BÀI 6 : BỘ NGHỊCH LƯU
6.1 Bộ nghịch lưu áp một pha
- Sơ đồ mạch
Hình 6.1 Sơ đồ mạch nghịch lưu áp một pha
Mạch nghịch lưu áp một pha dùng cầu SCR từ T1 đến T4, chia ra hai cặp T1-T3 và T2-T4 được điều khiển luân phiên. Tụ C là tụ lọc thành phần xoay chiều và là tụ nạp điện áp phản kháng đưa trả về nguồn.
Hai tụ C1, C2 là tụ chuyển mạch để làm ngắt các SCR đang dẫn, cầu diode D1 đến D4 là mạch nắn điện ngược đưa điện áp phản kháng về tụ lọc C. Cầu diode D5 đến D6 dùng để cách ly không cho các tụ chuyển mạch C1 và C2 phóng điện qua tải.
Các cuộn dây nối tiếp với nguồn có tác dụng giới hạn dịng ban đầu.
- Nguyên lý hoạt động:
Giả thiết T1 và T3 đa được kích và dẫn điện, dịng điện sẽ đi từ nguồn dương qua T1-D5-Tải-D7-T3 rồi trở về nguồn âm. Như vậy dòng điện sẽ qua tải theo chiều từ A sang B. Lúc đó, A có điện áp của nguồn dương và B có điện áp của nguồn âm.
Khi có xung kích cho T2 và T4 thì tụ C1 sẽ xả điện áp âm làm phân cực ngược T3, lúc đó T1-T3 ngưng và T2-T4 dẫn. Dịng điện bây giờ sẽ đi từ nguồn dương qua T2-D6-Tải-D8-T4 rồi trở về nguồn âm. Như vậy dòng điện sẽ qua tải theo chiều từ B sang A.
Trường hợp này A có điện áp của nguồn âm, B có điện áp của nguồn dương nên hai tụ C1, C2 sẽ nạp điện theo chiều ngược lại để chuẩn bị làm ngắt T2- T4. Tần số của dịng điện xoay chiều cấp cho tải chính là tần số của mạch tạo xung kích cho các SCR từ T1 đến T4. - Dạng sóng T1 T2 D5 D6 D8 D7 T4 T3 D1 D4 D2 D3 C1 C2 C TAI + VDC A B _ L L + - + -
69
Hình 6.3 Dạng sóng điện áp và dịng điện tải.
6.2. Phân tích bộ nghịch lưu áp ba pha:
- Sơ dồ mạch diện
70
• Phân tích:
Nhóm SCR (I) là mạch chỉnh lưu có điều khiển, đổi từ xoay chiều ba pha (R-T-S) ra nguồn một chiều.
Mạch LC là mạch lọc nguồn để loại bỏ thành phần gợn sóng, cho ra nguồn một chiều thẳng hàng.
Nhóm SCR và diode (III) là mạch nghịch chuyển bap ha, đổi từ nguồn một chiều trên tụ lọc C ra dòng điện xoay chiều bap ha cấp cho động cơ.
Nhóm diode (II) là ngmạch chỉnh lưu ngược (nghịch lưu) đưa điện áp phản kháng do các cuộn dây trong động cơ tạo ra nạp trở về nguồn.
- Nguyên lý hoạt động
Ba SCR T1-T3-T5 được gọi là nhóm SCR anod chung, ba SCR T2-T4-T6 được gọi là nhóm catot chung. Trong mạch này mỗi SCR sẽ dẫn trong 180 độ điện. Trong mỗi thời điểm đều có ba SCR dẫn điện, hai SCR của nhóm này và một SCR của nhóm kia.
Khi SCR trong nhóm anond chung dẫn thì dịng điện từ nguồn dương vào tải, khi nhóm SCR trong nhóm catot chung dẫn thì dịng điện từ tải về nguồn âm.
Trường hợp tải ba pha đấu hình sao thì mỗi pha của tải hoặc đấu song song với tải của pha thứ hai, rồi nối tiếp với tải của pha thứ ba, hoặc đấu nối tiếp với tải của hai pha kia đang đấu song song với nhau.
