Tải bản đầy đủ

Đồ án thiết kế mạch nghịch lưu một pha

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật bán dẫn công suất lớn, các thiết bị
biến đổi điện năng dùng các linh kiện bán dẫn công suất đã được sử dụng nhiều trong công
nghiệp và đời sống nhằm đáp ứng các nhu cầu ngày càng cao của xã hội. Trong thực tế sử
dụng điện năng ta cần thay đổi tần số của nguồn cung cấp, các bộ biến tần được sử dụng
rộng rãi trong truyền động điện, trong các thiết bị đốt nóng bằng cảm ứng, trong thiết bị
chiếu sáng... Bộ nghịch lưu là bộ biến tần gián tiếp biến đổi một chiều thành xoay chiều có
ứng dụng rất lớn trong thực tế như trong các hệ truyền động máy bay, tầu thuỷ, xe lửa...
Trong thời gian học tập và nghiên cứu, được học tập và nghiên cứu môn Điện tử công
suất và ứng dụng của nó trong các lĩnh vực của hệ thống sản xuất hiện đại. Vì vậy để có thể
nắm vững phần lý thuyết và áp dụng kiến thức đó vào trong thực tế, chúng em được nhận
đồ án môn học với đề tài: “Nghiên cứu chế tạo mạch nghịch lưu một pha”. Với đề tài
được giao, chúng em đã vận dụng kiến thức của mình để tìm hiểu và nghiên cứu lý thuyết,
đặc biệt chúng em tìm hiểu sâu vào tính toán thiết kế phục vụ cho việc hoàn thiện sản phẩm.
Dưới sự hướng dẫn chỉ bảo nhiệt tình của thầy NGUYỄN TRUNG THÀNH cùng với sự
cố gắng nỗ lực của các thành viên trong nhóm chúng em đã hoàn thành xong đồ án của


mình. Tuy nhiên do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi thiếu sót khi

thực hiện đồ án này. Vì vậy chúng em rất mong sẽ nhận được nhiều ý kiến đánh giá, góp ý
của thầy cô giáo, cùng bạn bè để đề tài được hoàn thiện hơn.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CÁC MẠCH NGHỊCH LƯU
1.1 Động cơ điện xoay chiều 1 pha
Động cơ điện xoay chiều một pha là loại động cơ thường có công suất nhỏ không quá vài
KW trở xuống sử dụng điện xoay chiều 1 pha, được dùng phổ biến trong sản xuất nhỏ (máy
dụng cụ cầm tay) và trong đời sống (các loại quạt điện, đồ điện gia dụng), vì máy có cấu tạo
đơn giản, gọn nhẹ nên chỉ cần sử dụng nguồn điện có hai dây. Thường có một số loại như:


Động cơ điện không đồng bộ một pha có vòng ngắn mạch (công suất dưới 150w).



Động cơ không đồng bộ một pha dùng tụ điện hoặc có vòng dây chập ngược.



Các kiểu động cơ này đều dùng rôto lồng sóc để chạy các máy gia dụng.



Động cơ điện vạn năng: cả stato và rôto đều có dây quấn.

+Động cơ một pha không có từ trường quay độc đáo như động cơ nhiều pha. Trường đảo
dấu (đảo ngược cực) giữa các cặp cực có thể được xem như hai trường quay theo hướng
ngược nhau. Cho nên cần phải có từ trường thứ cấp làm rôto di chuyển theo một hướng nhất
định. Sau khi khởi động, trường stator đảo dấu sẽ quay tương đối so với rôto. Một số
phương pháp thường được sử dụng là:
+Động cơ cực xẻ rãnh


