Điện tử công suất- CHƯƠNG 6 NGHỊCH LƯU CỘNG HƯỞNG

28/08/2014 Ts Trần Trọng Minh Bộ môn Tự đông hóa, Khoa Điện, ĐHBK Hà nội Hà nội, - 2010 Khái niệm nghịch lưu CỘNG HƯỞNG Các nghịch lưu cộng hưởng nguồn dòng, nguồn áp NLCH thyristor nguồn dòng NLCH nguồn áp thyristor NLCH nguồn áp tranzitor 10/22/2010 28/08/2014 Chương Nghịch lưu cộng hưởng  IX.1 Những vấn đề chung  IX.1.1 Khái niệm NLCH  IX.1.2 Ứng dụng nghịch lưu cộng hưởng  IX.1.3 Phân loại NLCH  IX.2 Nghịch lưu cộng hưởng song song thyristor  IX.2.1 Sơ đồ  IX.2.2 Tính toán NLCH song song  IX.2.3 Hệ thống điều khiển  IX.3 Nghịch lưu cộng hưởng nối tiếp thyristor  IX.3.1 Sơ đồ  IX.3.2 Phân tích sơ đồ  IX.4 Nghịch lưu cộng hưởng nối tiếp tranzitor  IX.4.1 Sơ đồ  IX.4.2 Các đặc điểm  IX.5 Nhận xét chung NLCH 10/22/2010 IX.1 Những vấn đề chung IX.1.1 Khái niệm nghịch lưu cộng hưởng  NLCH: biến đổi DC/AC, tải có tính chất mạch vòng dao động RLC Khác với BBĐ cộng hưởng DC-DC mạng dao động cố định, phần thiết kế, tải Nghịch lưu, bộ biến  đổi DC/AC 10/22/2010 28/08/2014 IX.1 Những vấn đề chung IX.1.1 Khái niệm nghịch lưu cộng hưởng  Nguồn điện tần số cao xây dựng từ nghịch lưu cộng hưởng (NLCH) Đặc điểm NLCH có phụ tải mạch vòng dao động với dòng điện điện áp có dạng hình sin, van chuyển mạch tự nhiên dòng qua không điện áp anôt-catôt trở nên âm, tổn thất trình chuyển mạch nhỏ, van đóng cắt với tần số cao NLCH thường dùng để tạo dòng điện, điệp áp gần sin với tần số tương đối cao (từ vài trăm Hz đến vài trăm kHz)  Van khóa lại dòng qua không gọi chuyển mạch dòng không: Zero Current Switching – ZCS;  Van mở điện áp không gọi chuyển mạch áp không: Zero Voltage Switching – ZVS  Chuyển mạch điều kiện ZCS ZVS có tổn thất chuyển mạch nhỏ Đây điều kiện quan trọng để van đóng cắt tần số cao cao, tổn thất biến đổi chủ yếu tổn thất chuyển mạch 10/22/2010 IX.1 Những vấn đề chung IX.1.2 Ứng dụng nghịch lưu cộng hưởng  Các thiết bị nung nóng cảm ứng (Induction Heating) yêu cầu nguồn điện tần số cao, tạo nên dòng điện cảm ứng vật liệu sắt từ, cung cấp lượng làm tăng nhiệt độ vật, không cần đến tiếp xúc nguồn nhiệt với vật bị nung nóng  NLCH có ứng dụng rộng rãi lĩnh vực gia nhiệt, nấu luyện thép cảm ứng NLCH nguồn cấp lượng với hiệu suất cao thiết bị cao tần, lò nấu thép cảm ứng, nguồn hàn tần số cao… NLCH dùng thiết bị quấy thép nóng chảy, thiết bị gia nhiệt không tiếp xúc lắp ráp, gia công khí  NLCH có ứng dụng ngày quan trọng biến đổi nguồn DC – DC có khâu trung gian tần số cao DC – AC – DC Khâu biến đổi tần số cao với dòng hình sin áp hình sin làm giảm kích thước phần tử phản kháng L, C, máy biến áp, thường dùng hệ số biến đổi nguồn lớn 10/22/2010 28/08/2014 IX.1 Những vấn đề chung IX.1.3 Phân loại nghịch lưu cộng hưởng  Quá trình điện từ NLCH phức tạp thông số phụ tải thay đổi phạm vi rộng NLCH phân chia làm hai loại chính:  NLCH nguồn dòng song song,  NLCH nguồn áp nối tiếp  Theo van bán dẫn phân loại thành:  NLCH tiristo, nguồn áp hay nguồn dòng,  NLCH tranzito, nguồn áp hay nguồn dòng  Các sơ đồ dùng tiristo tần số