Nghiên cứu chế tạo bộ nghịch lưu một pha chuẩn sin

Đồ án tốt nghiệp nghiên cứu chế tạo bộ nghịch lưu một pha chuẩn sin công suất 1000W. Sử dụng mạch cầu H, theo phương pháp SinPWM, dùng pic 12f629 để lập trình, hãy tham khảo nhé........................................................................................................................................................

LỜI NÓI ĐẦU

Như chúng ta đã biết, hiện nay nước ta đang bước vào quá trình công nghiệphóa - hiện đại hóa, cùng với đó là xây dựng cơ sở hạ tầng ngày càng phát triển.Trong

đó năng lượng điện là yếu tố hết sức quan trọng cho việc xây dựng và phát triển đó

Nhưng thực trạng ngành điện sản xuất không đủ để cung cấp cho nền côngnghiệp và đảm bảo mọi người dân luôn có điện Chính vì vậy nhu cầu về điện củangười dân luôn tăng cao mà lượng sản xuất không đáp ứng được yêu cầu

Do vậy đề tài này với mục đích nghiên cứu và xây dựng bộ biến đổi cho phép khi mất điện lưới ta vẫn có thể sử dụng năng lượng từ acquy để thắp sáng, cũng như để

sử dụng một số vật dụng như quạt, tivi, động cơ

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều lựa chọn cho các bộ nghịch lưu với rấtnhiều mức giá, cấp chất lượng, hiệu suất và công suất khác nhau Các bộ nghịch lưusin thuần thường sử dụng các linh kiện số công suất cao và đắt tiền trong khi đó các bộnghịch lưu sin mô phỏng rất đơn giản do không có phần tạo xung phức tạp tuy nhiênđiện áp đầu ra chứa nhiều nhiễu có thể gây ảnh hưởng tới các thiết bị nhạy cảm Mụctiêu của đề tài này là phân tích một loại thiết kế khác có thể cho phép tạo ra các bộnghịch lưu một pha sin thuần có hiệu suất cao và giá thành thấp và có thể ứng dụngthực tế trong sản xuất Bộ nghịch lưu này sử dụng kỹ thuật điều biến độ rộng xung đểtạo ra sin gần thuần với nhiễu rất nhỏ

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Điện, bộ môn tự động hóa và

đặc biệt là thầy Nguyễn Hoàng Mai đã hướng dẫn em hoàn thành đồ án này Tronhg

quá tình thực hiện làm đồ án nên không thể không mắc phải sai sót, em mong được sự chỉ bảo tận tình của các thầy cô

Đà Nẵng, ngày 8 tháng 12 năm 2016

Sinh viên thực hiện

Trần Đăng Hùng

TÓM TẮT

Đề tài này tập trung nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ nghịch lưu một pha có sóngđầu ra dạng hình sin, công suất 1kW Tất cả các công việc của đề tài bao gồm: tìm hiểu lý thuyết tổng quan về các bộ nghịch lưu, nghiên cứu các phương pháp điều khiển

bộ nghịch lưu, thiết kế tính toán mạch trên phần mềm Altium, thiết kế và thi công mô hình thực tế

Yêu cầu ban đầu đưa ra của đề tài như sau:

“ Thiết kế chế tạo bộ nghịch lưu 12VDC/220VAC, tần số 50Hz, công suất 1kW, sóng

đầu ra dạng thuần sin”

Thông số : UDC = 12V, UAC = 220V, f = 50Hz , Công suất P = 1kW.

Bản thuyết minh cho đề tài được chia làm 4 chương:

Chương 1: Tổng quan các bộ nghịch lưu, khái niệm bộ nghịch lưu, phân loại các bộ nghịch lưu, nguyên lý cơ bản của từng bộ nghịch lưu và phương pháp điều chế độ rộngxung

Chương 2: Nêu ra yêu cầu đối với sự cần thiết điều khiển bộ nghịch lưu, phân loại cácphương pháp điều khiển, phân tích ưu và nhược điểm của phương pháp điều biến độrộng xung SinPWM và SVPWM

