1.2.B.5.2 ĐIỀU CHỈNH ĐỘ RỘNG ĐA XUNG
1.2.B.7 NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ NGHỊCH LƯU DỊNG
- Bộ nghịch lưu cĩ dịng một chiều là nguồn điện. Bộ nghịch lưu dịng được sử dụng trong lĩng vực truyền động động cơđiện xoay chiều và cho lị cảm ứng.
- Tương tự như bộ nghịch lưu áp, ta phân biệt bộ nghịch lưu dịng với quá trình xhuyển mạch cưỡng bức và bộ nghịch lưu dịng với quá trình chuyển mạch tự nhiên (phụ thuộc).
- Bộ ngfhịch lưu dịng cĩ quá trình chuyển mạch cưỡng bức được áp dụng cho tải tổng quát. Trong trường hợp tải mang tính dung kháng, bộ nghịch lưu cĩ thể sử dụng với quá trình chuyển mạch phụ thuộc và sử dụng linh kiện bán dẫn như thyristor.
1.2.B.7.1 Bộ nghịch lưu dịng một pha:
- Sơđồ và nguyên lý hoạt động của bộ nghịch lưu dịng một pha (H6.13a). O T1' 3 2 1 Vv D1 D2' D2 T1 3 2 1 D1' D3' D3 T2 3 2 1 T2' 3 2 1 T3 3 2 1 T3' 3 2 1 Hình 6.10
Trong trường hợp tải tổng quát (R,RL,RLξ), linh kiện phải cĩ khả năng điều khiển ngắt dịng điện. Cĩ thể sử dụng IGBT mắc nối tiếp với diode cao áp hoặc sử dụng linh kiện cơng suất GTO.
Giả sử dịng đang dẫn qua S1,D1,S2,D2 và tải, dịng điện tải it = I. Đểđảo chiều dịng điện tải, xung kích đĩng đưa vào S1, S2 và kích ngắt S3, S4. Dịng qua tải giảm nhanh về 0 và đảo chiều it = I.
- Do tải mang tính cảm kháng, sựđảo chiều nhanh của dịng điện gây ra quá điện áp đặt lên các cơng tắc. Nếu tải cĩ độ tự cảm L nhỏ, mạch mắc nối tiếp cơng tắc với diode chịu được điện áp cao; nếu tải cĩ L lớn, cần phải thay đổi cấu hình bộ nghịch lưu dịng. Chẳng hạn mắc tụ song song với tải (H6.11b) hoặc dùng mạch tích năng lượng (H.6.11c). Tác dụng của các mạch phụ này làm dịng tải trong quá trình đổi dấu khơng thay đổi đột ngột và do đĩ khơng gây ra quá áp phản kháng. Cấu trúc dùng tụ xoay chiều mắc rẽ
nhánh với tải cĩ thể làm xuất hiện dao động dịng điện và điện áp do tương tác của tụ điện với cảm kháng của tải.
- Tụđiện được tính tốn sao cho biên độ thành phần cơ bản dịng điện dẫn qua tụ cĩ giá trị khơng lớn và độ dao động điện áp do các dịng hài bậc cao trên tải nằm trong phạm vi cho phép.
