Bài giảng tóm tắt môn Điện tử công suất 1
CHÖÔNG 6 NGHÒCH LÖU ÑOÄC LAÄP VAØ BIEÁN TAÀN
Nghòch löu ñoäc laäp laø boä bieán ñoåi ñieän moät chieàu ra xoay chieàu vôùi ñieän aùp vaø taàn soá ngoû
ra coù theå thay ñoåi cung caáp cho caùc taûi xoay chieàu, phaân bieät vôùi nghòch löu phuï thuoäc laø cheá ñoä
ñaëc bieät cuûa chænh löu ñieàu khieån pha, cho pheùp chuyeån naêng löôïng töø phía moät chieàu veà löôùi
xoay chieàu coù aùp vaø taàn soá coá ñònh − khi goùc ñieàu khieån pha > 90 O ñaõ ñöôïc nhaéc ñeán trong
chöông 3. Nghòch löu ñoäc laäp ñöôïc öùng duïng roäng raõi trong coâng nghieäp vaø daân duïng, coù theå phaân
ra laøm caùc nhoùm sau:
1. Ngoû ra taàn soá coâng nghieäp (nhoû hôn 400 Hz) khoâng ñoåi: caùc boä nguoàn xoay chieàu baùn
daãn söû duïng laøm nguoàn cho caùc thieát bò ñieän thay theá ñieän löôùi. Coù theå keå boä löu ñieän (UPS –
Uninterruped Power Supply) cung caáp nguoàn lieân tuïc cho taûi, boä ñoåi taàn cung caáp ñieän cho caùc
thieát bò söû duïng nguoàn khaùc taàn soá löôùi …
2 Ngoû ra taàn soá coâng nghieäp thay ñoåi: duøng ñeå ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô xoay chieàu, luoân
coù ñaàu vaøo laø ñieän löôùi neân coøn goïi laø bieán taàn.
3. Ngoû ra trung taàn hay cao taàn:
Töø 500 Hz ñeán 25 KHz khi söû duïng SCR hay cao hôn khi duøng transistor laø caùc boä nguoàn
cho caùc coâng ngheä ñieän: nung noùng duøng doøng ñieän caûm öùng trong moâi tröôøng daãn ñieän, hay
chuyeån thaønh rung ñoäng sieâu aâm cuûa caùc vaät lieäu töø giaûo. Ñaëc tröng cuûa nhoùm naøy laø heä soá coâng
suaát cuûa taûi raát thaáp, caàn maéc tuï ñieän song song neân taûi coù tính coäng höôûng.
ÔÛ daõy taàn soá treân 25 KHz coøn coù caùc boä nghòch löu 1 pha laøm trung gian cho caùc boä bieán
ñoåi aùp moät chieàøu khi muoán söû duïng bieán aùp taàn soá cao nhaèm giaûm troïng löôïng vaø kích thöôùc thieát
bò (caùc boä nguoàn xung ñaõ giôùi thieäu trong chöông 5). Trong coâng nghieäp coøn coù 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.
Khaùc vôùi caùc BBÑ ñaõ hoïc, caùc sô ñoà nghòch löu hoaït ñoäng raát khaùc nhau. Ngay caû khi
cuøng sô ñoà ñoäng löïc, coù theå duøng nhieàu caùch ñieàu khieån ñeå cho ra tính chaát khaùc nhau.
VI.1 PHAÂN LOAÏI NGHÒCH LÖU:
1. Nghòch löu song song vaø noái tieáp:
Laø caùc daïng nghòch löu söû duïng SCR cho ñoùng ngaét, coù tuï ñieän ôû maïch taûi ñeå ñaûm baûo
chuyeån maïch. Trong maïch ñieän goàm R taûi, töï caûm L vaø ñieän dung C taïo thaønh maïch coäng höôûng
LCR, laøm cho doøng qua SCR giaûm veà zero vaø SCR töï taét. Hình 6.1.1 bao goàm hai maïch nghòch löu
song song: (a) laø sô ñoà caàu, (b) laø sô ñoà gheùp bieán aùp; ( c) töông öùng vôùi nghòch löu noái tieáp.
L1 L2
T
L SCR3
+
SCR1 C
L +
+ -
C
+ SCR1 _
V R +
C V SCR2
SCR2 V Vo
_ SCR4 _ _
SCR1 SCR2 R
(a) (b) ( c)
Hình 6.1.1: Nghòch löu noái tieáp (c) vaø song song (a. sô ñoà caàu; b. sô ñoà bieán aùp coù ñieåm giöõa).
Trang 1/Nghịch lưu độc lập và biết tần © Huỳnh Văn Kiểm
Học kì 2 năm 2004-2005
a. Nghòch löu song song: (hình 6.1.1.a vaø .b)
Daïng soùng caùc phaàn töû treân sô ñoà 6.1.1.a ñöôïc veõ treân hình 6.1.2.b. Caùc SCR 1 vaø SCR 4
coù cuøng daïng xung kích cuõng nhö SCR 2 vaø SCR3. Khi SCR 1 vaø SCR 4 daãn ñieän, tuï ñieän C ñöôïc
naïp ñeán ñieän aùp coù cöïc tính nhö treân hình veõ. Ñieän aùp naøy seõ ñaët ñieän aùp aâm vaøo SCR 1 vaø SCR
4, laøm taét chuùng khi ta kích
SCR2 vaø SCR3. Töï caûm L ôû
ñaàu vaøo caùch ly nguoàn vaø
caàu chænh löu, laøm cho doøng
ñieän cung caáp vaøo caàu chænh
löu khoâng thay ñoåi töùc thôøi,
traùnh khaû naêng chaäp maïch
taïm thôøi qua SCR 1 vaø SCR
2 (hay SCR 3 vaø SCR 4) khi
caùc SCR chuyeån maïch.
Do coù töï caûm ôû giöõa (a) (b)
boä nghòch löu vaø nguoàn neân Hình 6.1.2: Daïng aùp, doøng cuûa NL noái tieáp (a) vaø song song (b)
Trò soá vaø daïng aùp ngoû ra thay ñoåi theo ñaëc tính taûi. Treân hình 6.1.2b, aùp ra khoâng coøn daïng xung
vuoâng vaø coù theå gaàn gioáng hình sin khi taûi coù töï caûm (taûi RL).
b. Nghòch löu noái tieáp: (hình 6.1.1.c)
Maïch ñieän hình 6.1.1.c laø daïng ñôn giaûn nhaáùt trong nhoùm maïch nghòch löu noái tieáp, coù
maïch töông ñöông laø LCR noái tieáp khi SCR daãn ñieän. Ví duï nhö khi SCR 1 ñöôïc kích, doøng qua
maïch seõ veà khoâng khi aùp treân tuï ñieän ñaït giaù trò cöïc ñaïi (coù daáu nhö treân maïch ñieän) vaø SCR seõ töï
taét. Vì theá maïch coøn goïi laø nghòch löu chuyeån maïch taûi. Khi SCR 2 ñöôïc kích, tuï ñieän seõ phoùng
qua noù vaø doøng veà khoâng khi aùp treân tuï ñieän ñaûo cöïc tính, chuaån bò cho chu kyø keá tieáp – daïng
soùng hình 6.1.2.a.
Hai maïch nghòch löu naøy ñöôïc duøng laøm boä nguoàn trung hay cao taàn (nhoùm thöù 3 trong
phaàn giôùi thieäu ôû ñaàu chöông). Vaø nhö vaäy, ngoaøi nhieäm vuï taét (chuyeån maïch) SCR, caùc tuï ñieän
trong hai nghòch löu naøy coøn laø moät phaàn cuûa taûi, goùp phaàn vaøo vieäc caûi thieän heä soá coâng suaát cuûa
maïch.
2. Nghòch löu nguoàn doøng vaø nguoàn aùp:
a. Nghòch löu nguoàn doøng:
i L=∞
+ N N R i
C
S1 S3
i v i
o Taûi RL C L C
V i
o L
v
C
_ S2 S4 Maïch töông ñöông
(C laø tuï chuyeån
maïch)
Hình 6.1.3
Laø maïch nghòch löu coù L baèng voâ cuøng ôû ngoû vaøo, laøm cho toång trôû trong cuûa nguoàn coù
giaù trò lôùn: taûi laøm vieäc vôùi nguoàn doøng. Hình 6.1.3 trình baøy sô ñoà nguyeân lyù vaø maïch töông
ñöông cuûa NL nguoàn doøng moät pha taûi RL. Doøng nguoàn iN phaúng, khoâng ñoåi ôû moät giaù trò taûi,
Trang 2/Nghịch lưu độc lập và biết tần http://www.khvt.com
Bài giảng tóm tắt môn Điện tử công suất 1
ñöôïc ñoùng ngaét thaønh doøng AC cung caáp cho taûi:
S1, S4 ñoùng: iO > 0 ; S2, S3 ñoùng: iO < 0
Vaäy taûi nhaän ñöôïc doøng ñieän AC laø nhöõng xung vuoâng coù bieân ñoä phuï thuoäc taûi.
b. Nghòch löu nguoàn aùp:
Hình 5.4 trình baøy sô ñoà nguyeân lyù vaø maïch töông ñöông cuûa NL nguoàn aùp moät pha. Ñaëc
tröng cuûa NL nguoàn aùp laø nguoàn coù toång trôû trong baèng khoâng (laø accu hay coù ñieän dung raát lôùn ôû
ngoû ra) ñeå coù theå cung caáp hay nhaän doøng taûi. Moät ñaëc tröng khaùc laø ngaét ñieän luoân coù diod song
song ngöôïc ñeå naêng löôïng töø taûi coù theå töï do traû veà nguoàn.
AÙp nguoàn moät chieàu ñöôïc ñoùng ngaét thaønh nhöõng xung aùp hình vuoâng coù bieân ñoä xaùc ñònh
ñeå cung caáp cho taûi.
i
+ o
S1 R
S3
i Taûi RL
o
V
C v L
o
v
S2 o S4
_
Maïch töông ñöông
Hình 6.1.4
VI.2 KHAÛO SAÙT NGHÒCH LÖU NGUOÀN DOØNG:
1. Sô ñoà moät pha :
- Khaûo saùt tröôøng hôïp ñôn giaûn: taûi R, töï caûm nguoàn raát lôùn.
Maïch ñieän hình 6.1.1(a) vaø (b) cho ta daïng cô baûn cuûa NL nguoàn doøng moät pha laø vieäc ôû
taàn soá cao. Tuï C taïo ra khaû naêng chuyeån maïch cuûa boä nghòch löu. SCR 1 vaø 4 khi ñöôïc kích cung
caáp xung doøng döông cho taûi , naïp tuï C theo cöïc tính nhö hình veõ chuaån bò taét chuùng theo nguyeân
taét chuyeån maïch cöùng. Kích SCR 2 vaø 3 seõ laøm SCR 1 vaø 4 taét vaø cung caáp xung doøng aâm cho taûi.
Khaûo saùt chu kyø töïa xaùc laäp maïch ñieän hình 6.1.1.a:
LN coù trò soá raát lôùn ⇒ doøng nguoàn phaúng, baèng I.
Kích SCR 1 vaø 4, coù caùc phöông trình:
vo dv
I= + C o vôùi vo (0) = +VC laø giaù trò ñaàu
R dt
⇒ vo = A + Be− t / RC ;vo (0) = +VC = A + B
T
sau 1/2 chu kyø, vo ( ) = −VC (vì tính ñoái xöùng) ⇒ −VC = A + Be− T / 2 RC
2
Tích phaân coâng suaát qua cuoän daây L N trong chu kyø:
Trang 3/Nghịch lưu độc lập và biết tần © Huỳnh Văn Kiểm
Học kì 2 năm 2004-2005
2 T/2 2 T/2
PL = 0 = ∫
T 0
I (V − vo ) dt => ∫ (V − vo ) dt = 0
T 0
T/2
2 T/2 VT ⎡ 1 ⎤
hay
T ∫0
vo dt = V ⇒
2
= ⎢ At −
⎣ RC
Be− t / RC ⎥
⎦0
V (1 + e− T / 2 RC − 2e− t / RC )
suy ra: vo (t) =
(1 + e−T / 2 RC ) − 4 RC
T
(1 − e− T / 2 RC )
2π
khi chuyeån veà heä ñôn vò töông ñoái, khi ñaët θ = ω t = t; k = wRC:
T
vo (θ ) 1 + e−π / k − 2e−θ / k
=
V 2k
(1 + e −π / k
) −
π
(1 − e −π / k
)
Ñoà thò ñieän aùp treân caùc phaàn töû vaø aùp ra taûi ôû heä ñôn vò töông ñoái vO(θ)/V vôùi caùc giaù trò k
khaùc nhau ñöôïc trình baøy treân hình 6.2.1 (a) vaø (b). Nhaän xeùt laø caùc quan heä coù daïng haøm muõ, thôøi
gian vO < 0 chính laø thôøi gian ñaûm baûo taét tq cho caùc SCR.
(a) (b)
Hình 6.2.1: (a) laø daïng aùp, doøng qua caùc phaàn töû vaø (b) vO(θ)/V vôùi caùc giaù trò k khaùc nhau.
Baøi taäp: tính giaù trò cuûa tq, tính giaù trò I cuûa doøng chaûy qua nguoàn.
Höôùng daãn: vO(tq) =0 => 1 + e− T / 2 RC − 2e− tq / RC = 0 ⇒ tq
2 T / 2 vO2 2 T / 2 vO2
T ∫0 R VT ∫0 R
P = V .I = dt => I = dt
- Khaûo saùt tröôøng hôïp thöïc teá: taûi laø RL, vaø ñieän khaùng nguoàn khoâng voâ cuøng lôùn. Khi ñoù
caùc daïng doøng, aùp coù tính dao ñoäng, aùp treân tuï C sau khi qua giaù trò cöïc ñaïi seõ giaûm xuoáng, keùo
theo giaûm tq, nhaát laø khi taàn soá laøm vieäc thaáp. Khi ñoù, ngöôøi ta duøng caùc diod chaën, cho pheùp giöõ
aùp treân tuï ôû giaù trò max - hình 6.2.2 (a) vaø (b).
Trang 4/Nghịch lưu độc lập và biết tần http://www.khvt.com
Bài giảng tóm tắt môn Điện tử công suất 1
L SCR3
+ SCR1 C1
v
D1 + - C v
C
D3
R
V
D2 D4 t
t
C2
_ SCR2 + -
SCR4
Khoâng Diod chaën Coù Diod chaë n
Hình 6.2.2.(a) maïch ñoäng löïc vaø (b) daïng aùp ra coù vaø khoâng coù diod chaën.
- Khaûo saùt gaàn ñuùng nghòch löu nguoàn doøng: Trong thöïc teá, taûi thöôøng laø RL. Khi tính toaùn
gaàn ñuùng, ta coù caùc giaû thieát sau duø ñieän khaùng nguoàn khoâng lôùn voâ cuøng:
* Xung doøng cung caáp cho taûi laø xung hình
L
vuoâng, bieân ñoä I.
i
i C vo
* Tuï C vaø taûi RL laøm thaønh maéc loïc coäng höôûng, i L
1
laøm cho aùp treân taûi vC coù daïng hình sin vaø nhö vaäy chæ C
R
coù soùng haøi baäc 1 cuûa doøng cung caáp laø i1 taïo ra coâng
suaát.
Hình 6.2.3.a
Maïch töông ñöông ñöôïc veõ treân hình 6.2.3.a khi
chæ xeùt thaønh phaàn cô baûn (baäc 1). Hình 6.2.3.b cho ta caùc vector: VC laø aùp ra, I1 laø haøi cô baûn cuûa
doøng ra iO; IC , IL laàn löôït laø doøng qua C vaø taûi RL, ta coù:
VC laø aùp ra, leäch doøng ra IL goùc φ cuûa taûi RL. I1 sôùm pha VC goùc β ñeå coù aùp aâm caàn thieát
taét ñöôïc caùc SCR (phaàn gaïch ñöùng tronghình 6.2.3.c).
V
io
I
VC i
1 wt
2π
IC β π β
vo
I IL -I
1 β φ
SCR 1 vaø 4 daãn | kích SCR 2 vaø 3
Hình 6.2.3.b vaø c.
Ta coù - goùc leäch pha β = ω.tq .
2 2 3
- Hieäu duïng haøi baäc nhaát doøng iO laø I1 = a I vôùi a = 1 ôû sô ñoà 1 pha vaø
π 2
ôû sô ñoà 3 pha ( duøng coâng thöùc ôû phaàn VI.3.1, hình 6.3.1).
Töø ñoà thò vec tô, ta coù:
Trang 5/Nghịch lưu độc lập và biết tần © Huỳnh Văn Kiểm
Học kì 2 năm 2004-2005
IL
1− .sin φ
IC − I L .sin φ IC 1 − B.sin φ I Y 1
tan β = = = vôùi B = L = L = , Z laø toång trôû taûi RL,
I L .cos φ IL B .cos φ I Y ω C.Z
.cos φ C C
IC
⎛ 1 − B sin φ ⎞
Z = R2 + (wL) 2 vaø ta coù β = tan −1 ⎜ ⎟ . Ñeå tính caùc doøng, aùp ta tính coâng suaát P baèng
⎝ B cos φ ⎠
hai caùch töø nguoàn moät chieàu (cung caáp) vaø taûi (tieâu thuï) khi xem hieäu suaát heä thoáng baèng 1:
2 2 π 1
P = V .I = VC .I1.cos β = VC .a. I.cos β ⇒ VC = . .V
π a.2 2 cos β
Töø aùp ngoû ra VC coù theå suy ra coâng suaát P cuûa maïch vaø doøng nguoàn I.
Baøi taäp: Tính maïch nghòch löu nguoàn doøng sô ñoà moät pha. AÙp nguoàn moät chieàu 500 V, taàn
soá laøm vieäc 1 KHz, R = 15 ohm vaø L = 0.001 H
- Tính giaù trò ñieän dung C ñeå ñaûm baûo thôøi gian taét SCR laø 30 μsec.
- Tính giaù trò hieäu duïng aùp ra VC, suy ra coâng suaát treân taûi P vaø doøng nguoàn I.
2. Sô ñoà ba pha : (hình 6.2.4.b)
Ñeå taïo ra heä thoáng ba pha, caùc ngaét ñieän phaûi Logic ba pha:
ñöôïc ñoùng ngaét theo moät thöù töï khoâng thay ñoåi ñoái vôùi ( hai ngaét ñieän laøm vieäc cuøng luùc ).
caùc heä thoáng ba pha, goïi laø LOGIC BA PHA. Nghòch
löu nguoàn doøng söû duïng logic ba pha coù hai ngaét ñieän nhoùm + S1 −> S2 −> S3 −> S1
laøm vieäc cuøng luùc. Ñaây cuõng chính laø thöù töï ñieàu khieån nhoùm − S6 −> S4 −> S5 −> S6
caùc SCR trong chænh löu caàu ba pha. Nhaän xeùt laø ôû ñaây
chung S1 −> S6 −> S2 −> S4 −> S3 −> S5
chæ coù hai ngaét ñieän laøm vieäc cuøng luùc vì doøng nguoàn
khoâng ñoåi (nguoàn doøng) chæ coù theå chaïy qua moät SCR cuûa nhoùm + moät SCR cuûa nhoùm – . Ví duï
khi S1, S6 ñang daãn, S2 ñöôïc kích seõ laøm taét S1 (Hình 6.2.4.a).
i L =∞
+ N
S1 S2 S3
i i i
A B C
V
_ S4 S5 S6
(b)
(a)
Hình 6.2.4: Daïng aùp, doøng cuûa NL nguoàn doøng 3 pha (a) maïch ñoäng löïc (b)
Hình 6.2.4 cho ta caùc daïng soùng vaø maïch nguyeân lyù cuûa nghòch löu nguoàn doøng 3 pha.
Doøng nguoàn, xem nhö khoâng ñoåi ôû moät traïng thaùi cuûa taûi, ñöoïc phaân boá cho caùc SCR nhö hình
(a): moãi luùc chæ coù hai SCR laøm vieäc, xung doøng treân moãi pha coù daïng chöõ nhaät, aùp ra thay ñoåi
theo ñaëc tính taûi. Cuõng gioáng nhö nghòch löu moät pha, doøng qua taûi iA sôùm pha hôn ñieän aùp vA
(hình 6.2.4.a). Ñaây chính laø ñieàu kieän ñeå coù söï chuyeån maïch: khi xem tuï chuyeån maïch laø thaønh
phaàn cuûa taûi, taûi seõ coù tính dung vaø ñaët ñöôïc aùp aâm vaøo SCR ñang daãn khi SCR môùi ñöôïc kích.
Vieäc tính toaùn gaàn ñuùng nghòch löu nguoàn doøng 3 pha thöïc hieän gioáng nhö sô ñoà moät pha
nhöng vôùi quan heä giöõa bieân ñoä vaø thaønh phaàn cô baûn (heä soá a) cuûa doøng ñieän thay ñoåi.
Trang 6/Nghịch lưu độc lập và biết tần http://www.khvt.com
Bài giảng tóm tắt môn Điện tử công suất 1
Moät nhaän xeùt khaùc laø naêng löôïng chæ chaûy moät chieàu töø nguoàn qua taûi, laøm aùp ra thay ñoåi
theo taûi, taêng cao khi khoâng taûi vì naêng löôïng tích tröõ ôû taûi taêng cao.
Ta coù theå thay ñoåi aùp ra baèng caùch thay ñoåi aùp nguoàn hay maéc song song vôùi taûi moät maïch
ñieàu chænh coâng suaát phaûn khaùng.
Hình 6.2.5.a cho ta moät ví duï veà nghòch löu nguoàn doøng cuï theå. Coù theå thaáy ñaây laø söï phaùt
trieån cuûa sô ñoà 6.2.2.a thaønh ba pha, SCR ñang daãn seõ taét khi moät SCR noái chung anod (catod)
ñöôïc kích theo logic moãi luùc coù hai ngaét ñieän laøm vieäc. Quaù trình taét T1 khi T3 ñöôïc kích ñöôïc veõ
treân hình (b), caùc tuï ñieän seõ ñaët aùp aâm vaøo T1 vaø naïp ñeán cöïc tính ngöôïc laïi, chuaån bò taét T3 ôû
xung doøng keá tieáp. Caùc diod ñöôïc theâm vaøo ñeå traùnh tình traïng tuï ñieän C bò xaû qua taûi ôû taàn soá
laøm vieäc thaáp. Hình (c) cho ta caùc daïng soùng treân caùc phaàn töû cuûa maïch.
Hình 6.2.5: Sô ñoà, daïng aùp, doøng cuûa moät NL nguoàn doøng 3 pha .
VI.3 KHAÛO SAÙT NGHÒCH LÖU NGUOÀN AÙP:
1. Sô ñoà moät pha :
Coù theå xem BBÑ aùp moät chieàu laøm vieäc 4 phaàn tö ñieàu khieån chung ôû chöông 4 vôùi aùp ra
coù trò trung bình baèng khoâng laø moät trong nhöõng boä nghòch löu nguoàn aùp moät pha, ñöôïc goïi laø sô
ñoà caàu khi duøng 4 ngaét ñieän (hình 6.1.4) hay nöûa caàu duøng hai nguoàn (hình 5.1.8).
Hình 6.3.1 cho ta hai daïng maïch khaùc cuûa nghòch löu nguoàn aùp 1 pha ngoaøi sô ñoà caàu hình
6.1.4, laø sô ñoà nöûa caàu duøng moät nguoàn (a) vaø sô ñoà ñaåy keùo (b). Hai sô ñoà naøy chæ coù theå duøng
Trang 7/Nghịch lưu độc lập và biết tần © Huỳnh Văn Kiểm
Học kì 2 năm 2004-2005
cho caùc boä nghòch löu vì caàu phaân aùp duøng tuï vaø bieán aùp chæ laøm vieäc vôùi tín hieäu xoay chieàu.
Coù theå nhaän xeùt deã daøng laø trình töï ñoùng ngaét caùc ngaét ñieän cuaû caùc sô ñoà naøy seõ gioáng
nhö ôû BBÑ aùp moät chieàu laøm vieäc 4 phaàn tö nhöng luaät ñieàu khieån seõ thay ñoåi, cô baûn nhaát laø
ñaõm baûo trung bình aùp ra baèng khoâng.
Caùc ngaét ñieän nhö vaäy phaûi Vo
coù khaû naêng ñoùng ngaét theo sô ñoà +
D1
ñieàu khieån, khoâng phuï thuoäc taûi. C1 S1
Hieän nay ôû caáp coâng suaát döôùi 100 V T
kW ngöôøi ta thöôøng duøng linh kieän
hoï transistor ( IGBT, transistor Vo
+
V
Darlington, MosFET) vaø coù theå duøng _ C2 S2 _ S1 S2
D2 D1 D2
SCR + maïch taét hay GTO ôû coâng suaát
cao hôn.
(a) (b)
Vieäc tính toaùn daïng doøng, aùp Hình 6.3.1: NL nguoàn aùp, sô ñoà moät pha
ôûû taûi RL coù theå duøng caùc coâng thöùc ñaõ xaây döïng trong chöông 5.
2. Sô ñoà ba pha :
Nghòch löu nguoàn aùp nhieàu pha coù theå bao goàm nhieàu boä nghòch löu moät pha laøm vieäc leäch
pha moät goùc qui ñònh cuûa heä nhieàu pha töông öùng, ví duï 2π/3 ôû heä 3 pha. Thöôøng gaëp nhaát laø
nghòch löu nhieàu pha ñöôïc taïo thaønh töø nhöõng nöûa caàu nhö hình 6.3.2.b laø sô ñoà ba pha, goàm 3
nhaùnh laøm vieäc leäch nhau 2π/3 töøng ñoâi moät. Vôùi nguoàn laø nguoàn aùp vaø coù diod phoùng ñieän song
song vôùi moãi ngaét ñieän, naêng löôïng truyeàn ñöôïc hai chieàu giöõa nguoàn vaø taûi laøm cho aùp ra coù
daïng caùc xung vuoâng coù bieân ñoä laø bieân ñoä aùp nguoàn. Khaùc vôùi nghòch löu nguoàn doøng, nghòch löu
nguoàn aùp ba pha coù theå söû duïng logic ba pha coù hai hay ba ngaét ñieän laøm vieäc cuøng luùc.
Hình 6.3.2.a goàm daïng xung ñieàu Logic ba pha:
khieån caùc ngaét ngaét ñieän, daïng aùp, doøng ra ( ba ngaét ñieän laøm vieäc cuøng luùc).
taûi RL cuûa moät sô ñoà nghòch löu ba pha
nguoàn aùp. Nhaän xeùt laø moãi luùc coù 3 ngaét pha A S1 −> S4 −> S1
ñieän laøm vieäc. Daïng doøng vaø aùp pha veõ treân pha B S2 −> S5 −> S2
hình 5.11.a laø cuûa maïch taûi RL noái Y.
pha C S6 −> S3 −> S6
S1−>S6−>S2−>S4−>S3−>S5−>S1
+
D1 D2 D3
S1 S2 S3
A B C
V
D4 D5 D6
_ S4 S5 S6
(b)
Hình 6.3.2: NL nguoàn aùp ba pha, caùc daïng soùng (a) vaø maïch
(a)
ñoäng löïc (b).
Daïng soùng ngoû ra nghòch löu nguoàn aùp 3 pha coù daïng xung ñieàu khieån hình 6.3.2a ñöôïc goïi
Trang 8/Nghịch lưu độc lập và biết tần http://www.khvt.com
Bài giảng tóm tắt môn Điện tử công suất 1
laø daïng soùng 6 naác, ñöôïc xem laø caên baûn cho vieäc khaûo saùt ñaëc tính NL nguoàn aùp ba pha.
Ñeå tính toaùn aùp ngoû ra nghòch löu nguoàn aùp, ngöôøi ta thöôøng giaû söû nhö nguoàn coù ñieåm
giöõa n, aùp caùc pha vAn, vBn, vCn, aùp daây vAB , vBC , vCA coù caùc quan heä:
vAB = vAn − vBn
vBC = vBn − vCn
vCA = vCn − vAn
vAB + vBC + vCA = 0
Khi ñieàu khieån S1 = S4 (S1 vaø S4 laøm vieäc ngöôïc pha), ta coù theå chöùng minh laø caùc aùp
pha vAn, vBn, vCn vaø caùc aùp daây hoaøn toaøn xaùc ñònh töø luaät ñieàu khieån caùc ngaét ñieän. Heä thoáng
nhö vaäy coøn goïi laø ñieàu khieån hoaøn toaøn (toaøn phaàn). Heä thoáng ñöôïc goïi laø ñieàu khieån khoâng
hoaøn toaøn neáu coù khoaûng thôøi gian caû hai ngaét ñieän cuûa nöûa caàu ñeàu khoâng laøm vieäc. Khi ñoù, aùp
ra seõ phuï thuoäc vaøo doøng phoùng ñieän qua diod, vaø nhö vaäy aùp ra seõ phuï thuoäc taûi.
Hình 6.3.2.a cho thaáy aùp daây vAB laø xung vuoâng. Ñeå tính caùc aùp pha taûi, ta giaû söû taûi noái
hình sao, ñoái xöùng vaø coù trung tính laø N. Ta coù caùc quan heä sau khi boû qua chæ soá N cuûa aùp pha taûi:
1
vAB = vA − vB vA = (vAB − vCA )
3
vBC = vB − vC 1
suy ra: vB = (vBC − vAB )
vCA = vC − vA 3
vA + vB + vC = 0 1
vC = (vCA − vBC )
3
Töø ñaây coù theå tính ñöôïc aùp pha vA coù daïng naác thang vaø khaûo saùt trong moät chu kyø töïa xaùc
laäp daïng doøng bao goàm caùc ñoaïn haøm muõ laø doøng ñieän qua RL khi aùp thay ñoåi nhaûy caáp.
1
vA = (2vAn − vBn − vCn )
3
1
Cuõng coù theå tính aùp pha taûi theo aùp ngoû ra boä nghòch löu: vB = (2vBn − vAn − vCn )
3
1
vC = (2vCn − vAn − vBn )
3
khi ñeå yù vAn = vA + vNn , vBn = vB + vNn , vCn = vC + vNn vôùi vNn laø aùp giöõa trung tính N
cuûa taûi vaø trung tính nguoàn n vaø vAn + vBn + vCn = 3.vNn . Caùc coâng thöùc naøy khoâng phuï thuoäc
vaøo nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa sô ñoà nghòch löu ba pha.
Khaùc vôùi nghòch löu nguoàn doøng chæ coù moät sô ñoà ñieàu khieån nhö ñaõ trình baøy, nghòch löu
nguoàn aùp coù theå ñöôïc ñieàu khieån baèng nhieàu thuaät toaùn khaùc nhau.
Trang 9/Nghịch lưu độc lập và biết tần © Huỳnh Văn Kiểm
Học kì 2 năm 2004-2005
3. Nghòch löu ña baäc (nhieàu naác):
Muïc ñích laøm cho daïng aùp ra gaàn vôùi
hình sin hôn (hình 5.12).
Coù nhieàu caùch thöïc hieän NL ña baäc:
2
- Söû duïng nguoàn coù nhieàu caáp ñieän aùp 0 wt
vaø nhieàu ngaét ñieän noái tieáp.
- Noái tieáp nhieàu boä NL moät pha coù
nguoàn rieâng (cell nghòch löu moät pha).
- Noái tieáp nhieàu boä NL moät pha laøm
Hình 6.3.3: Daïng soùng aùp ra NL 5 naác ñieän aùp.
vieäc leäch pha qua bieán aùp ngoû ra.
a. Nghòch löu nhieàu baäc duøng nguoàn nhieàu caáp ñieän aùp: (hình 6.3.3)
- Nhieàu caáp aùp nguoàn duøng tuï phaân aùp.
- Soá caáp baèng soá tuï ñieän n + 1.
- nguyeân lyù laøm vieäc: Ngaét ñieän phía trong (S13 hay S23) chæ ñöôïc khoùa khi ngaét ñieän
ngoaøi noù (S12 hay S22) ñaõ khoùa vaø nhö theá moät caáp ñieän aùp seõ ñöôïc noái vaøo taûi qua diod keïp khi
caùc ngaét ñieän giöõa noù vaø taûi laøm vieäc.
+
+ C D11 S11
C
V/2
V5 D12 S12
C V4 L V/2
V3 D13 S13
V2 vo C
C
V1 S14
R
V/2
_ C vo
D23 S24
C
D22 S23
V/2
Hình 6.3.4: D21 S22
a. Nguyeân lyù NL naêm naác duøng nguoàn nhieàu caáp ñieän aùp C
b. Thöïc hieän nguyeân lyù hình a. baèng sô ñoà duøng diod _ S21
keïp(D11 .. D21)
b. Nghòch löu nhieàu baäc duøng caùc cell nghòch löu moät pha: (hình 5.15)
~ ~ ~ ~ A
~ R L
S11 S14 E11 E12 E13
~ B
R
~ ~ ~ ~
E1 R L
E21 E22 E23
R E1
C
~ ~ ~ ~ ~
S12 S13 L
~ E31 E32 E33
R
Trang 10/Nghịch lưu độc lập và biết tần http://www.khvt.com
Bài giảng tóm tắt môn Điện tử công suất 1
Hình 6.3.5.a: Moät cell nghòch löu moät pha Hình 6.3.5.b: Nghòch löu ña baäc ba pha duøng toå hôïp ba
vaø kyù hieäu (veõ vôùi taûi R) cell nghòch löu moät pha cho moãi pha taûi.
- Nhö coù theå nhaän xeùt trong phaàn khaûo saùt NL ba pha saùu naác, caùc daïng aùp naác thang naøy
ñöôïc taïo ra töø vieäc coäng (tröø) caùc daïng xung vuoâng laøm vieäc leäch pha nhau. Khi ta coäng (tröø)
nhieàu aùp ra cuûa NL moät pha, ta coù theå toång hôïp ñöôïc daïng aùp nghòch löu ña baäc.
- Soá baäc: Moãi cell coù theå coù 3 möùc: +V, 0, -V; treân moät nhaùnh coù N cell taïo thaønh 2N+1
baäc.
Nghòch löu ña baäc cho pheùp taïo ra coâng suaát lôùn, aùp cao töø caùc cell coâng suaát beù, aùp thaáp.
Tuy nhieân, BBÑ yeâu caàu caùc nguoàn moät chieàu caùch ly vôùi nhau.
c. Nghòch löu ña baäc gheùp bieán aùp ngoõ ra: (hình 6.3.6)
- Moãi caáp coù beà roäng nhö nhau.
- Söû duïng bieán aùp ñeå coäng caùc xung vuoâng thaønh aùp naác thang.
- Soá baäc baèng 2 laàn soá boä nghòch löu moät pha.
- Ñôn giaûn nhaát nhöng kích thöôùc lôùn, hieäu suaát khoâng cao.
NL1 V
o2
Nguoàn
moät chieàu V
o
NL2 V
o1
Hình 6.3.6: Nguyeân lyù coäng hai daïng aùp nghòch löu
duøng bieán aùp ñeå taïo ra daïng soùng naác thang
Hình 6.3.7.b: Daïng soùng 12 naác thang
Baûng toång hôïp aùp 3 pha töø 6 thaønh phaàn 1 pha leäch 30O: 2
1 3
Pha U1 U2 U3 U4 U5 U6
1
A 1 1/ 3 - 1/ 3 -1 -2/ 3 3
0
B 1/ 3 1 2/ 3 1 1/ 3
C -1 -2/ 3 -1 - 1/ 3 1/ 3 C U5 U6 U1 U2 U3 U4
A U1 U2 U3 U4 U5 U6
B U1 U2 U3 U4 U5 U6
Hình 6.3.7.a: Toång hôïp daïng soùng 12 naác töø 6 nguoàn
nghòch löu moät pha
Hình 6.3.7 giaûi thích nguyeân lyù toång hôïp daïng soùng 12 naác thang ba pha töø 6 boä NL moät
pha laøm vieäc leäch 30O, daáu – cho bieát phaûi ñaûo cöïc tính cuoän daây. Moãi pha taûi ñöôïc cung caáp
baèng maïch noái tieáp 5 cuoän thöù caáp cuûa bieán aùp ngoû ra caùc boä NL moät pha vôùi bieân ñoä coù tæ leä
theo baûng treân hình 6.3.7.a.
4. Tính toaùn gaàn ñuùng nghòch löu nguoàn aùp:
ÖÙng duïng maïch töông ñöông hình 6.3.8 khi xem soùng haøi baäc cao coù taùc duïng khoâng ñaùng
keå. v1, i1 laø thaønh phaàn cô baûn (baäc 1, taàn soá goùc w), TAÛI chính laø maïch töông ñöông cuûa phuï taûi,
ñöôïc tính ôû taàn soá laøm vieäc w.
Trang 11/Nghịch lưu độc lập và biết tần © Huỳnh Văn Kiểm
Học kì 2 năm 2004-2005
Nguoàn v1 coù trò hieäu duïng ñöôïc tính töø khai trieån Fourier i
1
aùp ngoû ra BBÑ (muïc VI.4). Töø maïch töông ñöông, ta tính ñöôïc
doøng taûi (xem nhö baèng i1 ), coâng suaát tieâu thuï, suy ra nhö hoaït
TAÛ I
v
ñoäng cuûa taûi. 1
Ñeå ñaùnh giaù taùc duïng cuûa aùp ra BBÑ khoâng hình sin, ta
tieáp tuïc söû duïng nguyeân lyù xeáp choàng ñeå tính toaùn doøng, aùp, coâng
suaát cuûa caùc soùng haøi baäc cao, coâng vieäc cuõng töông töï nhö tính Hình 6.3.8: Tính toaùn gaàn ñuùng
toaùn vôùi thaønh phaàn cô baûn. nghòch löu nguoàn aùp
VI.4 ÑIEÀU KHIEÅN AÙP RA VAØ HAÏN CHEÁ
SOÙNG HAØI:
1. Phaân tích soùng haøi ñieän aùp:
Daïng soùng ñieàu roäng xung treân hình
6.4.1 cho pheùp ta phaân tích soùng haøi haàu heát caùc Hình 6.4.1: Daïng xung cô baûn cho phaân tích soùng
daïng aùp ra cuûa maïch nghòch löu nguoàn aùp haøi nghòch löu
thöôøng gaëp. Truïc tung ñöôïc dôøi ñeán vò trí truïc ñoái xöùng xung aùp coù beà roäng a ñeå khai trieån Fourier
cuûa aùp ra khoâng coù thaønh phaàn sin. Ngoaøi ra, vì aùp ra coù π/2 laø taâm ñoái xöùng, soùng haøi aùp ra
khoâng coù taàn soá boäi chaün (n ≠2k):
v= ∑
n= 2 k+1
Vn cos ( nwt ) k = 0, 1, 2, 3… vôùi tích phaân theo bieán ω t:
2π π/ 2 a/2
Vn = 1 ∫ v ⋅ cos(nwt)dwt = 2 ∫ v ⋅ cos(nwt)dwt = 2 ∫ V ⋅ cos(nwt)dwt
π 0 π −π / 2 π −a / 2
Vn = 2V
sin(nwt) wt
[ =a / 2
]
wt = − a / 2 suy ra Vn = 4V
sin na
nπ nπ 2
n−1
4V
Khi a = π /2 (xung chöõ nhaät) n = 1,3,5,7,9.. ⇒ Vn = 4V
,− 4V
, 4V
,− 4V
, 4V
,(−1) 2
nπ
π 3π 5π 7π 9π
Baøi taäp 6.1:
1. Chöùng minh daïng soùng leäch pha hình 5.10 coù goùc leäch pha θ = 2π / k khoâng coù haøi baäc
boäi k:
Khi hai nöûa caàu ñieàu khieån leäch pha θ = 2π / k , beà roäng xung seõ laø θ vaø bieân ñoä caùc soùng
haøi laø Vn = 4V sin n.π , Vn = 0 khi n laø boäi soá cuûa k .
nπ k
Vì theá trong caùc boä nghòch löu ba pha, taûi khoâng bao giôø coù haøi boäi 3 vì caùc pha ñöôïc ñieàu
khieån leäch nhau 2π / 3 vaø ta coù theå boû qua haøi boäi 3 trong vieäc tính toaùn soùng haøi ñieän aùp ngoû ra.
2. Chöùng minh ôû DANG SOÙNG 6 NAÁC hình 6.3.2a:
- 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.
