFET IGBT có khả đóng ngắt nhanh nên sử dụng biến đổi điều chế độ rông xung tần số cao Phạm vi cơng suất IGBT đến 10MW IGBT có khả làm việc với dịng điện lớn chịu điện áp ngược cao Thời gian đáp ứng đóng ngắt IGBT nhanh (khoảng vài s) IGBT có khả hoạt động tốt khơng cần đến mạch bảo vệ Trong trường hợp đặc biệt, sử dụng mạch bảo vệ MOSFET áp dụng cho IGBT Module IGBT thông minh (Intelligent Power Module): chế tạo cơng nghệ tích hợp cao Trên module chức phần tử IGBT, mạch kích lái, mạch bảo vệ, cảm biến dòng điện Các module đạt độ tin cậy cao Mạch kích IGBT thiết kế tương tự mạch kích cho MOSFET 10 Tai lieu Luan van Luan an Do an uB = (2uB0 - uA0 - uC0)/3 (5-23b) uC = (2uC0 - uB0 - uA0)/3 (5-23c) Các biểu thức (5-23) cho phép ta xác định điện áp phụ tải sơ đồ nghịch lưu điện áp ba pha biết góc dẫn van Đối với nghịch lưu điện áp góc dẫn van thay đổi phạm vi rộng, giá trị góc dẫn cực đại khơng xét đến thời gian chuyển mạch là: max= Mạch chuyển đổi khảo sát trình chuyển đổi Các sơ đồ nghịch lưu áp ba pha với đầy đủ mạch chuyển đổi đa dạng, kiểu mạch chuyển đổi nghịch lưu điện áp pha hồn tồn sử dụng cho nghịch lưu điện áp ba pha Sau ta giới thiệu sơ đồ thường dùng Đó sơ đồ với mạch chuyển đổi dùng tiristor phụ: Sơ đồ nguyên lý hình 5.16, sơ đồ phần tử sơ đồ hình 5.14 giới thiệu, cịn có thêm phần tử chuyển mạch gồm: Các tiristor phụ T7T12 mạch L1-C1, L2-C2, L3-C3 Nguyên lý hoạt động để khố van sơ đồ hoàn toàn tương tự sơ đồ pha giới thiệu + T7 T9 T11 D11 T1 T5 D55 D33 T3 A L1 C1 C0 B L C2 C L3 C3 Ud T6 D44 T4 D66 T2 D22 T10 T12 T8 ZC ZA ZB uA uC uB Hình 5.16 2.2 Bộ nghịch lưu PWM, hài nghịch lưu PWM Phương pháp gọi tắt phương pháp điều biên Khác với phương pháp sử dụng kỹ thuật điều chế độ rộng xung (PWM) cần nguồn áp dc khơng đổi, phương pháp điều biên địi hỏi điện áp nguồn dc điều khiển Độ lớn điện áp điều khiển cách điều khiển nguồn điện áp DC Chẳng hạn sử dụng chỉnh lưu có điều khiển kết hợp chỉnh lưu không điều khiển biến đổi điện áp DC Bộ nghịch lưu áp thực chức điều khiển tần số điện áp Các công tắc cặp cơng tắc pha tải kích đóng với thời gian nửa chu kỳ áp Mạch điều khiển kích đóng cơng tắc nghịch lưu áp đơn giản Bộ nghịch lưu áp ba pha điều khiển theo biên độ gọi nghịch lưu áp bước ( six-step voltage inverter) Tần số áp tần số đóng ngắt linh kiện Các thành phần sóng hài bội ba bậc chẵn không xuất áp dây cung cấp cho tải Cịn lại sóng hài bậc (6k ± 1), k = 1, 2, 3… cần khử bỏ biện pháp lọc sóng hài Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn 50 Tai lieu Luan van Luan an Do an Phương pháp thực dựa vào kỹ thuật analog Giản đồ kích đóng cơng tắc nghịch lưu dựa sở so sánh hai tín hiệu bản: - Sóng mang up (carrier signal) tần số cao - Sóng điều khiển ur - reference signal (hoặc sóng điều chế modulating signal) dạng sin Ví dụ: cơng tắc lẻ kích đóng sóng điều khiển lớn sóng mang (ur > up) Trong trường hợp ngược lại, công tắc chẵn kích đóng Sóng mang up dạng tam giác Tần số sóng mang Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn 51 Tai lieu Luan van Luan an Do an cao, lượng sóng hài bậc cao bị khử bớt nhiều Tuy nhiên, tần số đóng ngắt cao làm cho tổn hao phát sinh q trình đóng ngắt cơng tắc tăng theo Ngồi ra, linh kiện địi hỏi có thời gian đóng ton, ngắt toff định Các yếu tố