Chương 3: Thiết kế tính toán mạch động lực và mạch điều khiển, từ thông số yêu cầu đặt ra và lựa chọn các linh kiện hợp lý nhất

Chương 4: Mô hình thực nghiệm của bộ nghịch lưu, phân tích, đánh giá kết quả

Kết quả xong khi hoàn thành đồ án đã tạo ra thiết bị điện tử nhỏ gọn, giá thànhphù hợp với mọi người dân, sử dụng acquy để dùng khi mất điện

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN

1 Tiến trình thực hiện đề tài

Tìm hiểu lý thyết Lập trình/ Mô phỏng

Đánh giá Viết báo cáo

Thời gian

Sinh viên

Tháng08/2016

Tháng09/2016

Tháng10/2016

Tháng11/2016

Tháng12/2016

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC BẢNG BIỂU

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT

PWM: Pule Width Modulation

SinPWM: Sine Pule Width Modulation

VPWM: Vector Pule Width Modulation

AC: Alternating Current

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC BỘ NGHỊCH LƯU

Trong chương này, chúng ta sẽ tìm hiểu tổng quan về các bộ nghịch lưu một phanhư là khái niệm bộ nghịch lưu, phân loại các bộ nghịch lưu, nguyên lý cơ bản củatừng bộ nghịch lưu và lưa chọn phương pháp tối ưu để làm đề tài

1.1 Tổng quan về các bộ nghịch lưu

1.1.2 Khái niệm về nghịch lưu

Nghịch lưu là quá trình biến đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoaychiều với tần số cố định hoặc thay đổi

1.1.3 Phân loại nghịch lưu

1.1.3.1 Nghịch lưu phụ thuộc

Nghịch lưu phụ thuộc có tần số điện áp của dòng điện xoay chiều chính là tần

số không thể thay đổi của lưới điện Sự hoạt động của nghịch lưu này phải phụ thuộcvào điện áp lưới vì tham số điều chỉnh duy nhất là góc điều khiển α được xác định theotần số và pha của lưới điện xoay chiều

Cho phép biến đổi từ điện áp một chiều E thành nguồn điện xoay chiều có tính

chất như điện áp lưới Trạng thái không tải là cho phép còn trạng thái ngắn mạch tải là

sự cố Van bán dẫn trong nghịch lưu độc lập điện áp hoạt động dưới tác động của suấtđiện động một chiều E, vì vậy thích hợp là van điều khiển hoàn toàn: các loạitransistor, BJT, MOSFET, IGBT

- Nghịch lưu độc lập cộng hưởng

Có đặc điểm khi hoạt động luôn hình thành một mạch vòng dao động cộnghưởng RLC Với nghịch lưu độc lập dòng điện và nghịch lưu độc lập công hưởng, dotính chất mạch cho phép ứng dụng tốt van bán điều khiển thysistor nên chúng thườngđược dùng

1.2 Cấu tạo và nguyên lý

1.2.2 Nghịch lưu độc lập điện áp một pha

1.2.2.1 Cấu tạo

Sơ đồ nghịch lưu áp một pha được mô tả như sơ đồ hình 1.1 Sơ đồ gồm 4 vanđộng lực chủ yếu là: T1, T2, T3, T4 và các diode D1, D2, D3, D4 dùng để trả côngsuất phản kháng về lưới và như vậy tránh được hiện tượng quá áp ở đầu nguồn

Tụ C được mắc song song với nguồn để đảm bảo cho nguồn đầu vào là nguồn haichiều (nguồn một chiều thường được cấp bởi chỉnh lưu chỉ cho phép dòng đi theo mộtchiều)

Như vậy tụ C thực hiện việc tiếp nhận công suất phản kháng của tải, đồng thời tụ Ccòn đảm bảo cho nguồn đầu vào là nguồn áp

Hình 1-1: Sơ đồ nghịch lưu cầu một pha 1.2.2.2 Nguyên lý làm việc

Ở nửa chu kỳ đầu (2) cặp van T1, T2 dẫn điện, phụ tải được đấu vào nguồn Donguồn là nguồn áp lên điện áp trên tải Ut = E, hướng dòng điện là đường nét đậm

Tại thời điểm 2), T1 và T2 bị khóa, đồng thời T3 và T4 mở ra tải sẽ được đấu vàonguồn theo chiều ngược lại, tức là dấu điện áp trên tải sẽ đảo chiều và Ut = - E tại thờiđiểm 2.

