Bài giảng Điện tử công suất và ứng dụng - Chương 5: Nghịch lưu độc lập và biến tần
Slides ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
2/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
V.1 PHAÂN LOAÏI NGHÒCH LÖU:
CHÖÔNG V
NGHÒCH LÖU ÑOÄC LAÄP VAØ BIEÁN TAÀN
1. Phaân loaïi nghòch löu
- Nghòch löu song song vaø noái tieáp
- Nghòch löu nguoàn doøng vaø nguoàn aùp
2. Khaûo saùt nghòch löu nguoàn aùp
3. Phöông phaùp ñieàu khieån ñieän aùp ngoû ra
4. Soùng haøi vaø nghich löu hình sin
5. Bieán taàn nguoàn aùp
1. Nghòch löu song song vaø noái tieáp:
Phaân loaïi theo vò trí cuûa C taét SCR ( nghòch löu chuyeån maïch taûi)
a. Nghòch löu song song: C song song taûi
6. ÖÙng duïng
T
L
SCR3
♦ Nghòch löu: Boä bieán ñoåi DC Æ AC
+
L
SCR1
C
♦ Nghòch löu ñoäc laäp = BBÑ DC Æ AC vôùi U, f do noù quyeát ñònh
(nghịch lưu oâ-toâ-noâm)
R
+
V
C
V
SCR2
_
_
SCR4
SCR1
SCR2
phaân bieät vôùi nghòch löu phuï thuoäc: moät cheá ñoä laøm vieäc cuûa chænh löu SCR
- Khi SCR 1 vaø 4 daãn ñieän, tuï ñieän C ñöôïc naïp, laøm taét chuùng khi ta kích
SCR2 vaø 3
♦ Coù raát nhieàu sô ñoà nghòch löu khaùc nhau cho caùc öùng duïng coâng
nghieäp
3/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
4/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
b. Nghòch löu noái tieáp: C noái tieáp taûi
2. Nghòch löu nguoàn doøng vaø nguoàn aùp:
a. Nghòch löu nguoàn doøng: coù L baèng voâ cuøng ôû ngoû vaøo
i
L =
∞
o
i
i
+
N
N
R
N
i
C
L1
L2
C
S1
S3
S4
wt
i
2π
O
u
i
L
o
C
C
Taûi RL
π
U
i
L
o
- i
+
SCR1
u
N
C
S2
_
Maïch töông ñöông
(C laø tuï chuyeån
maïch)
SCR2
V
_
Hình V.1.3 Sô ñoà nguyeân lyù, maïch
töông ñöôïng vaø daïng doøng ngoû ra boä
bieán ñoåi
V
o
R
- Kích SCR 1 taïo ra xung doøng döông, SCR 1 seõ töï taét khi doøng qua
maïch veà khoâng
=> toång trôû trong cuûa nguoàn coù giaù trò lôùn: maïch laøm vieäc vôùi nguoàn
doøng.
- Kích SCR 2 taïo ra xung doøng aâm.
=> Doøng nguoàn iN phaúng, ñöôïc ñoùng ngaét thaønh doøng xoay chieàu:
S1, S4 ñoùng: iO = iN > 0 ;
Thöôøng ñöôïc duøng laøm boä nguoàn trung hay cao taàn.
S2, S3 ñoùng: iO = – iN < 0
Coâng suaát taûi tieâu thuï:
Po = U.iN
5/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
6/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
So saùnh
Nghòch löu nguoàn doøng
Nghòch löu nguoàn aùp
b. Nghòch löu nguoàn aùp: coù tuï ñieän C giaù trò lôùn ôû ngoû vaøo
=> toång trôû trong cuûa nguoàn baèng khoâng
Ngoû vaøo
Nguoàn
Taûi
L = ∞
Nguoàn doøng
Doøng xung vuoâng
C = ∞
Nguoàn aùp
=> nguoàn coù theå cung caáp vaø nhaän doøng khoâng giôùi haïn.
Caùc ngaét ñieän cuûa nghòch löu nguoàn aùp caàn coù diod song song ngöôïc
=> bieân ñoä aùp ra bò giôùi haïn ôû aùp nguoàn
AÙp xung vuoâng, giôùi haïn ôû bieân ñoä
nguoàn
Doøng thay ñoåi theo taûi
2 chieâuø, nguoàn trao ñoåi vôùi taûi
AÙp thay ñoåi theo taûi
1 chieàu, töø nguoàn ñeán taûi
Naêng löôïng
Ví duï:
BBÑ aùp moät chieàu laøm vieäc 4 phaàn tö maët phaúng taûi laø NL nguoàn aùp moät
pha khi trò trung bình aùp ra baèng 0.
V.2 KHAÛO SAÙT NGHÒCH LÖU NGUOÀN AÙP:
1. Sô ñoà 1 pha vaø phöông phaùp khaûo saùt gaàn ñuùng
2. Sô ñoà 3 pha vaø caùc quan heä ñieän aùp
3. Logic 3 pha
i
V
o
+
R
S1
S3
wt
0
π
Taûi RL
i
o
π
2
U
L
u
C
o
u
-V
o
S2
S4
_
Maïch töông ñöông
Sô ñoà nguyeân lyù, maïch töông ñöôïng vaø daïng aùp ngoû ra NL nguoàn aùp.
7/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
8/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
Ví duï V.3.1: Tính toaùn daïng doøng cuûa boä nghòch löu 1 pha, sô ñoà caàu vôùi
ñieàu khieån leäch pha hình V.4.3. AÙp nguoàn U, taûi RL, chu kyø T, goùc leäch pha ñieàu
1. Sô ñoà NL 1 pha vaø phöông phaùp khaûo saùt gaàn ñuùng
u
o
+
+
π − θ
)
/ 2π , q tính baèng giaây.
D1
D2
D3
khieån θ, ñoä roäng xung aùp
q = T⋅
S1
S3
D1
S1
C1
i
uo
o
U
T
U
U
uo
+
I2
D1
D2
D3
D4
S1
S3
S4
+
-I1
u
D4
wt
2π
o
U
_
_
i
uo
S2
S4
o
S2
S1
S2
I1
π
_
C2
D2
D1
D2
U
θ
Sô ñoà caàu
Sô ñoà ½ caàu
Sô ñoà BA coù ñieåm giöõa
_
S1 = -S2
S3 = -S4
S2
Nghòch löu 1 pha: duøng luaät ñoùng ngaét cuûa BBÑ chieàu laøm vieäc 4 phaàn
tö sao cho trung bình aùp ra baèng khoâng.
Xeùt chu kyø töïc xaùc laäp:
=> Ngaét ñieän coù khaû naêng ñoùng ngaét theo yeâu caàu:
- linh kieän hoï transistor (IGBT, transistor Darlington, MosFET) hay
- SCR + maïch taét, GTO ôû coâng suaát cao hôn (kA).
- Phöông trình vi phaân khi S1, S4 ñoùng:
di
dt
U = L + Ri
vôùi ñieàu kieän ñaàu i (0) = I1,
U
R
U
R
⎛
⎝
⎞
i = + I1 −
⋅e−t/τ
τ = L/ R
vôùi .
suy ra
⎜
⎟
⎠
9/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
10/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
U
4. Tính toaùn gaàn ñuùng nghòch löu nguoàn aùp:
uo
I2
i
+
1
D1
D3
-I1
S1
S3
S4
wt
2π
Söû duïng nguyeân lyù xeáp choàng, giaû söû chæ coù
thaønh phaàn cô baûn u1 (soùng haøi baäc 1) laø coù taùc duïng.
=>I = I1 laø thaønh phaàn cô baûn cuûa doøng taûi,
i
uo
I1
π
u
Taûi
o
θ
1
U
S1 = -S2
D2
D4
_
S2
S3 = -S4
TAÛI: maïch töông ñöông cuûa phuï taûi ôû taàn soá w.
U
R
U
⎞
⎛
⎝
Khi t = q, i = I2 vôùi I2 = + I1 − ⋅e−q/τ <vdV.3.1.2>. S4 ngaét, S3 ñoùng.
Töø ñoù tính ñöôïc coâng suaát tieâu thuï gaàn ñuùng, suy ra hoaït ñoäng cuûa taûi.
⎜
⎟
R
⎠
U
Baøi taäp:
uo
I2
Doøng qua taûi khoâng thay ñoåi töùc thôøi,chaûy qua S1, D3; phöông trình vi phaân:
di
dt
-I1
−t / τ
wt
Cho boä nghòch löu nguoàn aùp coù aùp ngoû
hình beân vôùi U = 300V, taûi R = 10 ohm,
L = 0.1 H, taàn soá laøm vieäc 50 Hz. Tính
doøng (hieäu duïng) qua taûi khi xem caùc
soùng haøi baäc cao laø khoâng ñaùng keå.
0 = L + Ri vôùi ñieàu kieän ñaàu i (0) = I2 ,
suy ra i = I ⋅e
.
2
I1
π
2π
θ
T
−
−q
Khi
, i = - I1 ; ta coù
/ τ <vdV.3.1.2>
T
2
t = − q
− I = I ⋅e
1
2
2
S1 = -S2
S3 = -S4
<vdV.3.1.1>, <vdV.3.1.2> => I1, I2, vaø veõ ñöôïc daïng doøng taûi.
T −q /τ
U 1− e−q/τ
V e−T/ 2τ − e−
2
T −q /τ
I1 = −I2 ⋅e−
=
(
)
2
Tính coâng suaát tieâu thuï, bieát θ = 120o.
I2 =
,
R1+ e−T/ 2τ
R
1+ e−T/ 2τ
−T/ 2τ
V e
R
−1
I =
= −I
2
1
Kieåm tra laïi: khi q = T/2 thì
−T/ 2τ
1+e
11/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
12/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
TÍNH TOAÙN AÙP NGOÛ RA NGHÒCH LÖU NGUOÀN AÙP DUØNG HÌNH V.3.2
2. Sô ñoà ba pha :
Logic ba pha:
( ba ngaét ñieän laøm vieäc cuøng luùc).
