Tải bản đầy đủ
- Tốc độ tăng dòng cho phép dI/dt (A/μs).

- Tốc độ tăng dòng cho phép dI/dt (A/μs).

Tải bản đầy đủ

Khái niệm: Nghịch lưu là quá trình biến đổi điện áp một chiều thành điện áp
xoay chiều một pha hoặc ba pha....
* Sơ đồ khối:

Hình 1.9. Sơ đồ khối
-Khối nguồn.
Nguồn điện được sử dụng ở đây là nguồn điện một chiều lấy từ bình ắc
quy.Thời gian sử dụng phụ thuộc chủ yếu vào dung lượng lưu trữ của ắc quy.Công
thức tính công suất phát:P=U.I.
Ví dụ:ắc quy 12v/100Ah thì công suất phát là:P=12.100=1200w.
Nếu chạy bóng đèn compact 20w sẽ được 60h..
- Khối tạo tần số 50hz.
Nhiệm vụ của khối tạo ra song dao động đưa vào khối công suất với tần số
điện công nghiệp.Sóng ở đây thường là 2 dạng chính là hình sin hoặc
vuông.Thường thì khối công suất trở kháng đầu vào rất nhỏ nên thực tế chúng ta
cần một khối khuyêch đại đệm nhiệm vụ ổn đinh khối phát xung dao động giảm trở
kháng đầu vào cho tầng công suất.
-Khối công suất.
Từ dạng song nhận được từ khối phát công suất sẽ khuyech đại đưa đến biến
áp tạo điện áp xoay chiều.Thường thì khối này sử dụng các linh kiện công suất như
thyristor,transitor chịu dòng lớn như D718,2N3055…yêu cầu cho khối này hoạt
động tốt cần có hệ thống tản nhiệt làm mát.
17

-Biến áp nghịch lưu.Đây là thành phần chính quyết định tới công suất phát của
mạch.Biến áp được sử dụng là biến áp nghịch lưu có tỷ số vòng dây của cuộn thứ
cấp lớn hơn rất nhiều cuộn sơ cấp..Công suất của mạch được tính như
sau:Pmax=U.I.
Với I là dòng điện biến áp chịu được.U là hiệu điện thế đặt vào cuộn sơ cấp.
Ví dụ:Một biến áp nghịch lưu 12v-220v dòng 40A.
Công suất tối đa của mạch sẽ là:P=12.40=480 w chạy được một ti vi,2 quạt và 3
bóng típ 40w.
* Phân loại: Nghịch lưu chia làm 2 loại chính: Nghịch lưu phụ thuộc và
nghịch lưu độc lập .
Trong đó nghịch lưu phụ thuộc là nghịch lưu có điện áp, tần số, góc pha và
thứ tự pha phụ thuộc vào lưới điện mà đầu ra của nó mắc song song vào.
Nghịch lưu độc lập lại được chia ra nghịch lưu độc lập nguồn áp và nguồn
dòng. Trong đó nghịch lưu độc lập nguồn áp thì luôn định ra một điện áp có biên
độ, tần số, góc pha và thứ tự pha không phụ thuộc vào loại tải và chỉ phụ thuộc vào
tín hiều điều khiển, điện áp thường có dạng hình chữnhật còn dòng điện phụthuộc
vào tải có thể là hình chữ nhật, hình răng cưa, hình sin, dạng hàm mũ
Còn nghịch lưu độc lập nguồn dòng thì luôn định ra một dòng điện có biên
độ, tần số, góc pha và thứ tự pha không phụthuộc vào loại tải và chỉ phụ thuộc vào
tín hiều điều khiển, dòng điện thường có dạng hình chữnhật còn điện áp phụ thuộc
vào tải có thể là hình chữ nhật, hình răng cưa, hình sin, dạng hàm mũ
1.2.2. Các sơ đồ nghịch lưu độc lập một pha
● Thiết bị biến đổi dòng điện một pha

