Nội dung

§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ bé nghÞch l−u PWM 5kW Lêi më ®Çu NhiÖm vô cña mét sinh viªn tr−íc khi ra tr−êng lμ ph¶i thùc hiÖn vμ b¶o vÖ thμnh c«ng ®å ¸n tèt nghiÖp cña m×nh. §©y lμ b−íc cuèi cïng ®Ó mét ng−êi sinh viªn trë thμnh mét kü s−, kÕt thóc mét chÆng ®−êng häc tËp vμ rÌn luyÖn d−íi m¸i tr−êng ®¹i häc. Giê ®©y, tr¶i qua n¨m n¨m tu d−ìng vμ trau ®åi kiÕn thøc d−íi m¸i Tr−êng ®¹i häc B¸ch khoa Hμ Néi, em ®· nhËn ®−îc nhiÖm vô ®Ò tμi tèt nghiÖp cña m×nh. Néi dung cña ®Ò tμi:” ThiÕt kÕ bé nghÞch l−u ®iÒu biÕn ®é réng xung - PWM c«ng suÊt 5 kW”. Trong ®Ò tμi bao gåm hai phÇn; ThiÕt kÕ bé nghÞch l−u vμ m« pháng bé nghÞch l−u b»ng phÇn mÒm PESIM. D−íi sù h−íng dÉn tËn t×nh cña thÇy gi¸o NguyÔn ThÕ C«ng vμ c¸c thÇy c« trong bé m«n, em ®· hoμn thμnh ®−îc phÇn thiÕt kÕ bé nghÞch l−u. D−íi sù gióp ®ì cña thÇy gi¸o TrÇn Quèc Th¾ng, em ®· hoμn thμnh ®−îc phÇn m« pháng b»ng phÇn mÒm PESIM. Do thêi gian vμ tr×nh ®é cßn h¹n chÕ nªn ®Ò tμi cña em ch¾c cßn nhiÒu thiÕu sãt. RÊt mong c¸c thÇy c« chØ b¶o trong buæi b¶o vÖ ®Ó em rót ra ®−îc nh÷ng kinh nghiÖm cho c«ng viÖc sau nμy. Qua ®©y, em xin ch©n thμnh c¶m ¬n c¸c thÇy c« gi¸o B¸ch Khoa ®· d×u d¾t em trong n¨m n¨m häc võa qua. Em xin tr©n thμnh c¶m ¬n c¸c thÇy c« trong bé m«n ThiÕt bÞ ®iÖn - §iÖn tö, khoa §iÖn, §¹i häc B¸ch khoa Hμ Néi, ®· trùc tiÕp d¹y dç vμ trang bÞ cho em nh÷ng kiÕn thøc kü n¨ng chuyªn nghμnh bæ Ých. Em v« cïng biÕt ¬n thÇy gi¸o NguyÔn ThÕ C«ng lμ ng−êi ®· trùc tiÕp vμ tËn t×nh h−íng dÉn em hoμn thμnh ®å ¸n tèt nghiÖp nμy. Em xin göi lêi c¶m ¬n ®Õn thÇy gi¸o TrÇn Quèc Th¾ng, ng−êi ®· tËn t×nh gióp ®ì ®Ó em cã ®iÒu kiÖn hoμn thμnh phÇn m« pháng cña m×nh trªn phÇn mÒm PESIM. SÏ trë thμnh mét c¸n bé kü thuËt, em lu«n tù nhñ ph¶i kh«ng ngõng häc tËp trau dåi kiÕn thøc vμ kü n¨ng, ¸p dông s¸ng t¹o nh÷ng hiÓu biÕt cña m×nh ®· häc vμo nh÷ng c«ng viÖc thùc tÕ, ®Ó xøng ®¸ng víi danh hiÖu kü s− tèt nghiÖp tõ Tr−êng §¹i häc B¸ch khoa Hμ Néi. Hμ Néi, th¸ng 5 n¨m 2006 Sinh viªn thùc hiÖn: Hoμng Ngäc Tu©n Hoμng Ngäc Tu©n líp TB§1 - K46 1 §¹i häc B¸ch khoa Hμ Néi §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ bé nghÞch l−u PWM 5kW môc lôc ch−¬ng 1: tæng quan vÒ c¸c bé nghÞch l−u ................................................... 5 1. Sù cÇn thiÕt cña bé nghÞch l−u............................................................................ 5 2. Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña bé nghÞch l−u ........................................................... 