Đang tải... (xem toàn văn)
Nghịch lưu độc lập và biến tần
Viện Viện ĐạiĐạiHọc Học MởMở Hà NộiHà Nội Khoa Công Nghệ Điện Tử - Thông Tin Khoa Công Nghệ***** Điện Tử - Thông Tin ***** Bài tiểu luận môn học : Điện tử công suất Phần : Chỉnh Lưu Bài tiểu luận môn học : Điện tử công suất Phần : Nghịch Lưu Độc Lập Biến Tần Giảng viên hướng dẫn : Th.s Đặng Hoàng Anh Giảng viên hướng dẫn : Th.s Đặng Hoàng Anh Nhóm Nhóm8 8: Phạm Đăng Trung Nguyễn Trọng Phú Nguyễn Thị Trâm Nguyễn Thị Thanh Đinh Thế Huân Phan Hữu Tấn Nghịch Lưu Độc Lập Biến Tần I Định nghĩa Ứng dụng 1.Định nghĩa Là biến đổi điện chiều thành xoay chiều với điện áp tần số ngõ thay đổi cung cấp cho tải xoay chiều Ứng dụng Ứng dụng rộng rãi công nghiệp dân dụng a Ngõ tần số công nghiệp không đổi (nhỏ 400Hz) b.Ngõ tần số công nghiệp thay đổi c.Ngõ trung tần hay cao tần ( Từ 500Hz đến 25 KHz) II PHÂN LOẠI NGHỊCH LƯU ∗ 1.Nghịch lưu song song nối tiếp: Là dạng nghịch lưu sử dụng SCR cho đóng ngắt,có tụ điện mạch tải để đảm bảo chuyển mạch.Trong mạch điện điện gồm R,L,C tạo thành mạch cộng hưởng LCR,làm cho dòng qua SCR SCR tự ngắt a Mạch nghịch lưu song song b Sơ đồ ghép biến áp c Mạch nghịch lưu nối tiếp II PHÂN LOẠI NGHỊCH LƯU 1.Nghịch lưu song song nối tiếp: a Nghịch lưu song song -Các SCR1 có dạng xung kích SCR2 -Khi SCR1 dẫn điện, tụ điện C nạp, làm tắt chúng ta kích SCR2 -Tự cảm L đầu vào cách ly nguồn cầu chỉnh lưu,làm dòng đện cung cấp vào cầu chỉnh lưu không thay đổi tức thời,tránh chập mạch tạm thời qya SCR1 2( hay SCR3 4) chúng chuyển mạch II PHÂN LOẠI NGHỊCH LƯU 1.Nghịch lưu song song nối tiếp: b.Nghịch lưu nối tiếp − Kích SCR tạo xung dòng dương,dòng qua mạch không điện áp tụ đạt cực đại SCR tự tắt − Kích SCR tạo xung dòng âm,tụ điện phóng qua dòng không áp tụ điện đảo cực tính, chuẩn bị cho chu kỳ II PHÂN LOẠI NGHỊCH LƯU 2.Nghịch lưu nguồn dòng nguồn áp a.Nghịch lưu nguồn dòng Sơ đồ nguyên lý mạch tương đương NL nguồn dòng pha tải RL II.PHÂN LOẠI NGHỊCH LƯU 2.Nghịch lưu nguồn dòng nguồn áp a.Nghịch lưu nguồn dòng -Có L vô ngõ vào,làm tổng trở nguồn có giá trị lớn: tải làm việc với nguồn dòng io O iN 2π w t π - iN Dòng iN phẳng,không đổi giá trị tải đóng ngắt thành dòng AC cung cấp cho tải: S1, S4 đóng: iO = iN > ; S2, S3 đóng: iO = – iN < 0; Công suất tải tiêu thụ: Po = U.iN II PHÂN LOẠI NGHỊCH LƯU 2.Nghịch lưu nguồn dòng nguồn áp b Nghịch lưu nguồn áp Sơ đồ nguyên lý mạch tương đương NL nguồn áp pha -Nguồn có tổng trở -Ngắt điện có diod song song ngược để lượng từ tải tự trả nguồn II PHÂN LOẠI NGHỊCH LƯU 2.Nghịch lưu nguồn dòng nguồn áp b Nghịch lưu nguồn áp V π w t π -V Dạng áp ngõ nghịch lưu nguồn áp -Áp nguồn chiều đóng ngắt thành xung hình vuông có biên độ xác định để cung cấp cho tải II PHÂN LOẠI NGHỊCH LƯU 2.Nghịch lưu nguồn dòng nguồn áp So sánh Nghịch lưu nguồn dòng Ngỏ vào: L = ∞ Nghịch lưu nguồn áp C=∞ Nguồn: Nguồn dòng Nguồn áp Tải: Dòng xung vuông Áp xung vuông, giới hạn biên độ nguồn Ngõ ra: Áp thay đổi theo tải theo tải Năng lượng: chiều, từ nguồn đến tải đổi với tải Dòng thay đổi chiều, nguồn trao III KHẢO SÁT NGHỊCH LƯU NGUỒN ÁP Sơ đồ nghịch lưu đa bậc a.Nghịch lưu nhiều bậc dùng nguồn nhiều cấp điện áp − Nhiều cấp áp nguồn dùng tụ phân áp − Số cấp số tụ điện n +1 − Ngắt điện phía trong(S13 hay S23) khóa ngắt điện nó(S12 hay S22) khóa cấp điện áp nối vào tải qua diod kẹp ngắt điện tải làm việc III KHẢO SÁT NGHỊCH LƯU NGUỒN ÁP Sơ đồ nghịch lưu đa bậc ∗ b Nghịch lưu nhiều bậc dùng cell nghịch lưu pha Một cell NL pha Nghịch lưu đa bậc pha dùng tổ hợp cell NL pha - Các dạng áp nấc thang tạo từ việc cộng(trừ) dạng xung vuông làm việc lệch pha Khi ta cộng(trừ) nhiều áp NL pha,ta tổng hợp dạng áp nghịch lưu đa bậc - Số bậc: Mỗi cell có thể có mức: +V, 0, -V;trên nhánh có N cell tạo thành 2N +1 bậc III KHẢO SÁT NGHỊCH LƯU NGUỒN ÁP Sơ đồ nghịch lưu đa bậc c Nghịch lưu đa bậc ghép áp ngõ Nguyên lý cộng dạng áp NL Dạng sóng 12 nấc thang Dùng biến áp để tạo dạng sóng nấc thang -Mỗi cấp có bề rộng -Sử dụng biến áp để cộng xung vuông thành áp nấc thang -Số bậc lần số nghịch lưu pha -Đơn giản kích thước lớn,hiệu suất ko cao IV.ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP NGÕ RA ∗ 1.Mở đầu ∗ * Điều khiển áp yêu cầu cần thiết cho nghịch lưu vì: - Giữ ổn định điện áp ngõ ra, tránh sụt áp tải, nguồn phần tử mạch - Áp cần điều khiển theo yêu cầu tải.Như tải động cơ,khi làm việc với nguồn áp cần cung cấp điện áp tỉ lệ với tần số làm việc để động không bị bão hòa Các phương pháp điều khiển * Thay đổi nguồn cung cấp * Điều chế độ rộng xung IV.ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP NGÕ RA Các phương pháp điều khiển Sơ đồ điều rộng nhiều xung( NL pha) đk hoàn toàn Dạng áp,dòng NL nguồn áp pha điều khiển không hoàn toàn IV.ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP NGÕ RA ∗ Các phương pháp điều khiển a Thay đổi áp nguồn cung cấp: Làm biên độ áp thay đổi,thường sử dụng nghịch lưu nguồn dòng hay áp có dạng cố định.Khi đó, NL thường cung cấp điện DC từ nguồn chỉnh lưu điều khiển pha hay qua BBĐ áp DC b Điều chế độ rộng xung: Một xung nhiều xung - Mạch điều khiển phức tạp kết hợp điều khiển áp tần số vào sơ đồ mạch động lực đơn giản kinh tế - Có trường hợp: ĐK hoàn toang có ngắt làm việc nửa cầu hay ĐK không hoàn toàn có lúc ngắt điện làm việc - Khi điều khiển hoàn toàn, pá xác định từ luật đk ngược lại với đk không hoàn toàn ngắt điện làm việc nhánh nửa cầu,áp ngõ phụ thuộc dòng phóng điện V.HẠN CHẾ SÓNG HÀI NGÕ RA Các phương pháp Các sóng hài bậc cao có tác động: − Gây phát nóng phụ :do dòng không hình sin hài bậc cao làm tăng tổn hao dây dẫn lõi sắt − Gây momen phụ: thành phần pha bậc cao tạo động xoay chiều Có nhiều phương pháp để hạn chế sóng hài bậc cao,chia thành nhóm: − Sử dụng biến đổi đa cấp: − Điều chế độ rộng xung(PWM): Có nhiều phương pháp: điều chế độ rộng xung hình sin(SPWM) với cải tiến,triệt tiêu hài chọn trước, dùng so sánh có trễ( điều rộng thích nghi), điều rộng vector không gian(SVPWM) VI NGHỊCH LƯU HÌNH SIN Mạch tạo áp chuẩn hình sin sóng mang cưa cho sơ đồ điều chế độ rộng xung hình sin (SPWM) − Hạt nhân mạch điều khiển tạo hình sin có biên độ tần số điều khiển − Hạt nhân cho dạng sóng tam giác có tần số bội số đồng với hình sin chuẩn VI NGHỊCH LƯU HÌNH SIN Quan hệ tần số sóng mang fc tần số ngõ f0 − Áp điều khiển f = k Udk = N f0 với k : hệ số tỉ lệ(Hz/volt);f0 : tần số ngõ mong muốn; N: số mẫu hình sin chuẩn − DAC biến đổi từ số điện áp,tạo tín hiệu mong muốn − Để thay đổi biên độ hình sin,DAC sử dụng loại nhân tín hiệu điều khiển biên độ đưa vào chân áp chuẩn REF − U/ f = số VII.BIẾN TẦN NGUỒN ÁP Định nghĩa -Là biến đổi điện xoay chiều lưới công nghiệp thành điện pha có tần số thay đổi -Ứng dụng rộng rãi công nghiệp để điều khiển tốc độ động AC: + Có thể sử dụng động không đồng rẻ tiền,chắc chắn + Điều khiển tần số động AC phương án có hiệu suất cao,chất lượng tốt VII.BIẾN TẦN NGUỒN ÁP Các dạng biến tần Có dạng: Biến tần trực tiếp biến tần qua trung gian chiều a.Biến tần trực tiếp − Là biến đổi đảo chiều, đk để có áp ngõ thay đổi cực tính có chu kỳ − Khi thay SCR ngắt điện có đk khóa, ta nhận tính tốt VII.BIẾN TẦN NGUỒN ÁP Các dạng biến tần b.Biến tần có trung gian Biến tần có trung gian chiều − Gồm phận: Chỉnh lưu đầu vào nghịch lưu đầu − Tổ hợp BBĐ làm nhiều sơ đồ khác với khả phạm vi sử dụng khác biệt − Thuật toán điều khiển phong phú VII.BIẾN TẦN NGUỒN ÁP ∗ 3.Nguyên lý điều khiển động AC dùng biến tần − Khi tần số thay đổi, từ trường quay cuộn dây xtator có tốc độ thay đổi theo quan hệ n0; n0 (vòng/phút), f: tần số(Hz) p số đôi cực − Rotor quay theo từ trường quay với đột trượt s không đổi − nguyên lý điều khiển động không đồng dùng phương pháp thay đổi tần số: + Điều khiển U/f hằng: +Điều khiển vector động không đồng bộ: VIII.ỨNG DỤNG 1.Các nguồn tần số cao: − Nung nóng cảm ứng vật liệu dẫn điện dòng cảm ứng Tần số làm việc thay đổi từ tần số công nghiệp đến vài trăm KHz: + Tần số làm việc giảm công suất tăng + Tần số cần phải tăng bề dầy làm việc giảm − Có thể sử dụng NL với ngắt điện thyristor nguồn tần số cao Ở tần số > 100 KHz, dùng transistor 2.Cấp điện đóng ngắt sử dụng NL: - Bộ nghịch lưu dùng cho cấp điện đóng ngắt,biến đổi điện chiều thành xoay chiều,cung cấp cho biến áp tần số cao Bộ nguồn xoay chiều không gián đoạn(Bộ lưu điện): VIII.ỨNG DỤNG Bộ nguồn xoay chiều không gián đoạn(Bộ lưu điện-UPS): −Sử dụng cho thiết bị dùng điện quan trọng điện bất ngờ máy chủ mạng máy tính hay máy điện tử y tế −UPS cung cấp điện tam thời lười chờ lưu liệu làm việc hay cho chạy máy phát dự phòng −Thời gian chuyển mạch phải đủ bé,khoảng vài chục ms để tải xem cung cấp điện không gián đoạn ( OFF-LINE) −Có loại UPS chuyển mạch NL làm việc.( ON-LINE) [...]... khiển tần số động cơ AC là phương án có hiệu suất cao,chất lượng tốt VII.BIẾN TẦN NGUỒN ÁP 2 Các dạng biến tần Có 2 dạng: Biến tần trực tiếp và biến tần qua trung gian một chiều a .Biến tần trực tiếp − Là bộ biến đổi đảo chiều, được đk để có áp ngõ ra thay đổi cực tính có chu kỳ − Khi thay thế SCR bằng ngắt điện có đk khóa, ta có thể nhận được tính năng tốt hơn VII.BIẾN TẦN NGUỒN ÁP 2 Các dạng biến tần. .. VII.BIẾN TẦN NGUỒN ÁP 2 Các dạng biến tần b .Biến tần có trung gian Biến tần có trung gian 1 chiều − Gồm 2 bộ phận: Chỉnh lưu đầu vào và nghịch lưu đầu ra − Tổ hợp 2 BBĐ này làm ra nhiều sơ đồ khác nhau với khả năng và phạm vi sử dụng khác biệt − Thuật toán điều khiển rất phong phú VII.BIẾN TẦN NGUỒN ÁP ∗ 3.Nguyên lý điều khiển động cơ AC dùng biến tần − Khi tần số thay đổi, từ trường quay của các cuộn... phía trong(S13 hay S23) chỉ được khóa khi ngắt điện ngoài nó(S12 hay S22) đã khóa và như thế 1 cấp điện áp sẽ được nối vào tải qua diod kẹp khi các ngắt điện giữa nó và tải làm việc III KHẢO SÁT NGHỊCH LƯU NGUỒN ÁP 3 Sơ đồ nghịch lưu đa bậc ∗ b Nghịch lưu nhiều bậc dùng các cell nghịch lưu 1 pha Một cell NL 1 pha Nghịch lưu đa bậc 3 pha dùng tổ hợp cell NL 1 pha - Các dạng áp nấc thang này được tạo ra... vector không gian(SVPWM) VI NGHỊCH LƯU HÌNH SIN Mạch tạo áp chuẩn hình sin và sóng mang răng cưa cho sơ đồ điều chế độ rộng xung hình sin (SPWM) − Hạt nhân của mạch điều khiển là bộ tạo hình sin có biên độ và tần số điều khiển được − Hạt nhân này cũng cho ra dạng sóng tam giác có tần số là bội số và đồng bộ với hình sin chuẩn VI NGHỊCH LƯU HÌNH SIN Quan hệ tần số sóng mang fc và tần số ngõ ra f0 − Áp điều... (kA) III KHẢO SÁT NGHỊCH LƯU NGUỒN ÁP 2 Sơ đồ nghịch lưu 3 pha NL nguồn áp ba pha, các dạng sóng và Mạch động lực -Nguồn là nguồn áp và có diod phóng điện song song với mỗi ngắt điện,năng lượng truyền được 2 chièu giữa nguồn vào tải làm cho áp ra có nguồn áp 3 pha có thể sử dụng logic ba pha có 2 hay 3 ngắt điện làm việc cùng lúc III KHẢO SÁT NGHỊCH LƯU NGUỒN ÁP 3 Sơ đồ nghịch lưu đa bậc Dạng sóng... pha,ta có thể tổng hợp được dạng áp nghịch lưu đa bậc - Số bậc: Mỗi cell có thể có thể có 3 mức: +V, 0, -V;trên một nhánh có N cell tạo thành 2N +1 bậc III KHẢO SÁT NGHỊCH LƯU NGUỒN ÁP 3 Sơ đồ nghịch lưu đa bậc c Nghịch lưu đa bậc ghép áp ngõ ra Nguyên lý cộng 2 dạng áp NL Dạng sóng 12 nấc thang Dùng biến áp để tạo dạng sóng nấc thang -Mỗi cấp có bề rộng như nhau -Sử dụng biến áp để cộng các xung vuông... với hình sin hơn *Thực hiện : Có nhiều cách - Sử dụng nguồn có nhiều cấp điện áp và nhiều ngắt điện nối tiếp - Nối tiếp nhiều bộ NL một pha có nguồn riêng( cell nghịch lưu một pha) - Nối tiếp nhiều bộ phận NL một pha làm việc lệch pha qua biến áp ngõ ra III KHẢO SÁT NGHỊCH LƯU NGUỒN ÁP 3 Sơ đồ nghịch lưu đa bậc a .Nghịch lưu nhiều bậc dùng nguồn nhiều cấp điện áp − Nhiều cấp áp nguồn dùng tụ phân áp... nghiệp đến vài trăm KHz: + Tần số làm việc giảm khi công suất tăng + Tần số cần phải tăng khi bề dầy làm việc giảm − Có thể sử dụng NL với ngắt điện là thyristor trong các bộ nguồn tần số cao Ở tần số > 100 KHz, có thể dùng transistor 2.Cấp điện đóng ngắt sử dụng NL: - Bộ nghịch lưu có thể dùng cho bộ cấp điện đóng ngắt ,biến đổi điện 1 chiều thành xoay chiều,cung cấp cho biến áp tần số cao 3 Bộ nguồn xoay... lệ(Hz/volt);f0 : tần số ngõ ra mong muốn; N: số mẫu của một hình sin chuẩn − DAC biến đổi từ số ra điện áp,tạo ra các tín hiệu mong muốn − Để thay đổi biên độ các hình sin,DAC được sử dụng là loại nhân và tín hiệu điều khiển biên độ được đưa vào chân áp chuẩn REF của nó − U/ f = hằng số VII.BIẾN TẦN NGUỒN ÁP 1 Định nghĩa -Là bộ biến đổi điện xoay chiều của lưới công nghiệp thành điện 3 pha có tần số thay... Làm biên độ áp ra thay đổi,thường sử dụng khi nghịch lưu là nguồn dòng hay áp ra có dạng cố định.Khi đó, bộ NL thường được cung cấp điện DC từ bộ nguồn chỉnh lưu điều khiển pha hay qua BBĐ áp DC b Điều chế độ rộng xung: Một xung và nhiều xung - Mạch điều khiển phức tạp hơn vì kết hợp cả điều khiển áp và tần số vào cùng sơ đồ nhưng mạch động lực đơn giản và kinh tế hơn - Có 2 trường hợp: ĐK hoàn toang