Bài giảng Điện tử công suất - Chương 5: Nghịch lưu một pha

Bài giảng Điện tử công suất - Chương 5: Nghịch lưu một pha cung cấp cho người học các kiến thức: Các bộ nghịch lưu một pha, bộ đổi điện cơ bản, bộ nghịch lưu bán cầu, bộ nghịch lưu cầu đầy đủ, bộ đổi điện song song,.... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

CHƯƠNG 5: NGHỊCH LƯU MỘT PHA GIỚI THIỆU GIỚI THIỆU CÁC BỘ NGHỊCH LƯU MỘT PHA o o Bộ nghịch lưu có nhiệm vụ chuyển đổi lượng từ nguồn điện chiều Bộ đổi điện khơng đổi sang dạng lượng điện Bộ nghịch lưu bán cầu xoay chiều để cung cấp cho tải xoay chiều Bộ nghịch lưu cầu ñầy ñủ Đại lượng điều khiển ngõ Bộ ñổi ñiện song song điện áp dòng điện Các kỹ thuật ñiều khiển ñổi ñiện 12:01 PM 12:01 PM GIỚI THIỆU GIỚI THIỆU Nguồn VSI (voltage source Inverter) Nghịch lưu chuyển đổi điện DC thành AC tuần hoàn với tần số mong muốn khác tần số điện khu vực có Nguồn dòng CSI (Current source Inverter) dạng khơng sin Muốn có dạng hình sin ta dùng kỹ thuật khác để thực biến đổi thành dạng sin 12:01 PM 12:01 PM 1 BỘ ðỔI ðIỆN CƠ BẢN BỘ ðỔI ðIỆN CƠ BẢN • Khi cho mạch hoạt động 3, ta có dạng sóng có dạng sóng vng: • Ngun lý bản: Tt S1 S2 + - - + + + S1 + R + S2 + E - - - Vo + E V0 +E -E 3 t T -E • Với chu kỳ T tần số 1/T 12:01 PM BỘ NGHỊCH LƯU BÁN CẦU BỘ ðỔI ðIỆN CƠ BẢN o Tải trở: • Khi cho hoạt động 1, 2, 3, theo trình tự hình, ta có dạng sóng có dạng nấc : • Sơ đồ ngun lý: 3 1 • Ta chọn hoạt động 1, 2, 3, G1 S1 D1 D2 E G2 S2 Vo +E t T -E 3 1 3 t T • Với chu kỳ T tần số 1/T 12:01 PM E TAI Vo +E 12:01 PM -E 12:01 PM 2 BỘ NGHỊCH LƯU BÁN CẦU BỘ NGHỊCH LƯU BÁN CẦU • Trường hợp R: Điện trung bình cơng tắc: • Trường hợp R: Điện hiệu dụng ngõ ra: V AV _ SW = tON t E dt = E ON = D E ∫ T T VRMS = Dòng trung bình cơng tắc: I AV _ SW = Dòng tải trung bình: I AV = V AV R D= 12:01 PM • Trường hợp tải cảm: Vo R D1 D2 E G2 Phương trình dòng qua cuộn dây: D1 L T/2 D2 S2 S1 t L i1 S2 Vo SCR1 SCR1 -E 12:01 PM SCR2 i(t ) = i2 t TON di + Ri = E dt Giải ta có nghiệm tồn thể: t +E 10 BỘ NGHỊCH LƯU BÁN CẦU • Trường hợp tải cảm: S1 VRMS E2 = 2D R R 12:01 PM BỘ NGHỊCH LƯU BÁN CẦU G1 I AV Cơng suất hấp thụ trung bình: tON T POAV = E t tON Edt = E ON = ED T ∫0 T t SCR2 i (t ) = 11 12:01 PM −t −t E 1 − e τ  − I 01e τ ;  R 0≤t ≤ − (t −T )  − (t −T ) 2 − E  τ  τ 1+ e + I 01e ;   R   T T ≤t ≤T 12 BỘ NGHỊCH LƯU BÁN CẦU BỘ NGHỊCH LƯU CẦU ðẦY ðỦ • Trường hợp tải cảm: • Trường hợp R: Trị số dòng hiệu dụng: I RMS = T ∫ T i (t )dt = S3 G1 S1 D1 E −t −t  T2E  1 − e τ  − I 01e τ  dt ∫    T R  D3 TAI D2 G2 Nếu công tắc lý tưởng, công suất Vo + E nguồn cấp điện DC phải công suất hấp thụ tải: PDC = VDC I1 D4 S2 TT S1 S2 S3 S4 V0 On Off Off On +E Off On On Off -E On Off Off On +E Off On On Off -E G3 S4 G4 S1 S4 S2 S3 S1 S4 S2 S3 Dạng sóng vng t T 12:01 PM 13 BỘ NGHỊCH LƯU CẦU ðẦY ðỦ • Trường hợp R: Dạng sóng nấc Vo TT S1 On On On Off Off Off On On S1 S4 S2 Off Off Off On On On Off Off S3 Off Off On On On Off Off Off S4 On On Off Off Off On On On -E BỘ NGHỊCH LƯU CẦU ðẦY ðỦ • Trường hợp R: V0 +E +E -E -E +E +E Điện áp trung bình công tắc: V AV _ SW +E S4 S1 S3 T T/2 S1 S3 S2 S4 12:01 PM T   −δ   T2 −δ    = E 1 − 2δ  Edt = E = ∫   T T  T  Điện áp hiệu dụng ngõ ra: S1 -E 14 12:01 PM δ S2 S3 t T S2 2 −δ 2δ E dt = E − ∫ T T T V0 RMS = S3 15 12:01 PM 16 BỘ NGHỊCH LƯU CẦU ðẦY ðỦ BỘ NGHỊCH LƯU CẦU ðẦY ðỦ • Trường hợp cảm: Trường hợp cảm: ψ: góc dự kiến đóng SCR ψS: góc dẫn cho SCR ψD: góc dẫn cho diode ngược 17 12:01 PM BỘ NGHỊCH LƯU CẦU ðẦY ðỦ BỘ NGHỊCH LƯU CẦU ðẦY ðỦ • Bộ đổi điện song song dạng 2: • Bộ đổi điện song song dạng 1: • Khi có điện E tác động lúc vào anod SCR, SCR có xung kích dương diện dẫn trước C= 12:01 PM It off 2E = • Để tránh tăng đảm bảo điện có dạng hình vng ta sử dụng diod D4 hồi tiếp cuộn cảm L ZL T1 L0 C + E SCR1 SCR2 - t off R ≥ T2 t off 0,693R xung dk 18 12:01 PM 19 12:01 PM ZL T1 C1 C2 T2 SCR1 D4 SCR2 D4 T2 + E xung dk1 - xung dk2 L0 C3 20 BỘ NGHỊCH LƯU CẦU ðẦY ðỦ BỘ NGHỊCH LƯU CẦU ðẦY ðỦ • Bộ đổi điện song song dạng 2: • Cuộn cảm L ZL tạo nên điện T1 dương C1 catod SCR SCR1 SCR2 nhằm bảo C2 T2 D4 D4 + E đảm SCR xung dk1 L0 ngưng nhanh C3 chuyển trạng thái • Bộ ñổi ñiện song song dạng 3: • Là song dụng suất điều áp T2 xung dk2 12:01 PM đổi điện song sử Mosfet cơng để khiển ZL T1 + E Q1 - Q2 G1 G2 21 KỸ THUẬT ðIỀU KHIỂN ðIỆN THẾ BỘ BIẾN ðỔI 12:01 PM 22 KỸ THUẬT ðIỀU KHIỂN ðIỆN THẾ BỘ BIẾN ðỔI Có nhiều cách để thực điều Phương pháp điều biến độ rộng xung chỉnh điện AC ngõ ra: (PWM) phương pháp thông dụng để điều o Điều khiển điện