- AÙp caùc pha ñoái vôùi trung tính nguoàn uAn, uBn, uCn
Nghòch löu nguoàn aùp 3 pha :
- 3 nghòch löu moät pha leänh 2π/3
- caàu 3 pha laøm töø 3 nöûa caàu
pha A S1 −>
pha B
S4 −>
−> S5 −>
S3 −> S6
S1>S6−>S2>S4> S3> S5>S1
S1
- AÙp daây uAB , uBC , uCA
:
aùp daây
uAB
+
U
2
S2
D1
D2
D3
cuûa daïng soùng
6 naác laø xung
vuoâng
uAB = uAn − uBn
S1
S4
S2
S5
S3
S6
pha C
S6 −>
A
B
C
uBC = uBn − uCn
n
=>
<V.3.1>
D4
D5
D6
vCA = vCn − vAn
AB + uBC + uCA = 0
U
2
S1
S4
+
u
_
R
R
R
U
D1
D2
D3
S5
S2
S1
S4
S2
S3
2
- AÙp pha taûi uAN (taûi noái hình sao):
uAN + uBN + uCN = 0
S6
S3
A
B
C
n
L
L
L
N
iAN + iBN + iCN = 0
=>
uAB
D4
D5
D6
U
2
S5
S6
t
_
R
R
R
Ta coù caùc quan heä sau: (uAN vieát thaønh uA)
iA
1
1
uA = (uAB − uCA
)
)
)
uA = (2uAn − uBn − uCn
)
uAB = uA − uB
uBC = uB − uC
uCA = uC − uA
uA + uB + uC = 0
L
L
L
uA
3
1
3
1
N
uB = (uBC − uAB
Töø
suy ra:
hay uB = (2uBn − uAn − uCn) <V.3.2>
hình V.3.2 Sô ñoà NL caàu 3 pha
sô ñoà naøy goïi laø daïng soùng 6 naác:
Laáy laøm caên baûn cho vieäc khaûo saùt NL nguoàn aùp ba pha.
3
1
3
1
AÙp daây vaø aùp pha
uC = (uCA − uBC
uC = (2uCn − uAn − uBn
)
3
3
13/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
14/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
CHUÙ YÙ: Coù theå tính tröïc tieáp aùp pha taûi hình Y nhö baøi taäp sau:
Tính tröïc tieáp thaønh phaàn cô baûn (höõu duïng) aùp pha taûi u1A:
Ñaët uNn laø aùp trung tính N cuûa taûi so vôùi trung tính nguoàn n
Baøi taäp V.3.1: Veõ tröïc tieáp daïng aùp ra vaø tính trò soá hieäu duïng aùp daây, aùp pha
cuûa nghòch löu 3 pha nguoàn aùp taûi hình Y.
+
uAn = uA + uNn, uBn = vB + vNn, uCn = vC + uNn
U
2
D1
D2
D3
Xeùt traïng thaùi cuûa caùc ngaét ñieän suy ra aùp pha taûi:
S1
S2
S3
S6
u
An + uBn + uCn = 3.uNn
.
suy ra
Nn : thaønh phaàn thöù töï 0.
Khai trieån Fourier töøng thaønh phaàn:
A
B
C
n
+
U
2
D1
D2
D3
D4
D5
D6
u
U
2
S1
S4
S2
S3
S4
S5
A
B
C
n
_
R
R
R
D4
D5
D6
U
2
S5
S6
=>
U
1An =U1A <V.3.3>
L
L
L
_
R
R
R
U
1An : haøi baäc 1 cuûa aùp pha A ñoái vôùi trung tính nguoànN
Caùc tröôøng hôïp noái taûi vaøo nguoàn U töông
öùng vôùi caùc traïng thaùi cuûa ngaét ñieän.
L
L
L
N
U1A : haøi baäc 1 cuûa aùp pha A taûi
<V.3.3> cho ta thaønh phaàn cô baûn cuûa aùp pha taûi töø luaät ñieàu khieån NL
Tröôøng hôïp 1: S1, S2, S3 hay S4, S5, S6 ñoùng: uA = 0 (khoâng xaûy ra ôû ñaây)
Tröôøng hôïp 2: S1, S5, S6 ñoùng: uA = 2 V/3
Tröôøng hôïp 3: S1, S2, S6 hay S1, S5, S3 ñoùng: uA = V/3
Tröôøng hôïp 4: S4, S2, S3 ñoùng: uA = -2 V/3
Tröôøng hôïp 5: S4, S5, S3 hay S4, S2, S6 ñoùng: uA = -V/3
15/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
16/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
V.3 ÑIEÀU KHIEÅN ÑIEÄN AÙP:
S1
S4
+
U
2
D1
D2
D3
S5
S2
S1
S4
S2
S3
u
1. Coâng thöùc caên baûn ñeå
phaân tích Fourier ñieän aùp ngoû ra
nghòch löu nguoàn aùp:
Hình V.4.1: Daïng xung cô baûn cho
phaân tích soùng haøi nghòch löu
U
S6
S3
A
B
C
n
a
2
π
2
uAB
D4
D5
D6
wt
π
U
2
S5
S6
t
0
_
R
R
R
-U
iA
L
L
L
uA
N
- Truïc tung laø truïc ñoái xöùng: vO khoâng coù thaønh phaàn sin,
hình V.3.2 Sô ñoà NL caàu 3 pha
Tích phaân caùc daïng soùng hình V.3.2.a ñeå tính hieäu duïng, ta coù:
- uO coù π/2 laø taâm ñoái xöùng: khoâng coù taàn soá boäi chaün (n ≠2k).
uo =
U cos nwt k = 0, 1, 2, 3… vôùi tích phaân theo bieán ω t:
( )
∑
n
n=2k+1
U
=U 2/3
aùp pha:
aùp daây
2π
π /2
AB
1
2
Un =
Un =
u ⋅cos nwt dwt =
u ⋅cos nwt dwt
(
)
(
)
o
o
∫
∫
0
−π / 2
4U
nπ
na
2
π
2
π
π
⇒ Un =
sin
U =U 2 /3
2U / 3
)
2U / 3
<V.4.1>
(öùng vôùi bieân ñoä baèng
vaø
A
a/2
wt=a/2
2U
nπ
U⋅cos nwt dwt =
⎡sin nwt ⎤
( )
⎣ ⎦
wt=−a/2
(
)
∫
−a/2
Heä thoáng ñieàu khieån hoaøn toaøn (toaøn phaàn): caùc ½ caàu ñoùng/ngaét ñaõo
pha => caùc aùp daây hoaøn toaøn xaùc ñònh töø luaät ñieàu khieån caùc ngaét ñieän.
Khi a = π (xung chöõ nhaät)
4U 4U 4U 4U 4U
n−1 4U
Heä thoáng ñieàu khieån khoâng hoaøn toaøn neáu coù khoaûng thôøi gian hai ngaét
ñieän cuûa nöûa caàu khoâng laøm vieäc => aùp ra seõ phuï thuoäc taûi.
2
n=1,3,5,7,9..⇒Un =
,−
,
,−
,
,...(−1)
<V.4.1*>
π
3π 5π
7π 9π
nπ
17/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD
Baøi taäp V.4.1: Khoâng caàn tích phaân, tính thaønh phaàn cô baûn (soùng haøi baäc 1) cuûa
ngoû ra nghòch löu nguoàn aùp 3 pha (hình V.1.7):
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
18/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD
2. Baøi toaùn ñieàu khieån aùp ra:
Muïc ñích:
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
U/Uñm
2U/3
u
o
u
4U
π
π
3
2U 3
π
1
- Giöõ oån ñònh ñieän aùp ngoû ra.
- thay ñoåi theo yeâu caàu cuûa taûi,
ví duï:
U1 =
sin
=
AÙp daây
aùp pha:
(b)
(a)
u
π
2π
wt
0
4U
3π
π
6
4U
3π
π
2
2U
π
f
U1 =
sin
+
sin
=
-U/3
- 2U/3
Hình V.4.2: Ñaëc tính U / f =
haèng soá theo lyù thuyeát (a) vaø
thöïc teá (b)
taûi ñoäng cô AC caàn coù quan heä
U / f = haèng soá
Baøi taäp V.4.2:
1. Chöùng minh daïng soùng leäch pha hình V.4.3 coù goùc leäch pha θ = 2π / k khoâng coù haøi baäc
boäi k: => Boä nghòch löu ba pha khoâng coù haøi boäi 3
Coù caùc phöông phaùp sau:
a. Thay ñoåi aùp nguoàn cung caáp:
b. Ñieàu cheá ñoä roäng xung:
Coù hai phöông aùn:
2. Chöùng minh ôû daïng soùng 6 NAÁC hình V.3.2a:
- caùc thaønh phaàn Fourier cuûa aùp daây vaãn baèng 3 caùc thaønh phaàn töông öùng cuûa aùp pha.
- Tæ soá giöõa caùc soùng haøi baäc cao treân thaønh phaàn cô baûn (baäc 1) cuûa aùp daây vaø aùp pha laø
nhö nhau.
- ñieàu cheá moät xung
- ñieàu cheá nhieàu xung: Khi taàn soá laøm vieäc beù, doøng dieän ñieàu roäng
nhieàu xung nhoûù hôn moät xung
19/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
20/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
Baøi taäp V.4.4: Khaûo saùt soùng haøi cuûa boä nghòch löu ñieàu khieån leäch pha
theo goùc leäch pha. (giaû söû ñieàu khieån hoaøn toaøn).
U
uo
I2
+
D1
D3
-I1
wt
2π
S1
S3
S4
I1
π
i
uo
Nhö ñaõ chöùng minh, khi hai nöûa caàu ñieàu khieån leäch pha θ, ta coù daïng
xung ñieàu roäng, beà roäng xung laø θ vaø soùng haøi baäc n laø:
θ
o
U
S1 = -S2
4U
nπ
nθ
2
D2
D4
S3 = -S4
Un =
sin , n chæ coù caùc
_
S2
giaù trò leû vaø θ thay ñoåi trong
khoaûng töø 0 .. π.
Ñieàu khieån aùp ra baèng leäch pha (ñieàu roäng moät
xung)
u
Khaûo saùt haøm soá
o
U
Un
1
n⋅θ
2
i
'
o
Un =
=
sin
theo θ
4U
n
wt
π
cho ta ñoà thò sau vôùi n =1, 5, 7,
11, 13. Caùc haøi boäi ba khoâng caàn
xeùt khi daïng soùng ñöôïc öùng duïng
cho heä ba pha.
−
U
Hình V.4.4: Sô ñoà ñieàu roäng nhieàu
xung (NL moät pha) khi ñieàu khieån
hoaøn toaøn (sô ñoà caàu)
Hình BTV.4
S1 = -S2
S4 = -S3
π
2π
21/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
22/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
3. Ñieàu cheá ñoä roäng xung hình sin (SPWM):
V.4 SOÙNG HAØI BAÄC CAO VAØ NGHÒCH LÖU HÌNH SIN:
a. Nguyeân lyù:
U
1. AÛnh höôûng cuûa soùng haøi baäc cao:
U
CMAX
u
u
o
c
3
- Gaây phaùt noùng phuï: do doøng ñieän haøi baäc cao.
- Gaây momen phuï: do caùc thaønh phaànbaäc cao taïo ra ôû ñoäng cô xoay chieàu.
u
6
uREF(t)
ñk
uav
2
u[n]
uREF
t
t
2. Caùc phöông phaùp haïn cheá soùng haøi: Chia laøm hai nhoùm:
T
T
uc: soùng mang (carrier) chu kyø T
uref: aùp chuaãn (ñaët – reference)
- Söû duïng boä nghòch löu nhieàu baäc (daïng soùng naác thang): soùng haøi raát beù, sô
ñoà phöùc taïp.
ton
ton
u[n]
UCMAX
uav
U
ton
T
=
= 2
−1
<V.4.2>
-U
- Ñieàu cheá ñoä roäng xung (PWM): Coù nhieàu phöông phaùp:
ta coù:
- ñieàu cheá ñoä roäng xung hình sin (SPWM) cuøng vôùi caùc caûi tieán
- trieät tieâu haøi choïn tröôùc,
- duøng boä so saùnh coù treã (ñieàu roäng thích nghi)
- ñieàu roäng vector khoâng gian (SVPWM).
Vôùi: - u laø trung bình trong chu kyø T cuûa 1 xung aùp ngoû ra bieân ñoä U
av
- u[n] laø giaù trò cuûa u
- UCMAX laø bieân ñoä cöïc ñaïi cuûa soùng mang u
Khi T ñuû beù, daïng naác thang “töông ñöông” naøy tieán ñeán hình sin.
<V.4.2> => giaù trò ñieän aùp u töông öùng vôùi uref hay bieân ñoä U cuûa thaønh
taïi choã giao vôùi u
REF
c
c
Nhöôïc ñieåm quan troïng laø soùng haøi ôû taàn soá cuûa soùng mang coù bieân ñoä
raát lôùn:
1
1
u
uREF
U1 UREFMAX
1
- khoâng aûnh höôûng taûi
- gaây tieáng oàn, toån hao trong loõi saét
=
vaø
=
phaàn cô baûn aùp ra:
<V.4.2a>
U UCMAX
U
UCMAX
23/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
24/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
b. Thoâng soá kyõ thuaät ñieàu roäng xung (PWM) cuûa boä nghòch löu:
Ví duï SPWM:
* Chæ soá ñieàu cheá bieân ñoä ma (coøn goïi laø chæ soá ñieàu cheá – modulation index):
UP
UCMAX : bieân ñoä soùng mang raêng cöa
ma : thoâng soá ñieàu khieån, ñaëc tröng cho yeâu
u
ma =
c
3
UCMAX
u
6
ñk
2
UP : bieân ñoä cuûa aùp chuaãn uREF
,
caàu ñieàu khieån, coù theå lôùn hay nhoû hôn 1.
uREF
* Chæ soá ñieàu cheá taàn soá mf (thöôøng goïi laø boäi soá ñieàu cheá taàn soá – frequency
12
modulation ratio – vì noù luoân lôùn hôn hay baèng 1): laø thoâng soá cuûa sô ñoà ñieàu khieån
10.087793
fC
fC : taàn soá soùng mang,
10
mf =
fO
fO : taàn soá ngoû ra
8
* Chæ soá ñieàu cheá ñieän aùp ngoû ra mO (goïi taét laø chæ soá ñieän aùp): cho bieát hieäu quaû
y
6
4
2
0
m
cuûa sô ñoà ñieàu cheá
U1
Hình V.4.6c: Caùc daïng soùng SPWM
U1 : aùp coù ñieàu cheá vaø
mO =
;
U1V
U1V : aùp khoâng coù ñieàu cheá (ví duï xung vuoâng ôû sô ñoà 1 pha hay daïng soùng 6 naác
0
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
m
128
cuûa sô ñoà 3 pha). Trong sô ñoà NL ba pha: U1V =U1sixstep
.
Hình V.4.6.d: Phoå cuûa daïng soùng SPWM hình c. Thaønh phaàn coù n = 41, 43, 83, 85 laø coù
bieân ñoä cao nhaát
U1
U1
U1
π U
U1R
Vôùi U1sixstep laáy ôû baøi taäp V.4.1:
<V.4.3>
mO =
=
=
2
2
U
π
sixstep
vôùi U laø aùp nguoàn moät chieàu vaø U1R laø hieäu duïng thaønh phaàn cô baûn aùp pha taûi.
Baøi taäp tính aùp ngoû ra SPWM:
25/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
26/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
c. Chæ soá ñieàu cheá ñieän aùp mO cuûa SPWM ba pha:
4. Caùc phöông phaùp ñieàu cheá ñoä roäng xung khaùc:
a. Ñieàu cheá theo maãu:
Khai trieån Fourier uAn vôùi chæ soá ñieàu cheá bieân ñoä ma ≤ 1 laø thoâng soá:
uAn = 0.5m Usin(wt+φ) + H(Mw ± Nw)
<V.4.4>
a
C
- thay theá soùng hình sin baèng daïng
soùng naác thang.
Xeùt thaønh phaàn cô baûn cuûa uAn:
uAn1 = 0.5maUsin wt<V.4.4a>
- ñieàu cheá ñoái xöùng hay khoâng ñoái
xöùng
<V.4.4a> chính laø <V.4.2a> khi löu yù bieân
ñoä aùp ra chæ laø ½ aùp nguoàn 1 chieàu.
Thaønh phaàn cô baûn cuûa nghòch löu xung
4U
Hình V.4.9.a: Nguyeân lyù ñieàu cheá theo
maãu: thay theá hình sin baèng daïng naác
thang
U1V =
vuoâng töông öùng:
2π
Hình V.4.8a: Chæ soá aùp ngoû ra mo theo
chæ soá ñieàu cheá bieân ñoä ma sô ñoà
nghòch löu 3 pha.
0.5maU
4U / 2π
π
4
mO =
=
.ma = 0.7855ma
Suy ra:
Khi tính toaùn cho aùp pha taûi ba pha, <V.3.3> cho ta
U = 0.5m U
Bieân ñoä thaønh phaàn cô baûn
1
a
U1
U1
mO =
= 0.7855ma
chæ soá ñieän aùp mO :
sixstep
27/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
28/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD
b. Ñieàu cheá vector khoâng gian - SVM (goïi ñaày ñuû laø ñieàu roäng xung vector khoâng
gian - SVPWM):
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
n
n
n+1
n+1
n-1
n-1
UC
UC
T1(n)
T1(n)
u (n)
UM
UM
u (n)
a
a
Tính toaùn 1 laàn cho daïng soùng 3 pha,
Vector khoâng gian cuûa aùp ba pha: coù caùc
tröôøng hôïp sau:
t (n)
t (n)
s
s
0
0
JJG
* Heä ba pha hình sin ñoái xöùng: vector U
T2(n)
T2(n)
quay goùc ω .
e
JJG
* Nghòch löu 6 naác thang: boä 6 vector U1 ,
T
s
T
s
JJG JJG JJG JJG JJG
U2 , U3 , U4 , U5 , U6 moâ taû saùu traïng thaùi cuûa caùc
Hình V.4.9b: Ñieàu cheá ñoái xöùng
Hình V.4.9c: Ñieàu cheá khoâng ñoái xöùng
ngaét ñieän
Khi ñieàu cheá doái xöùng: Beà roäng xung ôû kyø laáy maãu thöù n :
n.2π
Traïng Ngaét
ñieän aùp pha aùp pha aùp pha Vector
* Khi ñieàu roäng xung
hình sin SPWM vôùi
thaùi
ñoùng
khoâng gian
⎡
⎤
taûi uA
taûi uB
-U/3
U/3
taûi uC
-U/3
-2U/3
-U/3
U/3
T
2
UC − ua (n)
2UC
S
ua (n) = UM sin(
; T2(n) = T − T1(n)
S
)
T1(n) =
<V.4.6>
JJG
⎢
⎣
⎥
⎦
N
1
2
3
4
5
6
S1,S5,S6 2U/3
S1,S2,S6 U/3
S4,S2,S6 -U/3
S4,S2,S3 -2U/3 U/3
S4,S5,S3 -U/3
S1,S5,S3 Vd/3
V (1,0,0)
fC = N.fO : boä N vector
traïng thaùi naèm treân ñöôøng
troøn coù baùn kính thay ñoåi,
baèng aùp ra mong muoán
1
JJG
V2 (1,1,0)
Vôùi T : chu kyø laáy maãu; u (n): aùp chuaån taïi kyø laáy maãu thöù n; UC , UM: bieân
JJG
s
a
2U/3
V (0,1,0)
3
ñoä soùng mang tam giaùc vaø aùp chuaån hình sin.
JJG
V4 (0,1,1)
V*
JJG
=> caùc ñoä roäng T1, T2 theo tæ soá UM / UC , TS , haøm sin(n.2π/N) [chöùa trong
ROM]
.
-U/3
-2Vd/3 Vd/3
2U/3
5 (0,0,1)
V
JJG
V
6 (1,0,1)
29/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
30/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
Kyõ thuaät ñieàu cheá ñoä roäng xung vecto khoâng gian SVPWM:
Ñieàu kieän : T > ta + tb
C
U*
- moâ taû caùc vector traïng thaùi SPWM laø
- hai traïng thaùi U0 (0,0,0) vaø U7 (1,1,1) coù aùp baèng 0 ñöôïc theâm vaøo ñeå ñieàu chænh aùp ra
theo caùc vector cuûa NL saùu naác thang.
JJJG
JJG
JJG
=> U* naèm phía trong hình luïc giaùc
*
ñeàu, Umax = U1 cos(π / 6)
U2
* Coâng thöùc cho ñieàu cheá vector khoâng gian:
*
JJJG
JJJG
JJJG
Suy ra bieân ñoä aùp ngoû ra cöïc ñaïi Umax
:
- vector khoâng gian U* = Ua + Ub
2
3
π
6
U
3
*
Umax
=
⋅U⋅cos
=
= 0.577U
2
π
3
π
3
π
3
Ua =
Ub=
U*.sin( −α)
U*sin( −α) = Ua sin
U*
Ub
3
=>
π
U*sin(α) = Ub sin
3
2
vôùi U: aùp caáp ñieän moät chieàu,
U*.sin(α)
JJG
U1
3
α
vì bieân ñoä cuûa aùp 6 naác thang (U1 …
- Ua , Ub töông öùng vôùi ta vaø tb :
Ua
JJG
2
JJJG JJJG JJG
JJG
JJJG
tb
U
ta
U6 ) U1 =
.
Uo U1
U2 U7 U7 U2
to to
U1 Uo
U* =Ua +Ub =
U1+ U2
3
T
T
to ta
ta to
tb
tb
C
C
2
2
2
2
töông öùng vôùi chæ soá ñieän aùp mO
giôùi haïn (cöïc ñaïi) baèng:
vôùi TC laø chu kyø ñieàu cheá ñoä roäng xung,
pha a S4 S1
pha b S5 S5
pha c S6 S6
S1 S1 S1 S1
S2 S2 S2 S2
S6 S3 S3 S6
S1 S4
S5 S5
S6 S6
U
U1
U
U1
Ñaët: ta = a T vaø tb = b T
C
C
*
Umax
U1
0.577U
π U
JJG JJG
mGH
=
=
= 0.907
sixstep
2
vôùi U1 = U2 = U1 <V.4.8>
=> tO = T -ta -tb laø thôøi gian coù aùp ra baèng zero
Tc
Tc
C
Ts
31/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
32/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
d. Ñieàu cheá ñoä roäng xung söû duïng boä so saùnh coù treã (ñieàu cheá delta):
c. Trieät tieâu caùc soùng haøi choïn tröôùc:
Khi söû duïng nhöõng daïng soùng coù ñoä
roäng xung coá ñònh: AÙp ra uo :
SO SAÙNH SMIT
Ñaët
Out
pha
Pha A
uo = uo1(α1) − uo2 (α2 ) + uo3
3
2
Phaûn hoài
=> Coù theå choïn α1, α2 ñeå trieät tieâu 2
soùng haøi cuûa uo .
Hình V.4.13b: Caùc daïng soùng ñieàu roäng
xung duøng boä so saùnh coù treã phaûn hoài doøng
ñieän:
Ví duï: Tính caùc goùc θ1, θ2 ñeå daïng soùng v
hình V.4.12.a khoâng coù caùc soùng haøi baäc 5,
7. Daïng soùng ñieàu roäng xung hình V.4.12.a
coù theå phaân tích thaønh caùc daïng soùng cô
baûn nhö hình V.4.12.b vaø nhö vaäy, ta coù:
IREF : tín hieäu ñaët doøng; iO : phaûn hoài doøng
vO : daïng aùp ra; v1 : haøi cô baûn cuûa ñieän
Hình V.4.12: Daïng soùng ñieàu roäng xung hình sin
(a) vaø phaân tích chuùnh thaønh caùc daïng cô baûn (b)
aùp ra
uO = uO1 – uO2 + uO3
,
Baát lôïi: taàn soá ñoùng ngaét phuï
thuoäc ñaëc tính taûi
1−2sinn.α2 +2sin n.α1
4U
⎡
⎤
Un =
Daïng toång quaùt cuûa bieân ñoä caùc soùng haøi laø:
π
n
⎣
⎦
Cho U5 vaø U7 baèng khoâng, giaûi ra α1 = 56.7Ο, α2 = 66.4Ο .
Khi ñoù U1 = 1.068U hay giaù trò hieäu duïng U1R = 0.755U
33/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
34/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
V.7 BIEÁN TAÀN:
1. Bieán taàn tröïc tieáp:
- Laø BBÑ AC (löôùi) Æ AC (3 pha) coù taàn soá, ñieän aùp thay ñoåi
- Duøng cho ñieàu khieån ñoäng cô xoay chieàu.
Coù hai daïng bieán taàn tónh:
A
B
C
T1
T4
T2
T5
T3
T6
L
i
o
Bieán taàn tröïc tieáp (cyclo-converter) vaø
bieán taàn qua trung gian moät chieàu.
v
o
R
N
hình V.7.1.a: Bieán taàn tröïc tieáp, sô ñoà moät
pha;
- Laø öùng duïng cuûa boä chænh
löu ñieàu khieån pha ñaûo chieàu
- ñieàu khieån sao cho aùp ngoû ra
laø moät daïng soùng xoay chieàu coù chu
kyø.
Öu ñieåm: coâng suaát lôùn vaø raát lôùn,
hieäu suaát cao nhôø bieán ñoåi tröïc tieáp.
Nhöôïc ñieåm: taàn soá ra khaù beù (≤1/3) so vôùi taàn soá löôùi ñieän, coù theå khaéc phuïc khi
duøng GTO.
35/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
36/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
Taûi
Boä bieán taàn caàn ñaûm baûo caùc yeâu caàu cô baûn sau:
2. Bieán taàn coù trung gian moât chieàu:
- Thöïc hieän ñöôïc logic ba pha,
thay ñoåi taàn soá ra.
Bieán taàn coù trung gian moät chieàu goàm hai boä phaän:
chænh löu ñaàu vaøo
Löôùi
BIEÁN TAÀN
- Ñieàu khieån aùp theo yeâu caàu cuûa
taûi, thuôøng gaëp quan heä U/f = haèng soá
nghòch löu ôû ñaàu ra (nguoàn doøng vaø nguoàn aùp).
ÑK f
ÑK U
- Bieán taàn nguoàn doøng: coâng suaát lôùn, ñoùng ngaét ôû taàn soá beù, ñaàu vaøo laø chænh löu
Hình V.7.4: Gioáng nhö nghòch löu, bieán taàn coù 2
tín hieäu ñieàu khieån: ñieän aùp vaø taàn soá.
- Haïn cheá ñöôïc soùng haøi aùp
(doøng): thöïc hieän caùc thuaät toaùn SPWM
SCR.
L
Löôùi
Taûi
NL
Chænh löu Diod
Nghòch löu nguoàn aùp
- Caùc chöùc naêng ñieàu khieån taûi töông öùng (trong coâng nghieäp laø ñoäng cô AC):
* ñieàu khieån aùp, doøng (ñ/v ñoäng cô laø toác ñoä, momen)
* quaù trình khôûi ñoäng, haõm
ND
3
3
L
R
C
Q7
A
B
C
L
Löôùi
3
Taûi
NL
NA
C
* Baûo veä
3
(SeÕ giôùi thieäu kyõ hôn trong chöông 6, 7)
Hình V.7.2: Bieán taàn coù trung gian moät
chieàu
Hình V.7.3: Maïch ñoäng löïc bieán taàn nguoàn aùp duøng
IGBT
- Bieán taàn nguoàn aùp: söû duïng caùc ngaét ñieän moät chieàu (coù ñieàu khieån khoùa), coù theå
ñaït chaát löôïng ñieän aùp ngoû ra raát cao.
- Maïch haõm ñoäng naêng: Q7 cho pheùp tieâu thuï löôïng ñieän naêng traû veà töø taûi, khoâng
ñeå aùp DC taêng cao
37/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
38/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
V.8 ÖÙNG DUÏNG:
1. Caùc boä nguoàn taàn soá cao:
Boä nguoàn xoay chieàu coâng nghieäp, phaân laøm caùc nhoùm:
Nguyeân lyù: nung noùng baèng doøng xoaùy (eddy current)
Daõy taàn soá laøm vieäc thay ñoåi töø taàn soá coâng nghieäp ñeán vaøi traêm KHz:
- Taàn soá laøm vieäc giaûm khi coâng suaát taêng.
- Taàn soá caàn phaûi taêng taêng khi beà daày laøm vieäc giaûm (toâi beà maët theùp).
- Theo loaïi thieát bò söû duïng: maùy phaùt ñieän xoay chieàu (nhoùm thieát bò quay) vaø ñieän
töû coâng suaát (thieát bò tónh).
- Theo nguoàn ñieän: ñaàu vaøo laø nguoàn moät chieàu hay löôùi ñieän xoay chieàu
- Theo daõy taàn soá hoaït ñoäng: chia laøm caùc nhoùm:
2. Ñieàu khieån ñoäng cô AC duøng bieán taàn:
Phöông phaùp phoå bieán hieän nay ñeå ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô xoay chieàu
1. Ngoû ra taàn soá coâng nghieäp (nhoû hôn 400 Hz) coá ñònh: nguoàn cho caùc thieát bò ñieän
thay theá ñieän löôùi: - boä löu ñieän (UPS – Uninterruped Power Supply)
60⋅ f
p
Töø tröôøng quay coù toác ñoä n
=
; trong ñoù n tính baèng voøng/phuùt, f : taàn soá
o
o
- Inverter
(Hz) vaø p laø soá ñoâi cöïc. Rotor seõ quay theo töø tröôøng quay vôùi ñoä tröôït s haàu nhö khoâng
ñoåi.
2. Ngoû ra taàn soá coâng nghieäp thay ñoåi: ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô xoay chieàu (bieán
taàn).
Coù hai nguyeân lyù chính:
3. Ngoû ra trung taàn hay cao taàn: Töø 500 Hz ñeán 25 KHz khi söû duïng SCR hay cao
hôn khi duøng transistor
- Ñieàu khieån U/f haèng
-Ñieàu khieån vector ñoäng cô KÑB söû duïng caùc vi xöû lyù môùi coù khaû naêng tính toaùn raát
maïnh ñeå ñieàu khieån ñoäng cô KÑB.
- laø caùc boä nguoàn cho caùc coâng ngheä ñieän: nung noùng caûm öùng, rung ñoäng sieâu aâm
cuûa caùc vaät lieäu töø giaûo.
- Caùc boä dao ñoäng coâng suaát hình sin söû duïng ñeøn ñieän töû hay transistor, laøm vieäc ôû
taàn soá töø 50 KHz ñeán vaøi MHz duøng cho toâi cao taàn hay nung noùng ñieän moâi.
39/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
40/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
3. Boä nguoàn xoay chieàu
khoâng giaùn ñoaïn (boä löu ñieän hay
UPS uninterrupted – power –
supply):
4. Chaán löu (ballast) ñieän töû:
ST
Ñieàu khieån
BL
Löôùi
laø loaïi ñeøn ñöôïc söû duïng raát phoå bieán
nhôø hieäu suaát vaø tuoåi thoï raát cao.
Taûi
Nghòch
löu
Naïp
Chuyeån maïch
nguoàn
220 VAC
Accu
Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa ñeøn huyønh
quang laø döïa vaøo söï phaùt saùng cuûa chaát
(boät) huyønh quang (fluorescent) khi coù doøng
ñieän töû va vaøo.
Hình V.8.2: Sô ñoà ñeøn huyønh quang truyeàn
thoáng, duøng chaán löu laø cuoän daây
Hình V.8.1: Sô ñoà khoái boä nguoàn xoay chieàu khoâng giaùn
ñoaïn
- Khi laøm vieäc ở ñiện löôùi caàn coù ñieän tröôøng cao cuûa xung moài ban ñaàu ñeå taïo söï
phoùng ñieän.
Bao goàm boä nghòch löu söû duïng accu vaø boä chuyeån maïch (rô le hay TRIAC).
Vaán ñeà then choát cuûa UPS off-line laø thôøi gian chuyeån ñoåi, tính töø khi nguoàn xem
nhö bò maát ñeán khi xaùc laäp aùp nghòch löu,
5. Grid converter: Boä bieán ñoåi naïp naêng löôïng vaøo löôùi:
Sô ñoà UPS hay nghòch löu coù ñaàu vaøo accu ñieän aùp thaáp duøng 2 boä nghòch löu:
Accu Æ [NL1 Æ BA taàn soá cao Æ CL Æ Loïc 1 ]Æ NL2 Æ Loïc 2 Æ taûi
UPS ON-LINE: UPS khoâng coù boä chuyeån maïch vaø boä nghòch löu luoân laøm vieäc
- nhu caàu/ khaû naêng söû duïng naêng löôïng phaân taùn (maët trôøi, gioù..)
BBÑ aùp DC
Taûi DC
Taûi AC
Nguoàn
naêng löôïng
phaân taùn
naïp
accu
Nghòch löu
0
Nguoàn söû duïng naêng löôïng maët trôøi hay söùc gioù hoaït ñoäng ñoäc laäp (coå ñieån)
Tải về để xem bản đầy đủ
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Điện tử công suất và ứng dụng - Chương 5: Nghịch lưu độc lập và biến tần", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
bai_giang_dien_tu_cong_suat_va_ung_dung_chuong_5_nghich_luu.pdf