Do tải mang tính trở cảm nên dòng vẫn giữ nguyên hướng cũ (đường nét đậm)T1, T2 bị khóa nên dòng phải khép mạch qua D3, D4 Suất điện động cảm ứng trên tải

sẽ trở thành nguồn trả năng lượng thông qua D3, D4 về tụ C (đường nét đứt)

Tương tự như vậy đối với chu kỳ tiếp theo khi khóa cặp T, T dòng tải sẽ khépmạch qua D1 và D2

Đồ thị điện áp tải Ut, dòng điện tải it, dòng qua diode iD và dòng qua thyristorđược biểu diễn trên hình 1.2

Hình 1-2: Đồ thị nghịch lưu áp cầu một pha

Trên thực tế người ta thường dùng nghịch lưu áp với phương pháp điều chế độrộng xung PWM để giảm bớt được kích thước của bộ lọc Nguyên lý của phương phápnày sẽ được nghiên cứu ở phần sau

1.2.2.3 Ưu điểm và nhược điểm nghịch lưu độc lập điện áp

 Số lượng van sử dụng khá nhiều

 Điện áp ra có sóng hài bậc cao ảnh hưởng tới thiết bị điện

Hình 1-3: Các sóng hài bậc cao

1.2.3 Bộ nghịch lưu độc lập dòng một pha

 Cấu tạo:

Hình 1-4: Sơ đồ nghịch lưu cầu một pha

Điện áp xoay chiều được chỉnh lưu thành một chiều nhờ bộ chỉnh lưu có điềukhiển, điện áp một chiều sau chỉnh lưu được đưa qua cuộn kháng lọc Cuộn kháng lọc

có tác dụng biến nguồn điện sau chỉnh lưu thành nguồn dòng để cung cấp cho mạchnghịch lưu Đối với bộ nghịch lưu dòng điện cung cấp từ nguồn điện một chiều thực tế

là không đổi, không phụ thuộc vào hiện tượng của bộ nghịch lưu trong khoảng làmviệc trước đó Trong thực tế thì bộ nghịch lưu nguồn dòng được cung cấp bằng nguồnđiện một chiều qua cuộn dây có điện cảm lớn, điều đó cho phép làm thay đổi điện ápcủa bộ nghịch lưu

Khi đưa xung vào mở cặp van T1 , T2 dòng điện iN = id = Id Đồng thời dòng qua

tụ C tăng lên đột biến, tụ C bắt đầu được nạp điện với dấu “+” ở bên trái và dấu “-” ởbên phải Khi tụ C nạp đầy, dòng qua tụ giảm về không Do iN = iC + iZ = Id = hằng số,nên lúc đầu dòng qua tải nhỏ và sau đó dòng qua tải tăng lên Sau một nửa chu kỳ t = t1

người ta đưa xung vào mở cặp van T3, T4 Cặp T3, T4 mở tạo ra quá trình phóng điệncủa tụ C từ cực “+” về cực “-” Dòng phóng ngược chiều với dòng qua T1 và T2 sẽ làmcho T1 và T2 bị khóa lại

Hình 1-5: Giản đồ xung của nghịch lưu cầu một pha

Quá trình chuyển mạch xảy ra gần như tức thời Sau đó tụ C sẽ được nạp điệntheo chiều ngược lại với cực tính “+” ở bên phải và cực tính “-” ở bên trái, dòngnghịch lưu iN = id = Id nhưng đã đổi dấu Đến thời điểm t = t2 người ta đưa xung vào mở

