Tải bản đầy đủ

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM MẠCH NGHỊCH LƯU 3 PHA BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ XUNG SIN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM MẠCH NGHỊCH
LƯU 3 PHA BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ XUNG SIN

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN ĐÌNH ĐĂNG KHOA
NGUYỄN ANH KHÔI
Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ
Niên Khóa: 2013-2017

Tháng 6/2017


THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM MẠCH NGHỊCH LƯU 3
PHA BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ XUNG SIN

Tác giả


NGUYỄN ĐÌNH ĐĂNG KHOA
NGUYỄN ANH KHÔI

Khóa luận được đệ trình đề để đáp ứng yêu cầu
cấp bằng kỹ sư ngành
cơ-điện tử

Giáo viên hướng dẫn:
Thạc sĩ NGUYỄN ĐĂNG KHOA

Tháng 06 năm 2017

1


CẢM TẠ

Em xin trân trọng cảm ơn tất cả quý thầy cô ở trường Đại học Nông Lâm TP.Hồ Chí
Minh và quý Thầy Cô trong khoa Cơ Khí - Công Nghệ đã trang bị cho em những kiến
thức quý báu cũng như đã giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập tại trường.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Cơ Điện Tử đã giúp đỡ
chúng em nhiệt tình trong thời gian thực hiện đề tài.

Em cũng xin bày tỏ sự biết ơn chân thành đối với thầy Nguyễn Đăng Khoa đã tận
tình hướng dẫn em trong suốt quá trình làm Luận văn tốt nghiệp.
Đặc biệt, em xin cảm ơn quý thầy cô trong hội đồng đã dành thời gian nhận xét
và góp ý để luận văn của em hoàn thiện hơn.

Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến những người thân cũng như bạn bè đã động
viên, ủng hộ và luôn tạo cho em mọi điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình hoàn thành
luận văn.

TP.HCM Ngày 15 Tháng 6 Năm 2017

Sinh viên thực hiện.
NGUYỄN ANH KHÔI
NGUYỄN ĐÌNH ĐĂNG KHOA

2


3


TÓM TẮT

Đề tài “Thiết kế, chế tạo mô hình thí nghiệm mạch nghịch lưu 3 pha bằng
phương pháp điều chế xung sin”. Được tiến hành tại xưởng thực tập CK01 thuộc khoa
Cơ Khí - Công Nghệ Trường Đại Học Nông Lâm TP. HCM, thời gian thực hiện đề tài từ
14/02/2017 đến tháng 04/06/2017.
Nội dung thực hiện
- Xây dựng mô hình thí nghiệm gồm các mô đun:
+ Mô đun nguồn (xoay chiều và một chiều)
+ Mô đun điều khiển (điều khiển theo phương pháp 6 bước, điều khiển theo
phương pháp điều chế xung sine)
+ Mô đun cách ly
+ Mô đun biến đổi công suất (dùng IGBT)
+ Mô đun tải (R, L)
- Xây dựng các bài thí nghiệm:
+ Thí nghiệm nghịch lưu 3 pha theo phương pháp điều khiển 6 bước (đo dạng sóng
tín hiệu điều khiển, đo dạng sóng điện áp các pha, áp dây)
+ Thí nghiệm nghịch lưu 3 pha theo phương pháp điều chế xung sine (đo dạng
sóng tín hiệu điều khiển, đo dạng sóng điện áp các pha, áp dây, so sánh với phương
pháp điều khiển 6 bước)