Động cơ có cực xẻ rãnh là một loại động cơ một pha phổ biến. Nó được sử dụng trong các
thiết bị yêu cầu mô-men xoắn khởi động thấp, chẳng hạn như quạt điện, máy bơm nhỏ hoặc
các thiết bị gia dụng nhỏ. Trong động cơ này, "cuộn xẻ rãnh" bằng đồng vòng đơn tạo ra từ
trường chuyển động. Một phần của mỗi cực được bao quanh bởi một cuộn dây hoặc vòng
bằng đồng; dòng điện cảm ứng trong vòng chống lại sự thay đổi thông lượng qua cuộn dây.
Điều này gây ra một khoảng thời gian trễ trong thông lượng đi qua các cuộn xẻ rãnh, do đó
cường độ trường tối đa di chuyển cao hơn trên mặt cực trên mỗi chu kỳ. Điều này tạo ra từ
trường quay ở mức độ thấp nhưng đủ lớn để quay cả rotor và tải trọng của nó. Khi rôto tăng
tốc độ, mô-men xoắn tích lũy đến mức đầy đủ của nó khi từ trường chính xoay vòng tương
ứng với rôto quay.
+Động cơ tách pha
Một động cơ AC một pha phổ biến khác là động cơ cảm ứng tách pha ,thường được sử dụng
trong các thiết bị chính như máy điều hòa không khí và máy sấy quần áo. So với động cơ
cực xẻ rãnh, những động cơ này có mô-men khởi động lớn hơn nhiều.
Động cơ một pha có một cuộn khởi động thứ cấp lệch pha 90 độ cho cuộn chính, luôn luôn
nằm giữa các cực của cuộn dây chính và được kết nối với cuộn dây chính bằng một bộ tiếp
điểm điện. Các cuộn dây của cuộn dây này được quấn với ít vòng quay và dây quấn cũng
nhỏ hơn cuộn chính, vì vậy nó có điện cảm thấp hơn và trở kháng cao hơn. Vị trí của cuộn
dây tạo ra một sự dịch chuyển pha nhỏ giữa thông lượng của cuộn dây chính và thông lượng
của cuộn khởi đong, làm rôto quay. Khi tốc độ của động cơ đủ để vượt qua quán tính của
tải, các tiếp điểm được mở tự động bằng công tắc ly tâm hoặc rơle điện. Hướng xoay được
xác định bởi kết nối giữa cuộn dây chính và mạch khởi động. Trong các ứng dụng mà động
cơ yêu cầu quay cố định, một đầu của mạch khởi động được kết nối vĩnh viễn với cuộn dây
chính, với các tiếp điểm tạo kết nối ở đầu kia.


+ Động cơ khởi động bằng tụ điện
Động cơ khởi động bằng tụ điện là động cơ cảm ứng tách pha với tụ điện khởi động được
mắc nối tiếp với cuộn khởi động, tạo ra mạch LC tạo ra sự lệch pha lớn hơn (và do đó, mô
men khởi động lớn hơn nhiều) so với động cơ tách pha và động cơ cực xẻ rãnh.
+ Động cơ khởi động bằng điện trở
Động cơ khởi động trở kháng là động cơ cảm ứng tách pha có mạch khởi động được mắc
nối tiếp với cuộn khởi động, tạo ra điện kháng. Mạch khởi động hỗ trợ việc khởi động và
hướng quay ban đầu. Cuộn khởi động quấn bằng dây nhỏ và có ít vòng hơn nên có trở cao
hơn và ít cảm ứng điện từ hơn. Cuộn chính được làm bằng dây lớn hơn với số vòng quấn
lớn hơn khiến nó trở nên ít điện trở và cảm ứng hơn.
+ Động cơ tụ tách vĩnh cửu (Động cơ PSC)
Một dạng khác là động cơ tụ tách vĩnh cửu (PSC). Còn được gọi là động cơ chạy bằng tụ
điện, loại động cơ này sử dụng tụ điện không phân cực với điện áp làm việc cao để tạo ra sự
lệch pha giữa cuộn khởi động và cuộn chạy. Động cơ PSC là loại động cơ dùng chủ yếu ở
châu Âu và nhiều nơi thế giới, nhưng ở Bắc Mỹ, chúng thường được sử dụng trong các ứng
dụng có mô-men xoắn thay đổi (như quạt gió, quạt và máy bơm) và các trường hợp đòi hỏi
thay đổi tốc độ.
Một tụ điện có điện dung tương đối thấp và điện áp làm việc tương đối cao, được mắc nối
tiếp với cuộn khởi động và duy trì trong mạch trong toàn bộ chu kỳ hoạt động. Giống như
các động cơ lệch pha khác, cuộn chính sử dụng cuộn khởi động nhỏ hơn và chiều xoay được
thay đổi bằng cách đảo chiều kết nối giữa cuộn chính và mạch khởi động, hoặc bằng cách
thay đổi chiều phân cực cuộn chính trong khi cuộn khởi động luôn được kết nối với một tụ


