BIẾN ĐỔI MỘT CHIỀU SANG XOAY CHIỀU DC-AC (Inverter)

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI

1.2. BIẾN ĐỔI MỘT CHIỀU SANG XOAY CHIỀU DC-AC (Inverter)

Nghịch lưu áp là thiết bị biến đổi nguồn áp một chiều thành nguồn áp xoay chiều với tần số tuỳ ý.

Nguồn áp vẫn là nguồn được sử dụng phổ biến trong thực tế. Hơn nữa điện áp ra của nghịch lưu áp có thể điều chế theo phương pháp khác nhau để có thể giảm được sóng điều hoà bậc cao. Trước kia nghịch lưu áp bị hạn chế trong ứng dụng vì công suất của các van động lực điều khiển hoàn toàn còn nhỏ. Hơn nữa việc sử dụng nghịch lưu áp bằng tiristo khiến cho hiệu suất của bộ biến đổi giảm, sơ đồ điều khiển phức tạp. Ngày nay công suất các van động lực như: IGBT, GTO càng trở lên lớn và có kích thước gọn nhẹ, do đó nghịch lưu áp trở thành bộ biến đổi thông dụng và được chuẩn hoá trong các bộ biến tần công nghiệp. Do đó sơ đồ nghịch lưu áp được trình bày sau đây sử dụng van điều khiển hoàn toàn.

Trong quá trình nghiên cứu ta giả thiết các van động lực là các khoá điện tử lý tưởng, tức là thời gian đóng và mở bằng không, nên điện trở nguồn bằng không.

1.2.1.1. Cấu tạo

Sơ đồ nghịch lưu áp một pha được mô tả trên hỉnh 1.10 a. Sơ đồ gồm 4 van động lực chủ yếu là: T1, T2, T3, T4 và các điôt D1, D2, D3, D4 dùng để trả công suất phản kháng của tải về lưới và như vậy tránh được hiện tượng quá áp ở đầu nguồn.

Tụ C được mắc song song với nguồn để đảm bảo cho đầu vào là nguồn hai chiều (nguồn một chiều thường được cấp bởi chỉnh lưu chỉ cho phép dòng đi theo

một chiều). Như vậy tụ C thực hiện việc tiếp nhận công suất phản kháng của tải, đồng thời tụ C còn đảm bảo cho nguồn đầu vào là nguồn áp (giá trị C càng lớn nội trở của nguồn càng nhỏ, điện áp đầu vào được san phẳng).

T1 T3

T4

T2

D1 D3

D4

D2

Zt

E +

- id

C

it

a)

Ut

it

E Ut

it

1 2 3 4

2 , 1

iT

2 , 1

iD

2 , 1

iD 4

, 3

iD

i 0 0

0 





 b)

Hình 1. 10: Nghịch lưu áp cầu một pha và đồ thị

1.2.1.2. Nguyên lý làm việc

Ở nửa chu kỳ đầu tiên (0  2), cặp van T1, T2 dẫn điện, phụ tải được đấu vào nguồn. Do nguồn là nguồn áp nên điện áp trên tải Ut = E (hướng dòng điện là đường nét đậm). Tại thời điểm  = 2, T1 và T2 bị khoá, đồng thời T3 và T4 mở ra. Tải sẽ được đấu vào nguồn theo chiều ngược lại, tức là dấu điện áp ra trên tải sẽ đảo chiều và Ut = -E tại thời điểm 2. Do tải mang tính trở cảm nên dòng vẫn giữ nguyên theo hướng cũ, T1, T2 đã bị khoá, nên dòng phải khép mạch qua D3, D4. Suất điện động cảm ứng trên tải sẽ trở thành nguồn trả năng lượng thông qua D3, D4 về tụ C (đường nét đứt).

Tương tự như vậy khi khoá cặp T3, T4 dòng tải khép mạch qua D1 và D2. Đồ thị điện áp trên tải Ut, dòng tải it, dòng qua điôt iD và dòng qua các T được biểu diễn trên hình 1.10b.

Để tính chọn van cần tìm biểu thức dòng điện tải it, sử dụng phương pháp sóng điều hoà cơ bản:

Phân tích dạng điện áp trên tải Ut ra chuỗi, ta có:



 





 

1 k

t 2k 1

t ) 1 k 2 sin(

E

U 4 (1.15) Nếu chỉ lấy sóng điều hoà cơ bản thì:

t Esin

Ut 4 

 

và sin( t ) I sin( t )

X R

E

i 4 max

2 t 2 t

t     



  (1.16)

t t t t

R arctgX

L . X









Dòng trung bình qua van động lực là:











 



1

t d ) t sin(

2 I

IT 1 m (1.17) Dòng trung bình qua điôt là:









 

 1

0 m

D I sin( t )d t

2

I 1 (1.18)

Trong thực tế người ta thường dùng nghịch lưu áp với phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) để giảm bớt kích thước của bộ lọc.

Sử dụng phương pháp sóng điều hoà cơ bản sẽ cho sai số khoảng 15%. Tuy nhiên khi chọn van thường người ta chọn hệ số dự trữ, nên kết quả tính toán là hợp lý và gọn nhẹ.

Giá trị của tụ C được tính như sau:

) 2 ln 2 1 U ( R 3

T . C E

C t

t 

  (1.19) UC

 là biến thiên điện áp nguồn một chiều được tính theo đơn vị % : Tt = Lt/Rt.

1.2.2. Biến đổi một chiều sang hệ thống xoay chiều ba pha [4,5,6]

Để có điện áp 3 pha ta cần dùng cầu nghịch lưu 3 pha 6 bộ đóng ngắt và 6 diode thu hồi năng lượng như hình 1.11:

Hình 1. 11: Sơ đồ mạch nghịch lưu 3 pha

Mỗi bán kỳ có số xung là 5, các xung đối xứng với đường thẳng T/4, 3T/4.

Khi điều chỉnh tần số điện áp ra, tần số xung cũng thay đổi theo nhưng phải tuân theo quy luật: số xung lẻ và đối xứng qua trục các điểm giữa bán kỳ.

Hình 1. 12: Sơ đồ dẫn của các transistor và điện áp ra trên các pha

Nếu dùng sơ đồ cầu điều chỉnh chế độ rộng xung thì hình 1.12 cho thấy quan hệ giữa điện áp ra với chế độ làm việc của các transistor ngắt dẫn trong sơ đồ cầu.

Dòng IB1 và IB2 kéo T1 và T2 làm việc điều chỉnh biên độ rộng xung. Khi T1

dẫn thì T2 ngắt và ngược lại.