Chương 1: Tổng quan về BBĐ - Chương 2: Thiết kế và chế tạo BBĐ - Chương 3: Khảo sát chất lượng BBĐ - Kết luận. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn/ 4 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỘ BIẾN ĐỔI DC-AC 1.Khái niệm chung về BBĐ 1. BBĐ có chức năng chuyển đổi điện áp một chiều thành điện áp xoay chiều với tần số là tùy ý (còn gọi là bộ nghịch lưu).Phân loại và công dụng. Phân loại - Phân loại theo điện áp: Loại 1 pha và 3pha - Phân loại theo dạng sóng điện áp ra: Điện áp ra dạng sóng vuông và loại sóng sin.
- Phân loại theo tình chất của BBĐ: + Trực tiếp hay gián tiếp. + BBĐ dòng điện hay điện áp b. Công dụng Được sử dụng trong quân sự, viễn thông, công nghiệp, phòng thí nghiệm và trong dân dụng, nhằm đáp ứng ngay khi có sự cố mất điện lưới xảy ra.Sơ đồ khối và nhiệm vụ từng khối: a. Sơ đồ khối: Qua khảo sát một số BBĐ trên thị trường, có thể đưa ra sở đồ khối tổng quát như sau: Nguồn Nghịch Nguồn DC lưu ra Tổng hợp và Điều khiển Hình 1.1: Sơ đồ khối cơ bản trong bộ chuyển đổi DC-AC b.
Nhiệm vụ từng khối Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn/ 5 - Khối nguồn DC là nguồn một chiều (Pin, Ắc quy, Siêu tụ điện) - Khối nghịch lưu có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp một chiều thành điện áp xoay chiều - Khối Đầu ra: Là khối cung cấp trực tiếp hay gián tiếp thông qua chuyển mạch, đưa điện áp xoay chiều đến phụ tải. - Khối tổng hợp và điều khiển: + Tổng hợp tín hiệu như bảo vệ như: Bảo vệ dòng điện, điện áp, nhiệt độ + Điều khiển đóng, mở các van trong bộ nghịch lưu. Nguyên lý làm việc cơ bản của bộ biến đổi BBĐ là bộ biến đổi điện áp một chiều thành điện áp xoay chiều, tức là; Khi đưa nguồn một chiều tới đầu vào của bộ nghịch lưu, thì đầu ra của bộ nghịch lưu có điện áp xoay chiều tương ứng, tần số có thể thay đổi được theo yêu cầu của phụ tải. Nguyên lý làm việc của từng khối trong BBĐ 1.1, Nguyên lý làm việc khối nghịch lƣu.
Tùy theo yêu cầu của phụ tải mà ta thiết kế bộ nghịch lưu là một pha hay ba pha. Trong phạm vi của đề tài ta chỉ nghiên cứu bộ nghịch lưu một pha. Nghịch lƣu dòng một pha: Là mạch nghịch lưu có L bằng vô cùng ở đầu vào, làm cho tổng trở trong của nguồn có giá trị lớn: tải làm việc với nguồn dòng.2 trình bày sơ đồ nguyên lý và mạch điện tương đương của Nghịch lưu nguồn dòng 1 pha tải RL. Dòng in phẳng, không đổi ở một giá trị tải, được đóng ngắt thành nguồn AC cung cấp cho tải.
L in S1 S3 Tai V Vc S2 S4 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.2 Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu nguồn dòng S1, S4 đóng: i0>0; S2, S3 đóng: i0<0 Vậy tải nhận được dòng AC là những xung vuông có biên độ phụ thuộc tải. Và với dòng điện AC trên tải là những xung vuông thì chưa đáp ứng được yêu cầu của đề tài này. Sơ đồ nghịch lƣu một pha có điểm giữa: - Sơ đồ nghịch lưu một pha có điểm giữa có sơ đồ nguyên lý như hình 1. Nối điện áp một chiều vào các nửa dây quấn sơ cấp của các máy biến áp, bằng cách đổi nối luân phiên hai thyristor làm điện áp cảm ứng bên thứ cấp của máy biến áp có dạng hình chữ nhật cung cấp cho động cơ.
Tụ điện C có vai trò giúp các thyristor chuyển mạch. Vì tụ C mắc song song với tải qua máy biến áp nên phải mắc nối tiếp một cuộn dây L nối tiếp với nguồn để ngăn không cho tụ C phóng ngược trở lại nguồn trong quá trình chuyển mạch của các van bán dẫn. - Khi một thyristor dẫn điện, điện áp nguồn một chiều E đặt vào một nửa cuộn dây sơ cấp. Điện áp tổng cộng 2E được nạp cho tụ C.
Mở thyristor tiếp theo sẽ làm khoá thyristor trước, nhờ quá trình chuyển mạch qua tụ được mắc song song. TAI L1 Ld L2 L3 + C U2 U1 MCR12DCMT4 MCR12DCMT4 - Hình 1.3 : Sơ đồ nghịch lưu môt pha có điểm giữa Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn/ 7 - Trong trường hợp máy biến áp là lý tưởng, sức từ động của máy biến áp luôn cân bằng. Trong thực tế, điện áp một chiều trên hai đầu dây quấn chỉ có thể được duy trì bằng từ thông biến thiên, do đó cần có dòng điện từ hoá ban đầu. - Để cải thiện dạng sóng của điện áp tải cho gần với sóng hình sin nên chọn các phần tử một cách thích hợp sao cho tránh được phần nằm ngang của điện áp, nghĩa là kích mở một thyristor gần thời điểm dẫn của thyristor khác, làm cho điện áp tải có trị số cực đại.
- Với sơ đồ nghịch lưu một pha có điểm giữa cho chất lượng điện áp ra chưa đạt yêu cầu của đề tài, nên ta phân tích thêm một số sơ đồ khác để đi đến lựa chọn sơ nào có chất lượng điện áp ra tốt hơn. Nghịch lƣu áp 1 pha dạng cầu: - Nguyên lý chung: Bộ nghịch lưu nguồn áp 1 pha dạng cầu (còn gọi là bộ nghịch lưu dạng chữ H) chứa 4 công tắc và 4 diod mắc đối song. Trong dạng này, trị trung bình áp tải phụ thuộc vào thời gian đóng, ngắt các khóa trong mạch. Nhưng phải luôn lưu ý rằng các cặp khóa S1, S3 và S2, S4 không được đóng đồng thời, nếu không sẽ gây ngắn mạch nguồn gây nguy hiểm cho người và thiết bị.
+ S1 S3 D2 D1 + Tai C V Vo - S2 S4 D3 D4 - Hình 1.4 Sơ đồ dạng nghịch lưu áp 1 pha dạng cầu 1.Các phƣơng pháp điều khiển bộ nghịch lƣu áp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn/ 8 - Có nhiều phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu áp. Có thể kể đến như phương pháp điều chế độ rộng xung sin (Sin PWM), phương pháp điều chế theo mẫu, phương pháp điều chế độ rộng xung tối ưu (optimum PWM), phương pháp điều rộng…Các phương pháp trên nhằm mục tiêu duy nhất là cho điện áp đầu ra có dạng càng gần sin càng tốt. Thông thường dạng sóng tạo ra có 2 loại: tạo ra sóng sin mô phỏng và true sin (thuần sin).Dạng sóng sin mô phỏng: Một sóng sin mô phỏng có dạng sóng gần với sóng vuông nhưng có giai đoạn chuyển đổi nên gần với sóng hình sin. Hình dạng của các dạng sóng được vẽ trong Hình 1.
Sóng sin mô phỏng có thể được tạo dễ dàng bằng cách chuyển đổi bởi 3 mức tần số xác định. Do đó, giá thành rẻ. Tuy nhiên không phải thiết bị nào cũng có thể sử dụng loại nghịch lưu này.5: Các dạng sóng: sin mô phỏng (MODIRED SINE WAVE), thuần sin (SINE WAVE), xung vuông (SQUARE WAVE) [3] b, Dạng sóng true sin: Để tạo ra dạng sóng true sin thì cũng có nhiều phương pháp. * Điều biến độ rộng xung (Pusle Width Modulation - PWM) bằng linh kiện điện tử số: - Tín hiệu PWM tương tự[5], sử dụng bộ so sánh hai tín hiệu vào, gồm tín hiệu chuẩn và tín hiệu sóng mang để tạo ra tín hiệu dựa trên sự sai khác.
Tín hiệu chuẩn phải có dạng sin tần số cùng với tần số yêu cầu ở đầu ra, trong khi tín Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn/ 9 hiệu sóng mang ở dạng sóng răng cưa hay tam giác và thường có tần số lớn hơn tần số chuẩn. Khi tín hiệu sóng mang lớn hơn tín hiệu chuẩn, đầu ra của bộ so sánh ở trạng thái (mức hấp) còn ngược lại đầu ra của bộ so sánh ở trạng thái thứ hai (mức cao). Quy trình này được mô tả trong hình1. -Trong đó, tín hiệu sóng mang là xung tam giác, tín hiệu chuẩn là tín hiệu sin Hình 1.6: Sơ đồ cách tạo ra tín hiệu sin PWM [4] Sau khi qua bộ so sánh xuất ra tín hiệu ở bên dưới để đóng ngắt các khóa trong bộ nghịch lưu (ở đây là các khóa trong mạch cầu H sẽ được nói ở phần tiếp theo).
- Sự thay đổi của độ rộng xung trong tín hiệu PWM được sử dụng để điều khiển tốc độ động cơ và biến đổi nguồn. Tín hiệu PWM có thể được tạo ra khi sử dụng các bộ vi điều khiển hoặc các bộ tạo tín hiệu chuyên dụng. * Điều biến độ rộng xung (Pusle Width Modulation - PWM), dùng vi điều khiển(VĐK) hay vi xử lý để điều biến theo phương pháp điều chế theo mẫu[3]: - Dựa trên nguyên lý so sánh hai tín hiệu sin và sóng mang như đã giới thiệu ở phần trên, khác biệt ở đây là sử dụng các timer/counter trong VĐK để tao ra các kênh PWM, điều khiển đóng, mở các khóa điện tử trong bộ cầu H. - Trong thực tế ngày nay thường dùng VĐK hoặc PIC để tạo tín hiệu PWM thay cho cách trước đây là tạo ra sóng mang và sóng chuẩn rồi đem so sánh với nhau.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn/ 10 - Dùng VĐK để tạo sóng sin, thực chất là thay thế sóng sin bằng dạng sóng nấc thang như hình sau: Hình 1.7a:Nguyên lý điều chế theo mẫu; thay thế hình sin bằng nấc thang[4] - Có thể điều chế đối xứng hay không đối xứng. Khi điều chế đối xứng, số giá trị hình sin trong một chu kỳ bằng bội số điều chế N = fc / f0 (tần số lấy mẫu bằng tần số sóng tam giác) như hình 1.7b: Điều chế đối xứng[3] Hình 1.7c: Điều chế không đối xứng[3] - Bề rộng xung ở kỳ lấy mẫu thứ n được tính theo công thức sau: Ts U c ua (n) 2.1) 2 2U c N - Trong đó: TS là chu kỳ lấy mẫu, un(n) là áp chuẩn lấy mẫu kỳ thứ n, UC, UM là biên độ sóng mang tam giác và áp chuẩn hình sin. Từ các biểu thức trên có thể tính trước hàm sin(n.2π/N) chứa vào ROM và tính theo độ rộng các TS, tỉ số UM / UC - Khi điều chế không đối xứng số lần tính hàm sin tăng lên gấp đôi (như hình 1. - Để nâng cao biên độ tín hiệu PWM nhằm tránh nhiễu cho các khóa, người ta thường sử dụng transistor hoặc các linh kiện chuyển mạch khác.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.