Vì vậy, điện áp đặt trên mỗi pha bằng 1/3VDC khi nó nối song song với tải của pha khác, hay bằng 2/3VDC khi nó nối tiếp với tải của hai pha kia đang đấu song song.
Trong mỗi chu kỳ có sáu tổ hợp SCR dẫn điện theo thứ tự là: T1-T2-T3, T2-T3-T4, T3-T4-T5, T4-T5-T6, T5-T6-T1, T6-T1-T2.
Vẽ dạng sóng với góc SCR dẫn 180 độ điện ( gv vẽ và giải thích các khoảng dẫn
của các SCR T1 đến T6) - Dạng sóng:
71 Để thay đổi điện áp ra của tải, người ta thay đổi góc kích cho cầu SCR nắn điện (I) sẽ cho mức điện áp ra một chiều trung bình thay đổi. S
Hình 6.5 Giản đồ xung và tín hiệu xoay chiều ngõ ra của nghịch lưu với SCR dẫn trong 180 độ điện.
72
6.3. Các phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu áp 6.3.1 Phương pháp điều biên 6.3.1 Phương pháp điều biên
- Độ lớn điện áp ra được điều khiển bằng cách điều khiển điện áp nguồn DC. - Bộ nghịch lưu áp thực hiện chức năng điều khiển tần số điện áp ở ngõ ra.
- Các cặp công tắc trên cùng một pha (S1 và S4; S3 và S6; S5 và S2) được kích đóng với
thời gian bằng nhau và bằng một nữa chu kỳ áp ra.
Tần số áp ra bằng tần số đóng ngắt của các linh kiện.
Hình H6.14 Giản đồ xung kích và điện áp ra của bộ nghịch lưu áp theo phương pháp điều khiển theo biên độ
6.3.2 Phương pháp điều chế độ rộng xung
73
6.4 Bộ nghịch lưu dòng điện 6.4.1 Bộ nghịch lưu dòng một pha 6.4.1 Bộ nghịch lưu dòng một pha
- Sơ đồ mạch điện:
-Biến áp dùng trong mạch này là loại biến áp có điểm giữa, ở sơ cấp chia sơ cấp ra làm 2 phần bằng nha, về phía vịng dây có chiều quấn dây là điểm A đầu và O cuối, điểm O đầu và B cuối
- Cuộn dây L nối tiếp với nguồn một chiều có tác dụng giới hạn dịng điện khi mở điện.
- Tụ C dùng để nạp và xả điện làm cho SCR ngưng dẫn gọi là tụ điện chuyển mạch.
Nguyên lý hoạt động:
Giả thiết T1 được kích trước nên T1 dẫn, T2 ngưng. Lúc đó có dịng điện đi từ nguồn dương qua cuộn dây L, qua cuộn sơ cấp từ O đến A và qua T1 trở về nguồn âm. Lúc đó, cuộn sơ cấp OB sẽ cảm ứng điện áp theo nguyên lý biến áp tự ngẫu nên điện áp giữa hai điểm AB nạp vào tụ C có trị số bằng 2VDC và tụ C nạp theo chiều âm ở A và dương ở B.
Sau đó, nếu có xung kích T2 thì T2 dẫn, tụ C xả điện áp âm -2VDC làm cho T1 ngưng ( do T1 bị phân cực ngược). Bây giờ sẽ có dịng điện đi từ nguồn dương qua cuộn dây L, qua cuộn sơ cấp O đến điểm B, qua cuộn T2 trở về nguồn âm. Lúc đó cuộn sơ cấp OA cũng sẽ cảm ứng điện áp theo nguyên lý biến áp tự ngẫu nên điện áp giữa 2 điểm AB nạp vào tụ C cũng có trị số bằng hai lần VDC, nhưng theo chiều ngược lại, và tụ C nạp theo chiều dương ở A và âm ở B
Ở hai trường hợp dòng điện qua hai cuộn sơ cấp chạy ngược chiều nhau nên khi cảm ứng sang thứ cấp sẽ cho ra dòng điện xoay chiều. Dòng điện xoay chiều ra ở thứ cấp có điện áp tùy thuộc tỷ lệ số vịng dây giữa sơ cấp và thứ cấp, tần số tùy thuộc vào tần số của mạch tạo xung kích.