T1, T2 thì T3, T4 sẽ bị khóa lại và quá trình được lặp lại như trước

Như vậy chức năng cơ bản của tụ C là làm nhiệm vụ chuyển mạch cho cácthyristor Ở thời điểm t1, khi mở T3 và T4, thyristor T1 và T2 sẽ bị khóa lại bởi điện ápngược của tụ C Khoảng thời gian duy trì điện áp ngược t1 + t1’ là cần thiết để duy trìquá trình khóa và phục hồi tính chất điều khiển van và t1 - t1’ = tk toff ; toff là thời giankhóa của thyristor hay chính là thời gian phục hồi tính chất điều khiển

Trong đó : tk = là góc khóa của nghịch lưu

 Ưu điểm:

 Có khả năng vượt qua được các sự cố chuyển mạch và tự phục hồi về trạng tháilàm việc bình thường

 Có khả năng hãm tái sinh trả năng lượng về lưới bằng đảo dấu cực tính của điện

áp một chiều trong khi chiều dòng điện không đổi chiều Vì vậy không cần yêu

cầu thêm bộ chỉnh lưu đảo chiều điện áp Sự làm việc của động cơ khi độ trượt

âm sẽ tự động đảo dấu điện áp một chiều vì dòng điện một chiều là đại lượngđược điều khiển Do đó trong bộ nghịch lưu nguồn dòng năng lượng sẽ được tựđộng nghịch lưu trả về lưới

 Nhược điểm:

 Không thể làm việc được ở chế độ không tải

 Kích thước của tụ điện và điện cảm lọc nguồn một chiều khá lớn Các tụ chuyểnmạch phải có trị số lớn cần thiết để thu nhận năng lượng của cuộn dây stator khichuyển mạch

 Để đảm bảo năng lượng phản kháng tối thiểu thì động cơ phải được thiết kế saocho điện cảm tản nhỏ nhất Điều này sẽ làm tăng mức giá động cơ

1.2.4.1 Nghịch lưu cộng hưởng song song

Hình 1-6: Nghịch lưu cộng hưởng song song và giản đồ xung

Xét sơ đồ hình 1-10, khi t=0 cặp van T1, T2 được mở ra Tụ C được nạp qua mạch(+) → Ld → T1 → Zt → T2 → (-) Dòng nạp cho tụ có dạng hình sin vì dao động cộnghưởng

Tại thời điểm dòng đi qua tải giảm về không do đó T1 và T2 bị khoá lại Trongkhoảng thời gian từ đến tất cả các thyristor đều bị khóa lại và Lt = 0 Điện áp trên T1,

T2 bằng nửa điện áp trên tụ Uc và điện áp nguồn E Điện áp trên tụ trong khoảng thờigian ÷ phải lớn hơn nguồn E đảm bảo khóa T1 và T2 chắc chắn Tại thời điểm cặp van

T3 và T4 mở ra Điện áp trên T1 và T2 bằng điện áp nghịch lưu của tụ C đặt lên (= Uc),

tụ được nạp theo chiều ngược lại và đảo dấu Dòng nạp của tụ C cũng mang tính daođộng và giảm về không ở thời điểm Lúc này T3 và T4 khóa lại

1.2.4.2 Nghịch lưu cộng hưởng nối tiếp

Sơ đồ gồm 2 cuộn dây L1, L2 được quấn trên cùng một lõi thép để tạo ra hiệntượng cảm ứng, tụ C được mắc nối tiếp với tải

Các giá trị của L1, L2, C và Rt được chọn sao cho dòng qua thyristor là dòng daođộng

Hình 1-7: Mạch nghịch lưu cộng hưởng nối tiếp và sơ đồ thay thế

 Nghịch lưu nối tiếp có ba chế độ làm việc:

 Chế độ khóa tự nhiên: f0 > f, dòng qua T1 giảm về không sau một thời gian mới

mở T2, chế độ này tương tự như chế độ làm việc của nghịch lưu song song

 Chế độ giới hạn: f0 = f dòng qua T1 giảm về không thì T2 được mở ra vì vậychế độ này đảm bảo dòng tải it và điện áp trên tải Ut là hình sin

 Chế độ chuyển mạch cưỡng bức: f0 < f khi T1 còn chưa khóa đã kích xung mởcho T2.