18

Hình 1.10: Sơ đồ một pha có điểm trung tính
Sơ đồgồm một máy biến áp có điểm giữa phía sơ cấp, hai Tiristor anôt nối
vào cực dương của nguồn nuôi E thông qua hai nửa cuộn dây sơcấp của máy biến
áp, do đó còn có tên là onduleur song song. Ở đầu vào của onduleur dòng ta đấu
nối tiếp với một điện cảm lớn LK vừa để giữcho dòng điện vào để hạn chế đỉnh cao
của dòng điện Ickhi khởi động. Tụ điện C gọi là tụ điện chuyển mạch.Đặc điểm của
onduleur dòng là có dòng điện tải dạng “Sinus chữnhật” còn dạng điện áp trên tải
thì do thông số mạch tải quyết định.
2n1 là tổng số vòng dây sơ cấp.
n2 là sốvòng dây thứcấp.
i,v là dòng và áp phía thứcấp.
Hoạt động của sơ đồ:Giả thiết cho xung mở T1 điểm A được T1 nối với cực
âm của nguồn E. bấy giờV 0 –VA= u1= E, do hiệu ứng biến áp tự ngẫu nênVB
=Vo = u1= E.như vậy tụ điện C được nạp điện áp bằng 2E, bản cực dương ở bên
phải. Bây giờ nếu cho xung mở T2, Tiristor này mở và đặt điện thế điểm B vào
mạch catôt T 1 khiến T 1 bị khoá lại, tụ điện C sẽ bị nạp ngược lại, sẵn sàng để
khoá T2 khi ta cho xung mở T1 Phía thứ cấp ta nhận được dòng “Sinus chữnhật”
mà tần số của nó phụ thuộc vào nhịp phát xung mởT1,T2

19

Hình 1.11: Sơ đồ cầu một pha
Các tín hiệu điều khiển được đưa vào từng đôi Tiristor T1, T2 lệch pha với tín
hiệu điều khiển đưa vào đôi T3 ,T4 một góc 180o Điện cảm đầu vào nghịch lưu lớn
(Ld= ∞), do đó dòng điện đầu vào id được san phẳng (biểu đồ xung), nguồn cấp
cho nghịch lưu là nguồn dòng và dạng dòng điện nghịch lưu (i) có dạng xung
vuông. Khi đưa xung vào mở cặp van T1,T2 , dòng điện i = id= Id. Đồng thời dòng
qua tụ C tăng lên đột biến , tụ C bắt đầu nạp điện với cực (+) ở bên trái và cực (-) ở
bên phải.
Khi tụ C nạp đầy, dòng qua tụ giảm về không. Do i = ic = it=Id = hằng số,
nên lúc đầu dòng qua tải nhỏ và sau đó dòng qua tải tăng lên. Sau một nửa chu kỳ (t
= t1) người ta đưa xung vào mởcặp van T3,T4. Cặp T3,T4 mở tạo ra quá trình
phóng điện của tụ C từcực (+) vềcực (-) .
Dòng phóng ngược chiều với dòng qua T1 và T2 sẽ làm cho T1 và T2 bị
khoá lại.Quá trình chuyển mạch gần như tức thời. Sau đó tụC sẽ được nạp điện theo
chiều ngược lại với cực (+) ở bên phải và cực (-) ởbên trái. Dòng nghịch lưu i =id=Id (đã đổi dấu). Đến thời điểm t = t2 người ta đưa xung vào mởT1,T2 thì T3,T4 sẽ
bị khoá lại và quá trình được lặp lại như trước. Như vậy chức năng cơ bản của tụ C
là làm nhiệm vụ chuyển mạch cho các Tiristor. Tại thời điểm t1 khi mởT3 và T4 thì
T1 và T2 sẽ bị khoá lại bởi điện áp ngược của tụ C đặt vào. Khoảng thời gian duy
trì diện áp ngược ( t1 -t’1 ) là cần thiết để duy trì qúa trình khoá và phục hồi tính
điều khiển của van và t’1- t01= tk ≥ toff là thời gian khoá của Tiristor hay chính là
thời gian phục hồi tính điều khiển. kt .ω β = là góc khoá của nghịch lưu.