làm hạn chế việc chọn tần số sóng mang Sóng điều khiển ur mang thơng tin độ lớn trị hiệu dụng tần số sóng hài điện áp ngõ Trong trường hợp nghịch lưu áp ba pha, ba sóng điều khiển ba pha phải tạo lệch pha 1/3 chu kỳ Trong trường hợp nghịch lưu áp pha, tương ứng với hai pha tải tưởng tượng (hình 6.8), ta cần tạo hai sóng điều khiển lệch pha 1/2 chu kỳ (tức chúng ngược pha ) Để đơn giản mạch kích nữa, ta sử dụng sóng điều khiển để kích đóng, ví dụ: cặp cơng tắc (S1S4) kích đóng theo quan hệ sóng điều khiển sóng mang, cịn cặp (S3S2) kích đóng ngược lại với chúng Lúc đó, hình thành trạng thái kích đóng (S1S2) (S3S4) Phương pháp điều chế độ rộng xung: Multilevel carrier based PWM Để thực tạo giản đồk kích đóng linh kiện pha tải, ta sử dụng số sóng mang (dạng tam giác) tín hiệu điều khiển (dạng sin) Đối với nghịch lưu áp m bậc, số sóng mang sử dụng (m-1) Chúng có tần số fc biên độ đỉnhđỉnh Ac Sóng điều khiển (hay sóng điều chế) có biên độ đỉnh - đỉnh Am tần số fm dạng sóng thay đổi chung quanh trục tâm hệ thống (m-1) sóng mang Nếu sóng điều khiển lớn sóng mang linh kiện tương ứng sóng mang kích đóng, trường hợp sóng điều khiển nhỏ sóng mang tương ứng nó, linh kiện bị khóa kích Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn 52 Tai lieu Luan van Luan an Do an CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP BÀI Câu 1: Nêu khái niệm chung mạch nghịch lưu? Câu 2: Phân loại dạng nghịch lưu độc lập? Câu 3: Phân tích nguyên lý làm việc mạch nghịch lưu nguồn dòng pha? Câu 4: Phân tích nguyên lý làm việc mạch nghịch lưu nguồn dịng pha? Câu 5: Phân tích nguyên lý làm việc mạch nghịch lưu nguồn áp pha? Câu 6: Phân tích nguyên lý làm việc mạch nghịch lưu nguồn áp pha? Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn 53 Tai lieu Luan van Luan an Do an BÀI 4: BỘ BIẾN TẦN 2.1 Biến tần nguồn lưới pha ba pha có điều khiển Bộ biến tần thiết bị điện tử mạch điện dùng để biến đổi từ dòng điện chiều (DC) thành dòng điện xoay chiều (AC) Điện áp đầu vào, điện áp đầu ra, tần số, điều chỉnh cơng suất tồn phần phụ thuộc vào thiết bị mạch điện cụ thể Bộ biến tần không sinh công suất, công suất cấp từ nguồn chiều Một biến tần thiết bị hồn tồn điện tử phương thức kết hợp hiệu ứng khí (như máy điện quay) mạch điện tử Các biến tần tĩnh không sử dụng thành phần chuyển động trình chuyển đổi b.Phân loại: Các thiết bị biến đổi tần số sử dụng nhiều công nghiệp Thông thường thiết bị biến tần chia làm loại chính: + Các thiết bị biến tần trực tiếp: Đây thiết bị biến đổi trực tiếp điện áp xoay chiều (thường điện áp lưới điện công nghiệp) thành điện áp xoay chiều khác có tần số điều chỉnh phạm vi định Thiết bị biến tần thực chất sơ đồ chỉnh lưu mắc song song ngược Để tạo điện áp pha đầu thiết bị gồm chỉnh lưu mắc song song ngược, khoảng thời gian nửa chu kỳ thứ điện áp ta cho sơ đồ chỉnh lưu thứ làm việc, nửa chu kỳ ta cho sơ đồ chỉnh lưu thứ hai làm việc kết ta có điện áp tải điện áp xoay chiều với tần số tần số chuyển đổi làm việc sơ đồ chỉnh lưu mắc song song ngược Để có điện áp nhiều pha người kết hợp nhiều biến tần pha khống chế chúng theo qui luật xác định Nhược điểm thiết bị biến tần phạm vi thay đổi tần số hẹp, chất lượng điện áp xấu I a f1,U1  II + = - b  = C0 Ud I f1,U1 I II L0 + = - Ud  f2,U2 I Id =  