Nghịch lưu nối tiếp có thể làm việc ở chế độ 2 và 3 ở trên là do hiện tượng cảmứng của hai cuộn L1 và L2

Khi T1 còn đang dẫn đã mở cho T2, dòng phóng qua tụ C qua L2 và T2 sẽ gâynên hiện tượng cảm ứng trong cuộn L2 Sức điện động này có có dấu chống lại sự tăngcủa dòng, tức là (+) ở bên trái và (-) ở bên phải

Do L1 và L2 quấn trên cùng một lõi thép nên sức điện động này cảm ứng lên L1.Các tham số được chọn sao cho Ut < 0 nên T1 sẽ bị khóa lại

Nghịch lưu chủ yếu làm việc ở hai chế độ trên Nghịch lưu nối tiếp làm việc vớidải phụ tải thay đổi tương đối rộng

Để giữ cho điện áp trên tải là không đổi khi phụ tải thay đổi, thay đổi tần số củaxung điều khiển f

Chế độ f > f0 là chế độ mà nghịch lưu cộng hưởng làm việc như chế độ nghịchlưu dòng điện

1.2.5 Cải thiện điện áp ra cho nghịch lưu độc lập điện áp

Nếu tải ra không đòi hỏi về dạng áp hình sin sẽ không cần quan tâm đến bộ loc.Tuy nhiên với tải xoay chiều được thiết kế chế tạo để làm việc với nguồn điện áp hìnhsin (như động cơ điện, máy biến áp lực ) cần phải cải thiện dạng điện áp ra theo yêucầu của tải Có một số phương pháp sau được sử dụng:

Dùng bộ lọc tần số thụ động với dòng tải lớn và điện áp cao bộ lọc phải thựchiện bằng các phần tử thụ động L và C, điều này dẫn đến tổn thất công suất không thểtránh khỏi làm giảm hiệu suất hệ thống, mặt khác là tăng đáng kể kích thước thiết bị.Hơn nữa hiệu quả lọc tần của bộ lọc thụ động không cao

Phương pháp cộng điện áp nhiều nghịch lưu độc lập với góc pha lệch nhau hoặctần số khác nhau Phương pháp này thực hiện khá đơn giản, các van hoạt động nhẹnhàng vì tần số chuyển mạch thấp, nhưng mạch động lực, mạch điều khiển phức tạp

Phương pháp băm xung chọn lọc trong khoảng van dẫn: các van không đóng

mở nhiều lần như trong phương pháp điều chế PWM mà thường chỉ dưới 10 lần

Phương pháp này chỉ phù hợp khi sử dụng các van không có khả năng làm việc ở tần

số cao như GTO, IGBT hay thysistor (có kèm chuyển mạch cưỡng bức)

Phương pháp điều chế PWM: trong một khoảng dẫn của van, transistor khôngdẫn liên tục mà đóng cắt rất nhiều lần với độ rộng xung dẫn thay đổi Ưu điểm của kỹthuật này là:

- Các thành phần điều hòa của điện áp hoặc dòng điện ra bị đẩy sang phía tần sốcao, do đó dễ lọc

- Cho phép thay đổi điện áp ra bằng sơ đồ có hai khóa chuyển mạch trong mộtpha

Kỹ thuật PWM liên quan chặt chẽ đến các bộ biến đổi điện tử công suất góp phần làmgiảm tổn hao chuyển mạch, tăng tần số làm việc của chúng

1.2.6 Điều chế PWM cho nghịch lưu độc lập điện áp một pha

1.2.6.1 Pule Width Modulation (PWM)

PWM là phương pháp điều chỉnh điện áp ra tải hay nói cách khác là phươngpháp điều chế dựa trên sự thay đổi độ rộng của mỗi chuỗi xung vuông dẫn đến sự thayđổi điện áp ra Các PWM khi biến đổi thì có cùng một tần số và khác nhau và độ rộngcủa sườn xung dương hoặc là sườn âm

Hình 1-8: Đồ thị dạng xung điều chế PWM

Gọi t1 là thời gian xung ở sườn dương (khóa mở) còn T là thời gian cả sườn âm

và dương, Umax là nguồn xung cấp cho tải

Ud = Umax.( t1/T) [V] hay Ud = Umax.D

• Sóng mang: là sóng tam giác có tần số lớn, có thể hàng chục thậm chí hàng trăm kHz.