4


MỤC LỤC
Trang
Trang tựa............................................................................................................................. i
Cảm tạ................................................................................................................................ ii
Tóm tắt.............................................................................................................................. iii
Mục lục............................................................................................................................. iv
Danh sách các hình...........................................................................................................vi
CHƯƠNG.1 MỞ ĐẦU.....................................................................................................1
1.1 Đặt vấn đề.................................................................................................................... 1
1.2 Mục đích của đề tài......................................................................................................3
CHƯƠNG.2 TỔNG QUAN.............................................................................................4
2.1 Các phương pháp nghịch lưu 3 pha..............................................................................4
2.1.1 Nghịch lưu dòng 3 pha..............................................................................................4
2.1.2 Nghịch lưu áp 3 pha..................................................................................................7
2.1.2.1 Phương pháp điều khiển theo biên độ (Phương pháp 6 bước)..............................11
2.1.2.2 Phương pháp điều chế độ rộng xung sin (Sin PWM)...........................................14
2.1.2.3 Phương pháp điều chế độ rộng xung tối ưu (optimum PWM)..............................18
2.1.2.4 Phương pháp điều chế Vector không gian (Space vector modulation)..................19
2.2 Cấu tạo và phương pháp đóng mở IGBT....................................................................20
2.2.1 Quá trình đóng cắt...................................................................................................21
2.2.2 Yêu cầu với tín hiệu điều khiển...............................................................................22
2.2.3 Vấn đề bảo vệ IGBT................................................................................................22
.............................................................................................................................................
2.2.4 Ưu điểm và hạn chế của IGBT................................................................................23
2.3 Khảo sát bộ thí nghiệm biến tần kiểu điều rộng xung của Vielina..............................23
2.4 Các phương pháp tạo xung sin, xung tam giác...........................................................26
2.5 Đề xuất nhiệm vụ đề tài..............................................................................................27
CHƯƠNG 3.NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................31
3.1 Linh kiện nghiên cứu..................................................................................................31
3.2 Nội dung nghiên cứu..................................................................................................31
3.3 Phương pháp nghiên cứu............................................................................................31
3.3.1 Phương pháp lý thuyết.............................................................................................31
3.3.2 Phương pháp thiết kế mô hình.................................................................................32
CHƯƠNG.4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN..................................................................33
4.1 Thiết kế, chế tạo mô hình thí nghiệm nghịch lưu 3 pha..............................................33
4.1.1 Thiết kế chế tạo module điều khiển bằng phương pháp
điều khiển 6 bước và SPWM............................................................................................33
4.1.1.1 Thiết kế chế tạo bộ phát xung vuông điều khiển 6 bước.......................................34
4.1.1.2 Thiết kế chế tạo bộ điều khiển theo phương pháp SPWM....................................34
4.4.2 Thiết kế, chế tạo bộ cách ly.....................................................................................37
4.4.3 Thiết kế, chế tạo bộ module công suất.....................................................................38
4.4.4 Thiết kế chế tạo module tải......................................................................................39

5


4.3 Xây dựng bài thí nghiệm............................................................................................40
4.3.1 Thí nghiệm bộ nghịch lưu 3 pha bằng phương pháp 6 bước....................................40
4.3.2 Thí nghiệm bộ nghịch lưu 3 pha bằng phương pháp SPWM...................................45
CHƯƠNG 5.KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ......................................................................49
5.1 Kết quả....................................................................................................................... 49
5.2 Đề nghị....................................................................................................................... 49
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

