CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG MICRO-INVERTER

CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG MICRO-INVERTER 2.1 Giới thiệu chung inverter hệ thống lượng mặt trời Một bộ inverter là một thiết bị điện thay đổi dòng điện một chiều (DC) thành dòng điện xoay chiều, có thể chuyển đổi dòng điện xoay chiều tới bất kì điện áp và tần số nào với việc sử dụng các máy biến áp thích hợp, bộ chuyển đổi và các bộ điều khiển Bộ inverter của hệ thống lượng mặt trời có thể chia thành loại chính : • Bợ inverter trung tâm (central inverter) • Bợ micro-inverter 2.1.1 Bộ inverter trung tâm Một bộ inverter trung tâm được sử dụng để chuyển đổi điện áp một chiều từ tấm pin mặt trời mắc nối tiếp với để cho điện áp xoay chiều dùng để cấp nguồn cho phụ tải địa phương hoặc nối lưới, bộ inverter trung tâm thường có cơng śt lớn và điện áp mợt chiều đầu vào cao tấm pin mặt trời được mắc nới tiếp (hình 2.1) + = - Lưới điện ~ Hình 2.1 Cấu hình central - inverter 2.1.2 Bộ Micro-inverter Một bộ micro-inverter chuyển đổi dòng điện một chiều thành dòng xoay chiều một tấm pin mặt trời nhất Dòng điên từ nhiều bộ micro-inverter được kết hợp và được đưa vào lưới điện hiện có Khác với bộ inverter trung tâm, có thể kết hợp được nhiều tấm pin lượng mặt trời = = ~ = = ~ = ~ = ~ = ~ ~ = ~ ~ Lưới điện = = ~ = ~ = ~ ~ Hình 2.2: Cấu hình Micro-inverter 2.1.3 So sánh ưu nhược điểm micro-inverter so với inverter trung tâm Micro-inverter có nhiều lợi thế các bộ inverter trung tâm thông thường khác Các lợi thế chính là, một lượng nhỏ các vệt đen, các mảnh vụn thậm chí có thể là tuyết ở bất kì một tấm lượng mặt trời nào, hay một tấm bị lỗi, thì đều không ảnh hưởng nhiều đến công suất một mảng Mỗi bộ micro-inverter đạt được công suất tối ưu bằng cách thực hiện tim kiếm điểm công suất đỉnh (MPPT) cho tấm pin mặt trời Nhược điểm chính của nó là nó có một chi phí thiết bị ban đầu mỗi watt cao so với bộ inverter trung tâm, và thường đặt gần các tấm pin lượng, nơi có thể khó khăn việc bảo trì Nhưng những vấn đề đó có thể giải quyết được bởi microinverter có độ bền cao nhiều và cài đặt ban đầu cũng rất đơn giản Một phát triển gần là micro-inverter có thể chấp nhận đầu vào DC từ hai tấm pin lượng mặt trời, chứ một và việc tối ưu công suất đỉnh được thực hiện độc lập mỗi tấm panel Điều này làm giảm chi phí thiết bị cho bộ micro-inverter 2.2 Cấu tạo chung inverter Cấu tạo của bợ micro-inverter có thể chia thành phần sau (hình 2.5):  Bợ biến đởi DC-DC (DC-DC converter)  Inverter (bộ biến đổi DC-AC)  Bộ lọc (filter) Vin DC-DC Converter DC-AC Inverter Vout Hình 