- Cấu trúc dùng mạch tích năng lượng cĩ khả năng khắc phục nhược điểm trên. Tuy nhiên, hệ thống mạch cơng suất trở nên phức tạp hơn do sự sử dụng mạch chỉnh lưu cầu diode và phía mạch DC của nĩ phải cĩ phần tử cĩ khả năng dự trữ năng lượng. Mỗi lần dịng điện tải đổi chiều, mạch DC được nạp năng lượng bởi dịng tải. Phần tử tích điện cĩ thể là tụđiện, đểđiện áp tụ khơng tăng, ta cần thực hiện điều khiển xả năng lượng tụ hoặc điều khiển năng lượng tụ trả về lưới điện xoay chiều qua mạch bán dẫn cơng suất (ví dụ điều khiển bộ chỉnh lưu ở chế độ nghịch lưu). Mặt khác, tác dụng mạch tính năng lượng làm dịng điện thực tế qua tải bị lệch pha so với dịng điện lý tưởng yêu cầu (so sánh quá trình dịng ia và it1)
1.2.B.7.2. Bộ nghịch lưu dịng ba pha:
- Bộ nghịch lưu dịng ba pha cĩ cấu tạo được vẽ trên các hình H.6.12, H.6.13, H6.14 H.6.15:
Hình 6.12
- Tương tự trường hợp bộ nghịch lưu dịng một pha, cấu tạo của các bộ nghịch lưu dịng ba pha cĩ thể gồm các dạng: mạch chứa diode cao áp bảo vệ, mạch chứa tụ chuyển mạch và mạch chứa tụ tích năng lượng. Khi tải cĩ cơng suất lớn, cĩ thể sử dụng bộ nghịch lưu dịng với linh kiện thyristor và mạch tắt cưỡng bức (xem H.6.13).
- Các ưu nhược điểm của các cấu trúc mạch này đã được nêu trong phần bộ nghịch lưu dịng một pha. Đồ thị quá trình điện áp và dịng điện các phần tử mạch cũng được minh hoạ trên hình vẽ cạnh sơđồ tương ứng.
- Đối với bộ nghịch lưu dịng điện ba pha. Tại mỗi thời điểm cĩ một cơng tắc ở nhánh trên dẫn và mộ cơng tắc ở nhánh dưới dẫn. Mỗi cơng tắc điện trong thời gian một phần ba chu kỳ. Bỏ qua thời gian chuyển mạch giữa các nhánh, đồ thị dịng điện qua tải được vẽ trên H.6.16 cho trường hợp điều khiển sáu bước. Dịng điện qua tải cĩ dạng khơng sin. 103 0.1 0.0 -0.1 * Các Phương Pháp Điều Khiển Bộ Nghịch Lưu Dịng:
Gỉa thiết rằng giá trị trạng thái van bán dẫn khi đĩng bằng “1” và khi ngắt bằng “0”. Qui luật điều khiển của bộ nghịch lưu dịng là phải đảm bảo điều kiện kích đĩng duy nhất (qui luật duy nhất trong nhĩm):
S1 + S3 + S5 = 1 và S2 + S4 + S6 = 1
Điều này cĩ nghĩa, tại mỗi điểm chỉ cĩ một van ở nhĩm trên và một van ở nhĩm dưới được kích đĩng.
* Phương pháp điều khiển theo biên độ:
Đây là phương pháp điều khiển chủ yếu áp dụng cho bộ nghịch lưu dịng. Độ lớn dịng điện tải được điều khiển bằng cách điều khiển nguồn dịng điện. Chẳng hạn điều khiển gĩc kích α của bộ chỉnh lưu cĩ điều khiển hoặc điều khiển tỉ số thời gian γ khi cĩ nguồn DC điều khiển bằng bộ biến đổi điện áp một chiều.
Giản đồ xung kích được vẽ trên H.6.16a.
Tần số dịng điện tải được điều khiển bởi giản đồ kích cho bộ nghịch lưu dịng. Gĩc kích đĩng cho mỗi cơng tắc trong bộ nghịch lưu dịng điện như nhau và bằng 2π/3 với m là số pha của bộ nghịch lưu
Ví dụ, đối với bộ nghịch lưu dịng ba pha, xung kích đĩng cho các cơng tắc nhĩm trên lần lượt thực hiện gửi đến các linh kiện S1, S3 và S5 với độ rộng bằng 2π/3. Tương tự cho các linh kiện nhĩm dưới. Bộ nghịch lưu dịng ba pha với phương pháp điều biên được gọi là
bộ nghịch lưu dịng điều khiển sáu bước. (six step current inverter).
Bằng cách dùng phân tích Fourier dạng dịng điện qua pha tải. Ví dụ, it1 (đấu dạng Y), ta thu được hệt thức sau – xem đồ thị dịng pha it1 (H.5.52):
1 1
2 3 1 1
( ) . . sin sin 5 sin 7 ...
6 5 6 5 6 t I t I ωt π ωt π ωt π π = + + − + +
1 ( 1 ) 2 3 2 3 t m I I π = Trị hiệu dụng dịng điện tải: 2 3 2 0 1 2 . . 3 t I I dx I π π = ∫ =
Các thành phần sĩng hài của dịng điện tải cĩ biên độ tương đối cao. Do đĩ ảnh hưởng nhiều đến hoạt động của tải. Dạng sĩng dịng điện cĩ thể cải tiến thuận lợi hơn bằng cách kéo dài thời gian chuyển mạch giữa các cơng tắc dẫn điện, chẳng hạn nhờ mạch tích năng lượng hoặc bộ chuyển mạch.
* Phương pháp điều chếđộ rộng xung:
Qúa trình chuyển mạch giữa các nhánh cơng tắc trong bộ nghịch lưu dịng tạo nên các xung gai quá điện áp tác dụng khơng tốt đến hoạt động của các phần tử trong mạch điện. Độ lớn các gai điện áp cĩ thể giảm bớt bằng cách kéo dài thời gian chuyển mạch. Thơng thường chức năng này thực hiện được nhớ tụđiện chứa trong mạch. Để các xung gai quá điện giảm càng nhiều, tụ càng lớn và thời gian chuyển mạch càng kéo dài. Do đĩ, tần số đĩng ngắt của các cơng tắc khơng thể cao được.
Phương pháp địi hỏi độ lớn dịng điện DC phải điều khiển được như phương pháp điều biên và thực hiện điều rộng xung trên mạch nghịch lưu dịng để cải tiến dạng sĩng dịng điện ở ngõ ra nhất là ở dãy tần số làm việc thấp.
Phương pháp điều chế độ rộng xung của bộ nghịch lưu dịng ba pha cho dạng dịng điện ra một phần trùng với dạng cho bởi phương pháp sáu bước. Tại một số vị trí, dịng điện qua pha tải sẽ cĩ độ lớn bằng 0 thay vì ±I và ±I thay vì 0 tại một số vị trí khác.
Xét dịng điện it1 qua pha thứ nhất chẳng hạn khi S2 dẫn, bằng cách lần lượt đĩng ngắt liên tục S1 và S3, ta cĩ độ lớn dịng tải it1 (xem H 6.16):
it1 = I khi: S1đĩng, S3 ngắt it1 = 0 S3đĩng, S1 ngắt
Để đạt được sĩng dịng điện ba pha đối xứng, dạng dịng điện được điều chế của mỗi pha phải chứa xung trung tâm rộng tối thiểu bằng π/3. Khi hai pha đang được điều chế xung, pha thứ ba khơng được thay đổi trạng thái dẫn điện. Gọi n là số lần thay đổi trạng thái dịng điện pha tải trong ¼ chu kỳ dịng tải, nếu chọn vị trí kích thích hợp các cơng tắc, ta cĩ thể khử bỏ (n- 1) sĩng hài của dịng tải, đồng thời điều khiển biên độ sĩng hài cơ bản theo giá trị cho trước.
Với cấu hình mạch chứa tụđể hạn chế quá điện áp chuyển mạch (xem H.6.14), quá trình dịng điện qua một pha tải (it1) và dịng qua tụđiện (ic1) , dịng điện qua tải gần như cùng pha với dịng điện qua nĩ được hạn chế.
1.3. BIẾN TẦN:
Thiết bị biến tần là thiết bị biến đổi tần số f1 ( thường là tần sốđiện áp lưới điên 50 Hz) sang một tần số f2 cĩ thểđiều chỉnh được.
Cĩ 2 loại thiết bị biến tần: +Biến tần gián tiếp
+Biến tần trực tiếp
Các thiết bị biến tần sử dụng để điều chỉnh tốc độ quay của các loại động cơ xoay chiều nhưđộng cơ khơng đồng bộ, đồng bộ và trong các lĩnh vực kĩ thuật khác.