f2,I2 Hình 5.1 + Các thiết bị biến tần gián tiếp: Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn 54 Tai lieu Luan van Luan an Do an Đây thiết bị biến đổi tần số thông qua số khâu trung gian, có nhược điểm cồng kềnh, hiệu suất thấp biến tần trực tiếp lại khắc phục nhược điểm biến tần trực tiếp Các BBĐ chiềuxoay chiều thường khâu thiết bị biến đổi tần số gián tiếp Tuỳ thuộc vào loại BBĐ chiều-xoay chiều sử dụng mà ta có biến tần nguồn áp, biến tần nguồn dòng hay biến tần cộng hưởng BBĐ cộng hưởng trường hợp đặc biệt BBĐ điện áp hay dịng điện nên sơ đồ khối biến tần cộng hưởng giống biến tần nguồn áp giống biến tần nguồn dòng Ta có sơ đồ khối biến tần nguồn áp hình 5.1a biến tần nguồn dịng hình 5.1b Trong : o Khâu I: chỉnh lưu, làm nhiệm vụ biến điện áp xoay chiều lưới điện có tần số cố định f1 điện áp không đổi U1 thành điện áp chiều Ud o Khâu II: khâu lọc, có tác dụng tạo nguồn cung cấp cho BBĐ chiều có tính chất nguồn áp Ud=const tính chất nguồn dòng Id=const o Khâu III: BBĐ chiều-xoay chiều, đầu ta thu điện áp dịng điện xoay chiều có giá trị tần số điều chỉnh Các sơ đồ BBĐ chiều-xoay chiều sử dụng dụng cụ bán dẫn tiristor transitor Trong phần ta nghiên cứu sơ đồ nghịch lưu dùng tiristor Sơ đồ cấu trúc Cách thức hoạt động biến tần đơn giản Chủ yếu qua công đoạn sau:   Công đoạn 1: Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều pha hay pha chỉnh lưu lọc thành nguồn chiều phẳng Công đoạn thực chỉnh lưu cầu diode tụ điện Điện đầu vào pha ba pha, mức điện áp tần số cố định Công đoạn 2: Điện áp chiều biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều pha đối xứng Mới đầu, điện áp Một chiều tạo trữ giàn tụ điện Điện áp chiều mức cao Tiếp theo, thông qua trình tự kích hoạt thích hợp biến Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn 55 Tai lieu Luan van Luan an Do an đổi IGBT (IGBT từ viết tắt Tranzito Lưỡng cực có Cổng Cách điện hoạt động giống cơng tắc bật tắt cực nhanh để tạo dạng sóng đầu Biến tần) Biến tần tạo điện áp Xoay chiều ba pha phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) Nhờ tiến công nghệ vi xử lý công nghệ bán dẫn lực nay, tần số chuyển mạch xung lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động giảm tổn thất lõi sắt động Hệ thống điện áp xoay chiều pha đầu thay đổi giá trị biên độ tần số vô cấp tuỳ theo điều khiển (khi cần tăng giảm tốc độ động cơ) Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn 56 Tai lieu Luan van Luan an Do an 2.2 Bộ biến tần trực tiếp Bộ biến tần trực tiếp - Cycloconverter, tạo nên điện áp xoay chiều ngõ với trị hiệu dụng tần số điều khiển Nguồn điện áp xoay chiều với tần số biên độ không đổi cung cấp lượng cho biến tần Bộ biến tần trực tiếp dùng để điều khiển truyền động động điện xoay chiều Theo trình chuyển mạch, biến tần trực tiếp phân biệt làm hai loại: biến tần có q trình chuyển mạch phụ thuộc biến tần có q trình chuyển mạch cưỡng Bộ biến tần trực tiếp với trình chuyển mạch cưỡng chứa linh kiện tự chuyển mạch GTO, transistor Chúng trình bày nguyên lý hoạt động chương biến đổi ma trân (Matrix conveter) Bộ biến tần với trình chuyển mạch phụ thuộc sử dụng nhiều cơng nghiệp Tính phụ thuộc biểu khả ngắt dòng điện qua linh kiện thực nhờ tác dụng điện áp nguồn xoay chiều sức điện động xoay chiều tải Do đó, mạch cần trang bị Thyristor thơng thường Với tải công suất lớn, việc sử dụng linh kiện chuyển mạch tự nhiên SCR có ý nghĩa quan trọng hiệu kinh tế thiết bị Do phụ thuộc vào điện áp xoay chiều nguồn nên tần số điện áp ngõ bị giới hạn mức thấp tần số điện áp Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn 57 Tai lieu Luan van Luan an Do an nguồn Bộ biến tần ứng dụng truyền động động công suất lớn tốc độ chậm 2.2.1 Bộ biến tần trực tiếp pha Phân tích hoạt động biến tần trực tiếp với trình chuyển mạch phụ thuộc điện áp nguồn xoay chiều Sơ đồ cấu tạo nguyên lý hoạt động Xét biến tần trực tiếp pha hình vẽ 6.28 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn 58 Tai lieu Luan van Luan an Do an Bộ biến tần có cấu tạo chỉnh lưu kép Do đó, phân tích hoạt động phương pháp điều khiển biến tần giống chỉnh lưu kép Điều khác biệt so với chức chỉnh lưu kép biến tần có q trình điện áp tải - tức điện áp chỉnh lưu đổi dấu cách liên tục tuần hoàn Sơ đồ điều khiển biến tần trực phương pháp điều khiển riêng vẽ minh họa hình 6.31 Mạch logic liên quan đến tín hiệu mơ tả kèm theo bảng B5 Q trình điện áp dòng điện phần tử mạch vẽ hình 6.30a Theo đó, tồn khoảng thời gian dịng tải zero thực đổi dâu từ dương sang âm ngược lại 2.2.2 Bộ biến tần trực tiếp ba pha Bộ biến tần trực tiếp có cấu hình dạng đầy đủ, đối xứng (6.32a,b), phụ thuộc kiểu đấu nguồn, ta phân biệt cấu trúc sử dụng chung nguồn từ cuộn thứ cấp máy biến áp cấu trúc có nguồn riêng cho pha tải Cấu trúc có chung cuộn thứ cấp máy biến áp đòi hỏi mạch tải ba pha có điểm trung tính để hở Nếu pha tải khơng thể phân cách độc lập, sử dụng cấu trúc mạch biến tần trực tiếp có nguồn riêng (6.32b) Với cấu trúc mạch biến tần hình Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn 59 Tai lieu Luan van Luan an Do an 6.32b sử dụng nguồn chung, thực chuyển mạch linh kiện nhóm nửa mạch cầu, tượng ngắn mạch nguồn xảy Bộ biến tần trực tiếp ba pha có q trình chuyển mạch phụ thuộc áp nguồn xoay chiều Các cấu trúc tiết kiệm linh kiện tạo nên không đối xứng nhánh linh kiện Hai dạng biến tần trực tiếp khơng đối xứng vẽ minh họa hình 6.32c 6.32d 2.3 Bộ biến tần gián tiếp Bộ biến tần dùng để chuyển đổi điện áp dòng điện xoay chiều đầu vào từ tần số thành điện áp dịng điện có tần số khác đầu Ưng dụng: Bộ biến tần thường sử dụng để điều khiển vận tốc động xoay chiều theo phương pháp điều khiển tần số, theo tần số lưới nguồn thay đổi thành tần số biến thiên Ngoài việc thay đổi tần số cịn có thay đổi tổng số pha Từ nguồn lưới pha, với giúp đỡ biến tần ta mắc vào tải động ba pha Bộ biến tần sử dụng rộng rãi kỹ thuật nhiệt điện Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn 60 Tai lieu Luan van Luan an Do an Bộ biến tần trường hợp cung cấp lượng cho lò cảm ứng Phân loại: - Theo tổng số pha, biến tần + Một pha + Ba pha + m pha - Theo cấu trúc mạch điện, biến tần + Gián tiếp (mạch chứa khâu trung gian chiều), ta phân biệt biến tần dùng nghịch lưu áp biên tần dùng nghịch lưu dòng với trình chuyển mạch phụ thuộc mạch nguồn với trình chuyển mạch cưỡng + Trực tiếp (khơng có mạch trung gian chiều) - cịn gọi Cycloconvertor Bộ biến tần trực tiếp hoạt động Với q trình chuyển mạch phụ thuộc bên ngồi: tín hiệu điều khiển có dạng hình thang dạng điều hịa: Với q trình chuyển mạch cưỡng (ít gặp) Trường hợp trình chuyển mạch phụ thuộc mạch nguồn chia làm hai trường hợp: trường hợp với dịng điện cân trường hợp khơng có dịng điện cân Mạch trung gian chiều: có chứa tụ lọc với điện dung lớn Cf (khỏang vài ngàn F) mắc vào ngõ vào nghịch lưu Điều giúp cho mạch trung gian hoạt động nguồn điện áp Tụ điện với cuộn cảm Lf mạch trung gian tạo thành mạch lọc nắn điện áp chỉnh lưu Cuộn kháng Lf có tác dụng nắn dòng điện chỉnh lưu Trong nhiều trường hợp, cuộn kháng Lf không xuất cấu trúc mạch tác dụng nắn dịng thay cảm kháng tản máy biến áp cấp nguồn cho chỉnh lưu Do tác dụng diode nghịch đảo nghịch lưu, điện áp đặt tụ đạt giá trị dương Tụ điện cịn thực chức trao đổi lượng ảo tải nghịch lưu mạch trung gian cách cho phép dịng id2 thay đổi chiều nhanh khơng phụ thuộc vào chiều dòng id1 Bộ nghịch lưu áp: dạng pha ba pha Quá trình chuyển mạch nghịch lưu áp thường trình chuyển đổi cưỡng Trong trường hợp đặc biệt nghịch lưu làm việc khơng có q trình chuyển mạch với q trình chuyển mạch phụ thuộc bên ngồi Từ đó, ta có hai trường hợp biến tần với trình chuyển mạch độc lập trình chuyển mạch phụ thuộc bên ngồi Bộ chỉnh lưu: có nhiều dạng khác nhau, mạch tia, mạch cầu pha ba pha Thông thường ta gặp mạch cầu ba pha Nếu chỉnh lưu pha nghịch lưu ba pha, biến tần thực chức biến đổi tổng số pha Khi áp dụng phương pháp điều khiển theo biên độ cho điện áp tải xoay chiều chỉnh lưu phải chỉnh lưu điều khiển Thông thường, chỉnh lưu có dạng khơng điều khiển, bao gồm Diode mắc dạng mạch cầu Độ lớn Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn 61 Tai lieu Luan van Luan an Do an điện áp tần số áp nghịch lưu cịn điều khiển thông qua phương pháp điều khiển xung thực trực tiếp nghịch lưu Ở chế độ máy phát tải (chẳng hạn hãm động không đồng bộ), lượng hãm trả ngược mạch chiều nạp cho tụ lọc Cf Năng lượng nạp tụ làm điện áp tăng lên đạt giá trị lớn gây áp Để loại bỏ tượng điện áp tụ Cf, số biện pháp sau thực Phương pháp đơn giản tác dụng đóng mạch xả điện áp tụ qua điện trở mắc song song với tụ Việc đóng mạch xả tụ thực nhờ công tắc bán dẫn S- hình H5.56 (chẳng hạn điều khiển áp tụ hai giá trị biên) dựa theo kết so sánh tín hiệu điện áp đo tụ với giá trị điện áp đặt trước cho phép Một biện pháp khác thực đưa lượng áp tụ Cf nguồn lưới điện xoay chiều Trong trường hợp này, biến tần trang bị chỉnh lưu kép (hình H6.57) Khả chỉnh lưu kép cho phép thực đảo chiều dòng điện qua chỉnh lưu cách này, điều kiện chiều điện áp tụ lọc không đổi dấu, lượng trả lưới điện xoay chiều qua chỉnh lưu Xu hướng nâng cao chất lượng điện cách sử dụng loại chỉnh lưu điều rộng xung (boost PWM Rectifier) cho phép thực trả công suất nguồn với hệ số công suất cao (gần một) (hình H6.58) Dịng điện qua nguồn lưới xoay chiều có dạng gần sin pha với điện áp xoay chiều Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn 62 Tai lieu Luan van Luan an Do an CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP BÀI Câu 1: Nêu định nghĩa biến tần? Câu 2: Phân loại biến tần? Câu 3: Phân tích sơ đồ cấu trúc biến tần? Câu 4: Phân tích biến tần trực tiếp? Câu 5: Phân tích biến tần gián tiếp? Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn 63 Tai lieu Luan van Luan an Do an Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn