5. 5 BỘ NGHỊCH LƯU DÒNG
5.8.1 BỘ BIẾN TẦN GIÁN TIẾP
Cấu tạo của bộ biến tần gián tiếp gồm có bộ chỉnh lưu với chức năng chỉnh lưu điện áp xoay chiều với tần số cố định ở ngõ vào và bộ nghịch lưu thực hiện việc chuyển đổi điện áp (hoặc dòng điện) chỉnh lưu sang dạng áp hoặc dòng xoay chiều ở ngõ ra. Bằng cấu trúc như trên, ta có thể điều khiển tần số ra một cách độc lập không phụ thuộc tần số vào
Các bộ biến tần gián tiếp thường hoạt động với công suất khoảng từ kW đến vài trăm kW. Phạm vi hoạt động của tần số khoảng vài phần chục Hz đến vài trăm Hz. Công suất tối đa của chúng có thể lên đến vài MW và tần số tối đa khoảng vài chục kHz (trong kỹ thuật nhiệt điện - lò cao tần).
* Bộ biến tần áp gián tiếp
Mạch trung gian một chiều: có chứa tụ lọc với điện dung khá lớn Cf (khỏangvài ngàn F) mắc vào ngõ vào của bộ nghịch lưu. Điều này giúp cho mạch trung gian hoạt động như nguồn điện áp. Tụ điên cùng với cuộn cảm L
µ
f của mạch trung gian tạo thành mạch lọc nắn điện áp chỉnh lưu. Cuộn kháng Lf có tác dụng nắn dòng điện chỉnh lưu. Trong nhiều trường hợp, cuộn kháng Lf không xuất hiện trong cấu trúc mạch và tác dụng nắn dòng của nó có thể được thay thế bằng cảm kháng tản máy biến áp cấp nguồn cho bộ chỉnh lưu. Do tác dụng của diode nghịch đảo bộ nghịch lưu, điện áp đặt trên tụ chỉ có thể đạt các giá trị dương. Tụ điện còn thực hiện chức năng trao đổi năng lượng ảo giữa tải của bộ nghịch lưu và mạch trung gian bằng cách cho phép dòng id2 thay đổi chiều nhanh không phụ thuộc vào chiều của dòng id1.
Bộ nghịch lưu áp: dạng một pha hoặc ba pha. Quá trình chuyển mạch của bộ nghịch lưu áp thường là quá trình chuyển đổi cưỡng bức. Trong trường hợp đặc biệt bộ nghịch lưu làm việc không có quá trình chuyển mạch hoặc với quá trình chuyển mạch phụ thuộc bên ngoài. Từ đó, ta có hai trường hợp bộ biến tần với quá trình chuyển mạch độc lập và quá trình chuyển mạch phụ thuộc bên ngoài .
Bộ chỉnh lưu: có nhiều dạng khác nhau, mạch tia, mạch cầu một pha hoặc ba pha. Thông thường ta gặp mạch cầu ba pha. Nếu như bộ chỉnh lưu một pha và bộ nghịch lưu ba pha, bộ biến tần thực hiện cả chức năng bộ biến đổi tổng số pha.
Khi áp dụng phương pháp điều khiển theo biên độ cho điện áp tải xoay chiều ra bộ chỉnh lưu phải là bộ chỉnh lưu điều khiển.
Thông thường, bộ chỉnh lưu có dạng không điều khiển, bao gồm các diode mắc dạng mạch cầu. Độ lớn điện áp và tần số áp ra của bộ nghịch lưu còn có thể điều khiển thông qua phương pháp điều khiển xung thực hiện trực tiếp ngay trên bộ nghịch lưu. Ở chế độ máy phát của tải (chẳng hạn khi hãm động cơ không đồng bộ), năng lượng hãm được trả ngược về mạch một chiều và nạp cho tụ lọc Cf. Năng lượng nạp về trên tụ làm điện áp nó tăng lên và có thể đạt giá trị lớn có thể gây quá áp. Để loại bỏ hiện tượng quá điện áp trên tụ Cf, một số biện pháp sau đây có thể thực hiện. Phương pháp đơn giản nhất là tác dụng đóng mạch xả điện áp trên tụ qua một điện trở mắc song song với tụ. Việc đóng mạch xả tụ thực hiện nhờ công tắc bán dẫn S- hình H5.56 (chẳng hạn điều khiển áp tụ giữa hai giá trị biên) dựa theo kết quả so sánh tín hiệu điện áp đo được trên tụ với một giá trị điện áp đặt trước cho phépï
Một biện pháp khác là thực hiện đưa năng lượng quá áp trên tụ Cf về nguồn lưới điện xoay chiều. Trong trường hợp này, bộ biến tần được trang bị bộ chỉnh lưu kép (hình H5.57). Khả năng bộ chỉnh lưu kép cho phép thực hiện đảo chiều dòng điện qua bộ chỉnh
lưu và bằng cách này, trong điều kiện chiều điện áp tụ lọc không đổi dấu, năng lượng được trả về lưới điện xoay chiều qua bộ chỉnh lưu.
Xu hướng nâng cao chất lượng điện năng bằng cách sử dụng loại chỉnh lưu điều rộng xung (boost PWM Rectifier) đã cho phép thực hiện trả công suất về nguồn với hệ số công suất cao (gần như bằng một) (hình H5.58). Dòng điện đi qua nguồn lưới xoay chiều có dạng gần như sin và cùng pha với điện áp xoay chiều.
* Bộ biến tần dòng gián tiếp
Sơ đồ mạch được vẽ trên hình H5.59.
Mạch trung gian chỉ có cuộn cảm Lf (khoảng vài mH). Nhờ nó, mạch trung gian thực hiện chức năng nguồn dòng điện của bộ nghịch lưu. Dòng điện của mạch trung gian có chiều không thay đổi. Dòng được cuộn cảm nắn. Cuộn cảm còn thực hiện chức năng trao đổi năng lương ảo giữa tải tiêu thụ và mạch trung gian. Cuộn cảm tạo điều kiện cho quá trình thay đổi chiều của điện áp ud2 xảy ra nhanh chóng không phụ thuộc vào điện áp chỉnh lưu ud1.
Bộ nghịch lưu dòng: một pha hoặc thường gặp hơn ở dạng ba pha. Tùy theo trường hợp, có thể là bộ nghịch lưu với quá trình chuyển mạch cưỡng bức hoặc quá trình chuyển mạch phụ thuộc. Bộ nghịch lưu dòng với quá trình chuyển mạch phụ thuộc về bản chất là bộ chỉnh lưu có quá trình chuyển mạch phụ thuộc vào điện áp xoay chiều của tải và hoạt động trong chế độ nghịch lưu. Từ đó, ta phân biệt các bộ biến tần với quá trình chuyển mạch cưỡng bức và bộ biến tần với quá trình chuyển mạch phụ thuộc.
Điều khiển bộ nghịch lưu dòng có thể thực hiện theo phương pháp điều biên hoặc dùng kỹ thuật điều chế độ rộng xung.
Bộ chỉnh lưu: có nhiều dạng, mạch tia, mạch cầu, một pha hoặc ba pha. Khi cần đòi hỏi phải truyền năng lượng theo hai chiều, ta chỉ cần bộ chỉnh lưu đơn với điện áp đổi dấu được. Ta thường sử dụng mạch cầu ba pha điều khiển. Trong mọi trường hợp, dòng điện qua mạch dc phải được điều khiển về biên độ. Do đó, bộ chỉnh lưu không điều khiển (gồm các diode) không thể sử dụng được ở đây. Để giảm bớt hiện tượng quá điện áp trên các chi tiết bán dẫn của bộ nghịch lưu, ta có thể sử dụng bộ nghịch lưu với tụ hạn chế quá điện áp mắc song song với tải hoặc sử dụng mạch tích năng lượng.
Các cấu trúc bộ biến tần dòng hiện đại sử dụng bộ chỉnh lưu điều khiển độ rộng xung, (buck PWM rectifier) (hình H5.60), cấu trúc loại này cho phép bộ chỉnh lưu làm việc với hệ số công suất cao.