Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu chỉnh lưu tích cực 3 pha

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:93

Thêm vào BST

Báo xấu

49
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của đề tài này là đi vào nghiên cứu chỉnh lưu 3 pha tích cực theo phương pháp điều chế độ rộng xung, tiến hành khảo sát tổng hợp và so sánh các kỹ thuật điều chế độ rộng xung về hiệu quả, tổn hao, chất lượng hài và khảo sát các đặc tính điều khiển từ đó có thể đề xuất giải pháp điều chế hiệu quả và có thể mang lại sản phẩm điều chế mới cho chỉnh lưu tích cực.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu chỉnh lưu tích cực 3 pha

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM ---------- NGUYỄN THANH THẢO NGHIÊN CỨU CHỈNH LƯU TÍCH CỰC 3 PHA LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 03 năm 2016
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM ---------- NGUYỄN THANH THẢO NGHIÊN CỨU CHỈNH LƯU TÍCH CỰC 3 PHA LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 GVHD: PGS.TS. NGUYỄN THANH PHƯƠNG. TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 03 năm 2016
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Thanh Phương Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP.HCM ngày 12 tháng 03 năm 2016. Thành phần hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: TT Họ và tên Chức danh Hội đồng 1 TS. Huỳnh Châu Duy Chủ tịch 2 TS. Trần Thanh Phương Phản biên 1 3 TS. Dương Thanh Long Phản biện 2 4 PGS.TS. Trần Thu Hà Ủy viên 5 TS. Trương Đình Nhơn Ủy viên, Thư ký Xác nhận của Chủ tịch hội đồng đánh giá Luận văn đã được sửa chữa (nếu có). Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ------------------------------------ ------------------------------------- TP.HCM, ngày ...... tháng ...... năm 2015 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN THANH THẢO Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 04/ 04/ 1968 Nơi sinh: TP.HCM Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV: 1341830061 I- Tên đề tài: NGHIÊN CỨU CHỈNH LƯU TÍCH CỰC 3 PHA II- Nhiệm vụ và nội dung: Nhiệm vụ là nghiên cứu chỉnh lưu 3 pha tích cực theo phương pháp điều chế độ rộng xung, tiến hành khảo sát tổng hợp và so sánh các kỹ thuật điều chế độ rộng xung về hiệu quả, tổn hao, chất lượng hài và khảo sát các đặc tính điều khiển từ đó có thể đề xuất 1 giải pháp điều chế hiệu quả và có thể mang lại sản phẩm điều chế mới cho chỉnh lưu tích cực. III- Ngày giao nhiệm vụ: 26/ 05/ 2015 IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 26/ 11/ 2015 V- Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS. NGUYỄN THANH PHƯƠNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan là mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc. Học viên thực hiện Luận văn Nguyễn Thanh Thảo.
ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến quý Thầy Cô trường Đại Học Kỹ thuật Công nghệ Tp. Hồ Chí Minh, những người đã dìu dắt tôi tận tình, đã truyền đạt cho tôi những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian tôi học tập tại trường. Tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến tất cả các Thầy, Cô Khoa Điện-Điện Tử đặc biệt là thầy Nguyễn Thanh Phương, đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp này. Tôi xin cảm ơn gia đình tôi, những người thân đã hỗ trợ tôi những điều kiện tốt nhất để học tập trong suốt thời gian dài. Ngoài ra tôi xin gửi lời cảm ơn đến các bạn đồng nghiệp đã hỗ trợ tôi rất nhiều trong quá trình đi tìm nguồn tài liệu nghiên cứu, cám ơn đến các bạn lớp 13SMDD21 của tôi, những người đã cùng gắn bó, cùng học tập và giúp đỡ tôi trong những năm qua cũng như trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp. Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2015 Nguyễn Thanh Thảo
iii TÓM TẮT Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của các thiết bị biến đổi năng lượng điều khiển bằng kỹ thuật số (digital control system), việc biến đổi năng lượng điện từ xoay chiều sang một chiều sử dụng các thiết bị điện tử công suất được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như hệ thống truyền tải, hệ thống phân phối điện năng, dùng trong công nghiệp… Một ví dụ cụ thể cho việc biến đổi năng điện từ xoay chiều sang một chiều ứng dụng trong hệ thống truyền tải và phân phối điện năng là quá trình vận hành của turbine gió: đầu tiên, điện áp xoay chiều với tần số và điện áp biến thiên từ turbine gió được chỉnh lưu thành điệp áp một chiều rồi sau đó lại được nghịch lưu thành xoay chiều với điện áp và tần số lưới. Trong công nghiệp, việc chỉnh lưu điện áp lưới từ xoay chiều sang một chiều để cung cấp cho các hệ thống truyền động công nghiệp có nhu cầu biến đổi tần số (inverter) ngày càng được sử dụng rộng rãi thay cho hệ thống điều tốc cơ khí (hộp số). Như vậy, so với bộ chỉnh lưu không điều khiển cổ điển sử dụng diode, chất lượng của điện áp và dòng điện chỉnh lưu cần được nâng lên tương ứng. Khi đó điện áp cung cấp cho thiết bị đầu cuối sẽ có chất lượng tốt hơn. Hiện nay, nhiều phương pháp điều khiển cho chỉnh lưu đã được nghiên cứu và ứng dụng điển hình như phương pháp điều chế độ rộng xung sine (SPWM) và phương pháp điều chế vector không gian (SVPWM) đã cho một số kết quả nhất định. Xuất phát từ việc này, yêu cầu đặt ra cho luận văn cụ thể như sau: • Nghiên cứu các kỹ thuật điều chế SPWM và SVPWM cho chỉnh lưu có điều khiển. • Áp dụng kỹ thuật cộng thành phần sóng hài bậc ba cho SPWM. • Mô phỏng các kỹ thuật điều chế độ xung trên Matlab. • So sánh, đánh giá của các phương pháp đã mô phỏng trên Matlab.
iv ABSTRACT Nowadays, with the intensive development of the power electronic devices and digital control systems, energy conversion based on power electronic converters using digital system processor (DSP) system become popular in energy industries and home applications. By way of example, in wind energy system, at first, AC voltage from wind turbine with varied frequency and magnitude is rectified into DC voltage. Then, this DC voltage is converted back into the grid AC voltage with constant frequency and magnitude. In addition, in industry applications, by rectifying the grid AC energy into the DC one and then converting this DC energy back into the AC voltage with variable frequency and magnitude to supply for the machine drive system, the operating speed of the drive system can be varied without employing mechanical gear box. Based on what discussed above, compared with the conventional uncontrolled rectify technique using diode, high demanded qualities of the DC energy are highly expected. To date, a great number of rectify techniques were proposed such as direct current control or direct power control…These proposed techquies require a modulation method (sine pulse width modulation-SPWM or space vector pulse width modulation-SVPWM) to realize the demanded voltage reference via the power electronic inverters. This thesis focuses on the following aspects: • Investigating the application of SPWM and SVPWM techniques for controlled rectifier. • Improving the SPWM technique by including the third harmonic. • Realize the studied PWM techniques using Matlab/Simulink. • Comparative study between the SPWM and SVPWM techniques in terms of the rectifying qualities.
v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AC Alternating Current Xoay chiều. DC Direct Current Một chiều IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor Transistor cực điều khiển cách ly. PWM Pulse Width Modulation Điều chế độ rộng xung. SPWM Sin Pulse Width Modulation Điều chế độ rộng xung sin. SVPWM Space Vector Pulse Width Vector không gian điều chế độ Modulation rộng xung. SVM Space Vector Modulation Điều chế vector không gian. THIPWM Third-Harmonic-Injection PWM Phương pháp điều chế hài bậc ba. THD Total Harmonic Distortion Méo hài tổng. VSC Voltage Source Converter Chuyển đổi điện áp nguồn. VFOC Virtual Flux Oriented Control Điều khiển định hướng từ thông ảo. VOC Voltage Oriented Control Điều khiển định hướng theo điện áp. DPC Direct Power Control Điều khiển công suất trực tiếp. VF-DPC Virtual Flux Based Direct Power Điều khiển công suất trực tiếp từ Control thông ảo.
vi KÝ HIỆU α Góc pha của vector chuẩn ε Góc pha điều khiển phần chỉnh lưu PWM. γ Góc pha của vector áp nguồn phần chỉnh lưu PWM. ω Tần số góc. ia. ib, ic Dòng ba pha. idc Dòng một chiều. iα Thành phần dòng điện trên trục α của hệ tọa độ α – β. iβ Thành phần dòng điện trên trục β của hệ tọa độ α – β. id Thành phần dòng điện trên trục d của hệ tọa độ d – q. iq Thành phần dòng điện trên trục q của hệ tọa độ d – q. VA, VB, Vc Điện áp nguồn ba pha. VDC Điện áp một chiều trên tải. Vs Điện áp nguồn. vc điện áp chuyển đổi VSα Thành phần điện áp trên trục α của hệ tọa độ α – β. VSβ Thành phần điện áp trên trục β của hệ tọa độ α – β. VSd Thành phần điện áp trên trục d của hệ tọa độ d – q. VSq Thành phần điện áp trên trục q của hệ tọa độ d – q.
vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Vector không gian, trạng thái chuyển mạch và trạng thái đóng khóa. .... 31 Bảng 3.2 Các vector, các vector chuyển mạch, điện áp pha và điện áp dây như một chức năng của DC bus điện áp Vdc............................................................................ 33 Bảng 3.3 Các vector điện áp, vector chuyển mạch, α và β. ..................................... 34 Bảng 3.4 Xác định sector theo góc của vector tham chiếu. .................................... 38 Bảng 3.5 Khoảng thời gian Ta và Tb cho mỗi sector. .............................................. 42 Bảng 3.6 Bảy đoạn chuyển mạch liền kề. ............................................................... 45 Bảng 3.7 Kiểu xung chuyển mạch ba pha cho mỗi sector. ..................................... 48 Bảng 3.8 Chuỗi chuyển mạch cho kỹ thuật ba pha PWM. ..................................... 49
viii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Chỉnh lưu dùng diode. ............................................................................ 02 Hình 1.2. Kỹ thuật đa xung với chỉnh lưu diode 16 tia. .......................................... 02 Hình 1.3. Mạch chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển. ................................................ 03 Hình 1.4. Chỉnh lưu dùng kỹ thuật điều khiển xung PWM với IGBT. .................. 04 Hình 1.5. Chỉnh lưu với hệ thống truyền động điện. ............................................... 04 Hình 1.6. Phân loại các phương pháp điều khiển cho chỉnh lưu PWM . ................ 05 Hình 2.1. Miêu tả đơn giản của mạch chỉnh lưu PWM cho dòng công suất hai chiều.08 Hình 2.2. Sơ đồ định pha cho chỉnh lưu PWM........................................................ 08 Hình 2.3. Dòng công suất trong chỉnh lưu tích cực. ................................................ 09 Hình 2.4. Sơ đồ khối bộ chỉnh lưu PWM nguồn áp trong hệ tọa độ ba pha tự nhiên.11 Hình 2.5 Sơ đồ khối chỉnh lưu PWM nguồn áp trong hệ tọa độ α – β. .................. 13 Hình 2.6. Sơ đồ vector điều khiển định hướng điện áp (VOC). ............................. 14 Hình 2.7. Sơ đồ khối chỉnh lưu PWM nguồn áp trong hệ tọa độ d – q đồng bộ. .... 15 Hình 3.1 Phát tín hiệu điều khiển cho SPWM. ....................................................... 19 Hình 3.2 Chỉnh lưu ba pha Sin PWM. .................................................................... 19 Hình 3.3 Ba pha Sin PWM. .................................................................................... 20 Hình 3.4 Bơm hài bậc ba một pha PWM. ............................................................... 24 Hình 3.5 Điện áp tham chiếu (a, b, c), dạng sóng tam giác (VT), và điện áp ngõ ra (Vao, Vbo, Vco). ......................................................................................... 25 Hình 3.6 Miêu tả vùng dưới điều chế và quá điều chế trong vector không gian.... 26 Hình 3.7 Chỉnh lưu cầu ba pha. .............................................................................. 27 Hình 3.8 Hình dạng tám khóa của chỉnh lưu ba pha. ............................................. 29 Hình 3.9 Vector không gian của chỉnh lưu cầu ba pha........................................... 29 Hình 3.10 Theo sơ đồ cho SVPWM đầy đủ. ............................................................ 34 Hình 3.11 Cơ bản của dạng sóng điện áp. ................................................................ 36 Hình 3.12 Cấu trúc của kiểu xung đối xứng cho ba pha. ......................................... 42
ix Hình 3.13 ⃗ đặt vào sector 1. ............................................................................... 43 Hình 3.14 Kiểu chuyển mạch trong sáu sector. ........................................................ 46 Hình 3.15 Kiểu chuyển mạch của sáu sector trong chu kỳ....................................... 47 Hình 3.16 Chuỗi chuyển mạch của cả sáu Sector..................................................... 49 Hình 5.1 Kết quả điện áp DC lớn nhất của ba phương pháp điều khiển. .............. 68 Hình 5.2 Sóng điện áp ngõ ra của SPWM. ............................................................. 69 Hình 5.3 Sóng điện áp ngõ ra của THIPWM. ....................................................... 69 Hình 5.4 Sóng điện áp ngõ ra của SVPWM. .......................................................... 69 Hình 5.5. Sóng điện áp và dòng điện pha ngõ vào của SPWM. .............................. 70 Hình 5.6. Sóng điện áp và dòng điện pha ngõ vào của THIPWM. ......................... 70 Hình 5.7. Sóng điện áp và dòng điện pha ngõ vào của SVPWM. ........................... 70 Hình 5.8. Sóng điện áp và dòng điện pha ngõ vào của SVPWM, với Vref = 500V.71 Hình 5.9. Kết quả đo THD của SPWM. ................................................................. 72 Hình 5.10.Kết quả đo THD của SVPWM. ................................................................ 72 Hình 5.11.Kết quả đo THD của THIPWM. .............................................................. 72
x MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ i LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................ii TÓM TẮT ................................................................................................................. iii ABSTRACT ............................................................................................................... iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................ v KÝ HIỆU.................................................................................................................... vi DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................................vii DANH MỤC CÁC HÌNH ....................................................................................... viii Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CHỈNH LƯU BA PHA. ........................................... 01 1.1. Giới thiệu ........................................................................................................ 01 1.2.1. Tổng quan ....................................................................................................... 01 1.2.2. Chỉnh lưu Diode ............................................................................................. 01 1.2.3. Chỉnh lưu thyristor. ......................................................................................... 03 1.2.4. Chỉnh lưu PWM. ............................................................................................. 03 1.3. Mục đích nghiên cứu. ..................................................................................... 05 1.4. Cấu trúc luận văn. ........................................................................................... 06 Chương 2: MÔ HÌNH HÓA CHỈNH LƯU TÍCH CỰC. 2.1. Hoạt động của chỉnh lưu PWM .................................................................. 07 2.2. Mô hình toán học bộ chỉnh lưu 3 pha PWM. ................................................. 10 2.2.1. Mô tả dòng điện và điện áp nguồn. ................................................................ 10 2.2.2. Mô tả điện áp vào bộ chỉnh lưu PWM. ........................................................... 10 2.3. Sơ đồ khối của chỉnh lưu PWM...................................................................... 11 2.3.1. Mô tả chỉnh lưu PWM trong hệ ba pha. ......................................................... 11 2.3.2. Mô hình chỉnh lưu PWM trong hệ tọa độ tĩnh α – β. ..................................... 12 2.3.3. Mô hình chỉnh lưu PWM trong hệ tọa độ d – q. ............................................. 13 2.4. Giới hạn hoạt động. ............................................................................... 16 Chương 3: PHƯƠNG PHÁP VÀ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN CHỈNH LƯU PWM.16 3.1 Sinusoidal PWM. ............................................................................................ 16
xi 3.1.1 Khái niệm về Sinusoidal PWM (SPWM). ...................................................... 16 3.1.2 Chỉ số điều chế của Sinusoidal PWM. ........................................................... 21 3.2 Thêm thành phần sóng hài bậc 3 trong PWM. ............................................... 21 3.2.1 Khái niệm và tính toán khi thêm thành phần hài bậc 3. ................................. 21 3.3. Vector không gian điều chế độ rộng xung (SVPWM). .................................. 25 3.3.1. Giới thiệu. ....................................................................................................... 25 3.3.2. Nguyên lý của Space Vector PWM. ............................................................... 26 3.3.3. Phương thức thực hiện của điều chế độ rộng xung vector không gian hai bậc. .................................................................................................... 34 3.3.3.1. Góc và vector điện áp tham chiếu. .......................................................... 34 3.3.3.2. Chỉ số điều chế của phương thức điều chế. ............................................. 35 3.3.3.3. Xác định Sector........................................................................................ 36 3.3.3.4. Lượng thời gian Ta, Tb, T0. ...................................................................... 37 3.3.3.5. Tính toán thời gian chuyển mạch cho mỗi khóa Transistor (S1 – S6). .... 43 3.3.3.6. Các kiểu sơ đồ.......................................................................................... 45 Chương 4. MÔ HÌNH MÔ PHỎNG MẠCH CHỈNH LƯU .................................... 50 4.1. Mô hình mô phỏng mạch công suất................................................................ 50 4.2. Mô hình mô phỏng mạch điều khiển kiểu SPWM. ........................................ 51 4.2.1. Khối chuyển đổi abc sang dq. ......................................................................... 52 4.2.1.1. Khối chuyển đổi hệ tọa độ ba pha (abc) sang hệ tọa độ hai pha (α–β).... 53 4.2.1.2. Xác định sin_cos(gamma). ...................................................................... 53 4.2.1.3. Khối chuyển đổi hệ tọa độ hai pha (α – β) sang hệ tọa độ (d – q). .......... 54 4.2.2. Khối chuyển đổi hệ tọa độ (d – q) sang hệ tọa độ ba pha (abc). .................... 54 4.2.2.1. Khối chuyển đổi d_q sang alpha_beta. .................................................... 54 4.2.2.2. Khối chuyển đổi alpha_beta sang abc. .................................................... 55 4.2.3. Khối PI. ........................................................................................................... 55 4.2.4. Khối PWM cấp xung kích các khóa (S1, ....., S6). ......................................... 56 4.2.5. Kết quả mô phỏng. .......................................................................................... 57 4.3. Mô hình mô phỏng mạch chỉnh lưu kiểu SVPWM. ....................................... 58
xii 4.3.1. Giới thiệu. ....................................................................................................... 59 4.3.2. Khối SVM. ...................................................................................................... 59 4.3.2.1. Khối chuyển đổi hệ tọa độ (d – q) sang hệ tọa độ hai pha (α – β). .......... 59 4.3.2.2. Khối tính sector........................................................................................ 60 4.3.2.3. Khối tính T0, T1, T2. ............................................................................... 60 4.3.2.4. Khối tính ta, tb, tc. ................................................................................... 61 4.3.3. Kết quả mô phỏng. .......................................................................................... 62 4.4. Mô hình mô phỏng mạch chỉnh lưu kiểu THIPWM. ..................................... 63 4.4.1. Giới thiệu. ....................................................................................................... 63 4.4.2. Khối chuyển đổi dq sang abc. ......................................................................... 64 4.4.2.1. Khối Bo han ap. ....................................................................................... 65 4.4.2.2. Khối abc1 to Vabc. .................................................................................. 65 4.4.3. Kết quả mô phỏng. .......................................................................................... 66 Chương 5: SO SÁNH CẤU TRÚC VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG CỦA 3 KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ SPWM, SVPWM VÀ THIPWM. ........................................... 67 5.1. Cấu trúc mạch. ................................................................................................ 67 5.2. Kết quả mô phỏng trên Matlab simulink. ....................................................... 68 5.2.1. Điện áp ngõ ra [Vdc]. ..................................................................................... 68 5.2.1.1. Vref lớn nhất. ........................................................................................... 68 5.2.1.2. Chọn Vref = 400V. .................................................................................. 69 5.2.2. Độ gợn sóng điện áp ngõ ra. ........................................................................... 69 5.2.3. Xét sóng điện áp và dòng điện ngõ vào. ......................................................... 70 5.2.4. Méo hài tổng (THD). ...................................................................................... 71 Chương 6: KẾT LUẬN ............................................................................................ 74
1 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CHỈNH LƯU BA PHA. 1.1 Giới thiệu Trước khi phát minh bán dẫn, việc sử dụng chỉnh lưu trong ứng dụng công nghiệp đã được thực hiện với các bộ chuyển đổi cơ điện (một động cơ AC kết hợp với một máy phát DC) và với các bộ chuyển đổi thủy ngân . Một giai đoạn mới bắt đầu để chuyển đổi công suất lớn trong năm 1960, bộ chỉnh lưu diode đầu tiên trên 100kA đã được đưa vào thị trường và mười năm sau, thyristor đầu tiên của các nhà máy này đã hoạt động. Tuy nhiên, để đạt được THD thấp (Total Harmonic Distortion) trong chuyển đổi công suất cao có thể là tương đối công việc phức tạp. Một số hạn chế về công nghệ sử dụng cấu trúc nhất định trong mức công suất được thiết lập sẵn. Tiến bộ mới nhất trong các thiết bị bán dẫn công suất cao có được giới thiệu giải pháp mới cho chuyển đổi hệ thống năng lượng cao, tuy nhiên, mức độ chấp nhận của mỗi công nghệ khác nhau tùy theo với các ngành công nghiệp khác nhau và ứng dụng. Những năm gần đây các xu hướng nghiên cứu về điện tử công suất tập trung rất nhiều trong các dạng mạch chỉnh lưu và nghịch lưu, đặc biệt là chỉnh lưu điều chế độ rộng xung (PWM). Rất nhiều nghiên cứu đã thành công và giải quyết được nhiều mặt hạn chế trong các bộ điện tử công suất. Điều quan trọng là các công trình nghiên cứu được thực hiện tại nhiều nơi trên thế giới với từng mặt thành công riêng rẽ và chưa được tổng hợp hệ thống, đồng thời chưa chỉ ra hết các khả năng áp dụng và các ảnh hưởng của các phương pháp điều chế. 1.2 Tổng quan 1.2.1. Chỉnh lưu Diode Chỉnh lưu Diode trong hình 1.1 là đơn giản nhất của tất cả các loại chỉnh lưu. Chỉnh lưu này thường áp dụng trong các mạch công suất lớn do tính bền bỉ và chi phí thấp của linh kiện. Tuy nhiên, quá trình chuyển mạch là không điều khiển, các bộ chuyển đổi này ít khi được áp dụng trong các ứng dụng công nghiệp, chỉ trong những trường hợp khi không cần điều khiển điện áp ngõ ra. Một nhược điểm của bộ
2 chỉnh lưu này là độ méo hài tổng [total harmonic distortion - THD] cao trong các dòng ngõ vào. Hình 1.1. Chỉnh lưu dung diode. (a) (b) Hình 1.2. Kỹ thuật đa xung với chỉnh lưu diode 16 tia. (a). Không dung trở kháng biến đổi. (b). Với trở kháng biến đổi. Để bù lại sự méo dạng sóng hài sinh ra bởi chỉnh lưu diode, bộ lọc tuyến tính thụ động hoặc hiệu chỉnh hệ số công suất có thể được sử dụng. Kỹ thuật đa xung thường được tìm thấy trong các ứng dụng công suất cao với cuộn dây quấn kết nối đặc biệt trong máy biến áp để dung như những bộ lọc tuyến tính như hình 1.2. Tuy kỹ thuật này đơn giản, nhược điểm là máy biến áp trở nên nặng và cồng kềnh.
3 Những kỹ thuật này cải thiện đáng kể chất lượng dòng ngõ vào (cho bộ chỉnh lưu 12 xung, THD là khoảng 14%, trong khi cho cấu trúc 18 xung, THD thu được là khoảng 9%). Một vấn đề của kỹ thuật này là không điều khiển được điện áp ngõ ra. Cách thứ hai để có được một điều khiển điện áp tải là giới thiệu một trở kháng biến đổi với lõi sắt bão hòa từ. Phạm vi điện áp điều khiển trong kỹ thuật này ở 60-80 volts. 1.2.2. Chỉnh lưu thyristor Hình 1.3. Mạch chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển. Các chỉnh lưu thyristor kế thừa ưu điểm của chỉnh lưu diode. Tuy nhiên do sự phức của mạch điều khiển, chi phí cho bộ chỉnh lưu thyristor thường cao hơn chỉnh lưu diode. Do chỉnh lưu thyristor điều khiển bán kỳ dòng điện, độ méo dạng sóng hài của các dòng ngõ vào cao hơn nếu so với chỉnh lưu diode nhưng điện áp ngõ ra có thể điều chỉnh được. Do sự đơn giản, độ tin cậy và hiệu quả, chỉnh lưu thyristor vẫn được dùng nhiều cho đến ngày nay với các ứng dụng công suất lớn. 1.2.3. Chỉnh lưu PWM Như đã trình bày trong phần giới thiệu, bộ nguồn DC có một vai trò rất quan trọng trong các ứng dụng gia dụng và công nghiệp. Một bộ nguồn DC với chất lượng điện năng cao, hệ số sóng hài thấp, và hệ số công suất có thể điều chỉnh theo yêu cầu vận hành là một trong những yêu cầu thiết thực trong ngành kỹ thuật điện hiện nay.
4 Hình 1.4. Chỉnh lưu dùng kỹ thuật điều khiển xung PWM với IGBT. Kỹ thuật chỉnh lưu tích cực có nhiều ưu điểm khi quan tâm tới chất lượng công suất với hệ số công suất và độ méo sóng hài có thể đạt được là rất thấp. Ngày nay, cấu trúc chỉnh lưu tích cực đã trở thành tiêu chuẩn trong các thiết bị công suất thấp và trung bình. Với thiết bị công suất cao, giá thành của thiết bị đóng ngắt tích cực thường làm tăng hàm chi phí. Bên cạnh đó, trong các ứng dụng kích thước và khối lượng bộ chỉnh lưu là yếu tố quyết định, việc điều chỉnh hệ số công suất dùng cuộn kháng bù có thể áp dụng, nhưng với độ tăng của tính phức tạp và hàm chi phí. Hình 1.5. Chỉnh lưu với hệ thống truyền động điện. Việc ứng dụng kỹ thuật điều khiển xung PWM không những cho phép thỏa mãn các yêu cầu bên trên mà còn cho phép thực thi việc khử các thành phần sóng hài cụ thể bằng cách thay đổi giá trị đặt trong quá trình điều khiển, điều này cho phép mở rộng phạm vi nghiên cứu của đề tài trong tương lai.