2.3 Mơ hình micro-inverter Tùy theo sự lựa chọn cách thiết kế mà có cấu tạo của bợ micro inverter khác 2.2.1 Bộ tăng áp DC-DC converter Trong sản xuất công nghiệp, các bộ nghịch lưu được sử dụng rộng rãi điều khiển động điện xoay chiều, bộ lưu điện, xe điện… Tuy nhiên bộ nghịch lưu truyền thống có hạn chế đó là điện áp xoay chiều ngõ không thể lớn điện áp nguồn một chiều cung cấp hay nói cách khác nó chỉ thể hiện là bộ nghịch lưu giảm áp Đối với những nguồn lượng mới, lượng tái tạo pin mặt trời, pin nhiên liệu… điện áp ngõ của các dạng lượng này là điện áp một chiều có giá trị điện áp thấp, không ổn định, phụ thuộc theo thời gian, môi trường làm việc Sử dụng các nguồn lượng tái tạo này để chuyển đổi thành lưới điện xoay chiều 220V/380V, đòi hỏi điện áp chiều trước đưa vào bộ nghịch lưu phải có giá trị lớn 310Vdc (giá trị điện áp đỉnh của 220Vac) Điện áp chiều có giá trị lớn có thể thực hiện bằng cách mắc nối tiếp các tấm pin điện áp thấp với nhau, đồng nghĩa với số lượng pin phải nhiều, lắp đặt diện tích rộng lớn Điều này chỉ thích hợp với hệ thống công suất lớn, với những hệ thống công suất nhỏ, để tạo điện xoay chiều 220V/380V từ nguồn điện áp thấp người ta thường dùng :  Máy biến áp có tần sớ thấp (50 Hz) để tăng điện áp xoay chiều ngõ  Các bộ tăng điện áp một chiều Các bộ biến đổi sử dụng máy biến áp tần số thấp có ưu điểm là đơn giản chất lượng điện áp không tốt, hiệu suất thấp Nhờ sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điện tử chế tạo máy biến áp, ngày máy biến áp tần số thấp được thay thế bởi máy biến áp tần số cao (cỡ vào chục kHz) để tăng điện áp một chiều lên đến điện áp lưới trước bộ nghịch lưu, tổn thất máy biến áp giảm, đáp ứng điều khiển nhanh, xác Dưới phân tích mợt số sơ đồ tăng điện áp một chiều được sử dụng rộng rãi a) Bộ biến đổi DC-DC kiểu PUSH-PULL (kéo đẩy) Nguyên lý hoạt động Sơ đồ nguyên lý của bợ biến đởi kiểu push-pull (hình 2.4) bao gồm một máy biến áp nhiều cuộn dây T1 Mỗi cuộn dây phía thứ cấp cho xung vng lệch 180ᵒ, biên độ xung được xác định bằng điện áp đầu vào tỉ số biến áp của máy biến áp T1 Độ rộng xung của cuộn dây thứ cấp của T1 giống nhau, và được điều khiển bởi mạch điều khiển phản hồi âm từ đầu (Nm), c̣n Ns1 Ns2 cuộn dây phụ phục vụ cho bộ nguồn yêu cầu nhiều đầu Các transistor Q1, Q2 được sử dụng ở chế độ khóa điện tử, xung mở cho khóa phải thỏa mãn điều kiện cho có tín hiệu mở transistor phải dẫn ở trạng thái bão hòa, đó V ce(sat) ≈ 1V Do đó mỗi transistor chuyển sang trạng thái dẫn bão hịa mợt nửa tương ứng của c̣n sơ cấp của T1 được đặt dưới xung điện áp vuông có biên đợ Vdc-1 Các c̣n dây phía thứ cấp của máy biến áp xuất hiện xung điện áp vuông với biên độ (Vdc– 1)(𝑁𝑠⁄𝑁𝑝) – Vd (Vd là điện áp rơi diode) khoảng thời gian To Xung điện áp phía sau diode có tỉ sớ chu kỳ 2Ton/T có hai xung vng chu kỳ Hình 2.4 Sơ đồ biến đổi push-pull Q1 Q2 điều khiển tín hiệu PWM lệch pha 180ᵒ Bộ biến đổi có đầu Vm hai đầu phụ Vs1 Vs2 [3] Điện áp trung bình mợt chiều ở đầu Vm (giả sử điện áp rơi diode Schottky là 0.5 V) là: 𝑉𝑚 = [(𝑉𝑑𝑐 − 1) 𝑁𝑚 𝑁𝑝 − 0.5] 2𝑇𝑜𝑛 𝑇 (2.1) Nếu mạch phản hồi âm được đặt theo điện áp Vm (hình 2.4), Ton Vm được điều khiển chống lại sự thay đổi của điện áp đầu vào tải đầu Mặc dù dịng tải khơng x́t hiện phương trình (2.1), nếu dịng tải thay đởi Vm cũng thay đởi theo dẫn đến x́t hiện tín hiệu lỡi cho bộ điều khiển Ton được điều khiển để giữ cho Vm bằng tín hiệu đặt (theo hướng làm cho tín hiệu lỡi bằng khơng) Đới với c̣n dây phụ phía thứ cấp của T1, điện áp phía cathode của diode cũng được xác định từ sớ vịng dây của cuộn thứ cấp khoảng thời gian mở Ton của xung vuông Điện áp đầu của các đầu phụ được xác định theo công thức sau ( với diode ở đầu loại diode thường có điện áp rơi là 1V) 𝑉𝑠1 = [(𝑉𝑑𝑐 − 1) 𝑁𝑠1 𝑉𝑠2 = [(𝑉𝑑𝑐 − 1) 𝑁𝑠2 𝑁𝑝 𝑁𝑝 − 1] − 1] 2𝑇𝑜𝑛 𝑇 2𝑇𝑜𝑛 𝑇 (2.2) (2.3) Nhận xét biến đổi DC-DC kiểu push-pull Bộ biến đổi kiểu push-pull một các sơ đồ lâu đời nhất mà còn được sử dụng rộng rãi Nhờ ưu điểm có nhiều đầu với điện áp khác nhau, đầu ra, đầu vào giữa các đầu đều được ly về điện, điện áp đầu có thể lớn hoặc nhỏ điện áp đầu vào Đầu chính được điều khiển để chống lại sự thay đổi của điện áp đầu dòng tải Các đầu phụ cũng cũng được điều khiển để chống lại sự thay đổi của điện áp đầu vào sai lệch khoảng 5% với thay đổi tải đầu với điều kiện cuộn cảm lọc đầu phải làm việc chế độ liên tục Bên cạnh các ưu điểm bợ biến đởi theo kiểu push-pull cịn tồn tại nhược điểm sau: số lượng thiết bị bán dẫn công suất lớn ( transistor diode), cần tụ lọc lớn ở phía đầu gây thêm tổn thất và làm tăng kích thước của bộ biến đổi b) Bộ biến đổi DC-DC kiểu forward Nguyên lý hoạt động Sơ đồ nguyên lý của bộ biến đổi kiểu forward với ba đầu được trình bày hình 2.5 Cấu trúc kiểu forward thường được chọn với công suất ưu cầu nhỏ 200 W và điện áp đầu vào từ 60 đến 200 V Khi điện áp đầu vào nhỏ 60 V dòng điện phía sơ cấp trở nên quá lơn với công suất lơn Điên áp đầu vào lớn 200 V điện áp đặt transistor trở nên lớn Thêm vào đó nếu công suất lớn 200 W dòng điện đầu vào phía sơ cấp cũng trở nên lớn kể điện áp đầu vào cao Từ hình 2.5 ta có thể thấy sơ đồ gồm mợt đầu Vm và hai đầu phụ, Vs1 Vs2 Vòng phản hồi âm với tín hiệu phản hồi lấy