DC cấp vào đổi điện khiển điện đổi điện: o Điều khiển điện AC ngõ đổi điện o Điều biến độ rộng đơn xung o Điều khiển điện đổi điện o Điều biến độ rộng đa xung o Điều biến độ rộng xung dùng sóng sin 12:01 PM 23 12:01 PM 24 KỸ THUẬT ðIỀU KHIỂN ðIỆN THẾ BỘ BIẾN ðỔI • PWM đơn xung: • PWM đơn xung: • Điện điều chỉnh tuyến tính từ trị cực đại đến cách làm sớm pha chậm pha khởi dẫn cặp cơng tắc • Trong cách này, dạng sóng điện gồm xung đơn bán kỳ Với tần số cho sẵn (f = 1/T), độ rộng xung tw thay đổi để điều khiển điện +E VA +E S1 +E S2 S1 S2 S4 S3 S1 S4 S2 S3 S1 S3 S4 S2 S3 -E S1 S4 Vo = VA -VB +E T/2 t T T/2 S2 S2 t VB S4 t Vo = VA -VB +E -E S1 +E S3 VA t VB S4 S3 t t T S1,4 S1,3 S2,3 S2,4 S1,4 S1,3 S2,3 25 12:01 PM KỸ THUẬT ðIỀU KHIỂN ðIỆN THẾ BỘ BIẾN ðỔI • PWM ña xung: Vo +E +E m=2 -E fp Vo π 2π 12:01 PM 26 KỸ THUẬT ðIỀU KHIỂN ðIỆN THẾ BỘ BIẾN ðỔI • Với m = → tw< π/2, với m = 3, rõ ràng tw< π/3 T +E m=5 π -E m=3 fp VA t VB 2π t m=5 t t -E 12:01 PM • PWM đa xung: • Điện giao hốn on/off nhanh nhiều lần suốt bán kỳ để tạo nên chuỗi xung có biên độ khơng đổi Tần số xung fp=2m ô xung chu kỳ 2m=fp/f +E KỸ THUẬT ðIỀU KHIỂN ðIỆN THẾ BỘ BIẾN ðỔI -E 27 12:01 PM 28 KỸ THUẬT ðIỀU KHIỂN ðIỆN THẾ BỘ BIẾN ðỔI KỸ THUẬT ðIỀU KHIỂN ðIỆN THẾ BỘ BIẾN ðỔI • ðiều biến xung sin (SPWM): • Trong SPWM điện điều khiển cách làm thay đổi chu kỳ on/off cho chu kỳ (độ rộng xung) dài đỉnh dạng sóng hình • Điểm giao hốn xác định giao điểm sóng sin sóng tam giác Độ rộng xung tw xác định thời gian vst(t)vca(t) bán kỳ âm vR-(t) • ðiều biến xung sin (SPWM): Vo +E -E N= π t 2π M= T 29 12:01 PM fc fm VR Vm = ; Vc Vc 12:01 PM ≤ M ≤1 30 NGHỊCH LƯU BA PHA 12:01 PM 31 ... có dạng sóng vng: • Ngun lý bản: Tt S1 S2 + - - + + + S1 + R + S2 + E - - - Vo + E V0 +E -E 3 t T -E • Với chu kỳ T tần số 1/T 12:01 PM BỘ NGHỊCH LƯU BÁN CẦU BỘ ðỔI ðIỆN CƠ BẢN o Tải trở: • Khi... t T -E 3 1 3 t T • Với chu kỳ T tần số 1/T 12:01 PM E TAI Vo +E 12:01 PM -E 12:01 PM 2 BỘ NGHỊCH LƯU BÁN CẦU BỘ NGHỊCH LƯU BÁN CẦU • Trường hợp R: Điện trung bình cơng tắc: • Trường hợp R: Điện. .. Nếu công tắc lý tưởng, công suất Vo + E nguồn cấp điện DC phải công suất hấp thụ tải: PDC = VDC I1 D4 S2 TT S1 S2 S3 S4 V0 On Off Off On +E Off On On Off -E On Off Off On +E Off On On Off -E G3