6.4.2 Bộ nghịch lưu dòng ba pha C1 T1 T2 + - V2 0 B A + - Tai L VDC + _
74
Sơ đồ mạch điện:
Phân tích:
- Cầu diode I là mạch nắn điện toàn kỳ ba pha. Thường dùng SCR để điều chỉnh
mức điện áp trung bình của nguồn một chiều ra.
- Cầu diode II là mạch nghịch lưu để biến tần. Trong mỗi nửa cầu diode có ba tụ
điện làm nhiệm vụ chuyển mạch.
- Cầu diode nắn điện qua điện cảm L để giảm thành phần gợn sóng nên sẽ cung
cấp cho mạch nghịch lưu dòng điện là hằng số. Cuộn dây L nối tiếp với nguồn một chiều có tác dụng giới hạn dòng điện khi mở điện. Tụ C dùng để nạp điện và xả điện làm cho SCR ngưng dẫn gọi là tụ chuyển mạch
- Các SCR từ T1 đến T6 sẽ cắt dòng điện một chiều thành hai khối chữ nhật, gồm
một khối dương và một khối âm, mỗi khối kéo dài 120 độ điện, khối này cách khối kia 60 độ. Tại bất cứ thời điểm nào cũng chỉ có hai SCR dẫn điện
Nguyên lý hoạt động:
- Các SCR trong mạch biến tần được điều khiển kích theo thứ tự: T1 – T2-T3-T4-
T5-T6
Giả thiết T1 và D1 dẫn cho dòng điện đi vào pha A trong động cơ rồi ra pha C , qua D2 – T2 trở về âm nguồn. Lúc đó, tụ C1 và C6 nạp điện.
T1 T3 T5 T4 T6 T2 D1 D4 D6 D2 +88.8 C1 C2 C3 C4 C5 C6 R S T + _ Cau diode II Cau diode I + - + - + - D3 D5 L1 L2
75
Khi có xung kích T3 dẫn thì tụ C1 xả điện làm T1 ngưng và ngắt dịng IA. Bây giờ có dịng điện qua T3-D3 đi vào pha B rồi ra pha C qua D2-T2 trở về nguồn âm. Lúc đó tụ C2 và C5 nạp điện.
Khi có xung kích T4 dẫn thì tụ C6 xả điện làm T2 ngưng và ngắt dịng Ib. Bây giờ có dịng điện qua T3-D3 đi vào pha C rồi ra pha A qua D4-T4 trở về nguồn âm. Lúc đó tụ C4nạp điện theo chiều ngược với C5.
Khi có xung kích T5 dẫn thì tụ C2 xả điện làm T3 ngưng và ngắt dịng Ib. Bây giờ có dịng điện qua T5-D5 đi vào pha C rồi ra pha A qua D4-T4 trở về nguồn âm. Lúc đó tụ C6 nạp điện.
Khi có xung kích T6 dẫn thì tụ C4 xả điện làm T4 ngưng và ngắt dòng Ic. Bây giờ có dịng điện qua T5-D5 đi vào pha C rồi ra pha B qua D6-T6 trở về nguồn âm. Lúc đó tụ C2 – C5 nạp điện. Khi có xung kích trở lại T1 thì tụ C3 xả điện làm T5 ngưng. Chu kỳ được lặp lại. dòng điện qua T1-D1 đi vào pha A rồi ra pha C qua D6-T6 trở về nguồn âm.
Vẽ dạng sóng với SCR dẫn 120 độ điện ( gv vẽ dạng sóng và giải thích các khoảng dẫn của các SCR T1 đến T6)
76
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thịnh, Điện tử công suất, lý thuyết, thiết kế,
ứng dụng, Nxb Khoa học kỹ thuật 2008.
[2] Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh, Điện tử công suất, Nxb Khoa học kỹ thuật 2004
[3] Võ Minh Chính, Điện tử cơng suất, Nxb Khoa học kỹ thuật 2008
[4] Phạm Quốc Hải, Phân tích và giải mạch điện tử công suất, Nxb Khoa học kỹ thuật 2002
[5] Lê Đăng Doanh, Nguyễn Thế công, Trần Văn Thịnh, Điện tử công suất tập