từ Vm có nhiệm vụ điều khiển Q1 để giữ cho Vm không đổi điện áp vào tải thay đổi Các đầu phụ cũng được điều khiển để giữ khơng đởi điện áp đầu vào thay đởi Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý dạng sóng biến đổi DC-DC kiểu forward [3] So với sơ đồ push-pull hình 2.4, ta thấy mợt transistor được thay thế bằng diode D1 Khi Q1 chuyển sang trạng thái dẫn xuất hiện dòng điện cuộn dây sơ cấp Np, diode từ D2 đến D4 được phân cực thuận, dòng điện ở cuộn thứ cấp cung cấp cho tải thông qua bộ lọc LC Chú ý: lượng chỉ cung cấp cho tải Q1 ở trạng thái dẫn Từ hình 2.5, nếu transistor Q1 có thời gian dẫn Ton, điện áp phía sau diode D2 ở mức cao Vomr là: 𝑉𝑜𝑚𝑟 = [(𝑉𝑑𝑐 − 1) 𝑁𝑚 𝑁𝑝 ] − 𝑉𝐷2 (2.4) Diode D5 đến D7 được nối song song với mạch tải nhằm dẫn dòng D2 đến D4 bị phân cực ngược Khi Q1 chuyển sang trạng thái khóa, dòng điện cuộn sơ cấp của T1 giảm đột ngột, để chống lại trình giảm này phía sơ cấp xuất hiện điện áp ngược Nếu không có diode D1 điện áp âm cuộn Nr rất lớn, vì Nr và Np thường có sớ vòng dây nên điện áp đặt lên transistor Q1 tăng đủ lớn để phá hủy transistor Nhờ diode D1 nên điện áp Nr được giữ ở mức Vdc so với đất, dẫn đến điện áp Np cũng được giữ ở mức Vdc Nếu bỏ qua điện áp rơi diode thì điện áp cuộn Nr Np Vdc từ đó ta có điện áp lớn nhất đặt lên Q1 2Vdc Để tránh cho mạch từ bị bão hòa mợt chu kỳ nếu từ lõi thép di chuyển theo một hướng của đường cong từ trễ thì trước bắt đầu một chu kỳ làm việc mới đặc tính từ hóa phải trở lại điểm ban đầu đường cong từ trễ Nếu điều kiện không được đáp ứng mạch từ bị bão hòa dẫn đến phá hỏng transistor Q1 Từ dạng sóng của điện áp đặt transistor (hình 2.5) thời gian dẫn của Q1 Ton, tích sớ volt-giây VdcTon (bằng diện tích vùng A1) làm cho từ cảm mạch từ tăng dB = (VdcTon/NpAe)*10-8 gauss[3] Khi Q1 khóa điện kháng từ hóa có chiều ngược lại giữ điện áp âm đủ lâu để tích sớ volt-giây A2 bằng với A1, đủ điều kiện để chu kỳ sau bắt đầu Điện áp trung bình đầu của bộ biến đổi được tính theo cơng thức sau: 𝑉𝑜𝑚 = [(𝑉𝑑𝑐 − 1) 𝑁𝑚 𝑁𝑝 − 𝑉𝑑 ] 𝑇𝑜𝑛 𝑇 (2.5) Nhận xét biến đổi  Ưu điểm: Sơ đồ biến đởi kiểu forward có thể được thiết kế để có nhiều đầu với mức điện áp khác Giữa đầu vào và đầu ra, giữa các đầu được cách ly về điện với Sớ khóa bán dẫn cần sử dụng ít so với sơ đồ kiểu push-pull Đầu chính được giữa ổn định nhờ mạch điều khiển với vòng phản hồi âm, nhờ đó điện áp đầu được giữ ổn định tải hay điện áp đầu vào thay đổi  Nhược điểm: Sơ đồ bị giới hạn về công suất và điện áp đầu vào, điện áp vào chỉ nên nằm khoảng 60 đến 200 V Phía đầu cần phải có c̣n kháng lọc lớn làm tăng giá thành, tổn thất và