6


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Trang
CHƯƠNG 1.MỞ ĐẦU.....................................................................................................1
Hình 1.1 Ứng dụng inverter trong máy điều hòa............................................................1
Hình 1.2 Máy giặt sử dụng công nghệ inverter và non-inverter.....................................2
CHƯƠNG 2.TỔNG QUAN.............................................................................................4
Hình 2.1 Sơ đồ nghịch lưu dòng 3 pha...........................................................................4
Hình 2.2 Giản đồ xung của nghịch lưu dòng 3 pha.......................................................5
Hình 2.3 Sơ đồ nghịch lưu 3 pha có diode ngăn cách....................................................6
Hình 2.4 Điện áp ngõ ra của bộ nghịch lưu 3 pha nguồn dòng......................................6
Hình 2.5 Sơ đồ nghịch lưu áp 3 pha...............................................................................8
Hình 2.6 Luật điều khiển các van động lực....................................................................8
Hình 2.7 Điện áp ngõ ra của bộ nghịch lưu 3 pha..........................................................9
Hình 2.8 Chiều điện áp qui ước...................................................................................10
Hình 2.9 Giản đồ xung kích và điện áp ra của bộ nghịch lưu áp theo
phương pháp điều khiển theo biên độ (6 bước)............................................................12
Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý phương pháp điều chế xung sin .......................................14
Hình 2.11 Điều chế xung PWM 3 pha.........................................................................15
Hình 2.12 So sánh giữa sóng sin và sóng tam giác......................................................16
Hình 2.13 Trạng thái điện áp trên tải với tần số xung tam giác thấp............................17
Hình 2.14 Trạng thái điện áp trên tải với tần số xung tam giác cao..............................17
Hình 2.15 Giản đồ kích đóng của van động lực...........................................................18
Hình 2.16 Cấu trúc IGBT điển hình.............................................................................20
Hình 2.17 Đặc tính động của IGBT.............................................................................21
Hình 2.18 Mạch điều khiển đơn giản của IGBT..........................................................22
Hình 2.19 Sơ đồ khối biến tần điều rộng xung.............................................................24
Hình 2.20 Giản đồ thời gian hoạt động của bộ biến tần điều rộng xung......................24
Hình 2.21 Dạng sóng ngõ ra của bộ biến tần và bộ nghịch lưu
theo phương pháp điều chế xung sin............................................................................25
Hình 2.22 Nguyên lý bộ boost converter ....................................................................26
Hình 2.23 Thiết bị thực tập về biến tần kiểu điều rộng xung.......................................27
Hình 2.24 Tạo xung PWM bằng phương pháp so sánh................................................29
Hình 2.25 Dạng sóng PWM 3 pha...............................................................................30
CHƯƠNG 3.NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................31
CHƯƠNG 4.KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN..................................................................33
Hình 4.1 Sơ đồ khối bộ nghịch lưu 3 pha.....................................................................33
Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý máy phát xung vuông.........................................................34
Hình 4.3 Sơ đồ nguyên lý máy phát xung sin 3 pha.....................................................34
Hình 4.4 Mạch tạo sóng tam giác.................................................................................35
Hình 4.5 Sơ đồ tạo xung PWM....................................................................................36
Hình 4.6 Module điều khiển........................................................................................37
Hình 4.7 Module cách ly..............................................................................................38

7


Hình 4.8 Bề mặt biểu diễn của module công suất........................................................39
Hình 4.9 Mạch thiết kế module tải...............................................................................39
Hình 4.10 Cách nối dây từ bộ tạo xung vuông ra module cách ly................................42
Hình 4.11 Cách nối dây từ module cách ly sang module công suất.............................42
Hình 4.12 Các kiều nối dây tải.....................................................................................42
Hình 4.13 Tín hiệu xung vuông được tạo ra từ vi điều khiển.......................................43
Hình 4.14 Tín hiệu ở tải hình sao.................................................................................43
Hình 4.15 Tín hiểu ở tải hình tam giác........................................................................44
Hình 4.16 Sơ đồ nối dây từ bộ tạo xung sin và xung tam giác qua bộ so sánh.............45
Hình 4.17 Tín hiệu của bộ phát xung sin......................................................................46
Hình 4.18 Tín hiệu máy phát xung tam giác................................................................46
Hình 4.19 Tín hiệu PWM.............................................................................................47
Hình 4.20 Tín hiệu ở tải hình sao tần số xung tam giác thấp........................................47
Hình 4.21 Tín hiệu ở tải hình sao tần số xung tam giác cao.........................................48
Hình 4.22 Tín hiệu tải hình tam giác............................................................................48
CHƯƠNG 5 .KẾT QUẢ VÀ ĐỀ NGHỊ 49

8


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1 Đặt Vấn Đề
Hiện nay tất cả các ngành công nghiệp hiện đại đều chú trọng đến công
nghệ inverter (còn gọi là công nghệ biến tần) là công nghệ tiên tiến hàng đầu nhất hiện
nay. Công nghệ này ứng dụng để kiểm soát công suất của thiết bị nhằm tránh hao phí
năng lượng không đáng có.
Ngoài ra inverter còn được hiện diện trong hầu hết các thiết bị điện gia dụng trong
mỗi gia đình hiện nay.
Ví dụ: Máy điều hòa sử dụng inverter

Hinh 1.1: Ứng dụng inverter trong máy điều hòa
Máy điều hòa sử dụng inverter có cơ chế vận hành êm hơn, có thể tiết kiệm điện từ
30%, thậm chí đến 60% điện năng sử dụng so với điều hòa không sử dụng inverter.

1


Máy giặt sử dụng sử dụng inverter
Với máy giặt sử dụng công nghệ inverter sẽ có động cơ dẫn động trược tiếp so với
máy giặt thông thường sử dụng động cơ dẫn động gián tiếp.

(a)

(b)

Hình 1.2: Máy giặt sử dụng công nghệ inverter và non-inverter
a. Máy giặt sử dụng động cơ dẫn động trực tiếp
b. Máy giặt sử dụng động cơ thông thường
Thiết kế đặc biệt này sẽ giúp giảm được hao tổn về điện năng cũng như hệ thống
máy móc vận hành bên trong máy, đặc biệt hơn nó còn giúp máy chạy êm, nhẹ, không
rung lắc như những chiếc máy giặt thông thường khác. Ngoài ra động cơ của máy giặt
inverter cũng hoạt động mạnh hơn, nhanh hơn giúp cho tần suất quay vắt đạt được tốc độ
lớn hơn rất nhiều, đảm bảo quần áo được giặt sạch, nhanh, khô và tiết kiệm thời gian hơn
và khối lượng giặt lớn hơn so với máy giặt thường…
Ngoài những ví dụ trên thì còn rất nhiều ứng dụng của inverter trong các thiết bị
sinh hoạt hằng ngày của chúng ta. Như vậy ta có thể thấy tầm quan trọng của công
nghệ inverter đối với đời sống con người hiện nay.
Thấy được vấn đề trên và để hiểu sâu hơn về công nghệ inverter, nhóm đã chọn đề
tài: “Thiết kế, chế tạo mô hình thí nghiệm mạch nghịch lưu 3 pha bằng phương pháp
điều chế xung sin”. Có thể biến đổi điện áp 1 chiều thành điện áp xoay chiều 3 pha nhằm

2


hỗ trợ sinh viên các khối ngành kỹ thuật có thể tiếp cận được với công nghệ mới này một
cách dễ dàng hơn, cung cấp một số kiến thức cơ bản để ứng dụng vào công việc cũng như
cuộc sống sau này.
1.2 Mục đích của đề tài
- Khảo sát một số phương pháp điều khiển nghịch lưu 3 pha, mô hình bộ nghịch
lưu 3 pha với :
+ Module điều khiển bằng phương pháp sin PWM và điều khiển bằng phương
pháp 6 bước.
+ Module cách ly quang bằng opto.
+ Module công suất với các van đông lực.
+ Module tải 3 pha R-L.
- Xây dựng các bài thí nghiệm cho sinh viên. Qua đó giúp cho sinh viên hiễu rõ
hơn về sự biến đổi điện áp một chiều sang xoay chiều.
- Sản phẩm của đề tại là: mô hình thí nghiệm mạch nghịch lưu 3 pha bằng phương
pháp điều chế xung sin và phương pháp điều khiển 6 bước.

3


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1 Các phương pháp nghịch lưu 3 pha
2.1.1 Nghịch lưu dòng 3 pha
Nghịch lưu dòng là thiết bị biến đổi nguồn dòng điện một chiều thành dòng điện
xoay chiều. Đặc điểm cơ bản của nghịch lưu dòng là nguồn một chiều cấp điện cho bộ
biến đổi phải là nguồn dòng, do đó điện cảm đầu vào L d thường có giá trị lớn vô cùng để
dòng điện là liên tục.
Trong thực tế nghịch lưu dòng 3 pha được sử dụng phổ biến vì công suất của nó
lớn và đáp ứng được các ứng dụng trong công nghiệp.
Cũng giống như nghịch lưu dòng một pha nghịch lưu dòng 3 pha cũng sử dụng các
van động lực điều khiển, ở đây ta xét tiristo.
Để khoá được các van thì phải có các tụ chuyển mạch C1, C3, C5.
Vì là nghịch lưu dòng nên nguồn đầu vào phải là nguồn dòng, vì vậy giá trị cuộn
cảm Ld.

Hình 2.1: Sơ đồ nghịch lưu dòng ba pha

4


Hình 2.2: Giản đồ xung của nghịch lưu dòng 3 pha
Đảm bảo khoá được các tiristo chắc chắn và tạo ra dòng điện 3 pha đối xứng thì
luật dẫn điện của các tiristo phải tuân theo đồ thị như trên hình 2.2. Qua đồ thị ta thấy
mỗi van động lực chỉ dẫn trong khoảng thời gian 120o .
Quá trình chuyển mạch bao giờ cũng diễn ra đối với các van trong cùng một nhóm.
Trong nghịch lưu nguồn dòng vì tải 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 làm giảm ảnh hưởng của tải đến
quá trình nạp của tụ C, người ta sử dụng điốt ngăn cách D 1, D2, D3, D4, D5, D6 (trên hình
2.3).
Việc sử dụng các điôt này đòi hỏi phía tụ chuyển mạch chia làm hai nhóm : Nhóm
C1, C3, C5 dùng để chuyển mạch cho các van T 1, T3, T5 . Nhóm C2, C4, C6 dùng để chuyển
mạch cho các van T2, T4, T6 .

5


Hình 2.3: Sơ đồ nghịch lưu 3 pha có diode ngăn cách
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 id không đổi hướng nhưng dấu của điện áp hai
đầu nguồn có thể đảo dấu. Điều đó có nghĩa là khi nghịch lưu làm việc với tải là động cơ
điện xoay chiều, động cơ có thể thực hiện hãm tái sinh.

Hình 2.4: Điện áp ngõ ra của bộ nghịch lưu 3 pha nguồn dòng
Điện áp ngõ ra của bộ nghịch lưu 3 pha nguồn dòng có biên dạng hình bậc thang

6


được trình bày ở hình 2.4.
2.1.2 Nghịch lưu áp 3 pha
Nghịch lưu áp là thiết bị biến đổi nguồn áp một chiều thành nguồn áp xoay chiều.
Nguồn áp vẫn là nguồn được sử dụng phổ biến trong thực tế. Hơn nữa điện áp ra
của nghịch lưu áp có thể điều chế theo nhiều phương pháp khác nhau để có thể giảm được
lượng sóng hài bậc cao.
Linh kiện trong bộ nghịch lưu áp có khả năng kích đóng và kích ngắt dòng điện
qua nó, tức đóng vai trò như một công tắt. Trong các ứng dụng công suất nhỏ và vừa, có
thể sử dụng transistor BJT, MOSFET, IGBT làm công tắc (van động lực) và ở phạm vi
công suất lớn có thể sử dụng GTO, IGBT hoặc SCR kết hợp với bộ chuyển mạch
Trong quá trình nghiên cứu ta giả thiết các van động lực là các khóa điện tử lý
tưởng, tức là thời gian đóng và mở bằng không nên điện trở nguồn bằng không.
Sơ đồ nghịch lưu áp 3 pha hình 2.5 được ghép từ ba sơ đồ một pha có điểm trung
tính.
Để đơn giản hóa việc tính toán ta giả thiết như sau :
Giả thiết các van là lý tưởng
 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

 =180o.
 Za = Zb = Zc.
Các Điốt. D1, D2, D3, D4, D5, D6 làm chức năng trả năng lượng về nguồn
Ta xét cụ thể nguyên lý và luật điều khiển cho các van (tiristo) như sau:

7

.


Hình 2.5: Sơ đồ nghịch lưu áp 3 pha

Hình 2.6: Luật điều khiển các van động lực
Để đảm bảo tạo ra điện áp 3 pha đối xứng luật dẫn điện của các van phải tuân theo
đồ thị trên hình 2.6. Như vậy





T1, T4 lệch nhau 180o để tạo ra pha A.
T3, T6 lệch nhau 180o để tạo ra pha B.
T5, T2 lệch nhau 180o để tạo ra pha C.
Các pha lệch nhau 120o.

8




Hình 2.7: Điện áp ngõ ra của bộ nghịch lưu 3 pha
Có thể thấy bộ nghịch lưu dòng và nghịch lưu áp khác nhau ở nguồn cung

cũng như cách nối mạch các van động lực nhưng biên dạng của điện áp ngõ ra của bộ
nghịch lưu nguồn áp và nguồn dòng là giống nhau.
 Các phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu áp.
Các bộ nghịch lưu áp thường điều khiển dựa theo kỹ thuật điều chế độ rộng xung
PWM và qui tắc kích đóng đối nghịch. Qui tắc kích đóng đối nghịch đảm bảo dạng áp tải
được điều khiển tuân theo giản đồ kích đóng công tắc và kỹ thuật điều chế độ rộng xung
có tác dụng hạn chế tối đa các ảnh hưởng bất lợi của sóng hài bậc cao xuất hiện ở phía tải
Phụ thuộc vào phương pháp thiết lập giản đồ kích đóng các công tắc trong bộ
nghịch lưu áp, ta có thể phân biệt các dạng điều chế độ rộng xung khác nhau.
Trước khi đi vào các phương pháp điều khiển, ta sẽ phân tích điện áp bộ nghịch
lưu áp 3 pha.
Giả thiết tải 3 pha đối xứng thõa mãn hệ thức:
Ut1 + Ut2 + Ut3 = 0

9


Ta tưởng tượng nguồn áp U được phân chia làm hai nửa bằng nhau với điểm nút phân thế
O (một cách tổng quát, điểm phân thế O có thể chọn ở vị trí bất kỳ trên mạch nguồn DC).
Gọi N là điểm nút của tải 3 pha dạng sao. Điện áp pha tải Ut1, Ut2, Ut3
Ut1 = U10 – UNO
Ut2 = U20 – UNO
Ut3 = U30 – UNO
Điện áp U10, U20, U30 được gọi là các điện áp pha – tâm nguồn của các pha 1, 2, 3. Các
điện áp Ut1, Ut2, Ut3, U10 ,U20 , U30 và UNO có chiều qui ước như hình 2.8

Hình 2.8: Chiều điện áp qui ước
Cộng các hệ thức trên và để ý rằng Ut1+ Ut2 + Ut3 = 0
Từ đó: UNO = (U10 + U20 + U30)/3
Thay UNO vào biểu thức tính điện áp mỗi pha ta có:
Ut1 = (2U10 – U20 – U30)/3
Ut2 = (2U20 – U30 – U10)/3
Ut3 = (2U30 – U30 – U10)/3

10


Điện áp dây trên tải
Ut12 = U10 – U20
Ut23 = U20 – U30
Ut31 = U30 – U10
*Hệ quả: Quá trình điện áp (và do đó quá trình dòng điện) ngõ ra của bộ nghịch lưu áp 3
pha sẽ được xác định khi ta xác định được các điện áp trung gian U10, U20, U30.
*Xác định điện áp pha- tâm nguồn cho bộ nghịch lưu áp.
Cặp công tắc cùng pha: gồm hai công tắc cùng mắc chung vào một pha tải, ví dụ
(S1, S4), (S3, S6), (S5, S2) là các cặp công tắc cùng pha.
2.1.2.1 Phương pháp điều khiển theo biên độ (Phương pháp 6 bước)
Phương pháp điều khiển theo biên độ được gọi tắt là phương pháp điều biên hay
phương pháp 6 bước. Khác với các phương pháp sử dụng kỹ thuật điều chế độ rộng xung
(PWM) chỉ cần nguồn áp DC không đổi, phương pháp điều biên đòi hỏi điện áp nguồn
DC điều khiển được. Độ lớn điện áp ra được điều khiển hoặc kết hợp bộ chỉnh lưu không
điều khiển và bộ biến đổi điện áp DC
Các công tắc trong cặp công tắc cùng pha tải được kích đóng với thời gian bằng
nhau mà bằng một nữa chu kỳ áp ra. Mạch điều khiển kích đóng các công tắc trong bộ
nghịch lưu áp vì thế đơn giản
Bộ nghịch lưu áp 3 pha điều khiển theo biên độ còn được gọi là bộ nghịch lưu áp 6
bước (six – step voltage inverter). Tần số áp cơ bản bằng tần số đóng ngắt linh kiện. Các
thành phần sóng hài bội ba và bậc chẵn không xuất hiện trên áp dây cung cấp cho tải. Còn
các sóng hài bậc (6k 1), k = 1, 2, 3…cần khử bỏ bằng các biện pháp lọc sóng hài.

11


Hình 2.9: Giản đồ xung kích và điện áp ra của bộ nghịch lưu áp theo phương pháp điều
khiển theo biên độ (6 bước)
- Độ lớn điện áp ra được điều khiển bằng cách điều khiển điện áp nguồn DC.
- Các cặp công tắc trên cùng một pha (S1 và S4; S3 và S6; S5 và S2) được kích đóng với
thời gian bằng nhau và bằng một nữa chu kỳ áp ra.
-Tần số áp ra bằng tần số đóng ngắt của các linh kiện.


Đối với bộ nghịch lưu 3 pha điều khiển bằng phương pháp 6 bước, điện áp

ra Ut của sẽ có biên dạng hình bậc thang được biểu diễn ở hình 2.9 nhưng là cố định
không thay đổi được độ lớn tần số theo ý muốn.
Bài toán cho tải dạng sao
Dạng điện áp pha tải.
VD Ut1 (Xem đồ thị Ut1 ở hình 2.9) có thể biểu diễn dưới dạng:

12


Ut1(t) = U. (sin t + sin5t + sin7t +...)
Biên độ thành phần sóng hài bậc n của điện áp pha tải có thể xác định theo hệ thức:
U(n) = [2 + cos() –cos()]; n = 1, 5, 7, 11, 13...
Với n = 1, biện độ thành phần hài cơ bản: Ut1(1)m= U.
Trị hiệu dụng điện áp 3 pha có độ lớn:
Ut [2 . dx + 2 .dx2 .dx
Tải đấu tam giác:
Điện áp tải Ut12 có thể biều diễn dưới dạng:
Ut12(t) = sin(t +) + sin(5t - ) + sin(7t + ) +...]
Biên độ thành phần sóng hài bậc n điện áp pha tải:
U(n) – L = |cos()|.
Với n = 1, biên độ thành phần hài cơ bản điện áp tải: Ut12(1)m = U.
Trị hiệu dụng điện áp pha có độ lớn:

Sóng hài bật cao xuất hiện trong dạng áp tải khá cao, do đó hạn chế phạm vi sử
dụng phương pháp điều biên, nhất là ở tần số thấp.
Nếu sử dụng thyristor kết hợp với bộ chuyển mạch làm chức năng công tắc trong
bộ nghịch lưu áp, và nếu bộ chuyển mạch làm việc phụ thuộc vào độ lớn nguồn áp một
chiều, phương pháp điều biên rõ ràng không phù hợp để điều khiển điện áp tải trong phạm
vi điện áp nhỏ.

13


Ngoại trừ trường hợp điều khiển theo biên độ đòi hỏi nguồn DC điều khiển được
các phương pháp khác dựa vào kỹ thuật PWM sử dụng nguồn điện áp DC không đổi.
Trong trường hợp này, nguồn DC có thể tạo nên từ lưới điện AC qua bộ chỉnh lưu không
điều khiển và mạch lọc chứa tụ hoặc trực tiếp từ các nguồn dự trữ dưới dạng pin...
2.1.2.2 Phương pháp điều chế độ rộng xung sin (Sin PWM)

Hình 2.10: Sơ đồ nguyên lý phương pháp điều chế xung
Về nguyên lý, phương pháp thực hiện dựa vào kỹ thuật analog. Giản đồ kích đóng
công tắc bộ nghịch lưu dựa trên cơ sở so sánh hai tín hiệu cơ bản:

14


-Sóng mang Up (Vtri) (carrier
signal) tần số cao.
-Sóng điều khiển Ur (Vcontrolrefence signal) (hoặc sóng điều chế
modulating signal) dạng sin.
Ví dụ: công tắc lẻ được kích đóng
khi sóng điều khiển lớn hơn sóng mang
Ur > Up (Vcontrol> Vtri). Trong trường
hợp ngược lại, công tắc chẵn được kích
đóng.
Sóng mang Ur (Vtri) có thể ở dạng
tam giác. Tần số sóng mang càng cao,
lượng sóng hài bậc cao bị khử bớt càng
Hình 2.11: Điều chế xung PWM 3 pha

nhiều. Tuy nhiên, tần số đóng ngắt cao

làm cho tổn hao phát sinh do quá trình đóng ngắt các công tắc tăng theo. Ngoài ra,

15


các linh kiện đòi hỏi có thời gian đóng ton và ngắt toff nhất định. Các yếu tố này làm hạn
chế việc chọn tần số sóng mang.
Sóng điều khiển Vcontrol mang thông tin về độ lớn trị hiệu dụng và tần số sóng hài cơ
bản của điện áp ngỏ ra. Trong trường hợp bộ nghịch lưu áp ba pha, ba sóng điều khiển của
ba pha phải được tạo lệch nhau 120o.
Gọi mf là tỉ số điều chế tần số (Frequency midulation ratio):
mf = fcarrier/freference = ftria/fsin e
Việc tăng giá trị mf sẽ dẫn đến việc tăng giá trị tần số các sóng hài xuất hiện. Điểm
bất lợi của việc tăng tần số sóng mang là vấn đề tổn hao do đóng ngắt lớn
Tương tự, gọi ma là tỉ số điều chế biên độ (Ampliude modulation radio):
ma = Um-reference/Um-carrier = Um-sine/Um-tri
Nếu ma 1 (biên độ sóng sin nhỏ hơn biên độ sóng mang) thì quan hệ giữa biên độ
thành phần cơ bản của áp ra và áp điều khiển là tuyến tính.
Đối với bộ nghịch lưu áp 3 pha, biên độ áp pha hài cơ bản
Ut(1)m = ma.(U/2)

Hình 2.12: so sánh giữa sóng sin và sóng tam giác.
Khi giá trị ma> 1, biên độ tín hiệu điều chế lớn hơn biên độ sóng mang thì biên độ
hài cơ bản điện áp ra tăng không tuyến tính theo biến m a. Lúc này, bắt đầu xuất hiện


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×

×