Điện tử công suất - Chương 5: Bghịch lưu một pha

Nội dung text: Điện tử công suất - Chương 5: Bghịch lưu một pha

1. CHƯƠNG5:NGHCHLƯUMTPHA GI ITHI U o GIITHIU
   Bộ nghịch lưu cĩ nhiệm vụ chuyển đổi o CÁCBNGHCHLƯUMTPHA năng lượng từ nguồn điện một chiều 1. B đi đin cơ bn khơng đổi sang dạng năng lượng điện 2. B nghch lưu bán cu xoay chiều để cung cấp cho tải xoay chiều. 3. B nghch lưu cu đy đ
   Đại lượng được điều khiển ở ngõ ra là 4. B đi đin songsong điện áp hoặc dịng điện. 5. Các k thut điu khin b đi đin 12:01 PM 1 12:01 PM 2 GI ITHI U GI ITHI U 1. Nguồn thế VSI (voltage source Inverter)
   Nghịch lưu là bộ chuyển đổi điện thế DC thành AC tuần hồn với tần số mong muốn khác tần số điện khu vực nhưng cĩ dạng khơng sin. Muốn cĩ dạng hình sin ta 2. Nguồn dịng CSI (Current source Inverter) cĩ thể dùng các kỹ thuật khác nhau để thực hiện biến đổi thành dạng sin. 12:01 PM 3 12:01 PM 4 1
2. 1.B ðIðI NC Ơ BN 1.B ðIðI NC Ơ BN • Nguyên lý cơ bản: • Khi chỉ cho mạch hoạt động ở 1 và 3, ta cĩ dạng sĩng ra cĩ dạng sĩng vuơng: V Tt S1 S2 V0 o S1 + 1 + - +E E + + + R S2 2 - - 0 1 3 1 3 t E 3 - + -E T - - - 4 + + 0 E • Với chu kỳ T và tần số 1/T. 12:01 PM 5 12:01 PM 6 1.B ðIðI NC Ơ BN 2.B NGH CHL ƯUBÁNC U o • Khi cho hoạt động cả 1, 2, 3, 4 theo Ti thun tr: E G1 S1 D1 trình tự như hình, ta cĩ dạng sĩng ra cĩ • Sơ đồ nguyên lý: dạng nấc. : TAI V • Ta chọn hoạt o D2 +E động cả 1, 2, 3, 4 E G2 S2 112 33 4 11 2 33 Vo t +E T 112 33 2 11 2 33 E t T • Với chu kỳ T và tần số 1/T. E 12:01 PM 7 12:01 PM 8 2
3. 2.B NGH CHL ƯUBÁNC U 2.B NGH CHL ƯUBÁNC U • Trưng hp R: • Trưng hp R:
   Điện thế trung bình trên một cơng tắc: t
   Điện thế hiệu dụng ngõ ra: 2 ON tON VAV _ SW = Edt = 2E = 2ED T ∫0 T t 2 ON 2 tON VRMS = E dt = E 2 = 2DE
   Dịng trung bình trong cơng tắc: T ∫0 T I I = AV
   Dịng tải trung bình: AV _ SW 2 V t I = AV D = ON
   Cơng suất hấp thụ trung bình: AV R T V 2 E 2 P = RMS = 2D OAV R R 12:01 PM 9 12:01 PM 10 2.B NGH CHL ƯUBÁNC U 2.B NGH CHL ƯUBÁNC U • Trưng hp ti cm: • Trưng hp ti cm: Vo E G1 S1 D1
   Phương trình dịng qua cuộn dây: t T/2 D S di D1 S1 2 2 R L L + Ri = E D2 dt E G2 S2 i1 t
   Giải ta cĩ nghiệm tồn thể: Vo +E −t −t SCR1 SCR1 E  τ  τ T i2 ()ti = 1− e  − I e ; 0 ≤ t ≤ R   01 2 t t T ON − t−T − t−T SCR2 SCR2 − E  ( 2)  ( 2) T E ti = 1+ e τ  + I e τ ; ()   01 ≤ t ≤ T R   2 12:01 PM 11 12:01 PM 12 3
4. 2.B NGH CHL ƯUBÁNC U 3.B NGH CHL ƯUC Uð Yð • Trưng hp ti cm: • Trưng hp R: S3 TT S1 S2 S3 S4 V G1 S1 D1 D3 0
   Trị số dịng hiệu dụng: G3 1 On Off Off On +E 2 E TAI 1 T 2 T  E −t −t  I = i2 ()t dt = 2 1− e τ  − I e τ dt 2 Off On On Off -E RMS ∫0 ∫0  01  T T  R    D2 D4 S4 3 On Off Off On +E G2 S2 G4
   Nếu cơng tắc là lý tưởng, cơng suất 4 Off On On Off -E Vo nguồn cấp điện DC phải bằng cơng suất + E S Dạng sĩng vuơng 1 S4 S2 S3 S1 S4 S2 S3 hấp thụ bởi tải: PDC = VDC I1 t T 12:01 PM 13 12:01 PME 14 3.B NGH CHL ƯUC Uð Yð 3.B NGH CHL ƯUC Uð Yð • Trưng hp R: TT S1 S2 S3 S4 V0 • Trưng hp R: 1 On Off Off On +E 2 On Off Off On +E
   Điện áp trung bình trên một cơng tắc: 3 On Off On Off 0 4 Off On On Off -E Dạng sĩng nấc 5 Off On On Off -E T   T   −δ  2  −δ  2δ 6 Off On Off On 0  2   2    VAV _ SW = Edt = E = E1−  7 On Off Off On +E T ∫0 T  T  8 On Off Off On +E 2 Vo +E
   Điện áp hiệu dụng ngõ ra: S1S4 S1S3 S1S4 S1S3 S2S4 t T T 2 −δ 2δ T T/2 S2S3 2 2 V0RMS = E dt = E 1− S2S3 ∫0 δ T T E 12:01 PM 15 12:01 PM 16 4
5. 3.B NGH CHL ƯUC Uð Yð 3.B NGH CHL ƯUC Uð Yð • Trưng hp cm: Trưng hp cm: ψ: là gĩc dự kiến đĩng các SCR. ψS: là gĩc dẫn cho các SCR. ψD: là gĩc dẫn cho các diode ngược. 12:01 PM 17 12:01 PM 18 4.B NGH CHL ƯUC Uð Yð 4.B NGH CHL ƯUC Uð Yð • B đi đin song song dng 1: • B đi đin song song dng 2: • Để tránh sự Khi cĩ điện thế ZL • ZL tăng quá và T1 E tác động cùng T1 đảm bảo điện 1 lúc vào 2 anod L0 C1 SCR, thì SCR nào C thế ra cĩ dạng + C2 SCR1 SCR2 hình vuơng ta T2 T2 cĩ xung kích E SCR1 D4 D4 SCR2 + E - sử dụng 2 xung xung dương hiện diện dk1 dk2 sẽ dẫn trước. diod D4 và hồi - L0 T2 tiếp bằng C3 Itoff toff toff C = = ≥ cuộn cảm L. 2E R ,0 693R xung dk 12:01 PM 19 12:01 PM 20 5
6. 4.B NGH CHL ƯUC Uð Yð 4.B NGH CHL ƯUC Uð Yð • B đi đin song song dng 2: • B đi đin song song dng 3: • Cuộn cảm L tạo nên điện ZL T1 • Là bộ đổi điện ZL thế dương ở song song sử T1 C1 catod các SCR dụng Mosfet cơng C2 SCR1 SCR2 nhằm bảo T2 D4 D4 T2 + + E suất để cĩ thể đảm SCR được xung xung E dk1 dk2 điều khiển bằng Q1 Q2 - L0 - ngưng nhanh G1 C3 áp . khi chuyển G2 trạng thái . 12:01 PM 21 12:01 PM 22 5.K THU TðI UKHI NðI NTH B BI Nð I 5.K THU TðI UKHI NðI NTH B BI Nð I
   Cĩ nhiều cách để thực hiện sự điều
   Phương pháp điều biến độ rộng xung chỉnh điện thế AC ngõ ra: (PWM) là phương pháp thơng dụng để điều o ĐiềukhiểnđiệnthếDCcấpvàobộđổiđiện. khiển điện thế trong bộ đổi điện: o o ĐiềukhiểnđiệnthếACngõrabộđổiđiện. Điềubiếnđộrộngđơnxung . o Điềukhiểnđiệnthếtrongbộđổiđiện. o Điềubiếnđộrộngđaxung . o Điềubiếnđộrộngxungdùngsĩngsin . 12:01 PM 23 12:01 PM 24 6
7. 5.K THU TðI UKHI NðI NTH B BI Nð I 5.K THU TðI UKHI NðI NTH B BI Nð I • PWM đơn xung: • PWM đơn xung: • Trong cách này, dạng sĩng điện thế ra gồm 1 • Điện thế ra cĩ thể được điều chỉnh tuyến tính từ xung đơn trong mỗi bán kỳ. Với tần số cho sẵn (f = trị cực đại đến 0 hoặc bằng cách làm sớm pha hoặc 1/T ), độ rộng xung tw cĩ thể thay đổi để điều khiển bằng chậm pha sự khởi dẫn của các cặp cơng tắc điện thế ra. V V +E A +E A S1 S2 S1 S2 S1 S2 S1 S2 t t V V +E B +E B S4 S3 S4 S3 S4S3 S4 S3 t t Vo =V A VB Vo =V A VB +E +E T/2 t t T T T/2 S1S4 S2S3 S1S4 S2S3 S1,4S1,3S2,3 S2,4 S1,4 S1,3 S2,3 E E 12:01 PM 25 12:01 PM 26 5.K THU TðI UKHI NðI NTH B BI Nð I 5.K THU TðI UKHI NðI NTH B BI Nð I • PWM đa xung: • PWM đa xung: • Điện thế ra cĩ thể được giao hốn on/off nhanh • Với m = 2 → tw< π/2, với m = 3, rõ ràng là tw< nhiều lần trong suốt mỗi bán kỳ để tạo nên chuỗi π/3 xung cĩ biên độ khơng đổi. Tần số xung fp=2m do đĩ 1 ơ xung trong một chu kỳ 2m=fp/f Vo VA +E m=2 +E m=5 t t 0 π 2π E π 2π E 1 f p Vo T VB +E m=3 +E m=5 t t E 1 E f p 12:01 PM 27 12:01 PM 28 7
8. 5.K THU TðI UKHI NðI NTH B BI Nð I 5.K THU TðI UKHI NðI NTH B BI Nð I • ðiu bin xung sin (SPWM): • ðiu bin xung sin (SPWM): • Trong SPWM điện thế ra được điều • Điểm giao hốn được xác định là giao điểm của sĩng sin và sĩng tam giác. Độ rộng xung t được khiển bằng cách làm thay đổi chu kỳ w xác định bởi thời gian trong đĩ vst (t) v (t) trong bán nhất tại đỉnh của dạng sĩng hình ca st ca kỳ âm của vR(t) . Vo +E f N = c t f m π 2π E VR Vm T M = = ; 0 ≤ M ≤1 Vc Vc 12:01 PM 29 12:01 PM 30 NGHCHLƯUBA PHA 12:01 PM 31 8