kích thước bộ biến đổi c) Bộ tăng áp dùng máy biến áp hồi tiếp (flyback converter) Hình 2.6 trình bày sơ đồ ngun lý của bợ biến đởi flyback Khi Q1 đóng mạch x́t hiện dòng điện chạy qua quận dây sơ cấp diode D1 ở mạch thứ cấp phân cức ngược nên cuộn dây thứ cấp không có dòng điện chạy qua Khi Q1 hở mạch dịng điện c̣n sơ cấp giảm về không Sức điện động cuộn dây của máy biến áp đảo chiều Diode D2 phân cực thuận, cuộn dây thứ cấp có dòng điện chạy qua Như vậy ta có thể thấy c̣n dây sơ cấp cuộn thứ cấp của máy biến áp flyback khơng dẫn dòng đồng thời Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý dạng sóng flyback converter [3] Hoạt động của sơ đồ: Khi Q1 đóng mạch diode D1 D2 phân cực ngược Tải được cấp dòng nhờ vào tụ C0 C1, T1 đóng vai trò cuộn cảm và dòng điện cuộn sơ cấp tăng tuyến tính đến giá trị đỉnh Ip Khi Q1 hở mạch, dòng điện cuộn dây sơ cấp giảm về không để chống lại sự giảm của dòng điện sức điện động cảm ứng ở cuộn dây đảo cực tính Diode D1, D2 được phân cực thuận, lượng tích trữ c̣n dây sơ cấp được chủn sang cuộn thứ cấp để cung cấp cho tải nạp lại tụ C0, C1 Quy tắc bảo toàn sức từ động cuộn cảm có nhiều cuộn dây [3] Đối với cuộn cảm có số cuộn dây lớn số sức từ động từ cuộn sơ cấp sang cn thứ cấp bảo tồn Ví dụ: Nếu cuộn sơ cấp có 100 vòng dây và dòng điện tại thời điểm Q1 hở mạch A Sức từ động cuộn sơ cấp F = NI = 100 ampere-turns Sức từ đợng này được bảo tồn chuyển sang cuộn thứ cấp Nếu cuộn thứ cấp có sớ vịng dây 10 vịng dịng điện cuộn thứ cấp 10 A Trong máy biến áp flyback khơng có sự tương quan giữa điện áp của cuộn sơ cấp cuộn thứ cấp Thực tế điện áp của cuộn thứ cấp phụ thuộc vào tải ví dụ giả sử tải là ohm thì điện áp đầu của cuộn thứ cấp Vs = 10x1 = 10 volts (chú ý: không nên để hở mạch c̣n sơ cấp khóa bán dẫn có thể bị đánh thủng bởi điện áp cao) Nhờ đặc điểm giúp sơ đồ flyback dễ dàng có được điện áp đầu cao Mặc dù không có tương quan về điện áp đầu và đầu vào quá trình hổ cảm giữa hai cuộn dây sảy Trong ví dụ nếu tải đầu 100 ohms, điện áp của cuộn sơ cấp là 1000 volts Điện áp hổ cảm ở cuộn sơ cấp là 10000 volts Điện áp cộng thêm với điện áp nguồn đặt lên hai cực Q1 ở trạng thái hở mạch 10100 volts Dựa vào giá trị điện cảm của c̣n sơ cấp và đặc tính tải mạch flyback có hai chế đợ làm việc khác chế đợ dịng liên tục chế đợ dòng gián đoạn  Chế độ dòng gián đoạn Nếu dịng điện phía thứ cấp máy biến áp giảm khơng trước khóa Q1 chuyển sang trạng thái dẫn lần tất lượng tích trữ cuộn sơ cấp chuyển cho tải Mạch flyback làm việc chế độ dòng gián đoạn hình 2.7 Trong hình 2.6 điện áp của c̣n dây thứ cấp chính được