Bài giảng Điện tử công suất và ứng dụng (Mạch điện tử công suất, điều khiển và ứng dụng) - Chương 5: Nghịch lưu độc lập và biến tần

Chia sẻ: Lộ Minh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:21

Thêm vào BST

Báo xấu

100
lượt xem 12
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Điện tử công suất và ứng dụng (Mạch điện tử công suất, điều khiển và ứng dụng) - Chương 5: Nghịch lưu độc lập và biến tần. Nội dung chính được trình bày trong chương này gồm có: Phân loại nghịch lưu, khảo sát nghịch lưu nguồn áp, phương pháp điều khiển điện áp ngỏ ra, sóng hài và nghịch lưu hình Sin,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Điện tử công suất và ứng dụng (Mạch điện tử công suất, điều khiển và ứng dụng) - Chương 5: Nghịch lưu độc lập và biến tần

Slides ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi 2/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi V.1 PHAÂN LOAÏI NGHÒCH LÖU: CHÖÔNG V NGHÒCH LÖU ÑOÄC LAÄP VAØ BIEÁN TAÀN - Nghòch löu song song vaø noái tieáp 1. Phaân loaïi nghòch löu - Nghòch löu nguoàn doøng vaø nguoàn aùp 2. Khaûo saùt nghòch löu nguoàn aùp 1. Nghòch löu song song vaø noái tieáp: 3. Phöông phaùp ñieàu khieån ñieän aùp ngoû ra Phaân loaïi theo vò trí cuûa C taét SCR ( nghòch löu chuyeån maïch taûi) 4. Soùng haøi vaø nghich löu hình sin a. Nghòch löu song song: C song song taûi 5. Bieán taàn nguoàn aùp 6. ÖÙng duïng T ♦ Nghòch löu: Boä bieán ñoåi DC Æ AC + L SCR3 SCR1 L C ♦ Nghòch löu ñoäc laäp = BBÑ DC Æ AC vôùi U, f do noù quyeát ñònh V R + C (nghịch lưu oâ-toâ-noâm) _ SCR2 SCR4 V _ SCR1 SCR2 phaân bieät vôùi nghòch löu phuï thuoäc: moät cheá ñoä laøm vieäc cuûa chænh löu SCR - Khi SCR 1 vaø 4 daãn ñieän, tuï ñieän C ñöôïc naïp, laøm taét chuùng khi ta kích ♦ Coù raát nhieàu sô ñoà nghòch löu khaùc nhau cho caùc öùng duïng coâng SCR2 vaø 3 nghieäp
3/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi 4/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi b. Nghòch löu noái tieáp: C noái tieáp taûi 2. Nghòch löu nguoàn doøng vaø nguoàn aùp: a. Nghòch löu nguoàn doøng: coù L baèng voâ cuøng ôû ngoû vaøo L =∞ io i iN + N N R i L1 L2 C S1 S3 i wt i u L O 2π o Taûi RL C C π U i o L C + SCR1 u - iN C _ S2 S4 Maïch töông ñöông V SCR2 (C laø tuï chuyeån Hình V.1.3 Sô ñoà nguyeân lyù, maïch _ Vo maïch) R töông ñöôïng vaø daïng doøng ngoû ra boä bieán ñoåi - Kích SCR 1 taïo ra xung doøng döông, SCR 1 seõ töï taét khi doøng qua => toång trôû trong cuûa nguoàn coù giaù trò lôùn: maïch laøm vieäc vôùi nguoàn maïch veà khoâng doøng. - Kích SCR 2 taïo ra xung doøng aâm. => Doøng nguoàn iN phaúng, ñöôïc ñoùng ngaét thaønh doøng xoay chieàu: Thöôøng ñöôïc duøng laøm boä nguoàn trung hay cao taàn. S1, S4 ñoùng: iO = iN > 0 ; S2, S3 ñoùng: iO = – iN < 0 Coâng suaát taûi tieâu thuï: Po = U.iN
5/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi 6/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi b. Nghòch löu nguoàn aùp: coù tuï ñieän C giaù trò lôùn ôû ngoû vaøo So saùnh Nghòch löu nguoàn doøng Nghòch löu nguoàn aùp => toång trôû trong cuûa nguoàn baèng khoâng Ngoû vaøo L=∞ C=∞ Nguoàn Nguoàn doøng Nguoàn aùp => nguoàn coù theå cung caáp vaø nhaän doøng khoâng giôùi haïn. Taûi Doøng xung vuoâng AÙp xung vuoâng, giôùi haïn ôû bieân ñoä Caùc ngaét ñieän cuûa nghòch löu nguoàn aùp caàn coù diod song song ngöôïc nguoàn => bieân ñoä aùp ra bò giôùi haïn ôû aùp nguoàn AÙp thay ñoåi theo taûi Doøng thay ñoåi theo taûi Naêng löôïng 1 chieàu, töø nguoàn ñeán taûi 2 chieâuø, nguoàn trao ñoåi vôùi taûi Ví duï: BBÑ aùp moät chieàu laøm vieäc 4 phaàn tö maët phaúng taûi laø NL nguoàn aùp moät pha khi trò trung bình aùp ra baèng 0. V.2 KHAÛO SAÙT NGHÒCH LÖU NGUOÀN AÙP: + i o V 1. Sô ñoà 1 pha vaø phöông phaùp khaûo saùt gaàn ñuùng S1 R wt 2. Sô ñoà 3 pha vaø caùc quan heä ñieän aùp S3 i Taû i RL 0 π o U π u 3. Logic 3 pha L C o 2 u S2 o S4 -V _ Maï ch töông ñöông Sô ñoà nguyeân lyù, maïch töông ñöôïng vaø daïng aùp ngoû ra NL nguoàn aùp.