Trang 12/Nghịch lưu độc lập và biết tần http://www.khvt.com
Bài giảng tóm tắt môn Điện tử công suất 1
2. Ñieàu khieån aùp ra:
U/Uñm
Ñieàu khieån aùp ra laø moät yeâu caàu caàn thieát cho
caùc boä nghòch löu vì:
- Giöõ oån ñònh ñieän aùp ngoû ra, traùnh caùc suït aùp
do taûi, nguoàn vaø caû do caùc phaàn töû trong maïch. (b)
- AÙp ra caàn ñieàu khieån theo yeâu caàu cuûa taûi. Ví (a)
f
duï nhö vôùi taûi ñoäng cô, khi laøm vieäc vôùi nguoàn aùp caàn
cung caáp ñieän aùp tæ leä vôùi taàn soá laøm vieäc ñeå ñoäng cô
Hình 6.4.2: Ñaëc tính U / f = haèng soá
khoâng bò baûo hoøa.
theo lyù thuyeát (a) vaø thöïc teá (b)
+
D1 D3
S1 S3
io Vo
V
D2 D4
_ S2 S4
(b)
(a) Hình 6.4.3: Ñieàu khieån aùp ra baèng leäch pha
Ta coù caùc phöông phaùp sau:
a. Thay ñoåi aùp nguoàn cung caáp:
Laøm bieân ñoä aùp ra thay ñoåi, thöôøng söû duïng khi nghòch löu laø nguoàn doøng hay aùp ra coù daïng coá
ñònh. Khi ñoù, boä NL thöôøng ñöôïc cung caáp ñieän DC töø boä nguoàn chænh löu ñieàu khieån pha hay qua
BBÑ aùp DC.
b. Ñieàu cheá ñoä roäng xung: Moät xung vaø nhieàu xung.
Maïch ñieàu khieån phöùc taïp hôn vì keát hôïp caû ñieàu khieån aùp vaø taàn soá vaøo cuøng sô ñoà nhöng
maïch ñoäng löïc ñôn giaûn vaø kinh teá hôn.
Coù hai tröôøng hôïp: ñk hoaøn toaøn khi luoân coù 1 ngaét ñieän laøm vieäc ôû moät nöûa caàu hay ñk
khoâng hoaøn toaøn khi coù luùc khoâng coù ngaét ñieän laøm vieäc. Khi ñieàu khieån hoaøn toaøn, aùp ra ñöôïc
xaùc ñònh töø luaät ñieàu khieån ngöôïc laïi vôùi ñk khoâng hoaøn toaøn vì khi khoâng coù ngaét ñieän laøm vieäc
treân nhaùnh nöõa caàu, aùp ngoû ra phuï thuoäc doøng phoùng ñieän (hình 5.21 vaø 5.22).
Hình 6.4.4: Sô ñoà ñieàu roäng nhieàu xung (NL moät pha) khi Hình 6.4.5: Daïng aùp, doøng NL nguoàn aùp moät
ñieàu khieån hoaøn toaøn (sô ñoà caàu hay hai nguoàn) pha khi ñieàu khieån khoâng hoaøn toaøn (maïch
ñoäng löïc hình 6.3.1)
Trang 13/Nghịch lưu độc lập và biết tần © Huỳnh Văn Kiểm
Học kì 2 năm 2004-2005
Ví duï 6.1: Tính toaùn daïng doøng cuûa boä nghòch löu 1 pha, sô ñoà caàu vôùi ñieàu khieån leäch pha
hình 6.4.3. AÙp nguoàn V, taûi RL, chu kyø T, goùc leäch pha ñieàu khieån θ, ñoä roäng xung aùp
q = T ⋅ (π − θ) / 2π , q tính baèng giaây.
Xeùt chu kyø töïc xaùc laäp, khi doøng ñieän laäp laïi theo chu kyø T.
Goïi giaù trò doøng qua taûi khi t = 0 laø I1 . Ta coù phöông trình vi phaân khi S1, S4 ñoùng:
V = L di + Ri vôùi ñieàu kieän ñaàu i (0) = I1,
dt
( )
suy ra i = V + I1 − V ⋅ e − t / τ vôùi τ = L / R . Khi t = q, i = I2 vôùi
R R
( )
I 2 = V + I1 − V ⋅ e − q / τ . Luùc naøy, S4 ngaét, S3 ñoùng. Doøng qua taûi khoâng thay
R R
ñoåi töùc thôøi,chaûy qua S1, D3. Ta coù phöông trình vi phaân:
0 = L di + Ri vôùi ñieàu kieän ñaàu i (0) = I2 , khi laáy laïi goác toaï ñoä. suy ra
dt
i = I 2 ⋅ e − t / τ . Khi t = T − q , i = - I1 vì coù söï ñoái xöùng hai baùn kyø döông vaø aâm; ta coù
2
− I1 = I 2 ⋅ e
(2 )
− T −q / τ
Caùc pt , cho pheùp ta tính ñöôïc caùc giaù trò I1, I2, vaø veõ ñöôïc daïng doøng
taûi.
−q / τ (2 )
− T −q / τ ( )
− T −q / τ
V e −T / 2 τ − e 2
I 2 = V 1− e−T / 2 τ , I1 = − I 2 ⋅ e =
R 1+ e R 1+ e − T / 2 τ
−T / 2τ
Kieåm tra laïi: khi q = T/2 thì I1 = V e −T / 2−τ1 = − I 2
R 1+ e
Baøi taäp 6.2: Khaûo saùt aùp ra cuûa boä nghòch löu coù beà roäng xung khoâng ñoåi khi taàn soá thay
ñoåi (giaû söû ñieàu khieån hoaøn toaøn).
Goïi q laø beà roäng xung tính baèng giaây,
laø khoâng ñoåi trong baøi taäp naøy. Taàn soá f cuûa
boä nghòch löu thay ñoåi, lôùn nhaát öùng vôùi trò
soá chu kyø toái thieåu 1/fMAX baèng 2.q . Beà roäng
xung tính baèng ñoä baèng:
θ = w ⋅ q = 2πf ⋅ q . Bieân ñoä soùng haøi Hình BT6.2
baäc n = 1 (thaønh phaàn cô baûn) laø V1 = 4V sin θ = 4V sin(π.f .q) . Ñeå coù keát quaû khaûo saùt toång
π 2 π
quaùt, ñaët taàn soá f’ = f/fMAX vôùi fMAX = 1/2.q hay f = f’. fMAX vaø haøm soá khaûo saùt laø:
( )
V1' = V1 / 4V π = sin
π⋅ f '
2
, trong ñoù f’ thay ñoåi trong khoaûng 0 .. 1.
V’ coù daïng hình sin. vôùi khoaûng taàn soá thay ñoåi hôïp lyù, khaù xa taàn soá cöïc ñaïi fMAX, aùp ra coù
theå xem laø tuyeán tính theo taàn soá. Nguyeân lyù naøy cho pheùp xaây döïng sô ñoà ñieàu khieån raát ñôn giaûn
ñeå thöïc hieän nguyeân lyù V/ f = haèng soá.
Baøi taäp 6.3: Khaûo saùt soùng haøi cuûa boä nghòch löu ñieàu khieån leäch pha theo goùc leäch pha.
(giaû söû ñieàu khieån hoaøn toaøn).
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:.
Trang 14/Nghịch lưu độc lập và biết tần http://www.khvt.com
Bài giảng tóm tắt môn Điện tử công suất 1
Vn = 4V sin nθ , n chæ coù caùc giaù trò leû vaø θ
nπ 2
thay ñoåi trong khoaûng töø 0 .. π.
Khaûo saùt haøm soá
Vn' = Vn 1 n⋅ θ
theo θ cho ta ñoà
(4.V π) = n sin 2
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
3. Haïn cheá soùng haøi ngoû ra:
a. Caùc phöông phaùp: Hình BT5.2
Caùc soùng haøi baäc cao coù caùc taùc duïng:
- Gaây phaùt noùng phuï: do doøng khoâng hình sin vaø haøi baäc cao laøm taêng toån hao trong daây
daãn vaø loõi saét.
- Gaây momen phuï: do caùc thaønh phaàn 3 pha baäc cao taïo ra trong ñoäng cô xoay chieàu.
Coù nhieàu phöông phaùp ñeå haïn cheá soùng haøi baäc cao, chia laøm hai nhoùm:
- Söû duïng boä bieán ñoåi ña caáp: Daïng soùng naác thang voán coù soùng haøi raát beù: Khi so saùnh
daïng soùng naác thang vaø thaønh phaàn cô baûn (baäc 1) töông öùng, coù theå nhaän xeùt laø soùng haøi baäc cao
khoâng ñaùng keå keå caû ôû taàn soá (n±1). fO , n: soá naäc thang.
Ñeå thay ñoåi aùp ngoû ra, ta thay ñoåi ñoä roäng xung caùc boä bieán ñoåi moät pha.
Baøi taäp 3: Duøng MatLAB hay MathCAD phaân tích soùng haøi cuûa daïng soùng 12 naác thang
hình 5.17, duøng soá lieäu cuûa baûng hình 6.3.7.a.
- Ñieàu cheá ñoä roäng xung (PWM): khi söû duïng nhieàu xung cho moät baùn kyø vaø coù beà roäng
khaùc nhau, caùc soùng haøi coù taàn soá lôùn hôn cô baûn fO seõ giaûm nhanh, nhöng caùc thaønh phaàn ôû taàn
soá > (n-1) fO coù giaù trò raát lôùn. Ñieàu naøy khoâng aûnh höôûng lôùn ñeán hoaït ñoäng cuûa taûi vì doøng ñieän
cuûa soùng haøi töông öùng khoâng lôùn. Taùc duïng coù theå laø: gaây tieáng oàn, nhieãu taàn soá cao, phaùt noùng
trong loõi theùp.
Coù nhieàu phöông phaùp: ñieàu cheá ñoä roäng xung hình sin (SPWM) cuøng vôùi caùc caûi tieán, trieät
tieâu caùc haøi choïn tröôùc, duøng boä so saønh coù treã (ñieàu roäng thích nghi), ñieàu roäng vevtor khoâng
gian (SVPWM).
b. Chæ tieâu ñaùnh giaù kyõ thuaät ñieàu roäng xung (PWM) cuûa boä nghòch löu:
* Chæ soá ñieàu cheá m: laø tæ soá giöõa bieân ñoä V1m cuûa thaønh phaàn cô baûn (haøi baäc 1) cuûa aùp ra
boä NL ñöôïc khaûo saùt vaø bieân ñoä thaønh phaàn cô baûn V1_sixstep cuûa aùp ra khi ñieàu khieån 6 naác thang.
Ñeå yù ñaây cuõng laø tæ soá cuûa hai giaù trò hieäu duïng:
V1m V1m V1R
m= = = 2
V1six _ step π V
2
π V
vôùi V laø aùp nguoàn DC vaø V1R laø hieäu duïng thaønh phaàn cô baûn aùp ra.
* Soùng haøi doøng (aùp) coù theå ñaùnh giaù qua THD% cuûa doøng (aùp) ngoû ra:
Trang 15/Nghịch lưu độc lập và biết tần © Huỳnh Văn Kiểm
Học kì 2 năm 2004-2005
∞ ∞
∑ InR2 I2 − I2 ∑I 2
nm
Heä soá meùo doøng ñieän ngoû ra THDI % = 100 n= 2
= 100 R 1R = 100 n= 2
trong ñoù
I1R I1R I1m
IR, : giaù trò hieäu duïng, I1R :hieäu duïng thaønh phaàn cô baûn, I1m :bieân ñoä thaønh phaàn cô baûn
vaø Inm :bieân ñoä thaønh phaàn baäc n cuûa doøng ra.
Bieåu thöùc cho heä soá meùo aùp ra cuõng coù daïng töông töï.
Khi taûi laø RL, hieän duïng thaønh phaàn baäc n doøng ñieän InR:
VnR VnR I V V
InR = hay nR nR = nm
R2 + ( nwL )
2 nwL I1R n ⋅ V1R n ⋅ V1m
Neáu ñeå yù VnR/V1R thöôøng baèng 1/n, doøng baäc cao thöôøng giaûm raát nhanh (tæ leä 1/ n2).
c. SPWM (Sinusoidal Pulse Width
Modulation) Ñieàu cheá ñoä roäng xung hình sin:
V
7
c
V
3
o
6
2
V
4
ref
Hình 6.4.6.a: Nguyeân lyù cuûa ñieàu roäng xung hình sin
Laø phöông phaùp coå ñieån, so saùnh aùp
chuaån hnh sin vREF taàn soá fO vaø soùng mang tam Hình 6.4.6.b: Chæ soá ñieàu cheá cuûa ñieàu roäng xung
giaùc vC taàn soá fC ñeå coù luaät ñoùng ngaét caùc hình sin. Vrm: bieân ñoä aùp chuaån Vref .
nhaùnh caàu NL. Vpm: bieân ñoä soùng mang tam giaùc Vc .
Hình 6.4.6.c: Söï töông ñöông cuûa ñieàu
roäng xung vaø naác thang
Coù theå chöùng minh khoâng
khoù khaên laø tæ soá chieàu cao naác Hình 6.4.6.d: Caùc daïng soùng ñieàu roäng xung hình sin
Trang 16/Nghịch lưu độc lập và biết tần http://www.khvt.com
Bài giảng tóm tắt môn Điện tử công suất 1
thang vav treân bieân ñoä cöïc ñaïi
VCMAX cuûa soùng mang vc baèng ñoä roäng xung töông ñoái tON / T cuûa aùp ra vO trong khoaûng khaûo saùt.
Töø phoå hình 5.23d cuûa daïng soùng ví duï hình 5.23c, coù theå nhaän xeùt laø caùc soùng haøi coù taàn soá
khoâng laân caän cuûa boäi soá soùng mang n.fC raát beù, ñuùng vôùi yù nghiaõ cuûa pheùp ñieàu cheá.
12
10.087793
10
8
y 6
m
4
2
0 0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
0 m 128
Hình 6.4.6.e: Phoå cuûa daïng soùng ñieàu roäng xung hình sin hình d
Chæ soá ñieàu cheá m trôû neân phi tuyeán khi Vrm/ Vref > 1: bieân ñoä soùng mang beù hôn aùp chuaån
(hình 6.4.7.b), hay heä thoáng chæ tuyeán tính khi m < 0.785 hay thaønh phaàn cô baûn aùp ra baèng 0.5
bieân ñoä aùp nguoàn moät chieàu.
d. Ñieàu cheá ñoä roäng xung hình sin caûi tieán:
Baèng caùch thay ñoåi hình daïng cuûa aùp chuaån, chaát löôïng cuûa SPWM coù theå ñöôïc caûi thieän,
chuû yeáu laø caùc ñaëc tính:
- Giaûm soá laàn ñoùng ngaét trong khi giöõ ñöôïc ñaëc tính soùng haøi baäc cao thaáp.
- Quan troïng hôn, laø nôùi roäng phaïm vi thay ñoåi aùp ra trong khi vaãn giöõ ñöôïc quan heä tuyeán
tính cuûa chæ soá ñieàu cheá m.
- Laøm ñôn giaûn sô ñoà ñieàu khieån.
Ví duï nhö khi boå sung vaøo aùp chuaãn vREF thaønh phaàn thöù töï khoâng (soùng haøi baäc 3), ta coù
theå nôùi roäng vuøng tuyeán tính cuûa chæ soá ñieàu cheá m ñeán 0.907 (hình 6.4.7). Coù nhieàu caùch thöïc
hieän:
Trang 17/Nghịch lưu độc lập và biết tần © Huỳnh Văn Kiểm
Học kì 2 năm 2004-2005
Hình 6.4.7.a: Daïng soùng chuaàn Vref khi nôùi
roäng vuøng tuyeán tính cuûa PWM (modified Hình 6.4.7.bb: chæ soá ñieàu cheá m töông öùng.
SPWM)
- daïng aùp chuaån hình (a): laø ñôn giaûn nhaát, khi nhaän xeùt laø do haøi boäi 3 khoâng toàn taïi trong
heä 3 pha, ta coù theå naâng cao thaønh phaàn cô baûn trong VRef vaø tröø bôùt ñi moät löôïng haøi baäc 3 sao
cho bieân ñoä aùp chuaån vaãn baèng bieân ñoä soùng mang tam giaùc:
vREF = 2
3
M ⎡⎣cos( x) − 16 cos(3x) ⎤⎦ ;0 ≤ M ≤ 1
e. Ñieàu cheá theo maãu:
Khi ñieàu khieån duøng vi xöû lyù, vieäc taïo ra vaø so
saùnh caùc daïng soùng thöïc hieän baèng phaàn meàm. Ta coù
theå thay theá soùng hình sin baèng daïng soùng naác thang
ñeå giaûm khoái löôïng tính toaùn nhö hình 6.4.8.a .
Coù theå ñieàu cheá ñoái xöùng hay khoâng ñoái xöùng.
Khi ñieàu cheá ñoái xöùng, soá giaù trò hình sin trong moät
chu kyø baèng boäi soá ñieàu cheá N = fC / fO (taàn soá laáy
maãu baèng taàn soá soùng tam giaùc). Beà roäng xung ôû kyø Hình 6.4.8.a: Nguyeân lyù ñieàu cheá theo maãu: thay
laáy maãu thöù n ñöôïc tính theo coâng thöùc (töø hình theá hình sin baèng daïng naác thang
6.4.8.b):
Trang 18/Nghịch lưu độc lập và biết tần http://www.khvt.com
Bài giảng tóm tắt môn Điện tử công suất 1
Hình 6.4.8.b: Ñieàu cheá ñoái xöùng Hình 6.4.8.c: Ñieàu cheá khoâng ñoái xöùng
TS ⎡ U C − ua (n) ⎤ n.2π
T1(n) = ⎢ ⎥ ; T 2(n) = TS − T1(n) ua (n) = U M sin( )
2 ⎣ 2U C ⎦ N
Vôùi Ts: chu kyø laáy maãu; ua(n): aùp chuaån taïi kyø laáy maãu thöù n; UC , UM: bieân ñoä soùng
mang tam giaùc vaø aùp chuaån hình sin. Töø caùc bieåu thöùc treân, coù theå tính tröôùc haøm sin(n.2π /N)
chöùa vaøo ROM vaø tính ra caùc ñoä roäng theo TS, tæ soá UM / UC.
Khi ñieàu cheá khoâng ñoái xöùng, soá laàn
tính haøm sin taêng leân gaáp ñoâi (hình 6.4.8.c).
f. Ñieàu cheá vector khoâng gian - SVM
(coøn goïi laø ñieàu roäng xung vector khoâng
gian - SVPWM):
Laø phöông phaùp tieân tieán nhaát hieän
nay, thích hôïp vieäc öùng duïng caùc phaàn töû
tính toaùn cho ñieàu roäng xung hình sin.
- Vector khoâng gian cuûa aùp ba pha:
laø cô sôû cuûa kyõ thuaät ñieàu cheá vector khoâng
gian, moâ taû hoaït ñoäng heä thoáng ba pha döôùi
daïng vector. Ta coù caùc tröôøng hôïp sau (khi
ñieàu khieån hoaøn toaøn): Hình 6.4.9: Vector pha khoâng gian
* Heä ba pha hình sin ñoái xöùng Vmsin ωt , Vmsin (ωt -2π/3), Vmsin (ωt -4π/3) coù theå bieåu
JJG
dieãn baèng vector V quay goùc ωe laø toác ñoä (ñieän) cuûa töø tröôøng quay.
JJG JJG JJG JJG JJG JJG
* Nghòch löu 6 naác thang coù theá bieåu dieãn baèng boä 6 vector V1 , V2 , V3 , V4 , V5 , V6 moâ
taû saùu traïng thaùi cuûa caùc ngaét ñieän trong boä nghòch löu (hình 6.4.9 vaø 6.4.10). Saùu vector naøy laøm
thaønh luïc giaùc ñeàu vaø aùp ra laàn löôït ñi qua caùc ñænh. Khi phaân tích caùc vector khoâng gian naøy theo
caùc vector cô heä 1, a = ej2π/3, a2 = e-j2π/3, ta coù caùc traïng thaùi ñoùng ngaét cuûa caùc ngaét ñieän töông
öùng.
Nhaän xeùt laø aùp ra khoâng thay ñoåi ñöôïc bieân ñoä vaø vector khoâng gian laø giaùn ñoaïn, di
chuyeån nhaûy caáp laøm soùng haøi baäc cao coù bieân ñoä lôùn.
Hình 6.4.10: Vector pha khoâng Traïng Ngaét ñieän aùp pha taûi aùp pha taûi aùp pha taûi Vector
gian cuûa NL saùu naác thang (6 thaùi ñoùng van vbn vcn khoâng gian
step) JJG
1 S1,S5,S6 2Vd/3 -Vd/3 -Vd/3 V1 (1,0,0)
JJG
+ 2 S1,S2,S6 Vd/3 Vd/3 -2Vd/3 V2 (1,1,0)
JJG
S1 S2 S3 3 S4,S2,S6 -Vd/3 2Vd/3 -Vd/3 V3 (0,1,0)
a b c JJG
Vd 4 S4,S2,S3 -2Vd/3 Vd/3 Vd/3 V4 (0,1,1)
S4 S5 S6 JJG
_ 5 S4,S5,S3 -Vd/3 -Vd/3 2Vd/3 V5 (0,0,1)
JJG
6 S1,S5,S3 Vd/3 -2Vd/3 Vd/3 V6 (1,0,1)
Trang 19/Nghịch lưu độc lập và biết tần © Huỳnh Văn Kiểm
Học kì 2 năm 2004-2005
* Khi ñieàu roäng xung hình sin vôùi taàn soá soùng mang laø fC = N.fO , heä thoáng seõ goàm N vector
traïng thaùi naèm treân ñöôøng troøn coùbaùn kính thay ñoåi theo aùp ra mong muoán.
Kyõ thuaät ñieàu cheá ñoä roäng xung vecto khoâng gian laø moâ taû caùc vector traïng thaùi naøy theo
caùcvector cuûa NL saùu naác thang. Ñeå coù ñöôïc bieân ñoä aùp ra mong muoán, ta boå sung theâm hai traïng
JJG JJG
thaùi V0 (0, 0, 0) vaø V7 (1,1,1) töông öùng vôùi ba ngaét ñieän S1, S2, S3 cuøng ngaét vaø cuøng ñoùng, töông
öùng aùp ra baèng khoâng.
- Coâng thöùc cho ñieàu cheá vector khoâng gian:
JJJG
Ñeå thöïc hieän vector khoâng gian V * coù bieân ñoä V* baèng boä nghòch löu ba pha, ta coù theå
JJJG
phaân tích V * thaønh hai thaønh phaàn naèm treân 2 vector laân caän cuûa NL 6 naác thang, ví duï nhö
Vo V1 V2 V7 V7 V2 V1 Vo
to ta tb to to tb ta to
2 2 2 2
pha a S4 S1 S1 S1 S1 S1 S1 S4
pha b S5 S5 S2 S2 S2 S2 S5 S5
pha c S6 S6 S6 S3 S3 S6 S6 S6
Tc Tc
Ts
Hình 6.4.11.a: Phaân tích aùp ra thaønh Hình 6.4.11.b:
caùc thaønh phaàn khoâng gian
JJJG JJG JJJG
treân hình 6.4.11.a, vector ñieän aùp V * coù vò trí ωt = α ôû giöõa V1 vaø V 2 (goùc 1/6 thöù 1) coù theå
JJG JJG JJG JJJG
phaân tích thaønh hai thaønh phaàn Va , Vb naèm treân V1 vaø V 2 vôùi:
V *sin( π3 − α ) = Va sin π3 V2 we t
V3
V *sin(α ) = Vb sin π3
Ts
Va = V *.sin( 3 − α ) V
*
2 π
suy ra:
3 Tc
Vb = 2
V *.sin(α ) V4 α
3
o V1
Goïi TC laø chu kyø ñieàu cheá ñoä roäng xung, trong
khoaûng thôøi gian naøy, trung bình aùp ra phaûi töông öùng vôùi aùp
V5 V6
ñieàu khieån. Töø bieåu thöùc vector:
Hình 6.4.11.c:
JJJG JJG JJG t JJG t JJJG
V * = Va + Vb = a V1 + b V 2 vaø TC = tO + ta + tb ta suy ra:
TC TC
Va V
ta = TC vaø tb = b TC , thôøi gian coøn laïi tO = TC - ta - tb coù aùp ra baèng zero, coù theå
JJG V JJG V
choïn V0 (0, 0, 0) hay V7 (1,1,1) , sao cho soá laàn chuyeån maïch laø ít nhaát. Hình 6.4.11.b trình baøy daïng
soùng ñoùng ngaét ñoái xöùng, goùc α ñöôïc laáy ôû vò trí giöõa cuûa khoaûng thôøi gian laáy maãu Ts, gioáng nhö
tröôøng hôïp ñieàu cheá theo maãu ôû phöông aùn ñoái xöùng (hình 6.4.11.c). Caàn löu yù laø chuoãi ñoùng ngaét
to, ta, tb ñöôïc choïn laïi khi thay ñoåi toå hôïp vevtor 6 naác sao cho soá laàn chuyeån maïch laø ít nhaát.
Trang 20/Nghịch lưu độc lập và biết tần http://www.khvt.com
Copyright by webtailieu.net