phản hồi về mạch điều khiển Tín hiệu phản hồi được so sánh với tín hiệu đặt, tín hiệu lỡi được dùng để điều khiển thời gian dẫn của khóa bán dẫn Q1, nhằm giữ cho điện áp đầu khơng đởi có sự thay đổi của tải và điện áp đầu vào Trong khoảng thời gian dẫn của Q1 điện áp đặt cuộn sơ cấp là không đổi nên dòng điện tăng tuyến tính với tớc đợ dI/dt=(Vdc−1)/Lp Trong đó Lp là điện kháng từ hóa của c̣n dây sơ cấp.Tại thời điển kết thúc trình dẫn của Q1 dòng điện tăng đến Ip= (Vdc -1)Ton/Lp Năng lượng tích trữ được E= 𝐿𝑝 (𝐼𝑃 )2 (2.6) Trong đó : E là lượng tích trự được máy biến áp (joules) Lp là điện cảm từ hóa của c̣n sơ cấp (henries) Ip là dòng điện cuộn sơ cấp (amperes) Khi Q1 trạng thái khóa dòng điện cuộn sơ cấp bị giảm về không làm cho sức điện động cảm ứng cuộn dây bị đảo chiều Giả sử phía sơ cấp chỉ có mợt c̣n dây Nm Vì dòng điện cuộn cảm không thể thay đởi mợt cách tức nên dịng điện cuộn sơ cấp tại thời điểm cắt mạch sơ cấp Is = Ip(Np/Nm) Sau một số chu kỳ, điện áp đầu của cuộn thứ cấp tăng lên đến giá trị đặt Vom Dòng điện cuộn thứ cấp giảm tún tính với tớc đợ dIs/dt = Vom/Vs, Trong đó Ls là điện cảm của cuộn thứ cấp Ip Ipmax Is t Ismax t Hình 2.7 Dạng sóng dòng điện chế độ gián đoạn Năng lượng lấy từ nguồn một chu kỳ: 𝑃= 1⁄ 𝐿𝑝(𝐼𝑝)2 𝑇 (W) (2.7a) Với Ip = (Vdc−1)Ton/Lp 𝑃= [(𝑉𝑑𝑐 −1)𝑇𝑜𝑛]2 2𝑇𝐿𝑝 ≈ (𝑉𝑑𝑐 𝑇𝑜𝑛)2 2𝑇𝐿𝑝 (W) (2.7b) Từ phương trình (2.7b) ta có thể thấy mạch điều khiển giữ cho giá trị điện áp đầu không đổi nhờ vào giữ tích VdcTon khơng đởi Quan hệ điện áp đầu ra, điện áp đầu vào, Ton tải Giả sử hiệu suất của bộ biến đổi 80% Ta có : Input power = 1,25( Output power) = 1.25(𝑉𝑜 )2 𝑅𝑜 Với Ip = 𝑉𝑑𝑐 𝑇𝑜𝑛 /𝐿𝑝 𝑇𝑜𝑛 lớn nhất 𝑉𝑑𝑐 nhỏ nhất = 1⁄ (𝐿 𝐼2 ) 𝑝𝑝 𝑇 (2.8) Suy : 𝑉𝑜 = 𝑉𝑑𝑐 𝑇𝑜𝑛 √ 𝑅0 (2.9) 2,5𝑇𝐿𝑝 Từ 2.9 ta thấy mạch điều khiển ổn định điện áp đầu bằng cách giảm Ton Vdc hoặc Ro tăng và ngược lại tăng Ton Vdc hoặc Ro giảm  Chế độ dòng liên tục Chế độ dòng điện liên tục chế độ hoạt động mà trước bắt đầu chu kỳ dòng điện cuộn dây máy biến áp chưa giảm không hình 2.8 Ip Ipmax Is t Ismax t Hình 2.8 Dạng sóng dịng điện chế độ liên tục Vì giả sử điện trở DC của mạch điện phía sơ cấp bằng không, cuộn sơ cấp không thể chịu điện áp DC nhiều chu kỳ nên chế độ xác lập tích sớ vơn-giây Q1 dẫn phải bằng tích sớ vơn-giây Q1 khóa (nghĩa là điện áp trung bình c̣n sơ cấp bằng khơng một chu kỳ) Từ đó ta có : (𝑉𝑑𝑐 − 1) 𝑇𝑜𝑛 = (𝑉𝑜𝑚 + 1) 𝑁𝑝 𝑡 𝑁𝑠 𝑜𝑓𝑓 Hoặc 𝑉𝑜𝑚 = [𝑉𝑑𝑐 − 1) 𝑁𝑠 𝑇𝑜𝑛 𝑁𝑝 𝑇𝑜𝑓𝑓 ]−1 (2.10) T = 𝑡𝑜𝑛 + 𝑡𝑜𝑓𝑓 Vì Suy ra: 𝑉𝑜𝑚 = [ = 𝑁 𝑡 (𝑉𝑑𝑐 −1)( 𝑠⁄𝑁 )( 𝑜𝑛⁄𝑇) 𝑃 𝑡 1− 𝑜𝑛⁄𝑇 𝑁 (𝑉𝑑𝑐 −1)( 𝑠⁄𝑁 ) 𝑃 [ ] (𝑇⁄ ) 𝑡𝑜𝑛 ]−1 (2.11a) −1 (2.11b) Mạch điều khiển ổn định điện áp đầu