7/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi 8/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi 1. Sô ñoà NL 1 pha vaø phöông phaùp khaûo saùt gaàn ñuùng Ví duï V.3.1: Tính toaùn daïng doøng cuûa boä nghòch löu 1 pha, sô ñoà caàu vôùi uo ñieàu khieån leäch pha hình V.4.3. AÙp nguoàn U, taûi RL, chu kyø T, goùc leäch pha ñieàu + D1 S1 D3 S3 + D1 khieån θ, ñoä roäng xung aùp q = T ⋅ (π − θ) / 2π , q tính baèng giaây. S1 io uo C1 U U U uo T + I2 D1 D3 S1 S3 -I 1 wt + D2 D4 uo _ S2 S4 U io uo I1 π 2π U S2 _ S1 S2 _ C2 D2 D1 D2 θ Sô ñoà caàu Sô ñoà ½ caàu Sô ñoà BA coù ñieåm giöõa D2 D4 _ S2 S4 S1 = -S2 S3 = -S4 Nghòch löu 1 pha: duøng luaät ñoùng ngaét cuûa BBÑ chieàu laøm vieäc 4 phaàn tö sao cho trung bình aùp ra baèng khoâng. Xeùt chu kyø töïc xaùc laäp: => Ngaét ñieän coù khaû naêng ñoùng ngaét theo yeâu caàu: - Phöông trình vi phaân khi S1, S4 ñoùng: - linh kieän hoï transistor (IGBT, transistor Darlington, MosFET) hay di U=L + Ri vôùi ñieàu kieän ñaàu i (0) = I1, - SCR + maïch taét, GTO ôû coâng suaát cao hôn (kA). dt U ⎛ U⎞ suy ra i= + ⎜ I1 − ⎟ ⋅ e− t /τ vôùi τ = L / R . R ⎝ R⎠
9/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi 10/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi + U I2 uo 4. Tính toaùn gaàn ñuùng nghòch löu nguoàn aùp: i D1 D3 1 S1 S3 -I 1 wt Söû duïng nguyeân lyù xeáp choàng, giaû söû chæ coù i o uo I1 π 2π u Taûi U θ thaønh phaàn cô baûn u1 (soùng haøi baäc 1) laø coù taùc duïng. 1 D2 D4 S1 = -S2 =>I = I1 laø thaønh phaàn cô baûn cuûa doøng taûi, _ S2 S4 S3 = -S4 TAÛI: maïch töông ñöông cuûa phuï taûi ôû taàn soá w. U ⎛ U⎞ Töø ñoù tính ñöôïc coâng suaát tieâu thuï gaàn ñuùng, suy ra hoaït ñoäng cuûa taûi. Khi t = q, i = I2 vôùi I2 = + ⎜ I1 − ⎟ ⋅ e− q /τ . S4 ngaét, S3 ñoùng. R ⎝ R⎠ Doøng qua taûi khoâng thay ñoåi töùc thôøi,chaûy qua S1, D3; phöông trình vi phaân: Baøi taäp: U I2 uo di 0 = L + Ri vôùi ñieàu kieän ñaàu i (0) = I2 , suy ra i = I 2 ⋅ e −t / τ . Cho boä nghòch löu nguoàn aùp coù aùp ngoû -I 1 wt dt I1 π 2π − (T − q ) / τ hình beân vôùi U = 300V, taûi R = 10 ohm, θ T Khi t = 2 − q , i = - I1 ; ta coù − I1 = I 2 ⋅ e 2 L = 0.1 H, taàn soá laøm vieäc 50 Hz. Tính S1 = -S2 , => I1, I2, vaø veõ ñöôïc daïng doøng taûi. doøng (hieäu duïng) qua taûi khi xem caùc S3 = -S4 −( T − q ) / τ soùng haøi baäc cao laø khoâng ñaùng keå. U 1 − e− q /τ −( T2 − q) / τ V e− T / 2τ − e 2 I2 = , I1 = − I2 ⋅ e = Tính coâng suaát tieâu thuï, bieát θ = 120o. R 1 + e− T / 2τ R 1 + e− T / 2τ V e −1 −T / 2τ Kieåm tra laïi: khi q = T/2 thì I1 = R − T / 2 τ = − I2 1+ e
11/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi 12/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi 2. Sô ñoà ba pha : Logic ba pha: TÍNH TOAÙN AÙP NGOÛ RA NGHÒCH LÖU NGUOÀN AÙP DUØNG HÌNH V.3.2 Nghòch löu nguoàn aùp 3 pha : ( ba ngaét ñieän laøm vieäc cuøng luùc). - AÙp caùc pha ñoái vôùi trung tính nguoàn uAn, uBn, uCn - 3 nghòch löu moät pha leänh 2π/3 pha A S1 −> S4 −> S1 - AÙp daây uAB , uBC , uCA : aùp daây uAB + - caàu 3 pha laøm töø 3 nöûa caàu pha B S2 −> S5 −> uAB = uAn − uBn cuûa daïng soùng U D1 D2 D3 2 S1 S2 S3 pha C S6 −> S3 −> S6 uBC = uBn − uCn 6 naác laø xung n A B C S1>S6−>S2>S4> S3> S5>S1 => vCA = vCn − vAn vuoâng U D4 D5 D6 S1 S4 + uAB + uBC + uCA = 0 2 S4 S5 S6 _ R R R S5 S2 U D1 D2 D3 2 - AÙp pha taûi uAN (taûi noái hình sao): S1 S2 S3 S6 S3 n A B C L L L uAB U D4 D5 D6 iAN + iBN + iCN = 0 => uAN + uBN + uCN = 0 N t 2 S4 S5 S6 _ R R R Ta coù caùc quan heä sau: (uAN vieát thaønh uA) iA 1 1 uA uAB = uA − uB uA = (uAB − uCA ) uA = (2uAn − uBn − uCn ) N L L L 3 3 uBC = uB − uC 1 1 hình V.3.2 Sô ñoà NL caàu 3 pha Töø u = u − u suy ra: uB = (uBC − uAB ) 3 hay uB = (2uBn − uAn − uCn ) CA C A 3 AÙp daây vaø aùp pha sô ñoà naøy goïi laø daïng soùng 6 naác: uA + uB + uC = 0 1 uC = (uCA − uBC ) 1 uC = (2uCn − uAn − uBn ) 3 3 Laáy laøm caên baûn cho vieäc khaûo saùt NL nguoàn aùp ba pha.
13/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi 14/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi Tính tröïc tieáp thaønh phaàn cô baûn (höõu duïng) aùp pha taûi u1A: CHUÙ YÙ: Coù theå tính tröïc tieáp aùp pha taûi hình Y nhö baøi taäp sau: Ñaët uNn laø aùp trung tính N cuûa taûi so vôùi trung tính nguoàn n Baøi taäp V.3.1: Veõ tröïc tieáp daïng aùp ra vaø tính trò soá hieäu duïng aùp daây, aùp pha cuûa nghòch löu 3 pha nguoàn aùp taûi hình Y. uAn = uA + uNn , uBn = vB + vNn , uCn = vC + uNn + U D1 D2 D3 Xeùt traïng thaùi cuûa caùc ngaét ñieän suy ra aùp pha taûi: suy ra uAn + uBn + uCn = 3.uNn . 2 S1 S2 S3 n A B C + uNn : thaønh phaàn thöù töï 0. U D4 D5 D6 U 2 S1 D1 S2 D2 S3 D3 2 S4 S5 S6 n A B C Khai trieån Fourier töøng thaønh phaàn: _ R R R U D4 D5 D6 => U1An = U1A L L L 2 S4 S5 S6 N _ R R R U1An : haøi baäc 1 cuûa aùp pha A ñoái vôùi trung tính nguoàn Caùc tröôøng hôïp noái taûi vaøo nguoàn U töông U1A : haøi baäc 1 cuûa aùp pha A taûi L L L N öùng vôùi caùc traïng thaùi cuûa ngaét ñieän. cho ta thaønh phaàn cô baûn cuûa aùp pha taûi töø luaät ñieàu khieån NL Tröôøng hôïp 1: S1, S2, S3 hay S4, S5, S6 ñoùng: uA = 0 (khoâng xaûy ra ôû ñaây) Tröôøng hôïp 2: S1, S5, S6 ñoùng: uA = 2 V/3 Tröôøng hôïp 3: S1, S2, S6 hay S1, S5, S3 ñoùng: uA = V/3 Tröôøng hôïp 4: S4, S2, S3 ñoùng: uA = -2 V/3 Tröôøng hôïp 5: S4, S5, S3 hay S4, S2, S6 ñoùng: uA = -V/3
15/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi 16/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi S1 S4 + V.3 ÑIEÀU KHIEÅN ÑIEÄN AÙP: S5 S2 U 1. Coâng thöùc caên baûn ñeå u D1 D2 D3 2 S1 S2 S3 U S6 S3 n A B C phaân tích Fourier ñieän aùp ngoû ra a π uAB 2 wt t U D4 D5 D6 nghòch löu nguoàn aùp: 2 π 2 S4 S5 S6 0 Hình V.4.1: Daïng xung cô baûn cho _ R R R iA phaân tích soùng haøi nghòch löu -U uA - Truïc tung laø truïc ñoái xöùng: vO khoâng coù thaønh phaàn sin, L L L N hình V.3.2 Sô ñoà NL caàu 3 pha - uO coù π/2 laø taâm ñoái xöùng: khoâng coù taàn soá boäi chaün (n ≠2k). Tích phaân caùc daïng soùng hình V.3.2.a ñeå tính hieäu duïng, ta coù: uo = ∑ U n cos ( nwt ) k = 0, 1, 2, 3… vôùi tích phaân theo bieán ω t: n= 2 k +1 aùp daây U AB = U 2 / 3 aùp pha: 1 2π 2 π /2 Un = ∫ uo ⋅ cos ( nwt ) dwt = ∫π uo ⋅ cos ( nwt ) dwt π π − /2 4U na U A = U 2 / 3 (öùng vôùi bieân ñoä baèng 2U / 3 vaø 2U / 3 ) 0 2U ⇒ Un = sin 2 a/2 wt = a / 2 nπ 2 U n = ∫ U ⋅ cos ( nwt ) dwt = ⎡sin ( nwt ) ⎤⎦ wt=− a / 2 Heä thoáng ñieàu khieån hoaøn toaøn (toaøn phaàn): caùc ½ caàu ñoùng/ngaét ñaõo π −a / 2 nπ ⎣ pha => caùc aùp daây hoaøn toaøn xaùc ñònh töø luaät ñieàu khieån caùc ngaét ñieän. Khi a = π (xung chöõ nhaät) Heä thoáng ñieàu khieån khoâng hoaøn toaøn neáu coù khoaûng thôøi gian hai ngaét 4U 4U 4U 4U 4U n−1 4U n = 1,3,5,7,9.. ⇒ U n = ,− , ,− , ,...(−1) 2 ñieän cuûa nöûa caàu khoâng laøm vieäc => aùp ra seõ phuï thuoäc taûi. π 3π 5π 7π 9π nπ