• Sóng điều biên: là sóng hình sin có tần số bằng tần số sóng cơ ban đầu ra của bộnghịch lưu Sóng điều biên chính là sóng mong muốn ở đầu ra của bộ nghịch lưu

Hình 1-9: Điện áp ra của bộ nghịch lưu PWM đơn cực

Nhận thấy rằng điện tích của mỗi xung gần với điện tích dưới dạng sóng hìnhsin mong muốn giữa hai khoảng liên tiếp Các điều hòa của sóng điều chế theo phươngpháp PWM giảm rõ rệt theo phương pháp này

Để xác định thời điểm kích mở cần thiết để tổng hợp đúng dạng sóng đầu ratheo phương pháp PWM (đơn cực) trong mạch điều khiển người ta tạo một sóng sinchuẩn mong muốn và so sánh nó với một dãy xung tam giác được biểu diễn trên hìnhdưới Giao điểm của hai sóng xác định thời điểm kích mở van bán dẫn

Hình 1-10: Đồ thị xác định thời điểm kích mở van công suất

Điện áp đầu ra của bộ nghịch lưu dùng phương pháp PWM cực đại khi ở chế độxung vuông, có nghĩa là khi đó đầu ra của PWM giống như bộ nghịch lưu nguồn áp.Khi điện áp điều khiển càng giảm thì bề rộng của xung càng giảm và độ trống xungtăng lên, do vậy điện áp ra giảm Vì vậy có thể điều khiển điện áp đầu ra bằng điện ápđiều khiển

Quá trình đưa xung có tần số cao và sẽ tạo ra đóng cắt tần số lớn do vậy sẽ làmtăng các điều hòa bậc cao Nhưng có thể dễ dàng lọc ra điều hòa bậc thấp và tấn số cơbản sin hơn Bên cạnh đó động cơ là tải điện cảm nên dễ dàng làm suy giảm các điềuhòa bậc cao cả điện áp và dòng điện

b) Phương pháp điều khiển PWM lưỡng cực

Thay cho phương pháp điều khiển PWM đơn cực để nâng cao chất lượng điềukhiển ta có phương pháp điều khiển PWM lưỡng cực Các MOSFET kích mở theotừng cặp nhằm tránh khoảng điện áp về không (lưỡng cực) Phần điện áp nữa chu kìđầu rất ngắn Để xác định thời điểm van bán dẫn người ta điều chế sóng tam giác tần

số cao bằng sóng sin chuẩn Vì vậy không tạo độ lệch pha giữa sóng tam giác và sóngsin cần điều biên

Hình 1-11: Điều chế độ rộng xung lưỡng cực

c) So sánh hai phương pháp trênHai phương pháp trên là hai phương pháp nghịch lưu cơ bản Về cấu trúc mạchđộng lực không có gì khác nhau mà khác nhau về nguyên tắc điều khiển chuyển mạchcác van bán dẫn Hai phương pháp trên có chứa ưu điểm và nhược điểm nhất định

 Phương pháp điều khiển PWM đơn cực:

• Ưu điểm:

Mạch điều khiển đơn giản do không có phần tử điện áp âm trong thành phầnđiện áp pha Số lượng chuyển mạch của các van bán dẫn ít do vậy tổn hao chuyểnmạch thấp

Kết luận: Trong chương này, chúng ta đã tìm hiểu được khái niệm của bộ nghịchlưu, phân loại các bộ nghịch lưu, cấu tạo và nguyên lý của từng bộ nghịch lưu cơ bản,phân tích ưu điểm và nhược điểm, các phương pháp cải thiện điên áp ra của bộ nghịchlưu.