bằng cách giảm ton Vdc tăng hoặc ngược lại Từ hình 2.10 cơng śt bằng điện áp đầu nhân với dòng điện trung bình của c̣n dây thứ cấp Icsr 𝑃𝑜 = 𝑉𝑜 𝐼𝑐𝑠𝑟 𝑡𝑜𝑓𝑓 𝑇 = 𝑉𝑜 𝐼𝑐𝑠𝑟 (1 − 𝑡𝑜𝑛⁄ 𝑇) (2.12) Từ (4.6) ta có: 𝐼𝑐𝑠𝑟 = 𝑃𝑜 (2.13) 𝑉𝑜 (1−𝑡𝑜𝑛⁄𝑇) Giả sử hiệu suất của bộ biến đổi 80% 𝑃𝑖𝑛 = 1.25𝑃𝑜 = 𝑉𝑑𝑐 𝐼𝑐𝑝𝑟 𝑡𝑜𝑛 𝑇 Hoặc 𝐼𝑐𝑝𝑟 = (𝑉 1.25𝑃𝑜 𝑑𝑐 )(𝑡𝑜𝑛 ⁄𝑇) (2.14) Nhận xét biến đồi flyback  Ưu điểm: Do cuộn dây thứ cấp cũng đóng vai trò một cuộn lọc đầu nên giảm được giá thành và kích thước của bộ biến đổi Như đã phân tíc ở điện áp ở phía thứ cấp của máy biến áp flyback phụ tḥc vào tải nên có thể tạo được điện áp lớn ở phía thứ cấp So với hai mạch sớ lượng khóa bán dẫn cơng śt cũng nhỏ (1 mosfet và diode) nên giảm giá thành đáng kể bộ biến đổi  Nhược điểm: Bên cạnh các ưu điểm bợ biến đởi flyback cũng có nhược điểm là dòng điện đầu có hệ số nhấp nhô lớn nên công suất thường giới hạn ở 150 W, và khó khăn việc giảm tởn thất từ thơng dị ở c̣n sơ cấp gây d) Chọn biến đổi DC – DC Từ phân tích trên, chọn bợ biến đởi flyback với yêu điểm nổi bật dễ dàng tạo điện áp lớn, hiệu suất cao, số linh kiện cơng śt ít, làm bợ tăng điện áp mợt chiều cho đề tài Để nâng cao hiệu suất khắc phục các nhược điểm của bộ biến đổi flyback, bộ tăng điện áp một chiều sử dụng hai bộ flyback nối song song với Về hoạt động tiếp tục được trình bày chi tiết ở chương 2.2.2 Bộ nghịch lưu (DC – AC) Bộ nghịch lưu là bộ biến đổi tĩnh đảm bảo biến đổi một chiều thành xoay chiều Nguồn cung cấp một chiều, nhờ khóa chủn mạch làm thay đởi cách đầu nối vào một cách chu kỳ để tạo nên đầu xoay chiều Việc chuyển mạch được thực hiện nhờ lưới xoay chiều, bộ nghịch lưu cũng bộ điều áp một chiều, hoạt động của chúng phụ thuộc vào loại nguồn tải Các bộ nghịch lưu được phân thành hai loại:  Bộ nghịch lưu áp được cung cấp từ nguồn áp một chiều  Bộ nghịch lưu dòng được cung cấp từ nguồn dịng mợt chiều Đầu vào của bợ nghịch lưu cũng chính được lấy từ đầu của bộ tăng áp mợt chiều Sau phân tích hai bợ nghịch lưu hiệu suất cao để so sánh chọn lựa là:  Bộ nghịch lưu cầu một pha  Bộ nghich lưu đa mức một pha a) Bộ nghịch lưu cầu pha Sơ đô nguyên lý của mạch nghịch lưu cầu mợt pha được trình bày hình 2.11, đó nguồn điện mợt chiều có thể nguồn áp hoặc nguồn dòng (giả sử nguồn áp), bốn khóa điện tử từ Q1 đến Q4 diode nối song song ngược để bảo vệ cho mosfet Dạng dóng điện áp Hoạt động sơ đồ: Tại thời điểm t = 0, tín hiệu điều khiển kích mở Q1,Q4 khóa Q2, Q3 điện áp đặt mạch tải Vdc, dòng điện mạch tải tăng dần lên giá trị Imax Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu cầu Hình 2.10 Dạng sóng dịng điện điện áp