17/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi 18/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi Baøi taäp V.4.1: Khoâng caàn tích phaân, tính thaønh phaàn cô baûn (soùng haøi baäc 1) cuûa 2. Baøi toaùn ñieàu khieån aùp ra: U/Uñm ngoû ra nghòch löu nguoàn aùp 3 pha (hình V.1.7): Muïc ñích: uo 2U/3 4U π 2U 3 u1 - Giöõ oån ñònh ñieän aùp ngoû ra. AÙp daây U1 = sin = π 3 π u2 π 2π (b) wt - thay ñoåi theo yeâu caàu cuûa taûi, 4U π 4U π 2U 0 (a) aùp pha: U1 = sin + sin = -U/3 ví duï: f 3π 6 3π 2 π - 2U/3 taûi ñoäng cô AC caàn coù quan heä Hình V.4.2: Ñaëc tính U / f = Baøi taäp V.4.2: haèng soá theo lyù thuyeát (a) vaø U / f = haèng soá 1. Chöùng minh daïng soùng leäch pha hình V.4.3 coù goùc leäch pha θ = 2π / k khoâng coù haøi baäc thöïc teá (b) boäi k: => Boä nghòch löu ba pha khoâng coù haøi boäi 3 Coù caùc phöông phaùp sau: 2. Chöùng minh ôû daïng soùng 6 NAÁC hình V.3.2a: a. Thay ñoåi aùp nguoàn cung caáp: - caùc thaønh phaàn Fourier cuûa aùp daây vaãn baèng 3 caùc thaønh phaàn töông öùng cuûa aùp pha. b. Ñieàu cheá ñoä roäng xung: - Tæ soá giöõa caùc soùng haøi baäc cao treân thaønh phaàn cô baûn (baäc 1) cuûa aùp daây vaø aùp pha laø Coù hai phöông aùn: nhö nhau. - ñieàu cheá moät xung - ñieàu cheá nhieàu xung: Khi taàn soá laøm vieäc beù, doøng dieän ñieàu roäng nhieàu xung nhoûù hôn moät xung
19/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi 20/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi U Baøi taäp V.4.4: Khaûo saùt soùng haøi cuûa boä nghòch löu ñieàu khieån leäch pha I2 uo + D1 D3 -I 1 theo goùc leäch pha. (giaû söû ñieàu khieån hoaøn toaøn). S1 S3 wt io uo I1 θ π 2π Nhö ñaõ chöùng minh, khi hai nöûa caàu ñieàu khieån leäch pha θ, ta coù daïng U xung ñieàu roäng, beà roäng xung laø θ vaø soùng haøi baäc n laø: S1 = -S2 D2 D4 4U nθ _ S2 S4 S3 = -S4 Un = sin , n chæ coù caùc nπ 2 Ñieàu khieån aùp ra baèng leäch pha (ñieàu roäng moät giaù trò leû vaø θ thay ñoåi trong xung) khoaûng töø 0 .. π. uo Khaûo saùt haøm soá U io Un 1 n ⋅θ U n' = = sin theo θ wt 4U π n 2 cho ta ñoà thò sau vôùi n =1, 5, 7, −U S1 = -S2 Hình V.4.4: Sô ñoà ñieàu roäng nhieàu 11, 13. Caùc haøi boäi ba khoâng caàn Hình BTV.4 xung (NL moät pha) khi ñieàu khieån xeùt khi daïng soùng ñöôïc öùng duïng S4 = -S3 hoaøn toaøn (sô ñoà caàu) cho heä ba pha. π 2π
21/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi 22/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi V.4 SOÙNG HAØI BAÄC CAO VAØ NGHÒCH LÖU HÌNH SIN: 3. Ñieàu cheá ñoä roäng xung hình sin (SPWM): 1. AÛnh höôûng cuûa soùng haøi baäc cao: a. Nguyeân lyù: UCMAX U u uo 7 - Gaây phaùt noùng phuï: do doøng ñieän haøi baäc cao. c u 3 6 ñk u[n] u (t) uav - Gaây momen phuï: do caùc thaønh phaànbaäc cao taïo ra ôû ñoäng cô xoay chieàu. 2 REF u REF t t 4 2. Caùc phöông phaùp haïn cheá soùng haøi: Chia laøm hai nhoùm: T T - Söû duïng boä nghòch löu nhieàu baäc (daïng soùng naác thang): soùng haøi raát beù, sô uc: soùng mang (carrier) chu kyø T t on t on ñoà phöùc taïp. uref: aùp chuaãn (ñaët – reference) u[n] u t - Ñieàu cheá ñoä roäng xung (PWM): Coù nhieàu phöông phaùp: ta coù: = av = 2 on − 1 -U U CMAX U T - ñieàu cheá ñoä roäng xung hình sin (SPWM) cuøng vôùi caùc caûi tieán Vôùi: - uav laø trung bình trong chu kyø T cuûa 1 xung aùp ngoû ra bieân ñoä U - trieät tieâu haøi choïn tröôùc, - u[n] laø giaù trò cuûa uREF taïi choã giao vôùi uc - duøng boä so saùnh coù treã (ñieàu roäng thích nghi) - UCMAX laø bieân ñoä cöïc ñaïi cuûa soùng mang uc - ñieàu roäng vector khoâng gian (SVPWM). Khi T ñuû beù, daïng naác thang “töông ñöông” naøy tieán ñeán hình sin. Nhöôïc ñieåm quan troïng laø soùng haøi ôû taàn soá cuûa soùng mang coù bieân ñoä => giaù trò ñieän aùp u1 töông öùng vôùi uref hay bieân ñoä U1 cuûa thaønh raát lôùn: u1 u U U - khoâng aûnh höôûng taûi phaàn cô baûn aùp ra: = REF vaø 1 = REFMAX - gaây tieáng oàn, toån hao trong loõi saét U UCMAX U UCMAX
23/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi 24/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi b. Thoâng soá kyõ thuaät ñieàu roäng xung (PWM) cuûa boä nghòch löu: Ví duï SPWM: * Chæ soá ñieàu cheá bieân ñoä ma (coøn goïi laø chæ soá ñieàu cheá – modulation index): u UP UCMAX : bieân ñoä soùng mang raêng cöa ma = 7 c U CMAX u ma : thoâng soá ñieàu khieån, ñaëc tröng cho yeâu 3 ñk 6 UP : bieân ñoä cuûa aùp chuaãn uREF , 2 caàu ñieàu khieån, coù theå lôùn hay nhoû hôn 1. u REF 4 * Chæ soá ñieàu cheá taàn soá mf (thöôøng goïi laø boäi soá ñieàu cheá taàn soá – frequency 10.087793 12 modulation ratio – vì noù luoân lôùn hôn hay baèng 1): laø thoâng soá cuûa sô ñoà ñieàu khieån f fC : taàn soá soùng mang, 10 mf = C fO fO : taàn soá ngoû ra 8 y m 6 * Chæ soá ñieàu cheá ñieän aùp ngoû ra mO (goïi taét laø chæ soá ñieän aùp): cho bieát hieäu quaû cuûa sô ñoà ñieàu cheá Hình V.4.6c: Caùc daïng soùng SPWM U 4 m = 1 ; U1 : aùp coù ñieàu cheá vaø O 2 U1V 0 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 U1V : aùp khoâng coù ñieàu cheá (ví duï xung vuoâng ôû sô ñoà 1 pha hay daïng soùng 6 naác 0 m 128 cuûa sô ñoà 3 pha). Trong sô ñoà NL ba pha: U1V = U1sixstep . Hình V.4.6.d: Phoå cuûa daïng soùng SPWM hình c. Thaønh phaàn coù n = 41, 43, 83, 85 laø coù bieân ñoä cao nhaát U1 U U Vôùi U1sixstep laáy ôû baøi taäp V.4.1: mO = = 2 1 = 2 1R U1 πU π U sixstep Baøi taäp tính aùp ngoû ra SPWM: vôùi U laø aùp nguoàn moät chieàu vaø U1R laø hieäu duïng thaønh phaàn cô baûn aùp pha taûi.
25/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi 26/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi c. Chæ soá ñieàu cheá ñieän aùp mO cuûa SPWM ba pha: 4. Caùc phöông phaùp ñieàu cheá ñoä roäng xung khaùc: Khai trieån Fourier uAn vôùi chæ soá ñieàu cheá bieân ñoä ma ≤ 1 laø thoâng soá: a. Ñieàu cheá theo maãu: uAn = 0.5maU sin(wt + φ ) + H ( MwC ± Nw) - thay theá soùng hình sin baèng daïng Xeùt thaønh phaàn cô baûn cuûa uAn: soùng naác thang. uAn1 = 0.5maU sin wt - ñieàu cheá ñoái xöùng hay khoâng ñoái chính laø khi löu yù bieân xöùng ñoä aùp ra chæ laø ½ aùp nguoàn 1 chieàu. Thaønh phaàn cô baûn cuûa nghòch löu xung 4U Hình V.4.9.a: Nguyeân lyù ñieàu cheá theo vuoâng töông öùng: U1 = V maãu: thay theá hình sin baèng daïng naác 2π thang 0.5maU π Hình V.4.8a: Chæ soá aùp ngoû ra mo theo Suy ra: mO = = .ma = 0.7855ma chæ soá ñieàu cheá bieân ñoä ma sô ñoà 4U / 2π 4 nghòch löu 3 pha. Khi tính toaùn cho aùp pha taûi ba pha, cho ta Bieân ñoä thaønh phaàn cô baûn U1 = 0.5maU U1 chæ soá ñieän aùp mO : mO = = 0.7855ma U1sixstep
27/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi 28/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi n-1 n UC n+1 n-1 n UC n+1 b. Ñieàu cheá vector khoâng gian - SVM (goïi ñaày ñuû laø ñieàu roäng xung vector khoâng T1(n) T1(n) gian - SVPWM): UM UM ua(n) ua(n) Tính toaùn 1 laàn cho daïng soùng 3 pha, Vector khoâng gian cuûa aùp ba pha: coù caùc ts(n) ts(n) 0 0 tröôøng hôïp sau: JJG T2(n) T2(n) * Heä ba pha hình sin ñoái xöùng: vector U quay goùc ωe . JJG Ts Ts * Nghòch löu 6 naác thang: boä 6 vector U1 , JJG JJG JJG JJG JJG Hình V.4.9b: Ñieàu cheá ñoái xöùng Hình V.4.9c: Ñieàu cheá khoâng ñoái xöùng U 2 , U3 , U 4 , U5 , U 6 moâ taû saùu traïng thaùi cuûa caùc ngaét ñieän Khi ñieàu cheá doái xöùng: Beà roäng xung ôû kyø laáy maãu thöù n : * Khi ñieàu roäng xung Traïng Ngaét ñieän aùp pha aùp pha aùp pha Vector n.2π thaùi ñoùng taûi uA taûi uB taûi uC khoâng gian T1(n) = TS ⎡ UC − ua (n) ⎤ ⎥ ; T 2(n) = TS − T1(n) ua (n) = U M sin( ) hình sin SPWM vôùi ⎢ 2 ⎣ 2UC ⎦ N fC = N.fO : boä N vector 1 S1,S5,S6 2U/3 -U/3 -U/3 JJG V1 (1,0,0) JJG traïng thaùi naèm treân ñöôøng 2 S1,S2,S6 U/3 U/3 -2U/3 V2 (1,1,0) Vôùi Ts: chu kyø laáy maãu; ua(n): aùp chuaån taïi kyø laáy maãu thöù n; UC , UM: bieân JJG troøn coù baùn kính thay ñoåi, 3 S4,S2,S6 -U/3 2U/3 -U/3 V3 (0,1,0) ñoä soùng mang tam giaùc vaø aùp chuaån hình sin. baèng aùp ra mong muoán JJG 4 S4,S2,S3 -2U/3 U/3 U/3 V4 (0,1,1) => caùc ñoä roäng T1, T2 theo tæ soá UM / UC , TS , haøm sin(n.2π/N) [chöùa trong V * . 5 S4,S5,S3 -U/3 -U/3 2U/3 JJG V5 (0,0,1) ROM] 6 S1,S5,S3 Vd/3 -2Vd/3 Vd/3 JJG V6 (1,0,1)
29/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi 30/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi Kyõ thuaät ñieàu cheá ñoä roäng xung vecto khoâng gian SVPWM: Ñieàu kieän : TC > ta + tb - moâ taû caùc vector traïng thaùi SPWM laø U theo caùc vector cuûa NL saùu naác thang. * JJJG JJG JJG - hai traïng thaùi U 0 (0, 0, 0) vaø U 7 (1,1,1) coù aùp baèng 0 ñöôïc theâm vaøo ñeå ñieàu chænh aùp ra => U * naèm phía trong hình luïc giaùc ñeàu, U max * = U1 cos(π / 6) * Coâng thöùc cho ñieàu cheá vector khoâng gian: U2 JJJG JJJG JJJG Suy ra bieân ñoä aùp ngoû ra cöïc ñaïi U max * : - vector khoâng gian U * = Ua + Ub 2 π U π π 2 π U max * = ⋅ U ⋅ cos = = 0.577U U *sin( − α ) = U a sin Ua = U *.sin( − α ) 3 6 3 3 3 3 3 Ub U * => U *sin(α ) = U b sin π Ub = 2 U *.sin(α ) vôùi U: aùp caáp ñieän moät chieàu, 3 3 α U1 JJG vì bieân ñoä cuûa aùp 6 naác thang ( U1 … - Ua , Ub töông öùng vôùi ta vaø tb : Ua JJG 2 JJJG JJJG JJG t JJG t JJJG U 6 ) U1 = U . Uo U1 U2 U7 U7 U2 U1 Uo U * = U a + U b = a U1 + b U 2 3 TC TC to ta tb to to tb ta to töông öùng vôùi chæ soá ñieän aùp mO 2 2 2 2 vôùi TC laø chu kyø ñieàu cheá ñoä roäng xung, Ua U giôùi haïn (cöïc ñaïi) baèng: pha a S4 S1 S1 S1 S1 S1 S1 S4 Ñaët: ta = TC vaø tb = b TC U1 U1 U max * 0.577U pha b S5 S5 S2 S2 S2 S2 S5 S5 JJG JJG mGH = = 2 = 0.907 vôùi U1 = U 2 = U1 U1sixstep πU pha c S6 S6 S6 S3 S3 S6 S6 S6 => tO = TC - ta - tb laø thôøi gian coù aùp ra baèng zero Tc Tc Ts
31/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi 32/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi d. Ñieàu cheá ñoä roäng xung söû duïng boä so saùnh coù treã (ñieàu cheá delta): c. Trieät tieâu caùc soùng haøi choïn tröôùc: Khi söû duïng nhöõng daïng soùng coù ñoä SO SAÙNH SMIT roäng xung coá ñònh: AÙp ra uo : Pha A Ñaët Out uo = uo1 (α1 ) − uo 2 (α 2 ) + uo3 pha => Coù theå choïn α1, α2 ñeå trieät tieâu 2 3 2 Phaûn hoài soùng haøi cuûa uo . Hình V.4.13b: Caùc daïng soùng ñieàu roäng Ví duï: Tính caùc goùc θ1, θ2 ñeå daïng soùng v xung duøng boä so saùnh coù treã phaûn hoài doøng hình V.4.12.a khoâng coù caùc soùng haøi baäc 5, ñieän: 7. Daïng soùng ñieàu roäng xung hình V.4.12.a IREF : tín hieäu ñaët doøng; iO : phaûn hoài doøng coù theå phaân tích thaønh caùc daïng soùng cô vO : daïng aùp ra; v1 : haøi cô baûn cuûa ñieän baûn nhö hình V.4.12.b vaø nhö vaäy, ta coù: Hình V.4.12: Daïng soùng ñieàu roäng xung hình sin aùp ra (a) vaø phaân tích chuùnh thaønh caùc daïng cô baûn (b) uO = uO1 – uO2 + uO3 , Baát lôïi: taàn soá ñoùng ngaét phuï 1− 2sin n.α 2 + 2sin n.α1 Daïng toång quaùt cuûa bieân ñoä caùc soùng haøi laø: Un = 4U π ⎡ ⎣ n ⎤ ⎦ thuoäc ñaëc tính taûi Cho U5 vaø U7 baèng khoâng, giaûi ra α1 = 56.7Ο, α2 = 66.4Ο . Khi ñoù U1 = 1.068U hay giaù trò hieäu duïng U1R = 0.755U
33/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi 34/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi V.7 BIEÁN TAÀN: 1. Bieán taàn tröïc tieáp: - Laø BBÑ AC (löôùi) Æ AC (3 pha) coù taàn soá, ñieän aùp thay ñoåi - Duøng cho ñieàu khieån ñoäng cô xoay chieàu. A T1 T2 T3 i L Coù hai daïng bieán taàn tónh: B o KCB C Bieán taàn tröïc tieáp (cyclo-converter) vaø v o R bieán taàn qua trung gian moät chieàu. T4 T5 T6 N hình V.7.1.a: Bieán taàn tröïc tieáp, sô ñoà moät pha; - Laø öùng duïng cuûa boä chænh löu ñieàu khieån pha ñaûo chieàu - ñieàu khieån sao cho aùp ngoû ra laø moät daïng soùng xoay chieàu coù chu kyø. Öu ñieåm: coâng suaát lôùn vaø raát lôùn, hieäu suaát cao nhôø bieán ñoåi tröïc tieáp. Nhöôïc ñieåm: taàn soá ra khaù beù (≤1/3) so vôùi taàn soá löôùi ñieän, coù theå khaéc phuïc khi duøng GTO.
35/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi 36/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi 2. Bieán taàn coù trung gian moât chieàu: Boä bieán taàn caàn ñaûm baûo caùc yeâu caàu cô baûn sau: Bieán taàn coù trung gian moät chieàu goàm hai boä phaän: - Thöïc hieän ñöôïc logic ba pha, Löôùi Taûi chænh löu ñaàu vaøo thay ñoåi taàn soá ra. BIEÁN TAÀN nghòch löu ôû ñaàu ra (nguoàn doøng vaø nguoàn aùp). - Ñieàu khieån aùp theo yeâu caàu cuûa taûi, thuôøng gaëp quan heä U/f = haèng soá ÑK U ÑK f - Bieán taàn nguoàn doøng: coâng suaát lôùn, ñoùng ngaét ôû taàn soá beù, ñaàu vaøo laø chænh löu SCR. - Haïn cheá ñöôïc soùng haøi aùp Hình V.7.4: Gioáng nhö nghòch löu, bieán taàn coù 2 (doøng): thöïc hieän caùc thuaät toaùn SPWM tín hieäu ñieàu khieån: ñieän aùp vaø taàn soá. Löôùi L NL Taûi Chænh löu Diod Nghòch löu nguoàn aùp - Caùc chöùc naêng ñieàu khieån taûi töông öùng (trong coâng nghieäp laø ñoäng cô AC): 3 ND 3 L R * ñieàu khieån aùp, doøng (ñ/v ñoäng cô laø toác ñoä, momen) Löôùi C Q7 A B C * quaù trình khôûi ñoäng, haõm L NL Taûi 3 C NA 3 * Baûo veä Hình V.7.2: Bieán taàn coù trung gian moät Hình V.7.3: Maïch ñoäng löïc bieán taàn nguoàn aùp duøng (SeÕ giôùi thieäu kyõ hôn trong chöông 6, 7) chieàu IGBT - Bieán taàn nguoàn aùp: söû duïng caùc ngaét ñieän moät chieàu (coù ñieàu khieån khoùa), coù theå ñaït chaát löôïng ñieän aùp ngoû ra raát cao. - Maïch haõm ñoäng naêng: Q7 cho pheùp tieâu thuï löôïng ñieän naêng traû veà töø taûi, khoâng ñeå aùp DC taêng cao
37/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi 38/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi V.8 ÖÙNG DUÏNG: 1. Caùc boä nguoàn taàn soá cao: Boä nguoàn xoay chieàu coâng nghieäp, phaân laøm caùc nhoùm: Nguyeân lyù: nung noùng baèng doøng xoaùy (eddy current) - Theo loaïi thieát bò söû duïng: maùy phaùt ñieän xoay chieàu (nhoùm thieát bò quay) vaø ñieän Daõy taàn soá laøm vieäc thay ñoåi töø taàn soá coâng nghieäp ñeán vaøi traêm KHz: töû coâng suaát (thieát bò tónh). - Taàn soá laøm vieäc giaûm khi coâng suaát taêng. - Taàn soá caàn phaûi taêng taêng khi beà daày laøm vieäc giaûm (toâi beà maët theùp). - Theo nguoàn ñieän: ñaàu vaøo laø nguoàn moät chieàu hay löôùi ñieän xoay chieàu 2. Ñieàu khieån ñoäng cô AC duøng bieán taàn: - Theo daõy taàn soá hoaït ñoäng: chia laøm caùc nhoùm: Phöông phaùp phoå bieán hieän nay ñeå ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô xoay chieàu 1. Ngoû ra taàn soá coâng nghieäp (nhoû hôn 400 Hz) coá ñònh: nguoàn cho caùc thieát bò ñieän 60 ⋅ f thay theá ñieän löôùi: - boä löu ñieän (UPS – Uninterruped Power Supply) Töø tröôøng quay coù toác ñoä no = ; trong ñoù no tính baèng voøng/phuùt, f : taàn soá p - Inverter (Hz) vaø p laø soá ñoâi cöïc. Rotor seõ quay theo töø tröôøng quay vôùi ñoä tröôït s haàu nhö khoâng 2. Ngoû ra taàn soá coâng nghieäp thay ñoåi: ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô xoay chieàu (bieán ñoåi. taàn). Coù hai nguyeân lyù chính: 3. Ngoû ra trung taàn hay cao taàn: Töø 500 Hz ñeán 25 KHz khi söû duïng SCR hay cao - Ñieàu khieån U/f haèng hôn khi duøng transistor -Ñieàu khieån vector ñoäng cô KÑB söû duïng caùc vi xöû lyù môùi coù khaû naêng tính toaùn raát - laø caùc boä nguoàn cho caùc coâng ngheä ñieän: nung noùng caûm öùng, rung ñoäng sieâu aâm maïnh ñeå ñieàu khieån ñoäng cô KÑB. cuûa caùc vaät lieäu töø giaûo. - Caùc boä dao ñoäng coâng suaát hình sin söû duïng ñeøn ñieän töû hay transistor, laøm vieäc ôû taàn soá töø 50 KHz ñeán vaøi MHz duøng cho toâi cao taàn hay nung noùng ñieän moâi.
39/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi 40/42 ch5 NL&BT /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi 3. Boä nguoàn xoay chieàu Ñieàu khieån 4. Chaán löu (ballast) ñieän töû: ST khoâng giaùn ñoaïn (boä löu ñieän hay Löôùi laø loaïi ñeøn ñöôïc söû duïng raát phoå bieán BL Taûi UPS uninterrupted – power – nhôø hieäu suaát vaø tuoåi thoï raát cao. supply): Naïp Nghòch löu Chuyeån maïch nguoàn Accu Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa ñeøn huyønh 220 VAC quang laø döïa vaøo söï phaùt saùng cuûa chaát (boät) huyønh quang (fluorescent) khi coù doøng Hình V.8.1: Sô ñoà khoái boä nguoàn xoay chieàu khoâng giaùn Hình V.8.2: Sô ñoà ñeøn huyønh quang truyeàn ñieän töû va vaøo. ñoaïn thoáng, duøng chaán löu laø cuoän daây Bao goàm boä nghòch löu söû duïng accu vaø boä chuyeån maïch (rô le hay TRIAC). - Khi laøm vieäc ở ñiện löôùi caàn coù ñieän tröôøng cao cuûa xung moài ban ñaàu ñeå taïo söï Vaán ñeà then choát cuûa UPS off-line laø thôøi gian chuyeån ñoåi, tính töø khi nguoàn xem phoùng ñieän. nhö bò maát ñeán khi xaùc laäp aùp nghòch löu, Sô ñoà UPS hay nghòch löu coù ñaàu vaøo accu ñieän aùp thaáp duøng 2 boä nghòch löu: 5. Grid converter: Boä bieán ñoåi naïp naêng löôïng vaøo löôùi: Accu Æ [NL1 Æ BA taàn soá cao Æ CL Æ Loïc 1 ]Æ NL2 Æ Loïc 2 Æ taûi - nhu caàu/ khaû naêng söû duïng naêng löôïng phaân taùn (maët trôøi, gioù..) UPS ON-LINE: UPS khoâng coù boä chuyeån maïch vaø boä nghòch löu luoân laøm vieäc BBÑ aù p DC Nguoà n Taû i DC naï p naê ng löôï n g accu phaâ n taù n Nghòch löu Taû i AC 0 Nguoàn söû duïng naêng löôïng maët trôøi hay söùc gioù hoaït ñoäng ñoäc laäp (coå ñieån)