4.1 Nguyên lý hoạt động
Bộ nghịch lưu có chức năng chuyển đổi năng lượng từ nguồn điện một chiều không đổi sang dạng năng lượng điện xoay chiều để cung cấp cho tải xoay chiều, đại lượng được điều khiển ở ngõ ra là điện áp có dạng một pha hoặc ba pha. Các ứng dụng cơ bản của bộ nghịch lưu là truyền động điện cho động cơ điện xoay chiều, các bộ nguồn UPS, lò cảm ứng trung tần, hàm trung tần, ballast điện tử, các hệ thống FACT trong hệ thống điện.
Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu ba pha gồm một nguồn một chiều và sáu IGBT (mỗi IGBT có gắn thêm một con diode để dẫn điện theo chiều ngược lại) nối với tải RL ba pha đấu sao như hình:
Phương pháp điều khiển: phương pháp điều biên (six step)
21
Các khóa bán dẫn dẫn trong nửa chu kỳ, các khóa nằm trên cùng một nhánh (T1-T4, T3-T6, T5-T2) được kích ngược pha nhau. Các khóa T1, T3, T5 được kích lệch pha nhau một góc 2π/3
22
4.2 Tính toán lý thuyết
23
Trị hiệu dụng áp pha:
=
ℎ
= ℎ
Phần tích Fourier của điện áp pha, biên độ sóng hài bậc n của áp pha: 4
( )= 3
√3
Và áp tải chỉ chứa các thành phần hài bậc lẻ (n = 1, 3, 5, …). Ngoài ra với n là bội của 3 thì áp pha sẽ bằng 0 nên các hài lân cận sẽ có bậc n = 1, 5, 7, 11, …
Trị hiệu dụng dòng tải hài bậc n:
( ),
=1,5,7,11,…
Trị hiệu dụng dòng nguồn:
3
, = √2∗ ,
Bỏ qua tổn hao trên khóa bán dẫn, ta có: =
∗ ̅ = 3 , 2
➔Trị trung bình dòng nguồn:
̅̅
Xét hoạt động của mạch trong 6 khoảng như trên ta có: Khoảng
id
Xét id trong khoảng II, có dòng nguồn chính bằng dòng pha A. Mà mạch trong pha A chính là mạch quá độ cấp 1 RL nên ta có thời hằng của mạch là:
=
Và thời gian quá độ:
đ=3 =3
Với f đủ nhỏ thì mạch trong khoảng này sẽ đạt trạng thái xác lập:
=
Lúc này:
25
2 3 , = √ 2 + (2 )2 1 3 , = √ 2 + (2 )2
Trường hợp f lớn, mạch không có đủ thời gian để đạt trạng thái xác lập, xét pha A (theo 6 khoảng):
Trong khoảng T/6, mạch là mạch quá độ RL cấp 1 nên dòng có dạng:
− ( ) = , +
Sơ kiện: giá trị đầu của khoảng n (n = I-VI) sẽ bằng giá trị cuối của khoảng n-1 ,( )(0+) = ,( −1) ( 6) Đặt: = 1 Ta được hệ phương trình: 2 26
1
− 1− =1−
− 2 − = − 1 − − 1 − = − 2 −
1− =1−
Giải phương trình ta suy ra được các hệ số A, B, C, D, E, F
Và:
, =
,( ) ( 6)
, = ,( )(0+)
4.3 Mô phỏng mạch trên Psim
Các thông số đầu vào:
- Nguồn một chiều: 300VDC
- R=20Ω
- L = 28.6 mH
Mạch mô phỏng trên Psim:
27
Bảng số liệu: Số liệu đo đạc: ̅̃ (rms)(V) ̅̃ ̅̅ , (A) , (A) Bảng tính toán lý thuyết: f ̅̃ (rms)(V) ̅̃ (rms)(A) ̅̅ (AV)(A) , (A) , (A)
28
Ảnh các dạng sóng tại f = 50Hz
29
30
31
Nhận xét:
Áp pha ra không phụ thuộc vào tải mà chỉ phụ thuộc vào giá trị của nguồn cấp DC nên áp ra dễ dàng điều chỉnh. Tuy nhiên với yêu cầu áp ra quá lớn thì không có nguồn DC đủ lớn để cấp cho mạch.
Mạch sử dụng các khóa bán dẫn có tổn hao rất ít nên có thể xem như công suất được bảo toàn. Giá trị tính toán giống với đo đạc.
32