mạch nghịch lưu cầu Khi t = 0,01 s tín hiệu điều khiển kích mở Q2, Q3 và khóa Q1, Q4 điện áp đặt mạch tải bây giờ –Vdc, tải mang tính cảm nên dòng điện chưa thể đảo chiều được mà giảm dần theo đường R1-L1-D3-Vdc-D2-R1 cho đến bằng không Sau đó dòng điện đảo chiều và qua Q2, Q3 dòng điện tiếp tục giảm cho đến Imin tại cuối chu kỳ của điện áp Nửa chu kỳ sau mạch hoạt đợng tương tự để hồn thành chu kỳ điện áp Từ hình 2.12, điện áp có dạng xung chữ nhật Vì điện áp có danh xung chữ nhật nên hệ sớ sóng hài cao chất lượng đầu của mạch nghịch lưu cầu thấp Để nâng cao chất lượng điện áp đầu người ta thường áp dụng các phương pháp điều chế khác đó các khóa bán dẫn dóng cắt với tần số cao nhiều lần tần số đầu ra, một các phương pháp phổ biến là phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) Khi sử dụng phương pháp u cầu khóa bán dẫn phải được chọn phải có tần sớ đóng cắt lớn, mạch điều khiển trở nên phức tạp Mạch nghịch lưu cầu có ưu điểm là đơn giản số lượng linh kiện cơng śt ít, chất lượng điện áp cũng có thể dễ dàng cải thiện bằng cách phương pháp điều biến xung ở các khóa điện tử b) Bộ nghịch lưu đa mức pha Bộ nghịch lưu cầu một pha dễ dàng đạt yêu cầu của điện áp cho bợ biến đởi có yêu cầu chất lượng điện áp không cao, nhiện hiện để nâng cao chất lượng cũng giảm hệ sớ sóng hài của điện áp người ta sử dụng sở đồ nghịch lưu đa mức, sơ đồ có thể kết hợp với các phương pháp điều biến để có được điện áp có chất lượng mong muốn Sau trình bày của mạch nghịch lưu đa mức (7 mức) một pha với mợt nguồn mợt chiều Hình 2.11 Sơ đồ ngun lý nghịch lưu đa mức với nguồn chiều Hình 2.13 trình bày sơ đồ nguyên lý của nghịch lưu mức, gồm có van bán dẫn chia thành hai mạch cầu H1 H2, một nguồn một chiều tụ điện Hoạt động sơ đồ Trong hình 2.13 mạch cầu H1 được cấp nguồn bởi nguồn điện một chiều, mạch cầu H2 được cấp nguồn từ tụ điện C, điện áp tụ được giữ ở Vdc/2 Điện áp đầu của cầu H1 v1, điện áp của cầu H2 v2, vậy điện áp của mạch nghịch lưu là v(t) = v1(t) + v2(t) Bằng cách thực hiện đóng cắt khóa bán dẫn ở mạch cầu H1 điện áp v1 có thể đạt được ở đầu –Vdc, hoặc Vdc Trong khí đó v2 có thể đạt được – Vdc/2, hoặc Vdc/2 bằng cách đóng mở khóa mạch H2 thích hợp, Từ đó đầu của nghịch lưu có thể có tới bảy mức điện áp khác -3Vdc/2, -Vdc, -Vdc/2, 0, Vdc/2, Vdc 3Vdc/2 Dạng sóng điện áp đầu được trình bày hình 2.14 Hình 2.12 Xây dựng dạng sóng điện áp đầu nghịch lưu đa mức Hình 2.14b trình bày cách để xây dựng nên điện áp hình 2.14a, bảng 2.1 tóm tắt điều khiển điện áp tụ C Bảng 2.1 Điều khiển mức điện áp tụ Trạng thái hệ thống v1 Vc0 Vdc Vc0 Vc>Vdc/2, i