CHƯƠNG 2 CHI TIẾT PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỘ

• Điều chỉnh được giá trị điện áp, dòng điện về biên độ và tần số

• Tối thiểu hóa tổng các thành phần sóng hài

2.2 Phân loại

Có nhiều phương pháp để điều khiển bộ nghịch lưu áp để tạo ra điện áp có biên độ

và tần số mong muốn cung cấp cho động cơ

2 Phương pháp điều biến độ rộng xung

Một trong những phương pháp được sử dụng rộng rãi để điều khiển sóng ra xoaychiều của các bộ biến đổi điện tử công suất là phương pháp điều chế độ rộng xung(Pulse Width Modulation – PWM) Đó là kỹ thuật thay đổi chu kỳ làm việc của các vantrong bộ biến đổi với tần số thấp hơn Có một số xu hướng rõ ràng để phát triển, cảitiến phương pháp PWM đó là giảm độ méo dạng sóng hài và tăng biên độ sóng ra ứngvới một tần số đóng mở đưa ra Do đó có nhiều phương pháp điều chế khác nhau vàdẫn đến cấu trúc bộ biến đổi cũng khác nhau

Đối với bộ nghịch lưu nguồn áp thì phương pháp PWM có những ưu nhượcđiểm như sau:

 Ưu điểm:

 Hài bậc thấp có thể được giảm thiểu hoặc loại bỏ Khi hài bậc cao được lọc

dễ dàng thì bộ lọc sẽ gọn hơn

 Nhược điểm:

 Cần phải chọn van có thời gian đóng mở bé, vì vậy tăng giá thành sảnphẩm

 Phương pháp điều biến độ rộng xung phân chia thành hai loại:

 Phương pháp điều rộng xung SinPWM

 Phương pháp điều chế vector không gian SVPWM

2.2.2 Phương pháp điều biến sigma - delta

Nguyên lý của điều biến sigma - delta là có thể điều chỉnh giá trị trung bình củamột đại lượng không phải là biến trạng thái với điều kiện tích phân sẽ làm biến mất sựgián đoạn của nó, hoặc ta cũng có thể điều chỉnh điện áp trên cực của nguồn dòng

2.2.3 Phương pháp điều biến tính toán trước

Nguyên lý của điều biến tính toán trước là thay cho việc xác định các gócchuyển mạch trong thời gian thực bằng kỹ thuật điện tử tự hay kỹ thuật số, ta có thểtính toán trước, lưu giữ trong bộ nhớ rồi sử dụng bộ vi xử lý điều khiển các khóachuyển mạch

Trong nội dung đề tài ta chỉ nghiên cứu phương pháp điều biến độ rộng xung PWM

 ma : hệ số điều biến

 Vc: biên độ sóng điều khiển

 V : biên độ sóng mang

Trong vùng tuyến tính (0 < ma < 1), biên độ của thành phần sin cơ bản VA0 (điện

áp pha) trong dạng sóng đầu ra tỷ lệ với hệ số điều biến theo công thức:

VA0 = ma (2-3)Đối với điện áp dây là:

 mf : hệ số điều chế tỷ số

 ftri: tần số sóng mang, bằng tần số PWM

 fc: tần số tín hiệu điều khiểnGiá trị của mf được chọn sao cho nên có giá trị dương và lẻ Nếu mf là một giátrị không nguyên thì trong dạng sóng đầu ra sẽ có các thành phần điều hòa phụ Nếu mf

không phải là một số lẻ, trong dạng sóng đầu ra sẽ tồn tại thành phần một chiều và cáchài bậc chẵn Giá trị của mf nên là bội số của 3 đối nghịch lưu áp ba pha vì trong điện

áp dây đầu ra sẽ triệt tiêu các hài bậc chẵn và hài là bội số của ba

2.3.2.3 Ưu và nhược điểm của phương pháp SinPWM

 Ưu điểm:

 Nếu điện áp một chiều đầu vào không đổi, để điều chỉnh biên độ và tần sốcủa điện áp đầu ra ta chỉ việc điều chỉnh biên độ và tần số của tín hiệu sinchuẩn vc

 Nhược điểm:

 Đặc trưng cơ bản của phương pháp này là thành phần sóng điều hòa của điện

áp ra cao Muốn giảm các sóng điều hòa bậc cao cần phải tăng tần số sóngmang hay tần số PWM Tuy nhiên càng tăng tần số PWM thì tổn hao chuyểnmạch lại tăng lên

