Nghịch lưu độc lập và biến tần

Nghịch lưu độc lập và biến tần

Giảng viên hướng dẫn : Th.s Đặng Hoàng Anh

Ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và dân dụng

a Ngõ ra tần số công nghiệp không đổi (nhỏ hơn 400Hz)

b.Ngõ ra tần số công nghiệp thay đổi

c.Ngõ ra trung tần hay cao tần ( Từ 500Hz đến 25 KHz)

Nghịch Lưu Độc Lập và Biến Tần

∗ 1.Nghịch lưu song song và nối tiếp:

Là các dạng nghịch lưu sử dụng SCR cho đóng ngắt,có tụ điện ở mạch tải để đảm bảo chuyển mạch.Trong mạch điện điện gồm R,L,C tạo thành mạch cộng hưởng LCR,làm cho dòng qua SCR về 0 và

SCR tự ngắt

II PHÂN LOẠI NGHỊCH LƯU

a Mạch nghịch lưu song song

b Sơ đồ ghép biến áp

c Mạch nghịch lưu nối tiếp

1.Nghịch lưu song song và nối tiếp:

a Nghịch lưu song song

-Tự cảm L ở đầu vào cách ly nguồn

và cầu chỉnh lưu,làm dòng đện cung cấp vào cầu chỉnh lưu không thay

1.Nghịch lưu song song và nối tiếp:

b.Nghịch lưu nối tiếp

− Kích SCR 1 tạo ra xung dòng dương,dòng qua mạch về không khi điện áp trên tụ đạt cực đại và SCR sẽ tự tắt

− Kích SCR 2 tạo ra xung dòng âm,tụ điện

sẽ phóng qua nó và dòng về không khi áp trên tụ điện đảo cực tính, chuẩn bị cho chu

kỳ kế tiếp.

II PHÂN LOẠI NGHỊCH LƯU

2.Nghịch lưu nguồn dòng và nguồn áp

a.Nghịch lưu nguồn dòng

II PHÂN LOẠI NGHỊCH LƯU

Sơ đồ nguyên lý và mạch tương đương của NL nguồn dòng 1 pha tải RL

2.Nghịch lưu nguồn dòng và nguồn áp

a.Nghịch lưu nguồn dòng

-Có L bằng vô cùng ở ngõ vào,làm tổng trở của nguồn có giá trị lớn: tải làm việc với nguồn dòng

II.PHÂN LOẠI NGHỊCH LƯU

i

Dòng iN phẳng,không đổi ở một giá trị tải được đóng ngắt thành dòng

AC cung cấp cho tải:

S1, S4 đóng: iO = iN > 0 ;

S2, S3 đóng: iO = – iN < 0;

Công suất tải tiêu thụ: Po = U.iN

2.Nghịch lưu nguồn dòng và nguồn áp

b Nghịch lưu nguồn áp

II PHÂN LOẠI NGHỊCH LƯU

Sơ đồ nguyên lý mạch tương đương của NL nguồn áp 1 pha

-Nguồn có tổng trở bằng 0

-Ngắt điện luôn có diod song song ngược để năng lượng từ tải có thể tự

do trả về nguồn

2.Nghịch lưu nguồn dòng và nguồn áp

Dạng áp ngõ ra nghịch lưu nguồn áp

-Áp nguồn một chiều được đóng ngắt thành những xung hình vuông có biên độ xác định để cung cấp cho tải

II PHÂN LOẠI NGHỊCH LƯU

So sánh Nghịch lưu nguồn dòng Nghịch lưu nguồn áp

nguồn

theo tảiNăng lượng: 1 chiều, từ nguồn đến tải 2 chiều, nguồn trao

đổi với tải

2.Nghịch lưu nguồn dòng và nguồn áp

III KHẢO SÁT NGHỊCH LƯU NGUỒN ÁP

1 Sơ đồ nghịch lưu 1 pha

Sơ đồ nửa cầu Sơ đồ BA có điểm giữa

Nghịch lưu 1 pha: dùng luật đóng ngắt của BBĐ chiều làm việc 4

phần tư sao cho trung bình áp ra bằng không

=> Ngắt điện có khả năng đóng ngắt theo yêu cầu:

- linh kiện họ transistor (IGBT, transistor Darlington, MosFET) hay

- SCR + mạch tắt, GTO ở công suất cao hơn (kA)

-Nguồn là nguồn áp và có diod phóng điện song song với mỗi ngắt điện,năng lượng truyền được 2 chièu giữa nguồn vào tải làm cho áp ra có nguồn áp 3 pha có thể sử dụng logic ba pha có 2 hay 3 ngắt điện làm việc cùng lúc

-Dạng sóng ngõ ra nghịch lưu nguồn áp ba pha có dạng xung điều khiển như trên là

dạng sóng 6 nấc.

III KHẢO SÁT NGHỊCH LƯU NGUỒN ÁP

2 Sơ đồ nghịch lưu 3 pha

NL nguồn áp ba pha, các dạng sóng và Mạch động lực

Dạng sóng áp ra NL 5 nấc điện áp

* Mục đích làm cho dạng áp ra gần với hình sin hơn

*Thực hiện : Có nhiều cách

- Sử dụng nguồn có nhiều cấp điện áp và nhiều ngắt điện nối tiếp

- Nối tiếp nhiều bộ NL một pha có nguồn riêng( cell nghịch lưu một pha)

- Nối tiếp nhiều bộ phận NL một pha làm việc lệch pha qua biến áp ngõ ra

III KHẢO SÁT NGHỊCH LƯU NGUỒN ÁP

3 Sơ đồ nghịch lưu đa bậc

a.Nghịch lưu nhiều bậc dùng nguồn nhiều cấp điện áp

và như thế 1 cấp điện áp sẽ được nối vào tải qua diod kẹp khi các ngắt điện giữa nó và tải làm việc

III KHẢO SÁT NGHỊCH LƯU NGUỒN ÁP

3 Sơ đồ nghịch lưu đa bậc

∗ b Nghịch lưu nhiều bậc dùng các cell nghịch lưu 1 pha

Một cell NL 1 pha Nghịch lưu đa bậc 3 pha dùng tổ hợp cell NL 1 pha

- Các dạng áp nấc thang này được tạo ra từ việc cộng(trừ) các dạng xung vuông làm việc lệch pha nhau Khi ta cộng(trừ) nhiều áp ra của NL 1 pha,ta

có thể tổng hợp được dạng áp nghịch lưu đa bậc.

- Số bậc: Mỗi cell có thể có thể có 3 mức: +V, 0, -V;trên một nhánh có N cell tạo thành 2N +1 bậc

III KHẢO SÁT NGHỊCH LƯU NGUỒN ÁP

3 Sơ đồ nghịch lưu đa bậc

c Nghịch lưu đa bậc ghép áp ngõ ra

Nguyên lý cộng 2 dạng áp NL Dạng sóng 12 nấc thang

Dùng biến áp để tạo dạng sóng nấc thang

-Mỗi cấp có bề rộng như nhau

-Sử dụng biến áp để cộng các xung vuông thành áp nấc thang.-Số bậc bằng 2 lần số bộ nghịch lưu 1 pha

-Đơn giản nhất nhưng kích thước lớn,hiệu suất ko cao

III KHẢO SÁT NGHỊCH LƯU NGUỒN ÁP

3 Sơ đồ nghịch lưu đa bậc

để động cơ không bị bão hòa.

2 Các phương pháp điều khiển

* Thay đổi nguồn cung cấp

* Điều chế độ rộng xung

IV.ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP NGÕ RA

2 Các phương pháp điều khiển

Sơ đồ điều rộng nhiều xung( NL 1 pha) khi đk hoàn toàn

Dạng áp,dòng NL nguồn áp 1 pha khi điều khiển không hoàn toàn

IV.ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP NGÕ RA

∗ 2 Các phương pháp điều khiển

a Thay đổi áp nguồn cung cấp:

Làm biên độ áp ra thay đổi,thường sử dụng khi nghịch lưu là nguồn dòng hay áp ra có dạng cố định.Khi đó, bộ NL thường được cung cấp điện DC từ

bộ nguồn chỉnh lưu điều khiển pha hay qua BBĐ áp DC.

b Điều chế độ rộng xung: Một xung và nhiều xung.

- Mạch điều khiển phức tạp hơn vì kết hợp cả điều khiển áp và tần số vào cùng sơ đồ nhưng mạch động lực đơn giản và kinh tế hơn.

- Có 2 trường hợp: ĐK hoàn toang khi luôn có 1 ngắt làm việc ở 1 nửa cầu hay ĐK không hoàn toàn khi có lúc không có ngắt điện làm việc

- Khi điều khiển hoàn toàn, pá ra được xác định từ luật đk ngược lại với

đk không hoàn toàn vì khi không có ngắt điện làm việc trên nhánh nửa

cầu,áp ngõ ra phụ thuộc dòng phóng điện

IV.ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP NGÕ RA

Các phương pháp

Các sóng hài bậc cao có các tác động:

− Gây phát nóng phụ :do dòng không hình sin và hài bậc cao làm

tăng tổn hao trong dây dẫn và lõi sắt

− Gây momen phụ: do các thành phần 3 pha bậc cao tạo ra trong

động cơ xoay chiều

Có nhiều phương pháp để hạn chế sóng hài bậc cao,chia thành 2

Mạch tạo áp chuẩn hình sin và sóng mang răng cưa cho sơ đồ điều chế độ rộng xung hình sin (SPWM)

− Hạt nhân của mạch điều khiển là bộ tạo hình sin có biên độ và tần số điều khiển được.

− Hạt nhân này cũng cho ra dạng sóng tam giác có tần số là bội số và đồng bộ với hình sin chuẩn.

VI NGHỊCH LƯU HÌNH SIN

Quan hệ tần số sóng mang fc và tần số ngõ ra f0

− Áp điều khiển f = k Udk = N f0 với k : hệ số tỉ lệ(Hz/volt);f0 : tần số ngõ ra mong muốn; N: số mẫu của một hình sin chuẩn

− DAC biến đổi từ số ra điện áp,tạo ra các tín hiệu mong muốn.

− Để thay đổi biên độ các hình sin,DAC được sử dụng là loại nhân và tín hiệu điều khiển biên độ được đưa vào chân áp chuẩn REF của nó

− U/ f = hằng số

VI NGHỊCH LƯU HÌNH SIN

+ Có thể sử dụng động cơ không đồng bộ rẻ tiền,chắc chắn.

+ Điều khiển tần số động cơ AC là phương án có hiệu suất

cao,chất lượng tốt

VII.BIẾN TẦN NGUỒN ÁP

2 Các dạng biến tần

b.Biến tần có trung gian

Biến tần có trung gian 1 chiều

vi sử dụng khác biệt.

VII.BIẾN TẦN NGUỒN ÁP

3.Nguyên lý điều khiển động cơ AC dùng biến tần

− Khi tần số thay đổi, từ trường quay của các cuộn dây xtator có tốc

độ thay đổi theo quan hệ n0; trong đó n0 (vòng/phút), f: tần số(Hz)

+ Điều khiển U/f hằng:

+Điều khiển vector động cơ không đồng bộ:

∗

VII.BIẾN TẦN NGUỒN ÁP

1.Các bộ nguồn tần số cao:

− Nung nóng cảm ứng các vật liệu dẫn điện bằng dòng cảm ứng Tần

số làm việc thay đổi từ tần số công nghiệp đến vài trăm KHz:

+ Tần số làm việc giảm khi công suất tăng

+ Tần số cần phải tăng khi bề dầy làm việc giảm

− Có thể sử dụng NL với ngắt điện là thyristor trong các bộ nguồn tần số cao Ở tần số > 100 KHz, có thể dùng transistor

2.Cấp điện đóng ngắt sử dụng NL:

- Bộ nghịch lưu có thể dùng cho bộ cấp điện đóng ngắt,biến đổi điện

1 chiều thành xoay chiều,cung cấp cho biến áp tần số cao

3 Bộ nguồn xoay chiều không gián đoạn(Bộ lưu điện):

VIII.ỨNG DỤNG

3 Bộ nguồn xoay chiều không gián đoạn(Bộ lưu điện-UPS):

của mạng máy tính hay các máy điện tử y tế.

chạy máy phát dự phòng.

điện không gián đoạn ( OFF-LINE).

VIII.ỨNG DỤNG