Tài liệu Thiết kế bộ nghịch lưu độc lập nguồn áp với tần số ra không đổi

L I NÓI Đ U Đi n t công su t còn có tên g i là “K thu t bi n đ i đi n năng” là m t ngành k thu t đi n t nghiên c u ng d ng các ph n t bán d n trong các b bi n đ i đ không ch bi n đ i ngu n năng lư ng đi n. Đi n t công su t đư c ng d ng r ng rãi trong h u h t các ngành công nghi p hi n đ i. Có th k đ n các ngành k thu t mà trong đó có nh ng ng d ng tiêu bi u c a các b bi n đ i bán d n công su t như: truy n đ ng đi n, giao thông đư ng s t, n u luy n thép, gia nhi t c m ng, đi n phân nhôm t qu ng m , các quá trình đi n phân trong công nghi p hóa ch t, trong r t nhi u các thi t b công nghi p và dân d ng khác nhau... Trong nh ng năm g n đây công ngh ch t o các ph n t bán d n công su t đã có nh ng ti n b vư t b c và ngày càng tr nên hoàn thi n d n đ n vi c ch t o các b bi n d i ngày càng nh g n, nhi u tính năng và s d ng ngày càng d dàng hơn. Trong các b bi n đ i đi n t công su t không th không nh c đ n các b ngh ch lưu đi n áp. Các b bi n đ i này ngày càng đư c ng d ng r ng rãi đ c bi t trong lĩnh v c đi u khi n đ ng cơ, ti t ki m năng lư ng. Đây cũng chính là đ tài c a đ án này: “Thi t k b ngh ch lưu đ c l p ngu n áp v i t n s ra không đ i” B n báo cáo c a chúng em g m 5 chương l n: Ø Chương 1: T ng quan v b ngh ch lưu Ø Chương 2: M t s phương án thi t k m nh l c Ø Chương 3: Thi t k m nh l c Ø Chương 4: Thi t k m ch đi u khi n Ø Chương 5 : Ki m ch ng và Mô ph ng Hà N i, tháng 08 năm 2013 Sinh viên Nguy n Văn Đ t Nguy n Ng c Xuân Nguy n Xuân Trư ng Đàm Thanh Hoa CHƯƠNG 1: T NG QUAN V B NGH CH LƯU 1.1. S c n thi t c a b ngh ch lưu Đi u khi n đ ng cơ đi n là m t trong nh ng nhi m v quan trong thi t k truy n đ ng đi n. Đ ng cơ đư c thi t k luôn luôn có m t t n s và đi n áp đ nh m c. t ns và đi n áp đ nh m c, đ ng cơ v n hành v i hi u su t thi t k và t n hao trong đ ng cơ là nh nh t, đem l i giá tr kinh t l n nh t. Khi v n hành các tr s đ nh m c thì kh năng đi u ch nh t c đ c a đ ng cơ là r t th p vì khi đó đ ng cơ không cho phép thay đ i quá nhi u do kh năng phát nóng c a máy. Trong truy n đ ng đi n thì yêu c u đi u ch nh thư ng xuyên đư c đ t ra và ngày càng yêu c u đ chính xác trong đi u khi n. Khi mu n đi u ch nh t c đ ngoài đ nh m c thì m t s thông s c a đ ng cơ ph i thay đ i đ đ m b o đi u ki n v n hành lâu dài. Phương pháp đư c ng d ng đ u tiên là đi u khi n đi n áp đ t vào đ ng cơ và c đ nh t n s c a dòng đi n b ng đi n áp lư i. Phương pháp này t ra hi u qu v i nh ng đ ng cơ công su t l n và kh năng đi u ch nh t c đ cao, khi đó đi n áp đ ng cơ thay đ i không quá l n so v i đ nh m c. M t s phương pháp thông thư ng đ thay đ i đi n áp đ t vào đ ng cơ đư c áp d ng trong đi u khi n đ ng cơ: + Đ t đi n áp hình sin tr s th p hơn đ nh m c vào đ ng cơ. Ph n đi n áp chênh l ch gi a đi n áp lư i và đi n áp đ t vào đ ng cơ đư c đ t lên m t thi t b tiêu tán, thông thư ng là cu n kháng. Ưu đi m c a phương pháp này là đi n áp đ t lên đ ng cơ hình sin do v y không t n t i sóng hài trong đ ng cơ, không gây ra ti ng n. Như c đi m c a phương pháp này là gây t n hao cu n kháng, khi yêu c u t c đ càng th p hơn so v i đ nh m c thì t n hao càng l n. + Đ t m t đi n áp không sin th p hơn đ nh m c lên đ ng cơ: Phương pháp này g i là đi n áp xoay chi u. Quá trình thay đ i đi n áp đ t lên đ ng cơ b ng cách c p m t đi n áp không liên t c cho đ ng cơ và khi đó đi n áp hi u d ng c a đ ng cơ thay đ i . Khi đi n áp hi u d ng c a đ ng cơ thay đ i thì t c đ c a đ ng cơ cũng thay đ i theo, khi đó ta đi u khi n đư c t c đ c a đ ng cơ. Ưu đi m chính c a phương pháp này là không gây t n hao trên thi t b dùng đ tiêu tán ph n đi n áp chênh l ch gi a đi n áp lư i và đi n áp đ t lên đ ng cơ. Như c đi m c a phương pháp này là tăng t n hao trong đ ng cơ. Khi dòng đi n không liên t c s gây ra sóng hài trong đ ng cơ, nh ng sóng hài này s gây ra t n hao trong đ ng cơ. t c đ này thì g n như không đi u khi n đư c do t n hao sóng hài trong đ ng cơ quá l n. T hai phương pháp đi u khi n t c đ đ ng cơ trên ta th y: Khi đ ng cơ yêu c u d i đi u ch nh t c đ l n, đ c bi t khi yêu c u đi u ch nh t c đ t n hao tăng và hi u qu kinh t th p. Chính vì v y phương pháp đi u ch nh t c đ đ ng cơ t n s đ nh m c không đáp ng đư c v i nh ng truy n đ ng đi n yêu c u cao v đi u ch nh t c đ . M t s phương pháp khác đư c đưa ra đ đi u ch nh t c đ đ ng cơ đ t hi u qu cao và kinh t là đi u khi n c t n s và đi n áp đ t vào đ ng cơ. Đi n áp lư i không đ t tr c ti p vào đ ng cơ mà gián ti p qua m t thi t b bi n đ i, thi t b bi n đ i này s thay đ i t n s và đi n áp c a đ ng cơ đ đ t đư c giá tr mong mu n c a t c đ . Thi t b thay đ i t n s và đi n áp đ t vào đ ng cơ đư c g i v i tên chung là b nghich lưu. B nghich lưu s đưa đ ng cơ ho t đ ng t thông s đ nh m c này sang thông s đ nh m c khác đ đ m b o đi u ch nh t c đ chính xác và gi m t n hao đem l i hi u qu kinh t cao. B ngh ch lưu thông thư ng chia làm hai lo i chính: + B ngh ch lưu tr c ti p: Đi n áp lư i t n s công nghi p đư c bi n đ i tr c ti p thành t n s khác t n s lư i và cung c p cho đ ng cơ. T n s ra c a b ngh ch lưu th p hơn t n s lư i. + B ngh ch lưu gián ti p: Đi n áp lư i trư c khi cung c p cho t i đư c ch nh lưu thành đi n áp m t chi u, đi n áp m t chi u sau đó đư c bi n đ i tr c ti p thành đi n áp xoay chi u cung c p cho t i. T n s ra c a b nghich lưu có th bi n đ i t 0 đ n t n s đ nh m c c a b ngh ch lưu. 1.2. Nguyên t c ho t đ ng c a b ngh ch lưu 1.2.1. B ngh ch lưu tr c ti p B ngh ch lưu tr c ti p g m hai nhóm chuy n m ch song song n i ngư c như hình v (hình 1.1). Trên đ th d ng sóng c a b ngh ch lưu ta th y công su t t c th i c a b ngh ch lưu bao g m b n giai đo n. Trong hai kho ng ta có tích đi n áp và dòng đi n c a b ngh ch lưu dương, b ngh ch lưu l y công su t t lư i cung c p cho t i. Trong hai kho ng còn l i ta có tích gi a đi n áp và dòng điên trong b nghich lưu âm nên b nghich lưu bi n đ i cung c p l i công su t cho lư i. Hình 1.1: B ngh ch lưu tr c ti p t ng quát a, Nguyên lý làm vi c c a b ngh ch lưu tr c ti p Đ th y đư c nguyên lý ho t đ ng, ta xét m ch ho t đ ng c a ngh ch lưu hình v (hình 1.2a). Đ u vào c a b ngh ch lưu là đi n áp xoay chi u m t pha, đ u ra là m t ph t i m t pha thu n tr . Nhóm chuy n m ch n i theo sơ đ hai pha n a chu kỳ. Nhóm chuy n m ch dương đư c ký hi u b ng ch P(Position), nhóm âm ký hi u b ng ch N(Negative). D ng sóng dòng đi n đư c v như hình (hình 1.2b), c m P ch d n trong n a chu kỳ c a đi n áp các thyristor đư c m i không có tr , đi u đó có nghĩa là coi P như là ch nh lưu diode.Trong năm n a chu kỳ sau ch có nhóm N d n đ t ng h p ra ph n đi n áp âm c a n a chu kỳ đi n áp ra. Theo d ng sóng c a đi n áp bi u di n trên hình 1.2b thì t n s đi n áp ra b ng 1/5 t n s đi n áp vào. D ng sóng đi n áp này g n v i d ng c a sóng đi n áp hình ch nh t và có ch a m t s lư ng khá l n các thành ph n sóng hài. Hình 1.2c bi u di n kho ng d n c a các van bán d n và dòng đi n c a ngu n c p. Ta th y dòng đi n ch y qua van bán d n 1/2 sóng hình sin còn dòng đi n ngu n c p là hoàn toàn sin. Vi c đi u khi n các van bán d n như trên không mang l i hi u qu cao trong đi u khi n, sóng đi n áp ra có đ sin không cao. Mu n sóng có d ng sin cao ph i đi u khi n thay đ i kho ng d n c a các van thay đ i theo m t quy lu t nh t đ nh. Hình 1.2d bi u di n g n đúng m t sóng hình sin đư c t ng h p b ng cách đi u khi n các th i đi m m i các thyristor. Hình 1.2: Sơ đ ngh ch lưu đi m gi a và các d ng sóng Phương pháp này cùng v i vi c đi u ch nh pha làm gi m các đi u hòa b c cao c a d ng sóng đi n áp đ u ráo v i d ng sóng đi n áp cho trư c. Theo các d ng sóng c a dòng đi n trên hình 1.2e dòng đi n ra mang nhi u thành ph n đ p m ch ng v i t n s ngu n, dòng đi n c a m ch b bi n d ng nhi u. b, Lu t đi u khi n ngh ch lưu tr c ti p Đ thu n ti n trong vi c xem xét lu t đi u khi n c a m t nhóm ch nh lưu, ngh ch lưu ta g i góc m c a nhóm là α. Góc α ph i đư c đi u khi n sao cho tr s đi n áp ra trung bình trong t ng kho ng c a các nhóm h p thành d ng sóng t c th i c a ngh ch lưu có d ng như mong mu n. Thông thư ng trong các m ch đi u khi n ta thư ng đi u khi n theo hàm arccos nên giá tr c a góc α ph i bi n thiên theo quy lu t hình sin theo th i gian voiwd chu kỳ đi n áp ra c a b ngh ch lưu. Hình 1.3: Ngh ch lưu tr c ti p có c p đi n cho t i m t pha D ng sóng bi u di n trong hình 1.3 đư c v trong trư ng h p biên đ ra l n nh t c a đi n áp có th đ t đư c. Cho nhóm dương làm vi c đ có đi n áp ra c c đ i, d ng sóng ng đi n áp ra v i góc m b ng 0. Chuy n m ch ti p theo ph i th a mãn m t giá tr sao cho đi n áp ra đ t giá tr mong mu n. Các giao đi m c a sóng sin chu n(d ng đi n áp đ u ra như mong mu n) v i các sóng cosin đư c v v i c c đ i t i th i đi m góc m b ng 0 xác đ nh th i đi m kích m các Thyristor. Hình v trên (hình 1.3) bi u di n đ u ra c a nhóm dương. Ta c n ph i chú ý r ng trong ch đ ch nh lưu góc m c a van bán d n o nh hơn 90 (góc m α P1) nhưng trong ch đ ngh ch lưu, trong n a chu kỳ âm, góc m ph i l n hơn 90o ( góc m C P2), góc β P2 là góc m vư t trư c lay m nhanh. Quá trình xác đ nh ho t đ ng c a nhóm âm đư c ti n hành tương t . Trong quá trình m van có th ti n hành cho m s m hơn đ quá trình chuy n m ch k t thúc s m hơn. Đ gi m đi n áp đ u ra ta ti n hành gi m biên đ c a sóng sin chu n giá tr như mong mu n. Quá trình gi m đi n áp ra đi li n v i đó là thành ph n sóng hài trong dòng đi n cũng tăng lên. 1.2.2 B ngh ch lưu gián ti p B nghich lưu tr c ti p có ưu đi m là có th đưa ra m t công su t khá l n đ u ra nhưng có m t s như c đi m sau: + Ch có th cho đi n áp ra có t n s nh hơn t n s đi n áp lư i. + Khó đi u khi n t n s nh vì khi đó t n hao sóng hài trong đ ng cơ khá l n. + Đ chính xác trong đi u khi n không cao. + Sóng đi n áp đ u ra không th c s g n sin. Chính vì v y nh ng đ c đi m trên mà m t s lo i ngh ch lưu khác đư c đưa ra đ nâng cao ch t lư ng trong cung c p ngu n đó là ngh ch lưu gián ti p. B ngh ch lưu gián ti p cho phép kh c ph c nh ng như c đi m c a b nghich lưu tr c ti p trên. Trong b ngh ch lưu gián ti p thì trư c khi ngh ch lưu đi n áp lư i đư c ch nh lưu thành đi n áp m t chi u b ng b ch nh lưu diode ho c b ch nh lưu có đi u khi n. Đi n áp m t chi u đư c qua m t b l c đ cung c p cho b ngh ch lưu m t ngu n đi n áp m t chi u tương đ i n đ nh cho m ch ngh ch lưu. Ÿ Nguyên lý ho t đ ng c a b ngh ch lưu gián ti p Đi n áp xoay chi u t n s công nghi p (50/60 Hz) đư c ch nh lưu thành ngu n m t chi u nh b ch nh lưu (CL) không đi u khi n ( ch nh lưu diode) ho c ch nh lưu có đi u khi n ( ch nh lưu thyristor), sau đó đư c l c và đư c b ngh ch lưu (NL) s bi n đ i thành đi p áp xoay chi u có t n s thay đ i. 1.2.3. B ngh ch lưu ngu n đi n áp ch nh lưu có đi u khi n a, B ngh ch lưu m t pha Đi n áp xoay chi u t n s công nghi p sau khi qua b ch nh lưu có đi u khi n đư c t C l c thành ngu n áp cung c p cho m ch ngh ch lưu. Sơ đ ngh ch lưu m t pha có đi m gi a có sơ đ nguyên lý như hình 1.4. N i đi n áp m t chi u vào các n a dây qu n sơ c p c a các máy bi n áp, b ng cách đ i n i luân phiên hai thyristor làm đi n áp c m ng bên th c p c a máy bi n áp có d n hình ch nh t cung c p cho đ ng cơ. T đi n C có vai trò giúp các thyristor chuy n m ch. Vì t C m c song song v i t i qua máy bi n áp nên ph i m c n i ti p m t cu n dây L n i ti p v i ngu n đ ngăn không cho t C phóng ngư c ch l i ngu n trong quá trinh chuy n m ch c a các van bán d n. Hình 1.4: Sơ đ ngh ch lưu đi m gi a thay th và đ th dòng đi n vòng Khi m t thyristor d n nhi t, đi n áp ngu n m t chi u E đ t vào m t n a cu n dây sơ c p. Đi n áp t ng c ng 2E đư c n p cho t C. M thyristor ti p theo s làm khóa thyristor trư c nh quá trình chuy n m ch qua t đư c m c song song. Trong trư ng h p máy bi n áp là lý tư ng, s c t đ ng c a máy bi n áp luôn cân b ng. Trong th c t , đi n áp m t chi u trên hai đ u dây qu n ch có th đư c duy trì b ng t thông bi n thiên, do đó c n có dòng đi n t hóa ban đ u. Đ c i thi n d ng sóng c a đi n áp trên t i cho g n v i sóng hình sin nên ch n các ph n t m t cách thích h p sao cho tránh đư c ph n n m ngang c a đi n áp, nghĩa là kích m m t thyristor g n th i đi m d n c a thyristor khác, làm cho đi n áp trên t i có tr s c c đ i. N u t i không ph i là t i đi n tr thì khi đó t i là đi n c m, dòng đi n t i tăng lên r i l i gi m. Khi thyristor T1 d n dòng đi n ch y t c đ n a, c dương so v i a và t i nh n đư c dòng đi n ch y t c t i a. Khi thyristor T2 m đ đ i chi u đi n áp thì thyristor T1 b khóa nhưng dòng đi n t i không th đ i chi u đ t ng t, dòng đi n sơ c p cũng không thay đ i đi n áp và dòng đi n có s l ch pha nhau. Khi T1 khóa , ch có dòng đi n ch y t d đ n c qua D2 n p tr l i ngu n m t chi u. Trong khi D2 d n, thyristor T2 b khóa ( cùng th i đi m chuy n m ch k t thúc) đi n th t i đi m d âm hơn so v i c. Vì v y công su t t t i đư c đưa tr l i ngu n m t chi u. th i đi m t2 dòng đi n t i tri t tiêu. Diode D2 ng ng s n và thyristor T2 tr l i d n dòng làm ngư c chi u dòng đi n t i, t i tr thành ngu n đi n. Đ đ m b o thyristor T2 ch c ch n d n t i th i đi m t2, ta ph i kích m theo nguyên t c chùm xung. Quá trình cũng di n ra tương t cho thyristor T1. Ta có th ph i h p các diode đ u bên phía sơ c p c a máy nhưng khi đó s d n t i t n hao năng lư ng chuy n m ch trong cu n dây l c ngu n. S ph i h p các diode g n đ u dây qu n cho phép l y l i năng lư ng tích lũy trong cu n dây sau khi chuy n m ch do v y làm gi m đư c t n hao trong m ch. Ta xét t i có tích đi n dung dòng đi n qua các diode t i các th i đi m t3 và t4 trư c thyristor làm đ i chi u điên áp ra. Trong trư ng h p t ng quát sóng đi n áp và dòng đi n không ph i là sin hoàn toàn, ta ch xét sóng đi n áp cơ b n trong t ng trư ng h p đơn gi n. M ch ngh ch lưu n a c u Hình 1.5: Sơ đ kh i b ngh ch lưu gián ti p T i c a m ch ngh ch lưu thông thư ng mang tính c m nên trong sơ đ có thêm hai diode ngư c đ u song song v i các Transistor tương ng, nh m ngăn ng a quá đi n áp l n xu t hi n trên các c c transistor khi đóng c t dòng t i. Quá trình d n c a các van bán d n có th th y đơn gi n qua đ th dòng đi n và đi n áp đ u ra c a b nghich lưu. Ưu đi m c a sơ đ là c u trúc và đi u khi n đơn gi n, t n ít van bán d n Như c đi m c a sơ đ này là kh năng đáp ng đư c công su t l n là không cao. M ch ngh ch lưu c u Hình 1.6: Sơ đ kh i các b nghich gián ti p N u t i trong hình 1.6a là t i thu n tr , vi c m i l n lư t các thyristor T1, T2 và T3, T4, đi n áp m t chi u s đ t lên hai c c c a t i theo hai chi u t o nên sóng hình ch nh t. Trong trư ng h p t i đi n c m, dòng đi n ch m pha hơn so v i đi n áp m c dù đi n áp v n còn d ng hình ch nh t. D ng sóng bi u di n trên hình 1.6c đư c v trong trư ng h p t i mang tính ch t đi n c m. Các thyristor đư c m i b ng xung chùm liên t c trong kho ng 180 o c a đi n áp c a b ngh ch lưu. Cu i n a chu kỳ dương c a đi n áp, dòng đi n t i là dương và tăng theo hàm s mũ, khi thyristor T3 và T4 đư c m i đ khóa thyristor T1 và T2 thì đi n áp đ i chi u, nhưng dòng đi n t i không đ i chi u. M ch duy nh t đ dòng đi n t i ch y qua là qua các diode D3 và D4. Ngu n đi n m t chi u đư c n i v i t i theo đi n áp ngư c v i đi n áp ban đ u và cung c p ngu n cho t i, dòng đi n t i tăng theo hàm s mũ. Vì các thyristor yêu c u ph i đư c m i đúng lúc sau khi dòng đi n t i tri t tiêu, nên c n ph i đưa m t xung chùm vào c c đi u khi n trong kho ng 180o d n c a van. T ngu n m t chi u đi n áp c đ nh ta cũng có th đi u ch nh đi n áp ra theo hình ch nh t b ng cách kích m các thyristor T1 và T4 trư c các thyristor T2 và T3. Trên hình 1.6c bi u di n góc là góc vư t trư c. Hay nói cách khác chùm xung đưa vào T1 và T4 vư t trư c m t góc φ so v i đưa vào T2 và T3. D ng sóng trên hình 1.6c, th i đi m thyristor T4 đư c kích m đ khóa T1, dòng đi n t i ch y qua diode D4 nhưng vì thyristor T2 còn d n nên dòng t i ch y qua D4 và T2 làm ng n m ch t i và tri t tiêu đi n áp trên t i. Khi thyristor T3 đư c kích m và thyristor T2 b khóa thì dòng đi n ch y qua diode D3 làm đ i chi u đi n áp n i v i ngu n. Các thyristor T3 và T4 b t đ u d n ngay khi dòng đi n t i tri t tiêu. Các dòng đi n qua thyristor và diode không còn gi ng nhau n a. Hình 1.7 ta có m t cách khác đ nh n đư c m t sóng g n hình ch nh t có b r ng thay đ i đư c b ng cách ph i h p (c ng) các đ u ra l ch pha c a hai b ngh ch lưu sóng hình ch nh t. B ngh ch lưu hai l ch pha do v i b ngh ch lưu m t m t góc φ t o nên đi n áp chung có kho ng đi n áp b ng không có đ r ng b ng φ. Đi n áp đ u ra có th đi u ch nh đư c b ng cách gi m đi n áp m t chi u đ t vào b ngh ch lưu. b, B ngh ch lưu ba pha M ch công su t c a ngh ch lưu c u ba pha s d ng thyristor đư c trình bày hình v (hình 1.7), trong đó quá trình chuy n m ch và quá đ đư c b qua trong trư ng h p đơn gi n. D ng sóng đi n áp đ u ra đư c trình bày hình Hình 1.7: B ngh ch lưu c u ba pha B ngh ch lưu bao g m ba n a c u, m i n a c u bao g m hai transistor cao th p, m i transistor s đóng c t bi n đ i trong kho ng th i gian 180o. M i n a c u đư c d ch pha 120o và d ng sóng cân b ng c a ba pha đư c trình bày trong (hình 1.8). Ngu n DC có trung tính gi , m c đích c a trung tính gi là làm thu n l i cho ta khi d ng sóng đ u ra c a b ngh ch lưu, trong th c t thì trung tính này không có th t. Đi n áp DC có đư c t m t ch nh lưu c u và m t m ch l c LC đ có m t ngu n áp tương đ i lý tư ng. D ng song c a đi n áp đ u ra c a b ngh ch lưu đư c xác đ nh b i d ng c a m ch đi n và phương pháp đóng c t mà không ph thu c vào d ng t i. D ng sóng ra này r t nhi u thành ph n sóng hài b c cao, nhưng dòng đi n thì tương đ i b ng ph ng, đi u này có đư c là do nh hư ng hi u ng l c c a t i. Theo các d ng sóng trình bày trên hình 1.8b đư c v trong trư ng h p thu n tr . Dòng đi n dây có d ng g n hình ch nh t, m i thyristor d n 1/3 chu kỳ dòng đi n t i. Ta coi thyristor ch là nh ng khóa chuy n m ch, t c là ta b qua quá đ trong các van d n. T n s đóng c t c a thyristor xác đ nh t n s đi n áp ra. Đi n c m c a t i làm thay đ i d ng sóng hình b c thang c a đi n áp ra. Nguyên nhân ch y u là vi c chuy n m ch c a dòng đi n trong các diode làm duy trì các chuy n m ch (hình 1.8a) khép kín trong kho ng l n hơn 120o. Hình 1.8: B ngh ch lưu c u ba pha và các dang sóng Trong đi u khi n thyristor thông thư ng góc đi u khi n đư c ch n b ng 180o. Do v y ngu n đi n m t chi u đư c n i vào t i qua m t thyristor đ n m t trong hai c c và có hai thyristor n i song song và c c khác. D ng sao như trên hình 1.9 bi u di n quá trình d n trong vùng 180o, đi n áp dây hình ch nh t. Dòng đi n t i có d ng hình b c thang và m i thyristor d n 180o. Hình 1.9: B ngh ch lưu c u ba pha t i R và cá d ng sóng Ÿ Ưu đi m c a b ngh ch lưu ngu n áp – ch nh lưu có đi u khi n: B ngh ch lưu ngu n áp là b ngh ch lưu khá thông d ng và b ngh ch lưu lo i này có m t s ưu đi m sau: + Đi n áp và dòng đi n ra đư c đi u bi n g n sin hơn. + Đi u ch nh đi n áp ra d dàng b ng đi u ch nh góc m c a ch nh lưu và b ng đi u ch nh kho ng d n c a thyristor. + Có kh năng làm vi c ch đ không t i. + Do s d ng các t làm m ch l c ngu n nên b ngh ch lưu lo i này có kích thư c nh g n hơn ngh ch lưu ngu n dòng. Không có t n hao trong cu n kháng l c ngu n. Ÿ Như c đi m c a b ngh ch lưu ngu n áp – ch nh lưu có đi u khi n: + Dòng đi n và đi n áp v n ch a nhi u thành ph n sóng hài t n s cơ b n. + D b ng n m ch pha n u không khóa thyristor h p lý. + V i nh ng h yêu c u cao v đi u ch nh t c đ thì b ngh ch lưu khó đáp ng đư c do kh năng chuy n m ch c a van bán d n. CHƢƠNG 2: MỘT SỐ PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ MẠCH LỰC 2.1. Đề xuất phƣơng án Trong nghịch lưu ta có phương pháp PWM (Pulse Width Modulation) và phương pháp SVM (Space Vector Modulation )  PWM (Pulse Width Modulation) + Nghịch lưu PWM đơn cực + Nghịch lưu PWM lưỡng cực  SVM (Space Vector Modulation) Các phương pháp trên có những ưu điểm và nhược điểm nhất định, để lựa chọn được phương pháp nào thích hợp ta phải tiến hành phân tích ưu nhược điểm của từng loại. 2.1.1.Phương pháp nghịch lưu PWM đơn cực Hình 2.1. Nguyên lý và các dạng điện áp của PWM đơn cực Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý nghịch lưu đơn cực Hình 2.3. Dạng điện áp và dòng điện pha thực tế Trong phương pháp này các (ta định nghĩa kênh tương đương với một pha) hoạt động độc lập với nhau. Quá trình đóng cắt các van bán dẫn được xác định trước do quá trình so sánh điện áp của sóng sin chuẩn và sóng tam giác. Điện áp có biên độ là Ud/2. Điện dây và điện áp có biên độ bằng nhau. Khi điện áp hình vuông đặt lên động cơ thì dòng điện trong động cơ tăng theo hàm số mũ, khi không có điện áp đặt lên động cơ sẽ sảy ra quá trình xả năng lượng của cuôn kháng của động cơ, quá trình xả qua diode về nguồn một chiều. Quá trình tăng ta có thể điều khiển được còn quá trình xả tự nhiên không co điều khiển. Hình 2.3 biểu diễn dòng điện và điện áp của một pha động cơ khi cung cấp áp bằng PWM đơn cực. 2.1.2. SVM (Space Vector Modulation) Phương pháp điều chế vector không gian đang ngày càng được sử dụng rộng rãi. Đây là phương pháp biến điệu hoàn toản sử dụng kĩ thuật số, có độ chính xác cao, dễ dàng thực hiện trên các bộ xử lý tín hiệu số DSP, ví dụ như dsPic. a, Cơ bản về vector không gian Một hệ thống điện áp hay dòng điện 3 pha gồm ba thành phần (uA, uB, uC) hay (iA, iB, iC) có thể được biểu diễn bởi một vector trên mặt phẳng tọa độ 0αβ như sau : u= Trong đó : ae j 2 3 2  u A  auB  a 2uC  3 1 3   j ; ( j là đơn vị số phức ảo j 2  1 ) và u 2 2 được gọi là vector không gian. Giả sử u A , uB , uC là một hệ thống điện áp ba pha : u A  U m cos t  ; 2  u B  U m cos  t  3  2  uC  U m cos  t  3   ;   ;   u =U m e j t  Như vậy, trên mặt phẳng tọa độ 0αβ, u là một vector có độ dài bằng độ dài của điện áp pha và quay quanh gốc tọa độ với vận tốc góc bằng  . b, Trạng thái của van và các vector biên chuẩn Đối với hệ sơ đồ NL áp ba pha, điện áp trên tải là hệ thống ba pha đối xứng. Sử dụng khái niệm trên, ta có thể mô tả hệ thống điện áp bởi vector không gian u ứng với mỗi 1/6 chu kì điện áp ra. Xét khoảng từ t0  t1 , có ba van dẫn là 1, 6, 2 và điện áp trên các van được mô tả bởi vector u1 có độ lớn 2E/3. Ứng với u1 ta có : U A  2E / 3 U B  UC  E / 3 Tương tự như vậy ta có 6 vector u1,u2 ,u3 ,u4 ,u5 ,u6 mô tả điện áp ba pha đối xứng. Vị trí và giá trị các vector này xác định:  Giá trị điện áp tức thời trong các van.  Luật đóng mở các van. Trong đó, luật đóng mở van phải đảm bảo:  Không được ngắn mạch nguồn một chiều đầu vào vì nếu đầu vào bị ngắn mạch sẽ sinh ra dòng lớn, phá hủy van.  Không được hở mạch bất cứ pha nào đầu ra. Để đáp ứng được yêu cầu trên thì chỉ có 8 trạng thái của van, được biểu diễn như bảng: STT VAN DẪN UA UB UC U 0 V4, V6, V2 0 0 0 u0=0 1 V6, V2, V1 2E/3 -E/3 -E/3 u1= Ee j 0 2 V1, V2, V3 E/3 E/3 -2E/3 3 V2, V3, V4 -E/3 2E/3 -E/3 2 j 23 u3= Ee 3 4 V3, V4, V5 -2E/3 E/3 E/3 u4= Ee  j 5 V4, V5, V6 -E/3 -E/3 2E/3 2  j 23 u5= Ee 3 6 V5, V6, V1 E/3 -2E/3 E/3 7 V1, V3, V5 0 0 0 2 3 2 3 u2= Ee j  3 2 3 2 3 u6= Ee u7=0 j  3 Các vector ui với i=1,2…6 được gọi là các vector biên chuẩn, có hướng cố định trong mặt phẳng, lệch nhau một góc 60o. Các vector này được biểu diễn trên hệ tọa độ 0αβ tạo thành một lục giác đều, chia mặt phẳng thành 6 góc bằng nhau, đánh số từ I cho đến VI (hình 2.4). Hình2.4: Các sector và vector biên chuẩn c, Tổng hợp vector điện áp từ các vector biên chuẩn Độ dài của các vector biên chuẩn được xác định dựa vào giá trị điện áp một chiều đầu vào : ui  2 E / 3  U . Gọi u là vector điện áp ra mong muốn, có độ dài u  U o . Xét khi vector không gian u nằm trong góc phần sáu số I. Theo quy tắc hình bình hành, ta có thể tổng hợp u từ hai vector biên u1, u2 : u = up + ut trong đó up, ut là hai vector phải và trái, lần lượt nằm dọc theo hai vector biên u1 và u2. Độ dài vector phải, trái được tính như sau : 2   u sin     3 3  2 ut  u sin  3 up  (1) θ là góc chỉ vị trí tương đối của vector u trong góc phần sáu. Bản chất của phép điều chế vector không gian là tạo ra các vector up, ut trong mỗi chu kì tính toán, hay còn gọi là mỗi chu kì cắt mẫu Ts. Độ dài các vector này được xác định bởi giá trị trung bình theo thời gian tồn tại của các vector u1, u2 trong mỗi chu kì Ts : u p  tp Ts u1 ; ut  tt ut Ts (2) Từ (1) & (2) ta có công thức tính toán giá trị thời gian điều chế :