2.3.3 Phương pháp điều chế vector không gian

 Tính toán đơn giản hơn Vì cơ bản phương thức điều chế vector không gian

là phương thức thay thế ba vector điện áp ba pha thành một vector quay trongkhông gian Như vậy thay vì phải tính toán trên ba pha ta chỉ cần tính toántrên hệ trục hai pha theo độ lớn và góc pha của đại lượng vector quay

Kết luận: Trong chương này, chúng ta đã tìm hiểu được các phương pháp điều khiển

bộ nghịch lưu, ưu và nhược điểm của các phương pháp SinPWM và SVPWM

Các thông số và yêu cầu của bộ biến đổi:

ba sự chọn lựa: Nghịch lưu độc lập nguồn áp, nguồn dòng và cộng hưởng

Mạch nghịch lưu độc lập dòng điện được cấp từ nguồn dòng, ở đây ta sử dụngnguồn cấp là acquy nên không phù hợp

Mạch nghịch lưu độc lập cộng hưởng có dạng điện áp ra gần sin nhất, tuy nhiênvới tần số lớn từ 500Hz trở lên do vậy không phù hợp để sử dụng cho mạch mà ta cầnthiết kế

Như vậy ta sử dụng mạch nghịch lưu độc lập nguồn áp, có hai lựa chọn:

• Nghịch lưu độc lập nguồn áp một pha

• Nghịch lưu độc lập nguồn áp ba pha sau đó lấy một pha để sử dụng Nghịch lưu độc lậpnguồn áp ba pha có dạng hình sin hơn so với nghịch lưu độc lập nguồn áp một pha, tuynhiên với mục đích sử dụng như ban đầu ta đưa ra thì hoàn toàn không cần thiết phảidùng như vậy, bởi bộ nghịch lưu áp ba pha cho chi phí cao hơn và tính toán điều khiểncũng phức tạp hơn rất nhiều, trong khi đó ta chỉ cần sử dụng một pha cho nhu cầu sinhhoạt hàng ngày

 Do vậy ta sẽ chọn mạch nghịch lưu độc lập nguồn áp một pha, điều biến độ rộng xungtheo phương pháp lưỡng cực và cải thiện điện áp đầu ra bằng phương pháp SinPWMkết hợp bộ lọc LC với các thông số và yêu cầu đã đề ra

3.1 Bộ biến đổi DC/ AC sẽ có các thành phần chính sau

Hình 3-1: Sơ đồ khối của bộ biến đổi

3.2 Xây dựng mạch nguyên lý bộ nghịch lưu

Sử dụng phần mềm vẽ mạch chuyên dụng Altium để vẽ sơ đồ nguyên lý

Hình 3-2: Sơ đồ nguyên lý bộ biến đổi

3.3 Mạch Full bridge (mạch cầu H)

Mạch cầu H là được gọi là mạch cầu vì nó được cấu tạo bởi 4 transistor hoặcFET Tác dụng của transistor hoặc FET trong mạch cầu H là đóng mở dẫn dòng điện từnguồn cấp cho tải với công suất nhỏ đến lớn Tìn hiệu điều khiển các van là tín hiệunhỏ (điện áp hay dòng điện) và cho dẫn dòng và điện áp lớn để cung cấp cho tải Mạchcầu H có thể đảo chiều dòng điện qua tải nên thế hay được dùng trong các mạch điềukhiển động cơ DC và các mạch băm xung áp

3.3.2 Các dạng cấu tạo của mạch cầu H

3.3.2.1 Mạch cầu H được cấu tạo bởi 2 dạng chính

a) Dạng 1: Được cấu tạo bởi 4 transistor (Fet) cùng kênh N Sơ đồ nguyên lý mạch được cấu tạo như sau:

Hình 3-3: Sơ đồ nguyên lý mạch cầu H dạng 1

Đối với dạng này thì được cấu tạo bởi các transistor cùng kênh N và chỉ cần 2 tín hiệu điều khiển kích mở các transistor

Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của nó được cấu tạo như sau: