Đồ án: Thiết kế bộ nghịch lưu PWM 5KW
Nhiệm vụ của một sinh viên trước khi ra trường là phải thực hiện và bảo vệ thành công đồ án tốt nghiệp của mình. Đây là bước cuối cùng để sinh viên trở thành kỹ sư, kết thúc một.Điều khiển động cơ điện là một trong những nhiệm vụ quan trọng trong thiết kế truyền động điện . Động cơ điện được thiết kế luôn luôn có một tần số và điện áp định mức.
Đồ án: Thiết kế bộ nghịch lưu PWM 5KW
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ bé nghÞch l−u PWM 5kW
Lêi më ®Çu
NhiÖm vô cña mét sinh viªn tr−íc khi ra tr−êng lμ ph¶i thùc hiÖn vμ b¶o
vÖ thμnh c«ng ®å ¸n tèt nghiÖp cña m×nh. §©y lμ b−íc cuèi cïng ®Ó mét ng−êi
sinh viªn trë thμnh mét kü s−, kÕt thóc mét chÆng ®−êng häc tËp vμ rÌn luyÖn
d−íi m¸i tr−êng ®¹i häc.
Giê ®©y, tr¶i qua n¨m n¨m tu d−ìng vμ trau ®åi kiÕn thøc d−íi m¸i
Tr−êng ®¹i häc B¸ch khoa Hμ Néi, em ®· nhËn ®−îc nhiÖm vô ®Ò tμi tèt nghiÖp
cña m×nh.
Néi dung cña ®Ò tμi:” ThiÕt kÕ bé nghÞch l−u ®iÒu biÕn ®é réng xung - PWM
c«ng suÊt 5 kW”. Trong ®Ò tμi bao gåm hai phÇn; ThiÕt kÕ bé nghÞch l−u vμ m«
pháng bé nghÞch l−u b»ng phÇn mÒm PESIM. D−íi sù h−íng dÉn tËn t×nh cña
thÇy gi¸o NguyÔn ThÕ C«ng vμ c¸c thÇy c« trong bé m«n, em ®· hoμn thμnh
®−îc phÇn thiÕt kÕ bé nghÞch l−u. D−íi sù gióp ®ì cña thÇy gi¸o TrÇn Quèc
Th¾ng, em ®· hoμn thμnh ®−îc phÇn m« pháng b»ng phÇn mÒm PESIM. Do thêi
gian vμ tr×nh ®é cßn h¹n chÕ nªn ®Ò tμi cña em ch¾c cßn nhiÒu thiÕu sãt. RÊt
mong c¸c thÇy c« chØ b¶o trong buæi b¶o vÖ ®Ó em rót ra ®−îc nh÷ng kinh
nghiÖm cho c«ng viÖc sau nμy.
Qua ®©y, em xin ch©n thμnh c¶m ¬n c¸c thÇy c« gi¸o B¸ch Khoa ®· d×u
d¾t em trong n¨m n¨m häc võa qua. Em xin tr©n thμnh c¶m ¬n c¸c thÇy c« trong
bé m«n ThiÕt bÞ ®iÖn - §iÖn tö, khoa §iÖn, §¹i häc B¸ch khoa Hμ Néi, ®· trùc
tiÕp d¹y dç vμ trang bÞ cho em nh÷ng kiÕn thøc kü n¨ng chuyªn nghμnh bæ Ých.
Em v« cïng biÕt ¬n thÇy gi¸o NguyÔn ThÕ C«ng lμ ng−êi ®· trùc tiÕp vμ tËn t×nh
h−íng dÉn em hoμn thμnh ®å ¸n tèt nghiÖp nμy. Em xin göi lêi c¶m ¬n ®Õn thÇy
gi¸o TrÇn Quèc Th¾ng, ng−êi ®· tËn t×nh gióp ®ì ®Ó em cã ®iÒu kiÖn hoμn thμnh
phÇn m« pháng cña m×nh trªn phÇn mÒm PESIM.
SÏ trë thμnh mét c¸n bé kü thuËt, em lu«n tù nhñ ph¶i kh«ng ngõng häc
tËp trau dåi kiÕn thøc vμ kü n¨ng, ¸p dông s¸ng t¹o nh÷ng hiÓu biÕt cña m×nh ®·
häc vμo nh÷ng c«ng viÖc thùc tÕ, ®Ó xøng ®¸ng víi danh hiÖu kü s− tèt nghiÖp tõ
Tr−êng §¹i häc B¸ch khoa Hμ Néi.
Hμ Néi, th¸ng 5 n¨m 2006
Sinh viªn thùc hiÖn: Hoμng Ngäc Tu©n
Hoμng Ngäc Tu©n líp TB§1 - K46 1 §¹i häc B¸ch khoa Hμ Néi
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ bé nghÞch l−u PWM 5kW
môc lôc
ch−¬ng 1: tæng quan vÒ c¸c bé nghÞch l−u ................................................... 5
1. Sù cÇn thiÕt cña bé nghÞch l−u............................................................................ 5
2. Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña bé nghÞch l−u ........................................................... 6
2.1. Bé nghÞch l−u trùc tiÕp .................................................................................6
2.1.1. Nguyªn lý lμm viÖc cña bé nghÞch l−u trùc tiÕp....................................7
2.1.2. Sù lμm viÖc cña nhãm bÞ kho¸ ...............................................................8
2.1.3 Sù lμm viÖc cã dßng ®iÖn vßng .............................................................10
2.1.4. LuËt ®iÒu khiÓn nghÞch l−u trùc tiÕp....................................................13
2.2.Bé nghÞch l−u gi¸n tiÕp ...............................................................................13
2.2.1.Nguyªn lý ho¹t ®éng cña bé nghÞch l−u gi¸n tiÕp................................14
2.2.2. Bé nghÞch l−u nguån dßng ®iÖn - chØnh l−u cã ®iÒu khiÓn..................15
2.2.2.1.Bé nghÞch l−u mét pha ...................................................................15
2.2.2.2. Bé nghÞch l−u ba pha.....................................................................16
2.2.3. Bé nghÞch l−u nguån ®iÖn ¸p chØnh l−u cã ®iÒu khiÓn .......................19
2.2.3.1. Bé nghÞchl−u mét pha ...................................................................19
a.S¬ ®å nghÞch l−u mét pha cã ®iÓm gi÷a...............................................19
b. M¹ch nghÞch l−u nöa cÇu....................................................................22
c.M¹ch nghÞch l−u cÇu............................................................................22
2.2.3.2. Bé nghÞch l−u ba pha.....................................................................24
2.2.3. Bé nghÞch l−u ®iÒu biÕn ®é réng xung -chØnh l−u kh«ng ®iÒu khiÓn
28
ch−¬ng II: bé nghÞch l−u ®iÒu biÕn ®é réng xung ...................................... 29
1. Sù cÇn thiÕt cña bé nghÞch l−u ®iÒu biÕn ®é réng xung ................................... 29
2. Nguyªn lý ho¹t ®éng cña PWM ....................................................................... 30
3. §Þnh l−îng PWM ............................................................................................. 33
3.1. Sin ho¸ PWM .............................................................................................34
3.2. T−¬ng quan tÇn sè ......................................................................................36
3.3. Ph−¬ng thøc lo¹i trõ sãng hμi.....................................................................37
3.4. Ph−¬ng thøc d¹ng sãng dßng ®iÖn nhá nhÊt ..............................................40
3.4. §iÒu khiÓn thÝch nghi dßng ®iÖn PWM .....................................................43
Ch−¬ng 3: ThiÕt kÕ m¹ch ®éng lùc ..................................................................45
1.§Ò xuÊt ph−¬ng ¸n............................................................................................. 45
1.1. Ph−¬ng ph¸p nghÞch l−u PWM ®¬n cùc.....................................................45
1.2. Ph−¬ng ph¸p nghÞch l−u PWM l−ìng cùc .................................................47
1.3 So s¸nh hai ph−¬ng ph¸p nghÞch l−u...........................................................48
1.3.1.Ph−¬ng ph¸p PWM d¬n cùc .................................................................48
1.3.2. Ph−¬ng ph¸p PWM l−ìng cùc .............................................................48
1.3.3. Chän ph−¬ng ¸n nghÞch l−u .................................................................49
1.4. Chän thiÕt bÞ b¸n dÉn ®ãng c¾t vμ d¹ng m¹ch ®éng lùc ............................49
1.4.1. Chän thiÕt bÞ b¸n dÉn ®ãng c¾t ............................................................49
1.4.2. S¬ ®å m¹ch ®éng lùc............................................................................52
Hoμng Ngäc Tu©n líp TB§1 - K46 2 §¹i häc B¸ch khoa Hμ Néi
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ bé nghÞch l−u PWM 5kW
2. TÝnh to¸n th«ng sè m¹ch ®éng lùc ................................................................... 55
2.1. Chän hÖ sè ®iÒu biÕn tÇn sè .......................................................................55
2.2. Chän hÖ sè ®iÒu biÕn biªn ®é .....................................................................56
2.3. Ph©n tÝch ®iÖn ¸p ®Çu ra khi ma < 1 ...........................................................57
2.4. TÝnh to¸n chän van ®ãng c¾t ......................................................................59
2.4.1. TÝnh to¸n ®iÖn ¸p chÞu ®ùng yªu cÇu cña IGBT ..................................59
2.4.2. Lo¹i trõ sãng hμi bËc cao.....................................................................60
2.4.3. ThiÕt kÕ bé läc ®Çu ra cña bé nghÞch l−u ............................................62
2.4.3.1. ThiÕt kÕ bé läc cho chÕ ®é cùc ®¹i cña tÇn sè...............................62
2.4.3.2. ThiÕt kÕ bé läc cho chÕ ®é tÇn sè cùc tiÓu ....................................64
2.4.4. TÝnh to¸n dßng ®iÖn cÇn thiÕt ®Ó chän IGBT.......................................65
2.4.5. TÝnh to¸n dßng ®iÖn cung cÊp cho m¹ch nghÞch l−u...........................70
2.5. ThiÕt kÕ cuén kh¸ng läc sau m¹ch nghÞch l−u...........................................72
2.6. Chän diode chØnh l−u vμ tô läc nguån .......................................................77
2.6.1. Chän diode chØnh l−u...........................................................................77
2.6.2. Chän tô läc nguån................................................................................78
2.7. ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p cÊp nguån cho chØnh l−u .........................................81
2.7.1. TÝnh s¬ bé kÝch th−íc m¹ch tõ ............................................................82
2.7.2. TÝnh to¸n d©y quÊn ..............................................................................82
2.7.3. KÕt cÊu d©y quÊn s¬ cÊp ......................................................................83
2.7.4. KÕt cÊu cuén d©y thø cÊp.....................................................................85
2.7.5. TÝnh to¸n kÝch th−íc m¹ch tõ ..............................................................85
2.7.6. TÝnh khèi l−îng s¾t vμ ®ång ................................................................88
2.7.7. TÝnh c¸c th«ng sè cña m¸y biÕn ¸p .....................................................89
Ch−¬ng 4: ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn vμ m¹ch ph¶n håi
M« pháng m¹ch nghÞch l−u b»ng pesim ................................... 91
A. Giíi thiÖu vÒ phÇn mÒm pesim.................................................................... 91
B. thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn vμ m¹ch ph¶n håi......................................... 95
4.1. Nh÷ng vÊn ®Ò chung vÒ m¹ch ®iÒu khiÓn vμ m¹ch ph¶n håi .....................95
4.1.1. M¹ch ®Æt tÇn sè....................................................................................96
4.1.2. M¹ch ®Æt dßng ®iÖn .............................................................................99
4.2. S¬ ®å cÊu tróc m¹ch ®iÒu chØnh dßng ®iÖn vμ ®Æt tÇn sè .........................102
C. kÕt qu¶ m« pháng b»ng pesim ................................................................ 106
4.4. X¸c ®Þnh d¶i tÇn ho¹t ®éng cña läc..........................................................106
4.4.1. Thμnh phÇn sãng hμi ë d¶i tÇn 500 Hz ..............................................107
4.4.2. Thμnh phÇn sãng hμi ë tÇn sè 400Hz.................................................110
4.4.3. Thμnh phÇn sãng hμi ë tÇn sè 300 Hz................................................111
4.4.4. Thμnh phÇn sãng hμi ë tÇn sè 200 Hz................................................114
4.4.5. Thμnh phÇn sãng hμi khi tÇn sè 100 Hz.............................................117
4.4.6. Thμnh phÇn sãng hμi khi tÇn sè 50 Hz...............................................121
4.4.7. Thμnh phÇn sãng hμi khi tÇn sè 10 Hz...............................................123
D. chän vμ hiÖu chØnh m¹ch ph¶n håi dßng ®iÖn ................................... 125
4.5. §Ò xuÊt m¹ch ph¶n håi dßng ®iÖn ...........................................................125
Hoμng Ngäc Tu©n líp TB§1 - K46 3 §¹i häc B¸ch khoa Hμ Néi
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ bé nghÞch l−u PWM 5kW
4.6. KÕt qu¶ m« pháng m¹ch kÝn ....................................................................128
4.6.1. Kh¶o s¸t æn ®Þnh dßng khi tÇn sè thay ®æi. .......................................128
4.6.2. Khi t¶i bé nghÞch l−u thay ®æi ...........................................................132
Hoμng Ngäc Tu©n líp TB§1 - K46 4 §¹i häc B¸ch khoa Hμ Néi
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ bé nghÞch l−u PWM 5kW
ch−¬ng 1
tæng quan vÒ c¸c bé nghÞch l−u
1. Sù cÇn thiÕt cña bé nghÞch l−u
§iÒu khiÓn ®éng c¬ ®iÖn lμ mét trong nh÷ng nhiÖm vô quan träng trong
thiÕt kÕ truyÒn ®éng ®iÖn. §éng c¬ ®iÖn ®−îc thiÕt kÕ lu«n lu«n cã mét tÇn sè vμ
®iÖn ¸p ®Þnh møc. ë tÇn sè vμ ®iÖn ¸p ®Þnh møc, ®éng c¬ vËn hμnh víi hiÖu suÊt
thiÕt kÕ vμ tæn hao trong ®éng c¬ lμ nhá nhÊt, ®em l¹i gi¸ trÞ kinh tÕ lín nhÊt.
Khi vËn hμnh ë c¸c trÞ sè ®Þnh møc th× kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh tèc ®é cña ®éng c¬
lμ rÊt thÊp v× khi ®ã ®éng c¬ kh«ng cho phÐp thay ®æi qu¸ nhiÒu do kh¶ n¨ng
ph¸t nãng cña m¸y. Trong truyÒn ®éng ®iÖn th× yªu cÇu ®iÒu chØnh tèc ®é
th−êng xuyªn ®−îc ®Æt ra vμ ngμy cμng yªu cÇu ®é chÝnh x¸c trong ®iÒu khiÓn.
Khi muèn ®iÒu chØnh tèc ®é ngoμi ®Þnh møc th× mét sè th«ng sè cña ®éng c¬
ph¶i thay ®æi ®Ó ®¶m b¶o ®iÒu khiÖn vËn hμnh l©u dμi. Ph−¬ng ph¸p ®−îc øng
dông ®Çu tiªn lμ ®iÒu khiÓn ®iÖn ¸p ®Æt vμo ®éng c¬ vμ cè ®Þnh tÇn sè cña dßng
®iÖn b»ng ®iÖn ¸p l−íi. Ph−¬ng ph¸p nμy tá ra hiÖu qu¶ víi nh÷ng ®éng c¬ c«ng
suÊt lín vμ kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh tèc ®é kh«ng cao, khi ®ã ®iÖn ¸p ®éng c¬ thay
®æi kh«ng qu¸ lín so víi ®Þnh møc. Mét sè ph−¬ng ph¸p th«ng th−êng ®Ó thay
®æi ®iÖn ¸p ®Æt vμo ®éng c¬ ®−îc ¸p dông trong ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬:
+ §Æt ®iÖn ¸p h×nh sin trÞ sè thÊp h¬n ®Þnh møc vμo ®éng c¬: PhÇn ®iÖn ¸p
chªnh lÖch gi÷a ®iÖn ¸p l−íi vμ ®iÖn ¸p ®Æt vμo ®éng c¬ ®−îc ®Æt lªn mét thiÕt bÞ
tiªu t¸n, th«ng th−êng lμ cuén kh¸ng.
¦u ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p nμy lμ ®iÖn ¸p ®Æt lªn ®éng c¬ h×nh sin do vËy kh«ng
tån t¹i sãng hμi trong ®éng c¬, kh«ng g©y ra tiÕng ån. Nh−îc ®iÓm cña ph−¬ng
ph¸p nμy lμ g©y ra tæn hao trong cuén kh¸ng, khi yªu cÇu tèc ®é cμng thÊp h¬n
so víi ®Þnh møc th× tæn hao nμy cμng lín.
+ §Æt mét ®iÖn ¸p kh«ng sin thÊp h¬n ®Þnh møc lªn ®éng c¬: Ph−¬ng
ph¸p nμy gäi lμ ®iÒu ¸p xoay chiÒu. Qu¸ tr×nh thay ®æi ®iÖn ¸p ®Æt lªn ®éng c¬
®−îc thùc hiÖn b»ng cÊp mét ®iÖn ¸p kh«ng liªn tôc cho ®éng c¬ vμ khi ®ã ®iÖn
¸p hiÖu dông cña ®éng c¬ thay ®æi. Khi ®iÖn ¸p hiÖu dông cña ®éng c¬ thay ®æi
th× tèc ®é cña ®éng c¬ thay ®æi theo, khi ®ã ta ®iÒu khiÓn ®−îc tèc ®é ®éng c¬.
¦u ®iÓm chÝnh cña ph−¬ng ph¸p nμy lμ kh«ng g©y tæn hao trªn thiÕt bÞ
dïng ®Ó tiªu t¸n phÇn ®iÖn ¸p chªnh lÖch gi÷a ®iÖn ¸p l−íi vμ ®iÖn ¸p ®Æt lªn
®éng c¬. Nh−îc ®iÓm chÝnh cña ph−¬ng ph¸p nμy lμ t¨ng tæn hao trong ®éng c¬.
Hoμng Ngäc Tu©n líp TB§1 - K46 5 §¹i häc B¸ch khoa Hμ Néi
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ bé nghÞch l−u PWM 5kW
Khi dßng ®iÖn kh«ng liªn tôc sÏ g©y ra sãng hμi trong ®éng c¬, nh÷ng sãng hμi
nμy sÏ g©y ra tæn hao trong ®éng c¬ t¨ng. Khi tèc ®é yªu cÇu thÊp h¬n ®Þnh møc
cμng nhiÒu th× tæn hao trong ®éng c¬ cμng t¨ng. ë tèc ®é gÇn kh«ng th× gÇn nh−
kh«ng ®iÒu khiÓn ®−îc do tæn hao sãng hμi trong ®éng c¬ qu¸ lín.
Tõ hai ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ ë trªn ta thÊy: Khi ®éng c¬
yªu cÇu d¶i ®iÒu chØnh tèc ®é lín, ®Æc biÖt khi yªu cÇu ®iÒu chØnh ë tèc ®é thi
hai ph−¬ng ph¸p trªn gÇn nh− hoμn toμn kh«ng ®¸p øng ®−îc do tæn hao t¨ng vμ
hiÖu qu¶ kinh tÕ thÊp. ChÝnh v× vËy ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ ë tÇn
sè ®Þnh møc kh«ng ®¸p øng ®−îc víi nh÷ng truyÒn ®éng ®iÖn yªu cÇu cao vÒ
®iÒu chØnh tèc ®é.
Mét ph−¬ng ph¸p kh¸c ®−îc ®−a ra ®Ó ®iÓu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ ®¹t hiÖu
qu¶ cao vμ kinh tÕ lμ ®iÒu khiÓn c¶ tÇn sè vμ ®iÖn ¸p ®Æt vμo ®éng c¬. §iÖn ¸p
l−íi kh«ng ®Æt trùc tiÕp vμo ®éng c¬ mμ gi¸n tiÕp qua mét thiÕt bÞ biÕn ®æi, thiÕt
bÞ biÕn ®æi nμy sÏ thay ®æi tÇn sè vμ ®iÖn ¸p cña ®éng c¬ ®Ó ®¹t ®−îc gi¸ trÞ
mong muèn cña tèc ®é. ThiÕt bÞ thay ®æi tÇn sè vμ ®iÖn ¸p ®Æt vμo ®éng c¬ ®−îc
gäi víi tªn gäi chung lμ bé nghÞch l−u. Bé nghÞch l−u sÏ ®−a ®éng c¬ ho¹t ®éng
tõ th«ng sè ®Þnh møc nμy sang th«ng sè ®Þnh møc kh¸c ®Ó ®¶m b¶o ®iÒu chØnh
tèc ®é chÝnh x¸c vμ gi¶m tæn hao ®em l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ cao.
Bé nghÞch l−u th«ng th−êng ®−îc chia ra lμm hai lo¹i chÝnh:
+ Bé nghÞch l−u gi¸n tiÕp: §iÖn ¸p l−íi tÇn sè c«ng nghiÖp ®−îc biÕn ®æi
trùc tiÕp thμnh tÇn sè kh¸c tÇn sè l−íi vμ cung cÊp cho ®éng c¬. TÇn sè ra cña bé
nghÞch l−u thÊp h¬n tÇn sè l−íi.
+ Bé nghÞch l−u gi¸n tiÕp: §iÖn ¸p l−íi tr−íc khi cung cÊp cho t¶i ®−îc
chØnh l−u thμnh ®iÖn ¸p mét chiÒu, ®iÖn ¸p mét chiÒu sau ®ã ®−îc biÕn ®æi thμnh
®iÖn ¸p xoay chiÒu cung cÊp cho t¶i. TÇn sè ra cña bé nghÞch l−u cã thÓ biÕn ®æi
tõ 0 ®Õn tÇn sè ®Þnh møc cña bé nghÞch l−u.
2. Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña bé nghÞch l−u
2.1. Bé nghÞch l−u trùc tiÕp
Bé nghÞch l−u trùc tiÕp gåm hai nhãm chuyÓn m¹ch song song nèi ng−îc
nh− h×nh vÏ ( h×nh 1.1). Trªn ®å thÞ d¹ng sãng cña bé nghÞch l−u ta thÊy c«ng
suÊt tøc thêi cña bé nghÞch l−u bao gåm cã bèn giai ®o¹n. Trong hai kho¶ng ta
cã tÝch ®iÖn ¸p vμ dßng ®iÖn cña bé nghÞch l−u d−¬ng, bé nghÞch l−u lÊy c«ng
suÊt tõ l−íi cung cÊp cho t¶i. Trong hai kho¶ng cßn l¹i ta cã tÝch gi÷a ®iÖn ¸p vμ
Hoμng Ngäc Tu©n líp TB§1 - K46 6 §¹i häc B¸ch khoa Hμ Néi
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ bé nghÞch l−u PWM 5kW
dßng ®iÖn trong bé nghÞch l−u ©m nªn bé nghÞch l−u biÕn ®æi cung cÊp l¹i c«ng
suÊt cho l−íi.
2.1.1. Nguyªn lý lμm viÖc cña bé nghÞch l−u trùc tiÕp
§Ó thÊy ®−îc nguyªn lý ho¹t ®éng, ta xÐt m¹ch ho¹t ®éng cña m¹ch
nghÞch l−u h×nh vÏ (h×nh 1.2a). §Çu vμo cña bé nghÞch l−u lμ ®iÖn ¸p xoay chiÒu
mét pha, ®Çu ra lμ mét phô t¶i mét pha thuÇn trë. Nhãm chuyÓn m¹ch nèi theo
s¬ ®å hai pha nöa chu k×. Nhãm chuyÓn m¹ch d−¬ng ®−îc kÝ hiÖu b»ng ch÷ P
(Position), nhãm ©m kÝ hiÖu b»ng ch÷ N (Negative). D¹ng sãng dßng ®iÖn ®−îc
vÏ nh− h×nh 1.2b, côm P chØ dÉn trong n¨m nña chu k× cña ®iÖn ¸p, c¸c thyristor
®−îc måi kh«ng cã trÔ, ®iÒu ®ã cã nghÜa lμ coi P nh− lμ bé chØnh l−u diode.
Trong n¨m nöa chu k× sau chØ cã nhãm N dÉn ®Ó tæng hîp ra phÇn ®iÖp ¸p ©m
cña nöa chu k× ®iÖn ¸p ra. Theo d¹ng sãng cña ®iÖn ¸p biÓu diÔn trªn h×nh 1.2b
th× tÇn sè ®iÖn ¸p ra b»ng 1/5 tÇn sè ®iÖn ¸p vμo. D¹ng sãng ®iÖn ¸p nμy gÇn víi
d¹ng cña sãng ®iÖn ¸p h×nh ch÷ nhËt vμ cã chøa mét sè l−îng kh¸ lín c¸c thμnh
phÇn song hμi.
H×nh 1.2c biÓu diÔn kho¶ng dÉn cña c¸c van b¸n dÉn vμ dßng ®iÖn cña
nguån cÊp.Ta thÊy dßng ®iÖn ch¶y qua van b¸n dÉn lμ 1/2 sãng h×nh sin cßn
dßng ®iÖn nguån cÊp lμ hoμn toμn sin.
ViÖc ®iÒu khiÓn c¸c van b¸n dÉn nh− trªn kh«ng mang l¹i hiÖu qu¶ cao trong
®iÒu khiÓn, sãng ®iÖn ¸p ra cã ®é sin kh«ng cao. Muèn sãng ra cã d¹ng sin cao
ph¶i ®iÒu khiÓn thay ®æi kho¶ng dÉn cña c¸c van thay ®æi theo mét qui luËt nhÊt
®Þnh. H×nh 1.2d biÓu gÇn ®óng mét sãng h×nh sin ®−îc tæng hîp b»ng c¸ch ®iÒu
khiÓn c¸c thêi ®iÓm måi c¸c thyristor.
Ph−¬ng ph¸p nμy cïng víi viÖc ®iÒu chØnh pha lμm gi¶m c¸c ®iÒu hoμ bËc
cao cña d¹ng sãng ®iÖn ¸p ®Çu ra so víi d¹ng sãng ®iÖn ¸p cho tr−íc. Theo c¸c
d¹ng sãng cña dßng ®iÖn trªn h×nh 1.2e dßng ®iÖn ra mang nhiÒu thμnh phÇn ®Ëp
m¹ch øng víi tÇn sè nguån, dßng ®iÖn cña m¹ch bÞ biÕn d¹ng nhiÒu.
Hoμng Ngäc Tu©n líp TB§1 - K46 7 §¹i häc B¸ch khoa Hμ Néi
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ bé nghÞch l−u PWM 5kW
H×nh 1.1 Bé nghÞch l−u trùc tiÕp tæng qu¸t
2.1.2. Sù lμm viÖc cña nhãm bÞ kho¸
Tronh h×nh 1.1 vμ 1.2, nÕu c¸c van b¸n dÉn cña nhãm P vμ N cïng dÉn sÏ
g©y ra ng¾n m¹ch nguån cung cÊp. §Ó tr¸nh hiÖn t−îng nμy th«ng th−êng ta ®Æt
mét cuén c¶m san b»ng gi÷a c¸c nhãm, môc ®Ých chÝnh lμ h¹n chÕ dßng ®iÖn
vßng hay cÇn ®iÒu khiÓn sao cho mét nhãm kh«ng thÓ dÉn khi nhãm kia cßn
dÉn. Sù lμm viÖc kh«ng cã dßng ®iÖn vßng ®ßi hái cÊm måi nhãm nμy khi nhãm
kia cßn ®ang dÉn.
S¬ ®å chØ sè ®Ëp m¹ch bËc ba ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 1.3. §iÖn ¸p ra h×nh sin
mong muèn ®−îc biÓu diÔn ë mét tÇn sè sao cho chu k× ra nhá h¬n n¨m chu k×
mét chót. C¸c van b¸n dÉn ®−îc måi víi gãc më sao cho sãng c¬ b¶n gÇn sin
nhÊt cã thÓ. T¶i lμ mét ®iÖn trë thuÇn tuý, ®iÖn ¸p thu ®−îc b»ng 0 trong tõng
kho¶ng nhá. Víi t¶i ®iÖn c¶m th× sè l−îng c¸c kho¶ng ®iÖn ¸p b»ng kh«ng nμy
nhá vμ nÕu ®iÖn c¶m ®ñ lín th× sÏ kh«ng tån t¹i kho¶ng ®iÖn ¸p nμy. D¹ng sãng
cña ®iÖn ¸p ©m sÏ cã sù sai kh¸c so víi nhãm ®iÖn ¸p d−¬ng, nguyªn nh©n chñ
yÕu lμ do d¹ng sãng ®iÖn ¸p ra kh«ng lμ sè nguyªn lÇn sãng ®Çu vμo. C¸c chu k×
ra liªn tiÕp b¾t ®Çu ë c¸c thêi ®iÓm kh¸c nhau cña ®iÖn ¸p vμo. Dßng ®iÖn nguån
th−êng mÊt ®èi xøng nghiªm träng.
Hoμng Ngäc Tu©n líp TB§1 - K46 8 §¹i häc B¸ch khoa Hμ Néi
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ bé nghÞch l−u PWM 5kW
H×nh 1.2 : S¬ ®å nghÞch l−u ®iÓm gi÷a vμ c¸c d¹ng sãng
Trong nghÞch l−u môc tiªu cña mäi ph−¬ng ph¸p nghÞch l−u lμ t¹o ra ®iÖn
¸p ra cμng gÇn ®iÖn ¸p h×nh sin cμng tèt v× khi ®ã tæn hao trong ®éng c¬ nhá
nhÊt vμ ®é chÝnh x¸c còng nh− chÊt l−îng ®iÒu khiÓn ®−îc n©ng cao.
Hoμng Ngäc Tu©n líp TB§1 - K46 9 §¹i häc B¸ch khoa Hμ Néi
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ bé nghÞch l−u PWM 5kW
H×nh 1.3 : NghÞch l−u trùc tiÕp cã chØ sè ®Ëp m¹ch bËc ba cÊp ®iÖn cho
t¶i mét pha
Trong ph−¬ng ph¸p nghÞch l−u nμy, muèn cã ®−îc ®iÖn ¸p gÇn sin nhÊt cã
thÓ th× c¸c thyristor ph¶i ®−îc måi víi c¸c gãc kh¸c nhau ®Ó t¹ ra ®iÖn ¸p gÇn
sin nhÊt, khi t¶i mang tÝnh c¶m th× c¸c van sÏ cã giai ®o¹n lμm viÖc ë chÕ ®é
nghÞch l−u tr¶ n¨ng l−îng vÒ l−íi, giai ®o¹n nμy t−¬ng ®−¬ng víi giai ®o¹n
chØnh l−u víi nguån lμ ®iÖn ¸p t¶i. Trong tr−êng hîp lý t−ëng th× qu¸ tr×nh
chuyÓn m¹ch gi÷a c¸c van lμ tøc thêi vμ do vËy kh«ng cã thêi gian qu¸ ®é
chuyÓn m¹ch. Nh−ng trong thùc tÕ th× qu¸ tr×nh ®ãng c¾t cña c¸c van kh«ng
hoμn toμn tøc thêi, c¸c van cÇn mét thêi gian nhÊt ®Þnh ®Ó kho¸ hoμn toμn vμ cÇn
mét kho¶ng thêi gian nhÊt ®Þnh ®Ó dÉn hoμn toμn. Kho¶ng thêi gian ®Ó c¸c van
dÉn vμ kho¸ hoμn toμn phô thuéc vμo chñng lo¹i vμ ®Æc tÝnh cña van còng nh−
h·ng s¶n xuÊt.
§iÖn ¸p ra cña bé nghÞch l−u cã thÓ ®−îc ®iÒu chØnh b»ng ®iÒu chØnh gãc
më chËm cña van nh− h×nh 1.6. ViÖc kÝch më chËm c¸c van, ®Æc biÖt lμ ë ®Ønh
®iÖn ¸p ra, cho phÐp ®iÒu chØnh biªn ®é cña sãng ®iÖn ¸p ®Çu ra. ViÖc ®iÒu chØnh
®iÖn ¸p b»ng thay ®æi gãc më chËm cña van sÏ g©y ra nhiÒu thμnh phÇn sãng hμi
bËc cao trong m¹ch. Thμnh phÇn sãng hμi nμy cμng lín khi ®iÖn ¸p ra thÊp vμ
tÇn sè ®iÖn ¸p ra thÊp.
2.1.3 Sù lμm viÖc cã dßng ®iÖn vßng
Trong môc trªn ta xÐt bé nghÞch l−u víi sù lμm viÖc cña hai nhãm chuyÓn
m¹ch ©m vμ d−¬ng, hai nhãm nμy lμm viÖc lu©n phiªn vμ kh«ng bao giê cã hai
nhãm cïng dÉn ®ång thêi. Qu¸ tr×nh lμm viÖc nh− vËy sÏ g©y phøc t¹p cho m¹ch
®iÒu khiÓn vμ kh«ng linh ®éng. S¬ ®å cã thªm cuén kh¸ng c©n b»ng cho phÐp
Hoμng Ngäc Tu©n líp TB§1 - K46 10 §¹i häc B¸ch khoa Hμ Néi
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ bé nghÞch l−u PWM 5kW
nh− h×nh vÏ (h×nh 1.6) cho phÐp c¶ hai nhãm van cïng dÉn mét lóc. Cuén kh¸ng
gióp h¹n chÕ dßng ®iÖn iC ch¶y qua van.
H×nh 1.6 : NghÞch l−u trùc tiÕp cã chØ sè ®Ëp m¹ch bËc ba cã
cuén kh¸ng c©n b»ng
Trong qu¸ tr×nh vËn hμnh th× mçi nhãm dÉn th−êng xuyªn ë chÕ ®é
nghÞch l−u hay chØnh l−u. §iÖn ¸p cung cÊp cho t¶i lμ gi¸ trÞ trung b×nh ®iÖn ¸p
cña hai nhãm P vμ N. ViÖc phèi hîp ho¹t ®éng cña hai nhãm cã thÓ lo¹i ®−îc
mét phÇn sãng hμi bËc cao trong m¹ch. Sãng h×nh sin c¬ b¶n cña ®iÖn ¸p ra lμ
tæng hîp ®iÖn ¸p cña hai nhãm t¹o ra.
§iÖn ¸p tøc thêi trªn cuén kh¸ng c©n b»ng lμ hiÖu sè ®iÖn ¸p trªn hai
nhãm, hay nãi c¸ch kh¸c, cuén kh¸ng g¸nh phÇn ®iÖn ¸p chªnh lÖch gi÷a hai
nhãm.
Dßng ®iÖn vßng chØ cã thÓ ch¶y theo mét chiÒu do c¸c thyristor chØ cã thÓ
dÉn dßng theo mét chiÒu.
Dßng ®iÖn ch¶y trong c¸c nhãm ®−îc biÓu diÔn nh− h×nh vÏ (h×nh 1.7). Khi
bá qua sôt ¸p trªn c¸c phÇn tö th× ®iÖn ¸p ra cña hai nhãm cã d¹ng gièng nhau
nh−ng ng−îc pha nhau nh− h×nh 1.7a. Nh− vËy lμ ®iÖn ¸p ra kh«ng t¹o ra bÊt k×
thμnh phÇn dßng ®iÖn vßng nμo. Khi mét nhãm b¾t ®Çu dÉn (ch¼ng h¹n nhãm
P), ®iÖn ¸p c¶m øng trong cuén d©y do dßng ch¶y qua P lμ iP t¹o ra t¨ng lªn,
®iÖn ¸p nμy xuÊt hiÖn trong m¹ch cña nhãm N vμ cã cùc tÝnh ng−îc víi cùc tÝnh
cña thyristor nªn cã xu h−íng ng¨n c¶n dßng iN (dßng ch¶y qua nhãm N) ch¶y.
§iÖn ¸p ng−îc c¶m øng trong cuén d©y sinh ra do iP gi¶m sÏ cã xu h−íng lμm
t¨ng dßng iN. Nãi mét c¸ch kh¸c, cuén c¶m cã vai trß gi÷ cho n¨ng l−îng tõ
tr−êng trong nè kh«ng ®æi, do vËy khi iP gi¶m th× iN t¨ng lªn cïng mét tèc ®é.
Hoμng Ngäc Tu©n líp TB§1 - K46 11 §¹i häc B¸ch khoa Hμ Néi
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ bé nghÞch l−u PWM 5kW
Trong nöa chu k× ©m dßng iP gi¶m ®Õn 0 vμ dßng iN t¨ng lªn gi¸ trÞ cùc ®¹i. Do
tõ tr−êng tÝch luü trong cuén d©y kh«ng thay ®æi, do cuén d©y kh«ng cã ®iÖn trë
nªn ®iÖn ¸p r¬i trªn cuén d©y b»ng 0.KÕt qu¶ lμ dßng ®iÖn cã d¹ng sãng nh−
trong h×nh 1.8b, dßng ®iÖn trung b×nh cña hai nhãm i = iP - iN cã gi¸ trÞ b»ng 1/2
dßng ®iÖn phô t¶i cùc ®¹i. Dßng ®iÖn vßng do ®iÖn ¸p ®Ëp m¹ch h×nh sin sinh ra
bæ xung vμo thμh phÇn c¬ b¶n cña dßng ®iÖn ra.
a) b)
H×nh 1.8: S¬ ®å nghÞch l−u ®iÓm gi÷a thay thÕ vμ ®å thÞ dßng ®iÖn vßng
Dßng ®iÖn vßng duy tr× trong c¸c nhãm lμm t¨ng t¶i cña van so víi chÕ ®é
kh«ng cã cuén kh¸ng c©n b»ng. §é t¨ng thªm nμy ®Æc biÖt lín khi t¶i cña bé
nghÞch l−u cã c«ng suÊt lín. Do vËy, chØ sö dông cuén kh¸ng c©n b»ng khi c«ng
suÊt cña bé nghÞch l−u nhá, môc ®Ých lμ ®Ó duy tr× d¹ng sãng cña dßng ®iÖn t¶i
kh«ng bÞ gi¸n ®o¹n ®Ó gi¶m thμnh phÇn sãng hμi. Khi c«ng suÊt t¶i lín c¸c
nhãm ph¶i ®−îc kho¸ l¹i ®Ó tr¸nh dßng ®iÖn vßng. M¹ch ®iÒu khiÓn ®−îc thiÕt
kÕ ®Ó cã thÓ lu«n lu«n kiÓm so¸t ®−îc ®é lín cña dßng ®iÖn vßng, m¹ch chØ cho
phÐp ®−a xung kÝch më van khi dßng ®iÖn vßng nμy nhá ®Ó tr¸nh qu¸ t¶i van,
nh−ng khi dßng ®iÖn vßng nμy lín thi m¹ch ®iÒu khiÓn sÏ kho¸ mét hay nhiÒu
nhãm kh¸c. Khi cuén kh¸ng b·o hoμ ë trÞ sè dßng ®iÖn lín sÏ thuËn lîi cho vËn
hμnh cña m¹ch, do vËy cuén kh¸ng c©n b»ng cã thÓ ®−îc thiÕt kÕ víi lâi thÐp
nhá h¬n ®Ó cã thÓ b·o hoμ khi dßng ®iÖn t¨ng cao.
Hoμng Ngäc Tu©n líp TB§1 - K46 12 §¹i häc B¸ch khoa Hμ Néi
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ bé nghÞch l−u PWM 5kW
2.1.4. LuËt ®iÒu khiÓn nghÞch l−u trùc tiÕp
§Ó thuËn tiÖn trong viÖc xem xÐt luËt ®iÒu khiÓn cña mét nhãm chØnh l−u
nghÞch l−u ta gäi gãc më cña mét nhãm lμ α . Gãc α ph¶i ®−îc ®iÒu khiÓn sao
cho trÞ sè ®iÖn ¸p ra trung b×nh trong tõng kho¶ng cña c¸c nhãm hîp thμnh d¹ng
sãng tøc thêi cña nghÞch l−u cã d¹ng nh− mong muèn.
Th«ng th−êng trong c¸c m¹ch ®iÒu khiÓn ta th−êng ®iÒu kiÓn theo hμm
arccos nªn gi¸ trÞ gãc α ph¶i biÕn thiªn theo qui luËt h×nh sin theo thêi gian víi
chu k× ®iÖn ¸p ra cña bé nghÞch l−u.
D¹ng sãng biÓu diÔn trong h×nh 1.8 ®−îc vÏ trong tr−êng hîp biªn ®é ra
lín nhÊt cña ®iÖn ¸p ra cã thÓ ®¹t ®−îc. Cho nhãm d−¬ng lμm viÖc ®Ó cã ®iÖn ¸p
ra cùc ®¹i , d¹ng sãng øng ®iÖn ¸p ra øng víi gãc më b»ng 0. ChuyÓn m¹ch tiÕp
theo ph¶i tho¶ m·n mét gi¸ trÞ sao cho ®iÖn ¸p ra ®¹t gi¸ trÞ nh− mong muèn.
C¸c giao ®iÓm cña sãng sin chuÈn (d¹ng ®iÖn ¸p ®Çu ra nh− mong muèn) víi c¸c
sãng cosin ®−îc vÏ víi cùc ®¹i t¹i c¸c thêi ®iÓm gãc më b»ng 0 x¸c ®Þnh thêi
®iÓm kÝch më c¸c thyristor. H×nh vÏ trªn (H×nh 1.8) biÓu diÔn ®Çu ra cña nhãm
d−¬ng. Ta cÇn ph¶i chó ý r»ng trong chÕ ®é chØnh l−u gãc më cña van b¸n dÉn
nhá h¬n 900(gãc më α p 1 ) nh−ng trong chÕ ®é nghÞch l−u, trong nöa chu k× ©m,
gãc më ph¶i lín h¬n 900 (gãc më α p 2 ), gãc β p 2 lμ gãc më v−ît tr−íc hay gãc
më nhanh.
Qu¸ tr×nh x¸c ®Þnh ho¹t ®éng cña nhãm ©m ®−îc tiÕn hμnh t−¬ng tù.
Trong qu¸ tr×nh më van cã thÓ tiÕn hμnh cho më sím h¬n ®Ó qu¸ tr×nh chuyÓn
m¹ch kÕt thóc sím h¬n.
§Ó gi¶m ®iÖn ¸p ®Çu ra ta tiÕn hμh gi¶m biªn ®é cña sãng sin chuÈn ë gi¸
trÞ nh− mong muèn. Qu¸ tr×nh gi¶m ®iÖn ¸p ra ®i liÒn víi ®ã lμ thμnh phÇn sãng
hμi trong dßng ®iÖn còng t¨ng lªn.
Qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn bé nghÞch l−u trùc tiÕp lμ qu¸ tr×nh kh¸ phøc t¹p. S¬
®å m¹ch ®iÒu khiÓn ®−îc tr×nh bμy trªn h×nh 1.9. TÝn hiÖu ph¸t hiÖn cã dßng
®iÖn vßng trong bé biÕn ®æi sÏ chuyÓn tÝn hiÖu kÝch më tõ nhãm nμy sang nhãm
kh¸c ®Ó ®¶m b¶o ph¶i cã mét nhãm bÞ kho¸.
2.2.Bé nghÞch l−u gi¸n tiÕp
Bé nghÞch l−u trùc tiÕp cã −u ®iÓm lμ cã thÓ ®−a ra mét c«ng suÊt kh¸ lín
ë ®Çu ra nh−ng cã mét sè nh−îc ®iÓm sau :
+ ChØ cã thÓ cho ®iÖn ¸p ra cã tÇn sè nhá h¬n tÇn sè ®iÖn ¸p l−íi.
Hoμng Ngäc Tu©n líp TB§1 - K46 13 §¹i häc B¸ch khoa Hμ Néi
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ bé nghÞch l−u PWM 5kW
+ Khã ®iÒu khiÓn khiÓn ë tÇn sè nhá v× khi ®ã tæn hao sãng hμi
trong ®éng c¬ kh¸ lín.
+ §é tinh vμ ®é chÝnh x¸c trong ®iÒu khiÓn kh«ng cao.
+ Sãng ®iÖn ¸p ®Çu ra kh«ng thùc sù gÇn sin.
ChÝnh v× nh÷ng ®Æc ®iÓm trªn mμ mét lo¹i nghÞch l−u kh¸c ®−îc ®−a ra ®Ó
n©ng cao chÊt l−îng trong cung cÊp nguån ®ã lμ nghÞch l−u gi¸n tiÕp. Bé nghÞch
l−u gi¸n tiÕp cho phÐp kh¾c phôc nh÷ng nh−îc ®iÓm cña bé nghÞch l−u trùc tiÕp
ë trªn.
Trong bé nghÞch l−u gi¸n tiÕp th× tr−íc khi ®−îc nghÞch l−u ®iÖn ¸p l−íi
®−îc chØnh l−u thμnh ®iÖn ¸p mét chiÒu b»ng bé chØnh l−u diode hoÆc bé chØnh
l−u cã ®iÒu khiÓn. §iÖn ¸p mét chiÒu ®−îc qua mét bé läc ®Ó cung cÊp cho bé
nghÞch l−u mét nguån ®iÖn ¸p mét chiÒu t−¬ng ®èi æn ®Þnh cho m¹ch nghÞch
l−u.
S¬ ®å bé nghÞch l−u gi¸n tiÕp cã s¬ ®å khèi nh− h×nh vÏ :
H×nh 1.10 : S¬ ®å khèi bé nghÞch l−u gi¸n tiÕp
2.2.1.Nguyªn lý ho¹t ®éng cña bé nghÞch l−u gi¸n tiÕp
§iÖn ¸p xoay chiÒu tÇn sè c«ng nghiÖp (50/60 Hz) ®−îc chØnh l−u thμnh
nguån mét chiÒu nhê bé chØnh l−u (CL) kh«ng ®iÒu khiÓn (chØnh l−u diode)
hoÆc chØnh l−u cã ®iÒu khiÓn (chØnh l−u thyristor), sau ®ã ®−îc läc vμ ®−îc bé
nghÞch l−u (NL) sÏ biÕn ®æi thμnh ®iÖn ¸p xoay chiÒu cã tÇn sè thay ®æi. Tuú
thuéc vμo bé chØnh l−u vμ nghÞch l−u nh− h×nh 1.10 mμ ta chia bé nghÞch l−u
gi¸n tiÕp ®−îc chia lμm ba lo¹i :
+ Bé nghÞch l−u nguån dßng ®iÖn, chØnh l−u thyristor (h×nh 1.11a)
+ Bé nghÞch l−u nguån ®iÖn ¸p, chØnh l−u thyristor (h×nh 1.11b)
+ Bé nghÞch l−u nguån ¸p ®iÒu biÕn ®é réng xung (PWM) (h×nh
1.11c)
Hoμng Ngäc Tu©n líp TB§1 - K46 14 §¹i häc B¸ch khoa Hμ Néi
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ bé nghÞch l−u PWM 5kW
H×nh 1.11 : S¬ ®å khèi c¸c bé nghÞch l−u gi¸n tiÕp
2.2.2. Bé nghÞch l−u nguån dßng ®iÖn - chØnh l−u cã ®iÒu khiÓn
2.2.2.1.Bé nghÞch l−u mét pha
§iÖn ¸p xoay chiÒu ®−îc chØnh l−u thμnh mét chiÒu nhê bé chØnh l−u cã
®iÒu khiÓn, th−êng lμ thyristor, ®iÖn ¸p mét chiÒu sau chØnh l−u ®−îc ®−a qua
cuén kh¸ng läc. Cuén kh¸ng läc cã t¸c dông biÕn nguån ®iÖn sau chØnh l−u
thμnh nguån dßng ®Ó cung cÊp cho m¹ch nghÞch l−u. §èi víi bé nghÞch l−u
dßng ®iÖn cung cÊp tõ nguån ®iÖn mét chiÒu thùc tÕ lμ kh«ng ®æi, kh«ng phô
thuéc vμo hiÖn t−îng cña bé nghÞch l−u trong kho¶ng lμm viÖc tr−íc ®ã. Trong
thùc tÕ th× bé nghÞch l−u nguån dßng ®−îc cung cÊp b»ng nguån ®iÖn mét chiÒu
qua cuén d©y cã ®iÖn c¶m lín (h×nh 1.12), ®iÒu ®ã cho phÐp lμm thay ®æi ®iÖn
¸p cña bé nghÞch l−u.
Hoμng Ngäc Tu©n líp TB§1 - K46 15 §¹i häc B¸ch khoa Hμ Néi
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ bé nghÞch l−u PWM 5kW
a) b)
H×nh 1.12 : Bé nghÞch l−u nguån dßng mét pha
C¸c biÕn thiªn dßng ®iÖn ®−îc c©n b»ng nhê Ldi/dt. Nh−ng do di/dt nhá
nªn nguån dßng trong thùc tÕ kh«ng thay ®æi trong thêi gian ng¾n.
ChuyÓn m¹ch ®¬n gi¶n nhÊt cña bé nghÞch l−u cã dßng ®iÖn kh«ng ®æi
chØ cÇn cã c¸c tô ®iÖn. Ta xÐt mét m¹ch ®¬n gi¶n cã s¬ ®å nh− h×nh 1.12a. Khi
c¸c thyristor T1 vμ T2 dÉn, c¸c tô ®iÖn tÝch ®iÖn d−¬ng trªn c¸c b¶n cùc tr¸i. ViÖc
kÝch më c¸c thyristor T3 vμ T4 lμm c¸c tô ®iÖn nèi vμo c¸c cùc cña thyristor T1 vμ
T2 t−¬ng øng ®Ó khãa chóng l¹i. B©y dßng ®iÖn ®i qua T3C1D1, qua t¶i sau ®ã
qua D2C2T4 vμ vÒ nguån. §iÖn ¸p trªn hai cùc cña tô ®iÖn sÏ ®¶o chiÒu ë mét sè
thêi ®iÓm nhÊt ®Þnh phô thuéc vμo ®iÖn ¸p cña t¶i, c¸c diode D3 vμ D4 b¾t ®Çu
dÉn. Dßng ®iÖn nguån sau mét thêi gian ng¾n sÏ chuyÓn tõ D1 sang D3 vμ tõ D4
sang D2. Cuèi cïng c¸c dio®e D1 vμ D2 ngõng dÉn, khi dßng ®iÖn qua t¨i hoμn
toμn ng−îc chiÒu. §iÖp ¸p c¸c tô ®æi chiÒu chuÈn bÞ cho nöa chu k× sau.
C¸c diode vÏ trªn h×nh 1.12 cã t¸c dông ng¨n c¸ch tô ®iÖn víi ®iÖn ¸p t¶i.
Dßng ®iÖn t¶i h×nh ch÷ nhËt nÕu ta bá qua qu¸ tr×nh chuyÓn m¹ch, ®iÖn ¸p ra cã
thμnh phÇn c¬ b¶n h×nh sin nh−ng cã ®Ønh nhän t¹i c¸c ®iÓm chuyÓn m¹ch.
2.2.2.2. Bé nghÞch l−u ba pha
S¬ ®å m¹ch nghÞch l−u ba pha cã d¹ng nh− h×nh vÏ (H×nh 1.13) :
Hoμng Ngäc Tu©n líp TB§1 - K46 16 §¹i häc B¸ch khoa Hμ Néi
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ bé nghÞch l−u PWM 5kW
H×nh 1.13 : S¬ ®å m¹ch nghÞch l−u dßng ®iÖn ®iÓn h×nh
Dßng ®iÖn cÊp cho ®éng c¬ cã d¹ng xung h×nh ch÷ nhËt cã biªn ®é kh«ng
®æi nªn sôt ¸p trªn ®iÖn c¶m t¶n cña stator b»ng kh«ng vμ sôt ¸p trªn ®iÖn trë
stator kh«ng ®æi. Do ®ã ®iÖn ¸p trªn hai cùc cña ®«ng c¬ ®−îc t¹o ra bëi t¶i,
kh«ng ph¶i do m¹ch nghÞch l−u. S¬ ®å nèi d©y khi chuyÓn m¹ch vμ d¹ng dßng
®iÖn pha cã d¹ng nh− h×nh 1.14.
Trong thùc tÕ m¹ch nghÞch l−u dßng ®iÖn thuêng sö dông c¸c thyristor
®iÒu khiÓn kh«ng hoμn toμn cã s¬ ®å nguyªn lý nh− h×nh 1.15. D©y quÊn ba pha
®−îc bè trÝ ®èi xøng, nªn ®iÖn ¸p cña ®éng c¬ cã d¹ng gÇn víi ®iÖn ¸p h×nh sin.
Trong tr−êng hîp lý t−áng th× dßng ®iÖn cã d¹ng h×nh ch÷ nhËt cã biªn ®é
kh«ng thay ®æi.
Nh−ng thùc tÕ th× qu¸ tr×nh chuyÓn m¹ch cña thyristor kh«ng ph¶i lμ tøc thêi,
c¸c thyristor cÇn cã thêi gian ®Ó dÉn vμ khãa hoμn toμn, nªn d¹ng sãng cña dßng
®iÖn kh«ng ph¶i lμ vu«ng hoμn toμn. Trong kho¶ng thêi gian c¸c van T1 vμ T6
dÉn dßng, dßng ®iÖn pha ia = - ib, c¸c tô chuyÓn m¹ch n¹p ®iÖn cã cùc tÝnh nh−
h×nh vÏ. Khi cã xung më T2, T2 sÏ dÉn vμ T6 sÏ bÞ kho¸ do ®iÖn ¸p ng−îc. Do t¶i
cã tÝnh c¶m, dßng ®iÖn Id kh«ng bÞ gi¸n ®o¹n ngay mμ sÏ khÐp m¹ch qua D6 -
C12 song song víi m¹ch nèi tiÕp C46 - C42 - T2 n¹p cho tô C62, ®iÖn ¸p trªn tô C62
t¨ng tuyÕn tÝnh cho ®Õn khi dßng iC xuÊt hÞªn, b¾t ®Çu chuyÓn dßng cña D6 cho
D2, tøc lμ chuyÓn dßng tõ pha a sang pha b.KÕt thóc qu¸ tr×nh chuyÓn m¹ch khi
ib = 0 vμ ic = Id vμ tô C62 ph©n cùc ng−îc l¹i.
Hoμng Ngäc Tu©n líp TB§1 - K46 17 §¹i häc B¸ch khoa Hμ Néi
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ bé nghÞch l−u PWM 5kW
H×nh 1.14: S¬ ®å nèi d©y chuyÓn m¹ch vμ d¹ng dßng ®iÖn pha
Mét sè −u ®iÓm cña nghÞch l−u nguån dßng :
+ Cã kh¶ n¨ng v−ît qua ®−îc c¸c sù cè chuyÓn m¹ch vμ tù phôc håi vÒ
tr¹ng th¸i lμm viÖc b×nh th−êng.
+ Cã kh¶ n¨ng h·m t¸i sinh tr¶ n¨ng l−îng vÒ l−íi b»ng ®¶o dÊu cùc tÝnh
cña ®iÖn ¸p mét chiÒu trong khi chiÒu dßng ®iÖn kh«ng ®æi chiÒu. V× vËy kh«ng
cÇn yªu cÇu thªm bé chØnh l−u ®¶o chiÒu ®iÖn ¸p. Sù lμm viÖc cña ®éng c¬ khi
®é tr−ît ©m sÏ tù ®éng ®¶o dÊu ®iÖn ¸p mét chiÒu v× dßng ®iÖn mét chiÒu lμ ®¹i
l−îng ®−îc ®iÒu khiÓn. Do ®ã trong bé nghÞch l−u nguån dßng n¨ng l−îng sÏ
®−îc tù ®éng nghÞch l−u tr¶ vÒ l−íi.
Hoμng Ngäc Tu©n líp TB§1 - K46 18 §¹i häc B¸ch khoa Hμ Néi
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ bé nghÞch l−u PWM 5kW
H×nh 1.15 : S¬ ®å nguyªn lý m¹ch nghÞch l−u nguån dßng
Nh−îc ®iÓm cña bé nghÞch l−u nguån dßng :
+ Nh−îc ®iÓm chÝnh cña bé nghÞch l−u nguån dßng lμ kh«ng thÓ lμm viÖc
®−îc ë chÕ ®é kh«ng t¶i.
+ KÝch th−íc cña tô ®iÖn vμ ®iÖn c¶m läc nguån mét chiÒu kh¸ lín. C¸c tô
chuyÓn m¹ch ph¶i cã trÞ sè lín cÇn thiÕt ®Ó thu nhËn n¨ng l−îng cña cuén d©y
stator khi chuyÓn m¹ch.
+ §Ó ®¶m b¶o n¨ng l−îng ph¶n kh¸ng tèi thiÓu th× ®éng c¬ ph¶i ®−îc
thiÕt kÕ sao cho ®iÖn c¶m t¶n nhá nhÊt. §iÒu nμy sÏ lμm t¨ng møc gi¸ ®éng c¬.
2.2.3. Bé nghÞch l−u nguån ®iÖn ¸p chØnh l−u cã ®iÒu khiÓn
2.2.3.1. Bé nghÞchl−u mét pha
§iÖn ¸p xoay chiÒu tÇn sè c«ng nghiÖp sau khi qua bé chØnh l−u cã ®iÒu
khiÓn ®−îc tô C läc thμnh nguån ¸p, cung cÊp cho m¹ch nghÞch l−u.
a. S¬ ®å nghÞch l−u mét pha cã ®iÓm gi÷a
S¬ ®å nghÞch l−u mét pha cã ®iÓm gi÷a cã s¬ ®å nguyªn lý nh− h×nh 1.16.
Nèi ®iÖn ¸p mét chiÒu vμo c¸c nöa d©y quÊn s¬ cÊp cña c¸c m¸y biÕn ¸p, b»ng
c¸ch ®æi nèi lu©n phiªn hai thyristor lμm ®iÖn ¸p c¶m øng bªn thø cÊp cña m¸y
biÕn ¸p cã d¹ng h×nh ch÷ nhËt cung cÊp co ®éng c¬.Tô ®iÖn C cã vai trß gióp c¸c
thyristor chuyÓn m¹ch.V× tô C m¾c song song víi t¶i qua m¸y biÕn ¸p nªn ph¶i
m¾c nèi tiÕp
Hoμng Ngäc Tu©n líp TB§1 - K46 19 §¹i häc B¸ch khoa Hμ Néi
