Như đã trình bày ở chương 2, bộ điều áp xoay chiều sử dụng Thyristor sử dụng phương pháp điều khiển góc pha đã bộc lộ nhiều nhược điểm. Đó là chất lượng điện áp ở đầu ra không cao. Nhìn chung, chất lượng của bộ điều áp xoay chiều được đánh giá bởi hai yếu tố chính, đó là:
• Độ méo hài tổng THD (Total Harmonic Distortion). • Hệ số công suất đầu vào IPF (Input Powerfactor)
Ở bộ điều áp xoay chiều sử dụng phương pháp điều khiển góc pha có độ méo hài tổng thể lớn, hệ số công suất đầu vào thấp nên chất lượng không cao. Do đó kỹ thuật điều chế độ rộng xung PWM được áp dụng
Các phát triển gần đây trong lĩnh vực điện tử công suất làm cho khả năng cải thiện chất lượng điện năng. Bộ điều áp xoay chiều có thể thay thế bằng bộ điều áp xoay chiều PWM có hiệu suất tổng thể tốt hơn và các vấn đề trên có thể được cải thiện nếu bộ điều khiển được thiết kế để hoạt động ở chế độ băm xung. Trong trường hợp này, điện áp cung cấp đầu vào được băm thành các đoạn và mức điện áp đầu ra được quyết định bằng cách điều khiển chu kỳ đóng cắt của bộ phát xung. Các lợi ích thu được bao gồm dạng sóng sin gần nhất, yếu tố công suất đầu vào tốt hơn, đáp ứng nhanh hơn, loại bỏ các sóng hài bậc thấp và kết quả là các tham số bộ lọc đầu vào cũng nhỏ hơn.
Bộ điều áp xoay chiều PWM có những lợi ích sau: • Đáp ứng nhanh
Chương 3. Bộ điều áp xoay chiều sử dụng phương pháp điều chế độ rộng xung PWM
• Độ gọn nhẹ
• Điện áp điều khiển nhỏ
Những lợi ích của bộ điều áp sử dụng phương pháp PWM có những ưu điểm hơn so với phương pháp điều khiển góc pha ở những khía cạnh sau:
• Cải thiện hệ số công suất tải do tần số chuyển mạch cao. • Dải điều khiển rộng về mặt góc mở bất kể yếu tố công suất tải.
• Các sóng hài bậc thấp được loại bỏ so với phương pháp điều khiển góc pha.
• Các thành phần sóng hài có thể được điều khiển thông qua thay đổi tần số đóng cắt của bộ tạo xung.
Có 3 cấu trúc khác nhau cho bộ điều áp xoay chiều PWM.
3.1.1. Cấu trúc với hai chuyển mạch
Hình 3.1. Cấu trúc mạch Buck với hai chuyển mạch
Ở cấu trúc này, chuyển mạch được mắc thành sơ đồ cầu. Ưu điểm của cấu trúc này là IGBT chỉ luôn làm việc ở chế độ nên không có điện áp ngược đặt lên IGBT. Các van đi
Chương 3. Bộ điều áp xoay chiều sử dụng phương pháp điều chế độ rộng xung PWM
22
ốt có nhiệm vụ hình thành nên dòng chảy trong mỗi nửa chu kỳ. Với cấu trúc này thiết kế mạch điều khiển cũng dễ dàng hơn. Tuy nhiên nhược điểm là ngoài 2 chuyển mạch cần nhiều van điot (8 van).
3.1.2. Cấu trúc với ba chuyển mạch
Đối với cấu trúc 3 chuyển mạch quá trình dẫn dòng qua các van sẽ phức tạp hơn, nên việc thiết kế mạch điều khiển cũng sẽ khó khăn hơn.
Chương 3. Bộ điều áp xoay chiều sử dụng phương pháp điều chế độ rộng xung PWM
Trạng thái chuyển mạch: 0 - mở, 1- đóng
Bảng 3.1. Quá trình đóng cắt của các van
Hình 3.3. Khâu phát xung cho bộ biến đổi sử dụng 3 chuyển mạch
3.1.3. Cấu trúc với bốn chuyển mạch
Với cấu trúc này xét trong nửa chu kỳ dương van S6 và S8 sẽ thay nhau dẫn. Còn trong nửa chu kỳ âm thì các van S7 và S9 sẽ thay nhau dẫn. Có thể thấy mạch này cần nhiều van điều khiển nhất cho nên cấu trúc mạch điều khiển cũng sẽ phức tap nhất.
Chương 3. Bộ điều áp xoay chiều sử dụng phương pháp điều chế độ rộng xung PWM
24
Hình 3.4. Cấu trúc mạch Buck với bốn chuyển mạch
Tóm lại, sau khi xem xét 3 cấu hình ta có thể thấy cấu hình với 2 chuyển mạch được lựa chọn bởi những ưu điểm của nó so với 2 cấu hình còn lại. Vừa tránh được hiện tượng IGBT phải chịu điện áp ngược mà việc thiết kế khâu phát xung cũng đơn giản hơn rất nhiều.