điện. Tuy nhiên, có những khác biệt đáng kể; việc sử dụng công tắc ly tâm nhạy tốc độ yêu
cầu các động cơ lệch pha khác phải hoạt động gần như là ở tốc độ tối đa. Động cơ PSC có
thể hoạt động trong phạm vi tốc độ rộng, thấp hơn nhiều so với tốc độ điện của động cơ.
Ngoài ra, đối với các ứng dụng như dụng cụ mở cửa tự động yêu cầu động cơ đảo chiều
thường xuyên, việc sử dụng cơ cấu yêu cầu động cơ phải chậm lại gần như dừng lại trước
khi kết nối với cuộn khởi động được thiết lập lại. Kết nối 'vĩnh viễn' với tụ điện trong động
cơ PSC có nghĩa là việc thay đổi chiều quay là tức thời.
+ Động cơ ba pha có thể được chuyển đổi thành động cơ PSC bằng cách tạo hai cuộn dây
thông thường và kết nối thứ ba thông qua một tụ điện để hoạt động như một cuộn dây khởi
động. Tuy nhiên, định mức công suất cần phải lớn hơn ít nhất 50% so với động cơ một pha
có thể so sánh do một cuộn dây không sử dụng.

1.1.1 Cấu tạo

Động cơ điện gồm có hai phần chính là stator và rotor. Stato gồm các cuộn dây của ba pha
điện quấn trên các lõi sắt bố trí trên một vành tròn để tạo ra từ trường quay. Rôto hình trụ có
tác dụng như một cuộn dây quấn trên lõi thép. Khi mắc động cơ vào mạng điện xoay chiều,
từ trường quay do stato gây ra làm cho rôto quay trên trục. Chuyển động quay của rôto
được trục máy truyền ra ngoài và được sử dụng để vận hành các máy công cụ hoặc các cơ
cấu chuyển động khác.


1.1.2 Nguyên lý hoạt động

Stato của động cơ xoay chiều 1 pha gồm hai cuộn dây đặt lệch nhau 1 góc, một dây nối
thẳng với mạch điện, dây kia nối với một mạng điện qua một tụ điện. Cách mắc như vậy
làm cho hai dòng điện trong hai cuộn dây lệch pha nhau và tạo ra từ trường quay. Động cơ
xoay chiều một pha chỉ tạo được công suất nhỏ, nó chủ yếu được dùng trong các dụng cụ
gia đình như quạt điện, máy hút bụi, máy bơm nước...


-

Một số động cơ thường gặp trong thực tế

1.2 Tổng quan về nghịch lưu
1.2.1 Các khái niệm cơ bản:

Trong công nghệ, ta thường gặp vấn đề biến đổi điện áp một chiều thành điện xoay
chiều và ngược lại bằng các thiết bị nắn điện. Các thiết bị đó được gọi là nghịch lưu.


Vậy nghịch lưu là quá trình biến đổi năng lượng một chiều thành năng lượng xoay
chiều. Các sơ đồ nghịch lưu được chia làm hai loại: Sơ đồ nghịch lưu làm việc ở chế độ phụ
thuộc vào lưới xoay chiều và sơ đồ nghịch lưu làm việc ở chế độ độc lập (với các nguồn độc
lập như ắc quy, máy phát một chiều ....). Nghịch lưu làm việc ở chế độ phụ thuộc có sơ đồ
nguyên lý giống như chỉnh lưu có điều khiển.
Mạch nghịch lưu phụ thuộc là mạch chỉnh lưu trong đó có nguồn một chiều được đổi
dấu so với chỉnh lưu và góc mở ∝ của các tiristo thoả mãn điều kiện (π/2 <α<π ) lúc đó
công xuất của máy phát điện một chiều trả về lưới xoay chiều.Tần số và điện áp nghịch lưu
này phụ thuộc vào tần số điện áp lưới xoay chiều.
Nghịch lưu độc lập làm nhiệm vụ biến đổi điện áp một chiều từ các nguồn độc lập
(không phụ thuộc vào lưới xoay chiều) thành xoay chiều với tần số pha tuỳ ý. Tần số và
điện áp nghịch lưu. Nói chung có thể điều chỉnh tuỳ ý. Có hai dạng sơ đồ nghịch lưu độc lập
là mạch cầu và mạch dùng biến áp có trung tính.
Sơ đồ nghịch lưu lập được chia là ba loại cơ bản:
- Nghịch lưu độc lập điện áp.
- Nghịch lưu độc lập dòng điện.
- Nghịch lưu độc lập cộng hưởng.
Nghịch lưu độc lập điện áp được cung cấp từ nguồn áp độc lập. Sự hình thành đường
cong xoay chiều khoá tương ứng theo một thuật toán nhất định các khoá có thể là tiristo,
tranzito....
Nghịch lưu độc lập nguồn dòng là loại nghịch lưu mà được cung cấp từ nguồn dòng
một chiều.


Nghịch lưu cộng hưởng, khác với hai dạng nghịch lưu trên ở chỗ các quá trình xẩy ra
trong mạch qua các khoá được đặc trưng bởi nguồn cung cấp và các cuộn cảm được mắc
thêm vào hay có sẵn của tải. Chính vì thế mà dòng ở mạch tải có dạng gần sin.
1.2.2 Nghịch lưu dòng một pha.

Nghịch lưu dòng là thiết bị biến đổi nguồn dòng một chiều thành dòng xoay chiều có
tần số tùy ý.
Đặc điểm cơ bản của nghịch lưu dòng là nguồn một chiều cấp nguồn cho bộ biến đổi
phải là nguồn dòng, do đó điện cảm đầu vào (L d) thường có giá trị lớn vô cùng để đảm bảo
dòng điện là liên tục.
a) Nguyên lý làm việc:

Sơ dồ nghịch lưu dòng một pha được trình bày như trên hình (sơ đồ cầu) và hình (sơ
đồ có điểm trung tính).
*) Xét sơ đồ cầu: Các tín hiệu điều khiển được đưa vào từng đôi tiristor T 1, T2 thì lệch
pha với tín hiệu điều khiển đưa vào đôi T3, T4 một góc 1800.
Điện cảm đầu vào của nghịch lưu đủ lớn (L d = ∞), do đó dòng điện đầu vào được san
phẳng, nguồn cấp cho nghịch lưu là nguồn dòng dạng dòng điện của nghịch lưu (iN) có dạng
xung vuông.
Khi đưa xung vào mở cặp van T 1, T2, dòng điện iN = id = Id. Đồng thời, dòng qua tụ C
tăng lên đột biến, tụ C bắt đầu được nạp điện với dấu “+” ở bên trái và dấu “-” ở bên phải.
Khi tụ C nạp đầy, dòng qua tụ giảm về không.
Do iN = iC + iZ = Id = const, nên lúc đầu dòng qua tải nhỏ và sau đó dòng qua tải tăng
lên. Sau một nửa chu kỳ (t = t1) người ta đưa xung vào mở cặp van T3, T4. Cặp van T3, T4
mở tạo ra quá trình phóng điện của tụ C từ cực “+” về cực “-”. Dòng phóng ngược chiều với
dòng qua T1 và T2 sẽ làm cho T1, T2 bị khóa lại. Quá trình chuyển mạch xảy ra gần như tức


thời. Sau đó, tụ C sẽ được nạp điện theo chiều ngược lại với cực tính “+” ở bên phải và “-”
ở bên trái. Dòng nghịch lưu iN = id = Id nhưng đã đổi dấu.

Hình 2.1: Sơ đồ một pha có điểm trung tính và biểu đồ xung của sơ đồ cầu một pha.
Đến thời điểm (t = t2) người ta đưa xung vào mở T1, T2 thì T3, T4 sẽ bị khóa lại và quá
trình được lặp lại như trước. Như vậy, chức năng cơ bản của tụ C là làm nhiệm vụ chuyển
mạch cho các tiristor. Ở thời điểm t 1, khi mở T3, T4, tiristor T1, T2 sẽ bị khóa lại bởi điện áp
ngược của tụ C đặt lên.
Khoảng thời gian duy trì điện áp ngược t 1 ÷ t’1 = tk ≥ toff; toff là thời gian khóa của
tiristor hay chính là thời gian phục hồi tính chất điều khiển.
ω.tk = β là góc khóa của nghịch lưu.


b) Ảnh hưởng của điện cảm đầu vào Ld đối với chế độ làm việc của nghịch lưu:

Dòng điện vào của nghịch lưu (id) ảnh hưởng lớn đối với chế độ làm việc của nó.
Dòng đầu vào phụ thuộc vào giá trị của điện cảm Ld.

Hình 2.2:Ảnh hưởng của điện cảm Ld đối với chế độ làm việc của nghịch lưu.
a) Ld = ∞; b) Ld hữu hạn nhưng dòng Id là liên tục; c) Dòng Id gián đoạn.
Nếu điện cảm vào đủ lớn , dòng điện được san phẳng, nguồn vào thực chất là nguồn
dòng. Dạng dòng qua tiristor là dạng xung chữ nhật, do đó dòng điện của nghịch lưu cũng là
dạng xoay chiều dạng xung chữ nhật, và thời gian khóa (t k) của nghịch lưu là lớn nhất. Khi
điện cảm đầu vào chiếm một giá trị trung bình nào đó mà vẫn đảm bảo dòng là liên tục , lúc
này dạng sóng điện nhấp nhô do vẫn chứa các sóng điều hòa bậc cao. Dạng điện áp gần với
hình sin hơn, nhưng thời gian khóa của tiristor bị giảm xuống.
Khi dòng điện vào là gián đoạn, giá trị điện cảm không đủ để duy trì nguồn là nguồn
dòng thì thời gian tk là bé nhất.


Đối với nghịch lưu dòng điện, quan trọng nhất là quá trình chuyển mạch của tiristor.
Phụ tải luôn ảnh hưởng đến quá trình chuyển mạch, do vậy để đảm bảo nghịch lưu làm việc
tin cậy thì thời gian tk phải đủ lớn, tức là nguồn đầu vào phải luôn luôn đảm bảo là nguồn
dòng.
c) Ảnh hưởng của phụ tải đối với với chế độ làm việc của nghịch lưu:

Ta xét trường hợp Ld = ∞ (điện cảm vô cùng lớn). Sơ đồ trên hình 3.2 có thể thay thế
bằng sơ đồ hình 3.4a.

Hình 2.3: a) Sơ đồ thay thế của nghịch lưu dòng một pha.
b) Ảnh hưởng của tải đối với điện áp.
Ta có phương trình của điện áp trên tải:
T
t




2. Rt .C
2. Rt .C 

E. 1 + e
− 2e




Ut =
T
T





1 + e 2 Rt .C  − 4 Rt .C .1 − e 2. Rt .C


T 






.


Từ phương trình trên ta thấy điện áp trên tải biến thiên theo quy luật hàm mũ cơ số e.
du C I C
=
= const
C
Khi thay đổi phụ tải như giảm dòng tải, dòng qua tụ sẽ ít thay đổi vì dt
(nguồn

dòng)
những đường gần tuyến tính (đường 1 trên hình 3.4b), góc khóa β = ω.t k ≈ π/2., với tk là thời
gian khóa của nghịch lưu.
Nghịch lưu dòng không có khả năng làm việc ở chế độ không tải, vì nếu R t → ∞ thì
Ut → ∞ và id → ∞. Trên thực tế khi R t lớn vô cùng thì điện áp trên tải cũng tiến đến giá trị
rất lớn, do đó quá trình chuyển mạch không thể thực hiện được, cũng như không có thiết bị
bán dẫn nào chịu đựng nổi độ quá điện áp lớn như vậy.
Ngược lại, khi tăng phụ tải (tương đương với việc giảm giá trị R t), lúc này dòng nạp
cho tụ sẽ giảm, ngược lại dòng phóng của tụ qua tải sẽ tăng lên. Điều đó dẫn đến giảm năng
lượng tích trữ trong tụ, dạng điện áp trên tải sẽ có dạng gần với hình chữ nhật, nhưng góc β
cũng giảm đáng kể và ảnh hưởng đến quá trình chuyển mạch của nghịch lưu (đường 2 hình
2.3b).
Thời gian tk là thời gian duy trì điện áp ngược đặt lên tiristor. Góc khóa β của nghịch
lưu phụ thuộc vào tần số, phụ tải và tụ chuyển mạch.
Để thỏa mãn điều kiện làm việc của nghịch lưu thì βmin>ω.toff.
1.2.3 Nghịch lưu dòng ba pha.

Trong thực tế, nghịch lưu dòng ba pha được sử dụng phổ biến vì công suất của nó lớn
và đáp ứng được các ứng dụng trong công nghiệp.


Hình 2.4: Nghịch lưu dòng ba pha (a) và biểu đồ xung (b).
Cũng giống như nghịch lưu dòng một pha, nghịch lưu dòng ba pha cũng sử dụng
tiristor. Do đó, có thể khóa được các tiristor cần phải có tụ chuyển mạch (C 1, C3, C5). Vì là
nghịch lưu dòng nên nguồn đầu vào phải là nguồn dòng, vì vậy Ld = ∞.
Để đảm bảo khoá được các tiristor và tạo ra hệ thống dòng điện ba pha đối xứng thì
luật dẫn điện của các tiristor phải tuân theo đồ thị trên hình vẽ. Qua đồ thị, ta thấy mỗi van
động lực chỉ dẫn trong khoảng thời gian λ = 1200.
Qúa trình chuyển mạch bao giờ cũng diễn ra đối với các van trong cùng một nhóm.
Xét khoảng thời gian 0 ÷ t1: lúc này T1 và T6 dẫn. Dòng điện sẽ qua T1, ZA, ZB và T6.
Đồng thời sẽ có dòng nạp qua tụ C 1 qua T1 - C1- T6. Khi tụ C1 được nạp đầy thì dòng qua tụ
bằng không. Tụ C1 được nạp với dấu điện áp (như hình 3.5a) để chuẩn bị cho quá trình
chuyển mạch khoá T1. Tại thời điểm t = t 2, khi mở T3, điện áp ngược của tụ C 1 đặt lên T1 bị
khoá lại. Tương tự như vậy, khi T2 và T3 dẫn (t2 ÷ t3) thì tụ C3được nạp với dấu điện áp để
chuẩn bị khoá T3...
Đối với nhóm catốt chung T2, T4, và T6, quá trình chuyển mạch cũng diẽn ra như vậy.
Ví dụ tụ C5 được nạp trong khoảng t1 ÷ t2 (khi T1 và T2 dẫn) với dấu đảm bảo để khoá T4 khi
mở T2 tại thời điểm t3.


Để tính toán nghịch lưu dòng người ta cũng sử dụng phương pháp tính vectơ. Đưa
vào Ut, It và φ ta dựng vectơ Ut và It.Cần xác định dải điều chỉnhđể xác định βmax. Sau đó từ
điểm đầu của vectơ It kẻ đường AD vuông góc với Ut. Đoạn AD chính là vectơ I C. Vectơ IC
gồm hai đoạn:
- Đoạn AC tương ứng với IC1 dùng để bù công suát phản kháng của tải:
IC1 = It.sinφ.
- Đoạn CD dùng để tạo góc β tương ứng với IC2:
IC2 = It.cosφ.tgβ.
IC = IC1 + IC2 = It.(sinφ + cosφ.tgβ).
Ut
1 IC
.
XC = I C và C = ω U t .

Dòng trung bình qua tiristor có thể suy ra từ đồ thị: IT = ID/2.
Điện áp nguồn lớn nhất được giới hạn bởi góc βmax:
Umax

a.E
= cos β max .

Hình 2.5: Đồ thị vectơ.


Như đã nói ở mục nghịch lưu nguồn dòng một pha, vì tải luôn luôn mắc song song
với tụ chuyển mạch nên giữa tải và tụ luôn có sự trao đổi năng lượng, ảnh hưởng này làm
cho đường đặc tính ngoài khá dốc và hạn chế vùng làm việc của nghịch lưu dòng. Để giảm
ảnh hưởng của tải đến quá trình nạp tụ C, người ta sử dụng diode ngăn cách (D 1, D2, D3, D4,
D5, D6). Việc sử dụng các diode này đồi hỏi phải chia tụ chuyển mạch làm hai nhóm : nhóm
C1, C3, C5 dùng để chuyển mạch cho các van T1, T3, T5; còn nhóm C2, C4, C6 dùng để
chuyển mạch cho các van T2, T4, T6.
Nghịch lưu dòng, như đã phân tích ở trên không chỉ tiêu thụ công suất phản kháng
mà còn phát ra công suất tác dụng vì: dòng i d không đổi hướng, nhưng dấu điện áp trên hai
đầu nguồn có thể đảo dấu. Điều đó có nghĩa khi nghịch lưu làm việc với tải là động cơ điện
xoay chiều thì động cơ có thể thực hiện quá trình hãm tái sinh.

Hình 2.6: Nghịch lưu dòng ba pha có diode ngăn cách.
1.2.4 Nghịch lưu áp một pha.

Nghịch lưu áp là thiết bị đổi nguồn áp một chiều thành nguồn áp xoay chiều ba pha
với tần số tuỳ ý.


Nguồn áp là nguồn được sử dụng phổ biến trong thực tế. Hơn nữa, điện áp ra của
nghịch lưu áp có thể điều chế theo phương pháp khác nhau để có thể giảm được sóng điều
hoà bậc cao. Trước kia nghịch lưu áp bị hạn chế trong ứng dụng vì công suất của các van
động lực điều khiển hoàn toàn còn nhỏ. Hơn nữa, việc sử dụng nghịch lưu áp bằng tiristor
khiến cho hiệu suất của bộ biến đổi giảm, sơ đồ điều khiển phức tạp. Ngày nay, công suất
các van động lực như: MOSFET, GTO càng trở nên lớn và có kích thước gọn nhẹ, do đó
nghịch lưu áp trở thành bộ biến đổi thông dụng và được chuẩn hoá trong các bộ biến tần
công nghiệp. Do đó, sơ đồ nghịch lưu áp được trình bày dưới đây sử dụng van điều khiển
hoàn toàn.
Trong quá trình nghiên cứu, ta giả thiết các van động lực là các khoá điện tử lý tưởng,
tức là thời gian đóng và mở bằng không nên điện trở nguồn bằng không.
 Cấu tạo:

Sơ đồ nghịch lưu áp một pha gồm 4 van động lực chủ yếu là: T 1, T2, T3, T4 và các
diode D1, D2, D3, D4 dùng để trả công suất phản kháng của tải về lưới và như vậy tránh được
hiện tượng quá áp ở đầu nguồn.
Tụ C được mắc song song với nguồn để đảm bảo cho nguồn đầu vào là nguồn hai
chiều (nguồn một chiều thường được cấp bởi chỉnh lưu chỉ cho phép dòng đi theo một
chiều). Như vậy, tụ C thực hiện việc tiếp nhận công suất phản kháng của tải, đồng thời tụ C
còn đảm bảo cho nguồn đầu vào là nguồn áp (giá trị C càng lớn nội trở của nguồn càng nhỏ,
và điện áp đầu vào được san phẳng).
 Nguyên lý làm việc:

Ở nửa chu kỳ đầu tiên (0 ÷ θ 2) cặp van T1, T2 dẫn điện; phụ tải được đấu vào nguồn.
Do nguồn là nguồn áp nên điện áp trên tải là Ut = E (hướng dòng điện là đường nét đậm).
Tại thời điểm 0 = θ2, T1 và T2 bị khoá, đồng thời T 3 và T4 mở ra. Tải sẽ được đấu vào nguồn
theo chiều ngược lại, tức là dấu điện áp trên tải sẽ đảo chiều và U t = -E tại thời điểm θ 2. Do


tải mang tính trở cảm nên dòng vẫn giữ nguyên hướng cũ (đường nét đậm). T 1, T2 đã bị
khoá, nên dòng phải khép mạch qua D3, D4. Suất điện động cảm ứng trên tải sẽ trở thành
nguồn trả năng lượng thông qua D3, D4 về tụ C (đường nét đứt).

Hình 2.7: Nghịch lưu áp cầu một pha.
Tương tự như vậy, khi khoá cặp T 3, T4 dòng tải sẽ khép mạch qua D 1, D2. Đồ thị điện
áp tải Ut, dòng tải it, dòng qua diode iD và dòng qua tiristor được biểu diễn như trên hình
1.8.

Hình 2.8: Đồ thị nghịch lưu áp cầu một pha.
1.2.5 Nghịch lưu áp ba pha.


Hình 2.9: Sơ đồ nghịch lưu áp ba pha.
Sơ đồ nghịch lưu áp ba pha được ghép từ ba sơ đồ một pha có điểm trung tính. Để
đơn giản hoá việc nghiên cứu ta giả thiết:
- Van lý tưởng đóng mở tức thì.
- Nguồn có nội trở nhỏ vô cùng và dẫn điện theo hai chiều.
- Van động lực cơ bản (T1, T2, T3, T4 , T5, T6) làm việc với chế độ dẫn điện λ = 1800.
- Za = Zb = Zc.


Hình 2.10: Luật điều khiển và điện áp trên tải.
Các diode D1, D2, D3, D4, D5, D6 làm chức năng trả năng lượng về nguồn. Tụ C đảm
bảo nguồn là nguồn áp và để tiếp nhận năng lượng phản kháng từ tải.
Để đảm bảo tạo ra điện áp ba pha đối xứng, luật dẫn điện của các van phải tuân theo
đồ thị như trên hình 1.11a, b, c.
Như vậy:

T1 và T4 dẫn lệch nhau 1800 để tạo ra pha A;
T3 và T6 dẫn lệch nhau 1800 để tạo ra pha B;
T2 và T5 dẫn lệch nhau 1800 để tạo ra pha C;

Các pha lệch nhau 1200.
Dạng điện áp trên tải được xây dựng như sau:


- Trong khoảng 0 ÷ t1: T1, T6, T5 dẫn, sơ đồ thay thế có dạng như trên hình 1.11a. từ sơ
đồ thay thế ta thấy UZA = E/3.
- Trong khoảng t1 ÷ t2: T1, T2, T6 dẫn, sơ đồ thay thế có dạng như trên hình 1.11b. từ
sơ đồ thay thế ta thấy UZA = 2E/3.
- Trong khoảng t2 ÷ t3: T1, T2, T3 dẫn, sơ đồ thay thế có dạng như trên hình 1.11c. từ
sơ đồ thay thế ta thấy UZA = E/3.
Suy ra dạng điện áp trên các pha: UZA, UZB, UZC sẽ có dạng như hình 1.11d, e, f.

Hình 1.11: Sơ đồ thay thế a, b, c.
Giá trị hiệu dụng của điện áp pha là:
U pha =

Suy ra:

1




∫ U .(θ ).dθ
2
pha

0

=

2
.E
3

.

2
.E. sin ωt
UA(t) = 3
.
2
2
.E. sin(ωt − 120 0 )
.E. sin(ωt + 120 0 )
UB(t) = 3
. ; UB(t) = 3
.


CHƯƠNG II. THIẾT KẾ SẢN PHẨM
2.1 Sơ đồ khối

Hình 2.1: Sơ đồ khối của mạch
2.2 Thiết kế khối điều khiển

2.2.1 Nhiệm vụ và chức năng của mạch điều khiển :

*Nhiệm vụ
- Điều chỉnh được độ rộng xung trong nửa chu kì dương của điện áp đặt lên colector
và emitor của van .
- Tạo ra được xung âm có biên độ cần thiết để khoá van trong nữa chu kì còn lại .


-Xung điều khiển phải có đủ biên độ và năng lượng để mở và khoá van chắc chắn .
-Tạo ra đươc tần số theo yêu cầu .
-Dễ dàng lắp ráp, thay thế khi cần thiết, vận hành tin cậy, ổn định .
-Cách ly với mạch động lực
*Yêu cầu chung về mạch điều khiển là :
-

Mạch điều khiển là khâu quan trọng trong hệ thống, nó là bộ phận quyết định chủ yếu

đến chất lượng và độ tin cậy của bộ biến đổi nên cần có những yêu cầu sau :
+)Về độ lớn của dòng điện và điện áp điều khiển:
Các giá trị lớn nhất không vượt quá giá trị cho phép. Giá trị nhỏ nhất cũng phải đảm bảo
được rằng đủ cung cấp cho các van mở và khoá an toàn. Tổn thất công suất trung bình ở
cực điều khiển nhỏ hơn giá trị cho phép .
+)Yêu cầu về tính chất của xung điều khiển :
Giữa các xung mở của các cặp van phải có thời gian chết, thời gian chết này phải lớn hơn
hoặc bằng thời gian khôi phục tính chất điều khiển của van .
* Yêu cầu về độ tin cậy của mạch điều khiển :
Phải làm việc tin cậy trong mọi môi trường như trường hợp nhiệt độ thay đổi , có từ
truờng...
+)Yêu cầu về lắp ráp và vân hành :
Sử dụng dễ dàng , dễ thay thế , lắp ráp . . .


2.3 Mạch cách ly.

Có tác dụng cách ly mạch động lực và mạch điều khiển, tín hiệu điều khiển vẫn
được truyền nguyên vẹn từ mạch điều khiển tới mạch lực.

Hình 2.2. Phần tử cách ly quang
Sau khi có xung từ khối so sánh diode dẫn phát ra tín hiệu vào cực B của
tranzito trong OPTO. Nếu cực C của các tranzito đã có điện áp được cấp vào từ
mạch nguồn thì tranzito sẽ dẫn đặt điện áp vào cực G của các MOSFET
Mạch này sử dụng bộ cách ly quang PC817 với các thông số trong bảng sau:


2.4 Mạch động lực

+)Sơ đồ nguyên lý

Mạch lực gồm2 nhom van:Q1 ,Q2 và Q3,Q4 lắp theo cách ghép song song nhằm gia
tăng hệ số khuếch đại của mạch
+)Sơ đồ xung điều khiển đến các van


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×

×