BÀI 5 : LẮP RÁP MẠCH NGHỊCH LƯU
3. Lắp ráp mạch nghịch lưu PWM
3.1. Phương pháp lắp mạch
Các bộ nghịch lưu áp thường điều khiển dựa theo kỹ thuật điều chế độ rộng xung - PWM (Pulse Width Modulation) và qui tắc kích đóng đối nghịch. Qui tắc kích đóng đối nghịch đảm bảo dạng áp tải được điều khiển tuân theo giản đồ kích đóng cơng tắc và kỹ thuật điều chế độ rộng xung có tác dụng hạn chế tối đa các ảnh hưởng bất lợicủa sóng hài bậc caoxuất hiện ở phía tải.
Phụ thuộc vào phương pháp thiết lập giản đồ kích đóng các cơng tắc trong bộ nghịch lưu áp, ta có thể phân biệt các dạng điều chế độ rộng xung khác nhau
* Một số chỉ tiêuđánh giá kỹ thuật PWM của bộ nghịch lưu:
Chỉ sô điều chê (Modulation index) m: được định nghĩa như tĩ số giữa biên độ thành phần hài cơ bản tạo nên bởi phương pháp điều khiển và biên độ thành phần hài cơ bản đạt được trong phương pháp điều khiển 6 bước
86
Đại lượng IhRMS phụ thuộc khơng những vào phương pháp PWM mà cịn vào thơng sơ tải.
Để có thể đánh giá chất lượng PWM khơng phụ thuộc vào tải, ta có thể sử dụng đại lượng độ méo dạng dòng điện như sau:
Giả sử tải xoay chiều gồm sức điện động cảm ứng và cảm kháng tản mắc nô"i tiếp, độ méo dạng dịng điện có thể viết lại dưới dạng:
Kết quả đạt được không phụ thuộc vào tham sô của tải.
Khi sử dụng phương pháp điều khiển 6 bước, độ méo dạng dịng điện có thể xác định bằng giá trị sau:
Để so sánh các phương pháp PWM, có thể sử dụng độ méo dạng chuẩn hóa theo phương pháp 6 bước, lúc đó hệ sơ méo dạng dịng điện qui chuẩn cho bởi hệ thức:
Với phương pháp điều chế 6 bước, hệ sơ' méo dạng dịng điện bằng 1.
Nếu sử dụng phương pháp điều chế vector khơng gian, hệ số méo dạng có thể tính theo tích phân của tích vơ hướng vector sau đây:
87
Từ đó, áp dụng cơng thức tính hệ sơ méo dạng d.
Để đánh giá ảnh hưởng từng sóng hài trong phương pháp PWM, ta có thể sử dụng tham số phổ từng sóng hài dịng điện. Nếu sử dụng phương pháp điều chế đồng bộ với tần số kích đóng linh kiện f bằng số nguyên lần (N) tần số sóng hài cơ bản f (tức f = N.f ), hệ sơ sóng hài bậc k qui chuẩn, tính qui đổi theo phương pháp 6 bước và cho bởi hệ thức:
Hệ số sóng hài khơng phụ thuộc vào tham số tải.
- Hệ số méo dạng biểu diễn qua các hệ số sóng hài như sau:
Nếu sử dụng kỹ thuật PWM khơng đồng bộ, ta khơng thể phân tích Fourier phổ dòng điện theo các biến tần số rời rạc khi mà sóng hài dịng điện xuất hiện theo biến tần số liên tục. Trường hợp này, ta có thể sử dụng khái niệm phổ mật độ dòng điện theo hệ thức:
* Phương Pháp Điều Chế Độ Rộng Xung Sin (Sin PWM):
Về nguyên lý, phương pháp thực hiện dựa vào kỹ thuật analog. Giản đồ kích đóng cơng tắc bộ nghịch lưu dựa trên cơ sở so sánh hai tín hiệu cơ bản:
- Sóng mang up (carrier signal) tần số cao
- Sóng điều khiển ur - reference signal (hoặc sóng điều chế- modulating signal) dạng sin.
Ví dụ: cơng tắc lẻ được kích đóng khi sóng điều khiển lớn hơn sóng mang (ur >up ). Trong trường hợp ngược lại, cơng tắc chẵn được kích đóng.
88
Hình 5.4
Hình 5.5
Sóng mang up có thể ở dạng tam giác. Tần số sóng mang càng cao, lượng sóng hài bậc cao bị khử bớt càng nhiều. Tuy nhiên, tần số đóng ngắt cao làm cho tổn hao phát sinh do q trình đóng ngắt các cơng tắc tăng theo. Ngồi ra, các linh kiện địi hỏi có thời gian đóng ton và ngắt toff nhất định. Các yếu tố này làm hạn chế việc chọn tần số sóng mang.