yêu cầu tương đối thấp, từ vài trăm Hz đến kHz, công suất lớn lớn, từ vài trăm kW đến vài MW  IGBT sử dụng tần số yêu cầu cao, từ 10 kHz đến 50 kHz, công suất cỡ vài kW đến 300 kW  MOSFET sử dụng dải tần số cao hơn, đến 300 kHz, công suất nhỏ hơn, vài trăm woat đến kW 10/22/2010 IX.2 Nghịch lưu cộng hưởng song song thyristor IX.2.1 Sơ đồ  Sơ đồ  Đồ thị dạng dòng, áp  Nguyên lý hoạt động thể qua đồ thị dạng dòng điện, điện áp  Phân tích chế độ xác lập qua biểu đồ vector  t   : Góc khóa van 10/22/2010 28/08/2014 IX.2 Nghịch lưu cộng hưởng song song thyristor IX.2.2 Tính toán sơ đồ  Tính toán chế độ xác lập:  Từ đồ thị vector tg   QC  Qt Pt  Điện áp trung bình cuộn cảm L phải U ab  2U Cm  cos   E = Uab  Bỏ qua tốn thất sơ đồ: Pd = E.Id = Pt  Dòng chiều bằng: Id  Pt P  t E U ab  Tụ C nối song song với phụ tải, có tác dụng bù công suất phản kháng tải  Hiệu cao làm việc với tải hệ số công suất thấp thiết bị nung nóng cảm ứng  Nguồn dòng đầu vào nên dễ dàng điều chỉnh công suất, an toàn hoạt động  Nhược điểm:  Chế độ tối ưu truyền công suất =min=tr  Ưu điểm sơ đồ:  Khởi động phức tạp,  Chế độ làm việc tối ưu phức tạp 10/22/2010 IX.2 Nghịch lưu cộng hưởng song song thyristor IX.2.3 Hệ thống điều khiển  Hệ thống điều khiển:  Sơ đồ nguyên lý xem tài liệu Giáo trình ĐTCS  Giải hai vấn đề:  Khởi động,  Điều chỉnh công suất 10/22/2010  Sơ đồ nâng cao hiệu NLCH 10 28/08/2014 IX.3 Nghịch lưu cộng hưởng nối tiếp thyristor IX.3.1 Sơ đồ  Sơ đồ đồ thị dạng dòng, áp  Mạch tải dao động với tần số: 0  k    Trong đó: k  4Q L ; Q  k LC R Mạch hoạt động hiệu nếu:   0  2 T  T0  T 10/22/2010 11 IX.3 Nghịch lưu cộng hưởng nối tiếp thyristor IX.3.2 Phân tích sơ đồ  Trong dải tần số làm việc hiệu dùng phương pháp sóng hài bậc nhất, với công cụ biểu đồ vector để tính toán (Sửa lại biểu đồ vector GT ĐTCS) 10/22/2010  Đặc điểm:  Dòng phải vượt trước điện áp nghịch lưu, nghĩa tải phải mang tính dung  Van tự khóa lại dòng 0, gọi Zero Current Switching – ZCS  Khởi động dễ dàng cách tăng dần tần số lên 12 28/08/2014 IX.4 Nghịch lưu cộng hưởng nối tiếp tranzitor IX.4.1 Sơ đồ  Đồ thị dòng, áp NLCH tranzitor  Chế độ làm việc, theo đồ thị hình bên, tương ứng với tính chất mạch tải trở cảm, nghĩa dòng tải chậm pha so với điện áp nghịch lưu, ngược với tính chất sơ đồ dùng tiristo  Chỉ làm việc tốt khi:   0 ,T  T0  Đặc trưng Zero Voltage Switching – ZVS Trước van dẫn dòng điện áp không, tổn thất giảm  ZVS đặc biệt tốt cho MOSFET 10/22/2010 13 IX.5 Nhận xét chung NLCH  Ở giới thiệu chủ yếu dạng NLCH ứng dụng thiết bị nung nóng cảm ứng như: lò nấu thép trung tần, lò cao tần, máy hàn tần số cao, …  NLCH có mảng ứng dụng quan trọng biến đổi DC-AC-DC làm nguồn chiều chất lượng cao, kích thước nhỏ, hiệu suất cao Trong khuôn khổ chương trình chưa có điều kiện giới thiệu, đề nghị tự nghiên cứu  Khái niệm ZCS, ZVS có ý nghĩa quan trọng cung cấp giải pháp chuyển mạch mềm (Soft Switching) BBĐ công suất lớn, điện áp cao, dòng điện lớn Trong chuyển mạch nặng (Hard Switching) gây tổn thất chấp nhận 10/22/2010 14