6 2.1. Bé nghÞch l−u trùc tiÕp .................................................................................6 2.1.1. Nguyªn lý lμm viÖc cña bé nghÞch l−u trùc tiÕp....................................7 2.1.2. Sù lμm viÖc cña nhãm bÞ kho¸ ...............................................................8 2.1.3 Sù lμm viÖc cã dßng ®iÖn vßng .............................................................10 2.1.4. LuËt ®iÒu khiÓn nghÞch l−u trùc tiÕp....................................................13 2.2.Bé nghÞch l−u gi¸n tiÕp ...............................................................................13 2.2.1.Nguyªn lý ho¹t ®éng cña bé nghÞch l−u gi¸n tiÕp................................14 2.2.2. Bé nghÞch l−u nguån dßng ®iÖn - chØnh l−u cã ®iÒu khiÓn..................15 2.2.2.1.Bé nghÞch l−u mét pha ...................................................................15 2.2.2.2. Bé nghÞch l−u ba pha.....................................................................16 2.2.3. Bé nghÞch l−u nguån ®iÖn ¸p chØnh l−u cã ®iÒu khiÓn .......................19 2.2.3.1. Bé nghÞchl−u mét pha ...................................................................19 a.S¬ ®å nghÞch l−u mét pha cã ®iÓm gi÷a...............................................19 b. M¹ch nghÞch l−u nöa cÇu....................................................................22 c.M¹ch nghÞch l−u cÇu............................................................................22 2.2.3.2. Bé nghÞch l−u ba pha.....................................................................24 2.2.3. Bé nghÞch l−u ®iÒu biÕn ®é réng xung -chØnh l−u kh«ng ®iÒu khiÓn 28 ch−¬ng II: bé nghÞch l−u ®iÒu biÕn ®é réng xung ...................................... 29 1. Sù cÇn thiÕt cña bé nghÞch l−u ®iÒu biÕn ®é réng xung ................................... 29 2. Nguyªn lý ho¹t ®éng cña PWM ....................................................................... 30 3. §Þnh l−îng PWM ............................................................................................. 33 3.1. Sin ho¸ PWM .............................................................................................34 3.2. T−¬ng quan tÇn sè ......................................................................................36 3.3. Ph−¬ng thøc lo¹i trõ sãng hμi.....................................................................37 3.4. Ph−¬ng thøc d¹ng sãng dßng ®iÖn nhá nhÊt ..............................................40 3.4. §iÒu khiÓn thÝch nghi dßng ®iÖn PWM .....................................................43 Ch−¬ng 3: ThiÕt kÕ m¹ch ®éng lùc ..................................................................45 1.§Ò xuÊt ph−¬ng ¸n............................................................................................. 45 1.1. Ph−¬ng ph¸p nghÞch l−u PWM ®¬n cùc.....................................................45 1.2. Ph−¬ng ph¸p nghÞch l−u PWM l−ìng cùc .................................................47 1.3 So s¸nh hai ph−¬ng ph¸p nghÞch l−u...........................................................48 1.3.1.Ph−¬ng ph¸p PWM d¬n cùc .................................................................48 1.3.2. Ph−¬ng ph¸p PWM l−ìng cùc .............................................................48 1.3.3. Chän ph−¬ng ¸n nghÞch l−u .................................................................49 1.4. Chän thiÕt bÞ b¸n dÉn ®ãng c¾t vμ d¹ng m¹ch ®éng lùc ............................49 1.4.1. Chän thiÕt bÞ b¸n dÉn ®ãng c¾t ............................................................49 1.4.2. S¬ ®å m¹ch ®éng lùc............................................................................52 Hoμng Ngäc Tu©n líp TB§1 - K46 2 §¹i häc B¸ch khoa Hμ Néi §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ bé nghÞch l−u PWM 5kW 2. TÝnh to¸n th«ng sè m¹ch ®éng lùc ................................................................... 55 2.1. Chän hÖ sè ®iÒu biÕn tÇn sè .......................................................................55 2.2. Chän hÖ sè ®iÒu biÕn biªn ®é .....................................................................56 2.3. Ph©n tÝch ®iÖn ¸p ®Çu ra khi ma < 1 ...........................................................57 2.4. TÝnh to¸n chän van ®ãng c¾t ......................................................................59 2.4.1. TÝnh to¸n ®iÖn ¸p chÞu ®ùng yªu cÇu cña IGBT ..................................59 2.4.2. Lo¹i trõ sãng hμi bËc cao.....................................................................60 2.4.3. ThiÕt kÕ bé läc ®Çu ra cña bé nghÞch l−u ............................................62 2.4.3.1. ThiÕt kÕ bé läc cho chÕ ®é cùc ®¹i cña tÇn sè...............................62 2.4.3.2. ThiÕt kÕ bé läc cho chÕ ®é tÇn sè cùc tiÓu ....................................64 2.4.4. TÝnh to¸n dßng ®iÖn cÇn thiÕt ®Ó chän IGBT.......................................65 2.4.5. TÝnh to¸n dßng ®iÖn cung cÊp cho m¹ch nghÞch l−u...........................70 2.5. ThiÕt kÕ cuén kh¸ng läc sau m¹ch nghÞch l−u...........................................72 2.6. Chän diode chØnh l−u vμ tô läc nguån .......................................................77 2.6.1. Chän diode chØnh l−u...........................................................................77 2.6.2. Chän tô läc nguån................................................................................78 2.7. ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p cÊp nguån cho chØnh l−u .........................................81 2.7.1. TÝnh s¬ bé kÝch th−íc m¹ch tõ ............................................................82 2.7.2. TÝnh to¸n d©y quÊn ..............................................................................82 2.7.3. KÕt cÊu d©y quÊn s¬ cÊp ......................................................................83 2.7.4. KÕt cÊu cuén d©y thø cÊp.....................................................................85 2.7.5. TÝnh to¸n kÝch th−íc m¹ch tõ ..............................................................85 2.7.6. TÝnh khèi l−îng s¾t vμ ®ång ................................................................88 2.7.7. TÝnh c¸c th«ng sè cña m¸y biÕn ¸p .....................................................89 Ch−¬ng 4: ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn vμ m¹ch ph¶n håi M« pháng m¹ch nghÞch l−u b»ng pesim ................................... 91 A. Giíi thiÖu vÒ phÇn mÒm pesim.................................................................... 91 B. thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn vμ m¹ch ph¶n håi......................................... 95 4.1. Nh÷ng vÊn ®Ò chung vÒ m¹ch ®iÒu khiÓn vμ m¹ch ph¶n håi .....................95 4.1.1. M¹ch ®Æt tÇn sè....................................................................................96 4.1.2. M¹ch ®Æt dßng ®iÖn .............................................................................99 4.2. S¬ ®å cÊu tróc m¹ch ®iÒu chØnh dßng ®iÖn vμ ®Æt tÇn sè .........................102 C. kÕt qu¶ m« pháng b»ng pesim ................................................................ 106 4.4. X¸c ®Þnh d¶i tÇn ho¹t ®éng cña läc..........................................................106 4.4.1. Thμnh phÇn sãng hμi ë d¶i tÇn 500 Hz ..............................................107 4.4.2. Thμnh phÇn sãng hμi ë tÇn sè 400Hz.................................................110 4.4.3. Thμnh phÇn sãng hμi ë tÇn sè 300 Hz................................................111 4.4.4. Thμnh phÇn sãng hμi ë tÇn sè 200 Hz................................................114 4.4.5. Thμnh phÇn sãng hμi khi tÇn sè 100 Hz.............................................117 4.4.6. Thμnh phÇn sãng hμi khi tÇn sè 50 Hz...............................................121 4.4.7. Thμnh phÇn sãng hμi khi tÇn sè 10 Hz...............................................123 D. chän vμ hiÖu chØnh m¹ch ph¶n håi dßng ®iÖn ................................... 125 4.5. §Ò xuÊt m¹ch ph¶n håi dßng ®iÖn ...........................................................125 Hoμng Ngäc Tu©n líp TB§1 - K46 3 §¹i häc B¸ch khoa Hμ Néi §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ bé nghÞch l−u PWM 5kW 4.6. KÕt qu¶ m« pháng m¹ch kÝn ....................................................................128 4.6.1. Kh¶o s¸t æn ®Þnh dßng khi tÇn sè thay ®æi. .......................................128 4.6.2. Khi t¶i bé nghÞch l−u thay ®æi ...........................................................132 Hoμng Ngäc Tu©n líp TB§1 - K46 4 §¹i häc B¸ch khoa Hμ Néi §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ bé nghÞch l−u PWM 5kW ch−¬ng 1 tæng quan vÒ c¸c bé nghÞch l−u 1. Sù cÇn thiÕt cña bé nghÞch l−u §iÒu khiÓn ®éng c¬ ®iÖn lμ mét trong nh÷ng nhiÖm vô quan träng trong thiÕt kÕ truyÒn ®éng ®iÖn. §éng c¬ ®iÖn ®−îc thiÕt kÕ lu«n lu«n cã mét tÇn sè vμ ®iÖn ¸p ®Þnh møc. ë tÇn sè vμ ®iÖn ¸p ®Þnh møc, ®éng c¬ vËn hμnh víi hiÖu suÊt thiÕt kÕ vμ tæn hao trong ®éng c¬ lμ nhá nhÊt, ®em l¹i gi¸ trÞ kinh tÕ lín nhÊt. Khi vËn hμnh ë c¸c trÞ sè ®Þnh møc th× kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh tèc ®é cña ®éng c¬ lμ rÊt thÊp v× khi ®ã ®éng c¬ kh«ng cho phÐp thay ®æi qu¸ nhiÒu do kh¶ n¨ng ph¸t nãng cña m¸y. Trong truyÒn ®éng ®iÖn th× yªu cÇu ®iÒu chØnh tèc ®é th−êng xuyªn ®−îc ®Æt ra vμ ngμy cμng yªu cÇu ®é chÝnh x¸c trong ®iÒu khiÓn. Khi muèn ®iÒu chØnh tèc ®é ngoμi ®Þnh møc th× mét sè th«ng sè cña ®éng c¬ ph¶i thay ®æi ®Ó ®¶m b¶o ®iÒu khiÖn vËn hμnh l©u dμi. Ph−¬ng ph¸p ®−îc øng dông ®Çu tiªn lμ ®iÒu khiÓn ®iÖn ¸p ®Æt vμo ®éng c¬ vμ cè ®Þnh tÇn sè cña dßng ®iÖn b»ng ®iÖn ¸p l−íi. Ph−¬ng ph¸p nμy tá ra hiÖu qu¶ víi nh÷ng ®éng c¬ c«ng suÊt lín vμ kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh tèc ®é kh«ng cao, khi ®ã ®iÖn ¸p ®éng c¬ thay ®æi kh«ng qu¸ lín so víi ®Þnh møc. Mét sè ph−¬ng ph¸p th«ng th−êng ®Ó thay ®æi ®iÖn ¸p ®Æt vμo ®éng c¬ ®−îc ¸p dông trong ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬: + §Æt ®iÖn ¸p h×nh sin trÞ sè thÊp h¬n ®Þnh møc vμo ®éng c¬: PhÇn ®iÖn ¸p chªnh lÖch gi÷a ®iÖn ¸p l−íi vμ ®iÖn ¸p ®Æt vμo ®éng c¬ ®−îc ®Æt lªn mét thiÕt bÞ tiªu t¸n, th«ng th−êng lμ cuén kh¸ng. ¦u ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p nμy lμ ®iÖn ¸p ®Æt lªn ®éng c¬ h×nh sin do vËy kh«ng tån t¹i sãng hμi trong ®éng c¬, kh«ng g©y ra tiÕng ån. Nh−îc ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p nμy lμ g©y ra tæn hao trong cuén kh¸ng, khi yªu cÇu tèc ®é cμng thÊp h¬n so víi ®Þnh møc th× tæn hao nμy cμng lín. + §Æt mét ®iÖn ¸p kh«ng sin thÊp h¬n ®Þnh møc lªn ®éng c¬: Ph−¬ng ph¸p nμy gäi lμ ®iÒu ¸p xoay chiÒu. Qu¸ tr×nh thay ®æi ®iÖn ¸p ®Æt lªn ®éng c¬ ®−îc thùc hiÖn b»ng cÊp mét ®iÖn ¸p kh«ng liªn tôc cho ®éng c¬ vμ khi ®ã ®iÖn ¸p hiÖu dông cña ®éng c¬ thay ®æi. Khi ®iÖn ¸p hiÖu dông cña ®éng c¬ thay ®æi th× tèc ®é cña ®éng c¬ thay ®æi theo, khi ®ã ta ®iÒu khiÓn ®−îc tèc ®é ®éng c¬. ¦u ®iÓm chÝnh cña ph−¬ng ph¸p nμy lμ kh«ng g©y tæn hao trªn thiÕt bÞ dïng ®Ó tiªu t¸n phÇn ®iÖn ¸p chªnh lÖch gi÷a ®iÖn ¸p l−íi vμ ®iÖn ¸p ®Æt lªn ®éng c¬. Nh−îc ®iÓm chÝnh cña ph−¬ng ph¸p nμy lμ t¨ng tæn hao trong ®éng c¬. Hoμng Ngäc Tu©n líp TB§1 - K46 5 §¹i häc B¸ch khoa Hμ Néi §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ bé nghÞch l−u PWM 5kW Khi dßng ®iÖn kh«ng liªn tôc sÏ g©y ra sãng hμi trong ®éng c¬, nh÷ng sãng hμi nμy sÏ g©y ra tæn hao trong ®éng c¬ t¨ng. Khi tèc ®é yªu cÇu thÊp h¬n ®Þnh møc cμng nhiÒu th× tæn hao trong ®éng c¬ cμng t¨ng. ë tèc ®é gÇn kh«ng th× gÇn nh− kh«ng ®iÒu khiÓn ®−îc do tæn hao sãng hμi trong ®éng c¬ qu¸ lín. Tõ hai ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ ë trªn ta thÊy: Khi ®éng c¬ yªu cÇu d¶i ®iÒu chØnh tèc ®é lín, ®Æc biÖt khi yªu cÇu ®iÒu chØnh ë tèc ®é thi hai ph−¬ng ph¸p trªn gÇn nh− hoμn toμn kh«ng ®¸p øng ®−îc do tæn hao t¨ng vμ hiÖu qu¶ kinh tÕ thÊp. ChÝnh v× vËy ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ ë tÇn sè ®Þnh møc kh«ng ®¸p øng ®−îc víi nh÷ng truyÒn ®éng ®iÖn yªu cÇu cao vÒ ®iÒu chØnh tèc ®é. Mét ph−¬ng ph¸p kh¸c ®−îc ®−a ra ®Ó ®iÓu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ ®¹t hiÖu qu¶ cao vμ kinh tÕ lμ ®iÒu khiÓn c¶ tÇn sè vμ ®iÖn ¸p ®Æt vμo ®éng c¬. §iÖn ¸p l−íi kh«ng ®Æt trùc tiÕp vμo ®éng c¬ mμ gi¸n tiÕp qua mét thiÕt bÞ biÕn ®æi, thiÕt bÞ biÕn ®æi nμy sÏ thay ®æi tÇn sè vμ ®iÖn ¸p cña ®éng c¬ ®Ó ®¹t ®−îc gi¸ trÞ mong muèn cña tèc ®é. ThiÕt bÞ thay ®æi tÇn sè vμ ®iÖn ¸p ®Æt vμo ®éng c¬ ®−îc gäi víi tªn gäi chung lμ bé nghÞch l−u. Bé nghÞch l−u sÏ ®−a ®éng c¬ ho¹t ®éng tõ th«ng sè ®Þnh møc nμy sang th«ng sè ®Þnh møc kh¸c ®Ó ®¶m b¶o ®iÒu chØnh tèc ®é chÝnh x¸c vμ gi¶m tæn hao ®em l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ cao. Bé nghÞch l−u th«ng th−êng ®−îc chia ra lμm hai lo¹i chÝnh: + Bé nghÞch l−u gi¸n tiÕp: §iÖn ¸p l−íi tÇn sè c«ng nghiÖp ®−îc biÕn ®æi trùc tiÕp thμnh tÇn sè kh¸c tÇn sè l−íi vμ cung cÊp cho ®éng c¬. TÇn sè ra cña bé nghÞch l−u thÊp h¬n tÇn sè l−íi. + Bé nghÞch l−u gi¸n tiÕp: §iÖn ¸p l−íi tr−íc khi cung cÊp cho t¶i ®−îc chØnh l−u thμnh ®iÖn ¸p mét chiÒu, ®iÖn ¸p mét chiÒu sau ®ã ®−îc biÕn ®æi thμnh ®iÖn ¸p xoay chiÒu cung cÊp cho t¶i. TÇn sè ra cña bé nghÞch l−u cã thÓ biÕn ®æi tõ 0 ®Õn tÇn sè ®Þnh møc cña bé nghÞch l−u. 2. Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña bé nghÞch l−u 2.1. Bé nghÞch l−u trùc tiÕp Bé nghÞch l−u trùc tiÕp gåm hai nhãm chuyÓn m¹ch song song nèi ng−îc nh− h×nh vÏ ( h×nh 1.1). Trªn ®å thÞ d¹ng sãng cña bé nghÞch l−u ta thÊy c«ng suÊt tøc thêi cña bé nghÞch l−u bao gåm cã bèn giai ®o¹n. Trong hai kho¶ng ta cã tÝch ®iÖn ¸p vμ dßng ®iÖn cña bé nghÞch l−u d−¬ng, bé nghÞch l−u lÊy c«ng suÊt tõ l−íi cung cÊp cho t¶i. Trong hai kho¶ng cßn l¹i ta cã tÝch gi÷a ®iÖn ¸p vμ Hoμng Ngäc Tu©n líp TB§1 - K46 6 §¹i häc B¸ch khoa Hμ Néi §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ bé nghÞch l−u PWM 5kW dßng ®iÖn trong bé nghÞch l−u ©m nªn bé nghÞch l−u biÕn ®æi cung cÊp l¹i c«ng suÊt cho l−íi. 2.1.1. Nguyªn lý lμm viÖc cña bé nghÞch l−u trùc tiÕp §Ó thÊy ®−îc nguyªn lý ho¹t ®éng, ta xÐt m¹ch ho¹t ®éng cña m¹ch nghÞch l−u h×nh vÏ (h×nh 1.2a). §Çu vμo cña bé nghÞch l−u lμ ®iÖn ¸p xoay chiÒu mét pha, ®Çu ra lμ mét phô t¶i mét pha thuÇn trë. Nhãm chuyÓn m¹ch nèi theo s¬ ®å hai pha nöa chu k×. Nhãm chuyÓn m¹ch d−¬ng ®−îc kÝ hiÖu b»ng ch÷ P (Position), nhãm ©m kÝ hiÖu b»ng ch÷ N (Negative). D¹ng sãng dßng ®iÖn ®−îc vÏ nh− h×nh 1.2b, côm P chØ dÉn trong n¨m nña chu k× cña ®iÖn ¸p, c¸c thyristor ®−îc måi kh«ng cã trÔ, ®iÒu ®ã cã nghÜa lμ coi P nh− lμ bé chØnh l−u diode. Trong n¨m nöa chu k× sau chØ cã nhãm N dÉn ®Ó tæng hîp ra phÇn ®iÖp ¸p ©m cña nöa chu k× ®iÖn ¸p ra. Theo d¹ng sãng cña ®iÖn ¸p biÓu diÔn trªn h×nh 1.2b th× tÇn sè ®iÖn ¸p ra b»ng 1/5 tÇn sè ®iÖn ¸p vμo. D¹ng sãng ®iÖn ¸p nμy gÇn víi d¹ng cña sãng ®iÖn ¸p h×nh ch÷ nhËt vμ cã chøa mét sè l−îng kh¸ lín c¸c thμnh phÇn song hμi. H×nh 1.2c biÓu diÔn kho¶ng dÉn cña c¸c van b¸n dÉn vμ dßng ®iÖn cña nguån cÊp.Ta thÊy dßng ®iÖn ch¶y qua van b¸n dÉn lμ 1/2 sãng h×nh sin cßn dßng ®iÖn nguån cÊp lμ hoμn toμn sin. ViÖc ®iÒu khiÓn c¸c van b¸n dÉn nh− trªn kh«ng mang l¹i hiÖu qu¶ cao trong ®iÒu khiÓn, sãng ®iÖn ¸p ra cã ®é sin kh«ng cao. Muèn sãng ra cã d¹ng sin cao ph¶i ®iÒu khiÓn thay ®æi kho¶ng dÉn cña c¸c van thay ®æi theo mét qui luËt nhÊt ®Þnh. H×nh 1.2d biÓu gÇn ®óng mét sãng h×nh sin ®−îc tæng hîp b»ng c¸ch ®iÒu khiÓn c¸c thêi ®iÓm måi c¸c thyristor. Ph−¬ng ph¸p nμy cïng víi viÖc ®iÒu chØnh pha lμm gi¶m c¸c ®iÒu hoμ bËc cao cña d¹ng sãng ®iÖn ¸p ®Çu ra so víi d¹ng sãng ®iÖn ¸p cho tr−íc. Theo c¸c d¹ng sãng cña dßng ®iÖn trªn h×nh 1.2e dßng ®iÖn ra mang nhiÒu thμnh phÇn ®Ëp m¹ch øng víi tÇn sè nguån, dßng ®iÖn cña m¹ch bÞ biÕn d¹ng nhiÒu. Hoμng Ngäc Tu©n líp TB§1 - K46 7 §¹i häc B¸ch khoa Hμ Néi §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ bé nghÞch l−u PWM 5kW H×nh 1.1 Bé nghÞch l−u trùc tiÕp tæng qu¸t 2.1.2. Sù lμm viÖc cña nhãm bÞ kho¸ Tronh h×nh 1.1 vμ 1.2, nÕu c¸c van b¸n dÉn cña nhãm P vμ N cïng dÉn sÏ g©y ra ng¾n m¹ch nguån cung cÊp. §Ó tr¸nh hiÖn t−îng nμy th«ng th−êng ta ®Æt mét cuén c¶m san b»ng gi÷a c¸c nhãm, môc ®Ých chÝnh lμ h¹n chÕ dßng ®iÖn vßng hay cÇn ®iÒu khiÓn sao cho mét nhãm kh«ng thÓ dÉn khi nhãm kia cßn dÉn. Sù lμm viÖc kh«ng cã dßng ®iÖn vßng ®ßi hái cÊm måi nhãm nμy khi nhãm kia cßn ®ang dÉn. S¬ ®å chØ sè ®Ëp m¹ch bËc ba ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 1.3. §iÖn ¸p ra h×nh sin mong muèn ®−îc biÓu diÔn ë mét tÇn sè sao cho chu k× ra nhá h¬n n¨m chu k× mét chót. C¸c van b¸n dÉn ®−îc måi víi gãc më sao cho sãng c¬ b¶n gÇn sin nhÊt cã thÓ. T¶i lμ mét ®iÖn trë thuÇn tuý, ®iÖn ¸p thu ®−îc b»ng 0 trong tõng kho¶ng nhá. Víi t¶i ®iÖn c¶m th× sè l−îng c¸c kho¶ng ®iÖn ¸p b»ng kh«ng nμy nhá vμ nÕu ®iÖn c¶m ®ñ lín th× sÏ kh«ng tån t¹i kho¶ng ®iÖn ¸p nμy. D¹ng sãng cña ®iÖn ¸p ©m sÏ cã sù sai kh¸c so víi nhãm ®iÖn ¸p d−¬ng, nguyªn nh©n chñ yÕu lμ do d¹ng sãng ®iÖn ¸p ra kh«ng lμ sè nguyªn lÇn sãng ®Çu vμo. C¸c chu k× ra liªn tiÕp b¾t ®Çu ë c¸c thêi ®iÓm kh¸c nhau cña ®iÖn ¸p vμo. Dßng ®iÖn nguån th−êng mÊt ®èi xøng nghiªm träng. Hoμng Ngäc Tu©n líp TB§1 - K46 8 §¹i häc B¸ch khoa Hμ Néi §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ bé nghÞch l−u PWM 5kW H×nh 1.2 : S¬ ®å nghÞch l−u ®iÓm gi÷a vμ c¸c d¹ng sãng Trong nghÞch l−u môc tiªu cña mäi ph−¬ng ph¸p nghÞch l−u lμ t¹o ra ®iÖn ¸p ra cμng gÇn ®iÖn ¸p h×nh sin cμng tèt v× khi ®ã tæn hao trong ®éng c¬ nhá nhÊt vμ ®é chÝnh x¸c còng nh− chÊt l−îng ®iÒu khiÓn ®−îc n©ng cao. Hoμng Ngäc Tu©n líp TB§1 - K46 9 §¹i häc B¸ch khoa Hμ Néi §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ bé nghÞch l−u PWM 5kW H×nh 1.3 : NghÞch l−u trùc tiÕp cã chØ sè ®Ëp m¹ch bËc ba cÊp ®iÖn cho t¶i mét pha Trong ph−¬ng ph¸p nghÞch l−u nμy, muèn cã ®−îc ®iÖn ¸p gÇn sin nhÊt cã thÓ th× c¸c thyristor ph¶i ®−îc måi víi c¸c gãc kh¸c nhau ®Ó t¹ ra ®iÖn ¸p gÇn sin nhÊt, khi t¶i mang tÝnh c¶m th× c¸c van sÏ cã giai ®o¹n lμm viÖc ë chÕ ®é nghÞch l−u tr¶ n¨ng l−îng vÒ l−íi, giai ®o¹n nμy t−¬ng ®−¬ng víi giai ®o¹n chØnh l−u víi nguån lμ ®iÖn ¸p t¶i. Trong tr−êng hîp lý t−ëng th× qu¸ tr×nh chuyÓn m¹ch gi÷a c¸c van lμ tøc thêi vμ do vËy kh«ng cã thêi gian qu¸ ®é chuyÓn m¹ch. Nh−ng trong thùc tÕ th× qu¸ tr×nh ®ãng c¾t cña c¸c van kh«ng hoμn toμn tøc thêi, c¸c van cÇn mét thêi gian nhÊt ®Þnh ®Ó kho¸ hoμn toμn vμ cÇn mét kho¶ng thêi gian nhÊt ®Þnh ®Ó dÉn hoμn toμn. Kho¶ng thêi gian ®Ó c¸c van dÉn vμ kho¸ hoμn toμn phô thuéc vμo chñng lo¹i vμ ®Æc tÝnh cña van còng nh− h·ng s¶n xuÊt. §iÖn ¸p ra cña bé nghÞch l−u cã thÓ ®−îc ®iÒu chØnh b»ng ®iÒu chØnh gãc më chËm cña van nh− h×nh 1.6. ViÖc kÝch më chËm c¸c van, ®Æc biÖt lμ ë ®Ønh ®iÖn ¸p ra, cho phÐp ®iÒu chØnh biªn ®é cña sãng ®iÖn ¸p ®Çu ra. ViÖc ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p b»ng thay ®æi gãc më chËm cña van sÏ g©y ra nhiÒu thμnh phÇn sãng hμi bËc cao trong m¹ch. Thμnh phÇn sãng hμi nμy cμng lín khi ®iÖn ¸p ra thÊp vμ tÇn sè ®iÖn ¸p ra thÊp. 2.1.3 Sù lμm viÖc cã dßng ®iÖn vßng Trong môc trªn ta xÐt bé nghÞch l−u víi sù lμm viÖc cña hai nhãm chuyÓn m¹ch ©m vμ d−¬ng, hai nhãm nμy lμm viÖc lu©n phiªn vμ kh«ng bao giê cã hai nhãm cïng dÉn ®ång thêi. Qu¸ tr×nh lμm viÖc nh− vËy sÏ g©y phøc t¹p cho m¹ch ®iÒu khiÓn vμ kh«ng linh ®éng. S¬ ®å cã thªm cuén kh¸ng c©n b»ng cho phÐp Hoμng Ngäc Tu©n líp TB§1 - K46 10 §¹i häc B¸ch khoa Hμ Néi