89
Sóng điều khiển ur mang thơng tin về độ lớn trị hiệu dụng và tần số sóng hài cơ bản của điện áp ở ngõ ra. Trong trường hợp bộ nghịch lưu áp ba pha, ba sóng điều khiển của ba pha phải được tạo lệch nhau về pha 1/3 chu kỳ của nó.
Gọi mf.là tỉ sô điều chế tần sô (Frequency modulation ratio)
Việc tăng giá trị mf sẽ dẫn đến việc tăng giá trị tần số các sóng hài xuất hiện. Điểm bất lợi của việc tăng tần số sóng mang là vấn đề tổn hao do đóng ngắt lớn
Tương tự, gọi m là tỉ số điều chế biên độ (Amplitude modulation ratio) :
Nếu ma < 1 (biên độ sóng sin nhỏ hơn biên độ sóng mang) thì quan hệ giữa biên độ thành phần cơ bản của áp ra và áp điều khiển là tuyến tính.
Đối với bộ nghịch lưu áp một pha:
Ut(1)m = maU
Đối với bộ nghịch lưu áp ba pha, biên độ áp pha hài cơ bản: Ut(1)m = maU/2
Khi giá trị m >1, biên độ tín hiệu điều chế lớn hơn biên độ sóng mang thì biên độ hài cơ bản điện áp ra tăng khơng tuyến tính theo biến m . Lúc này, bắt đầu xuất hiện lượng sóng hài bậc cao tăng dần cho đến khi đạt ở mức giới hạn cho bởi phương pháp 6 bước. Trường hợp này còn được gọi là quá điều chế (overmodulation) hoặc điều chế mở rộng.
Trong trường hợp bộ nghịch lưu áp ba pha, các thành phần sóng hài bậc cao sẽ được giảm đến cực tiểu nếu giá trị mf được chọn bằng số lẻ bội ba.
Nếu để ý đến hệ thức tính chỉ số điều chế, ta thấy phương pháp SPWM đạt được chỉ số lớn nhất trong vùng tuyến tính khi biên độ sóng điều chế bằng với biên độ sóng mang. Lúc đó, ta có:
90
* Phân tích sóng hài:
Việc đánh giá chất lượng sóng hài xuất hiện trong điện áp tải có thể được thực hiện bằng phân tích chuỗi Fourier. Ớ đây, chu kỳ lấy tích phân Fourier được chia thành nhiều khoảng nhỏ, với cận lấy từng tích phân của từng khoảng được xác định từ các giao điểm của sóng điều khiển và sóng mang dạng tam giác.
3.2. Trình tự thực hiện
a.Thiết bị và dụng cụ chuẩn bị
- Bộ dụng cụ cầm tay nghề điện tử - Máy đo VOM và DVOM
- Máy hiện sóng 2 kênh 40MHz - Mơ đun nghịch lưu áp 3 pha
- Mạch in đã được thiết kế sơ đồ sẵn. - Dây có chốt cắm 2 đầu
b. Qui trình thực hiện - Lắp ráp mạch theo sơ đồ
- B1: Không nối tải, bật cơng tắc nguồn, điều chỉnh VR để có tần số xung điều khiển f=120Hz, dùng máy hiện sóng quan sát và vẽ dạng sóng của các điểm trên mạch tạo xung điều khiển
- B2: Tắt công tắc nguồn, nối tải R=12Ω, dùng máy hiện sóng quan sát và vẽ dạng sóng của các điểm trên mạch tạo xung điều khiển.
- B3: Tắt công tắc nguồn, thay đổi tải R=16Ω, dùng máy hiện sóng quan sát và vẽ dạng sóng của các điểm trên mạch tạo xung điều khiển.
- B4: Tắt công tắc nguồn, thay đổi tải R=20Ω, dùng máy hiện sóng quan sát và vẽ dạng sóng của các điểm trên mạch tạo xung điều khiển.
91
3.3. Một số sai hỏng thường gặp, nguyên nhân và biện pháp xử lý, phòng tránh tránh
STT Hư hỏng( lỗi) Nguyên nhân BP khắc phục
1 Khơng có tín hiệu trên máy hiện sóng
Chưa điều chỉnh góc kích
Điều chỉnh góc kích
2 Tín hiệu dạng sóng đo được trên máy hiện sóng bị nhiễu
Que đo kết nối lỏng Kiểm tra lại que đo
3.4. Bài tập áp dụng
92
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] 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, Điện tử cơng suất, Nxb Khoa học kỹ thuật 2008 [3] Điện tử công suất và điều khiển động cơ điện. Cyril W. Lander
[4] Nguyễn Bính: Điện tử công suất. NXB Khoa học kỹ thuật 2005
[5] Lê Đăng Doanh, Nguyễn Thế công, Trần Văn Thịnh, Điện tử công suất tập 1,2, Nxb Khoa học kỹ thuật 2007