20

● Nghịch lưu điện áp 1 pha
Sơ đồ không điều chế

Hình 1.12: Sơ Đồ mạch điện
Trong đó : -T1,T2,T3,T4: Là các thyristor có nhiệm vụ để đóng cắt hoặc điều
chỉnh thay đổi điện áp xoay chiều ra tải.
-R, L: là phụ tải của động cơ điện xoay chiều.
-D1,D2,D3,D4: Là các diôt dẫn dòng khi tải trả năng lượng về nguồn nuôi.
-is: Là dòng nguồn xoay chiều dạng răng cưa.
Khi is > 0 thì nguồn cung cấp năng lượng cho tải (các thyristor dẫn dòng)
Khi is < 0 thì tải năng lượng về nguồn nuôi (các diôt dẫn dòng).
C: Tụ lọc.
MBA: máy biến áp 1 pha có điện áp sơ cấp đặt lên các van và điện áp thứ cấp đặt
lên tải.
* Nguyên lý làm việc :
Giả sử T2 và T4 đang cho dòng chạy qua (Dòng tải đi từ B→A). Khi t=0 cho
xung mở T1 và T3, T2 và T4 bị khóa lại, dòng tải i=-Im không thể đảo chiều một
cách đột ngột. Nó chảy tiếp theo chiều cũ nhưng theo mạch D1→E→D3→tải→D1
và suy giảm dần, D1 và D3 dẫn dòng khiến T1 và T3 vừa kịp mở đã bị khóa lại.
21

Khi t=t1, i=0, D1 và D3 bị khóa lại, T1 và T3 sẽ mở lại nếu còn xung điều khiển
tác động ở các cực G1, G3 dòng tải i>0 và tăng chảy theo chiều từ A→B.Giai đoạn
từ t=0 cho đến t1 là giai đoạn hoàn năng lượng.
Khi t=T/2 cho xung mở T2 và T4, T1 và T3 bị khóa lại, dòng chảy qua D2 và
D4 khiến cho T2 và T4 vừa kịp mở đã bị khóa lại. Khi t=t3, i=0, T2 và T4 sẽ mở
lại, i<0 chảy theo chiều B→A. Dòng tải i biến thiên theo quy luật hàm mũ giữa hai
giá trị Im và –Im. Các xung điều khiển Thyristor thường là xung chùm.
1.2.3. Phạm vi ứng dụng của mạch nghịch lưu
-Bộ nghịch lưu là bộ phận chủ yếu của các bộ biến tần,được sử dụng rộng rãi
trong các lĩnh vực như cung cấp điện,các hệ điều khiển tốc độ động cơ điện xoay
chiều, truyền tải điện năng HVDC ( high voltage direct curent).
-Truyền tải điện cao áp một chiều,luyện kim,các bộ biến đổi cho các nguồn năng
lượng mới, làm nguồn điện xoay chiều cho nhu cầu gia đình, hệ thống chiếu
sáng,bộ chuyển đổi nguồn ở những nơi không có điện lưới như trên oto phục vụ
cho các thiết bị quạt, ti vi, trong lĩnh vực bù nhiễu công suất phản kháng.
-Nếu sử dụng inverter sóng vuông thì chỉ sử dụng hạn chế cho máytính,TV,
VCD, đèn thắp sáng vì dòng điện nó tạo ra có nhiều sóng hài. Nếu dùng cho quạt
điện, sóng hài tạo ra tiếng kêu và nóng động cơ, lâu dài dẫn đến cháy tụ khởi động
và các cuộn dây. Để dùng cho quạt và các phụ tải động cơ, biến áp cần dùng
Inverter sóng sin.
-Ứng dụng trong các bộ lưu điện UPS đang được phổ biến hiện nay.UPS là 1
nguồn điện dự phòng , cung cấp tạm thời điện năng nhằm duy trì hoạt động của các
thiết bị điện khi xảy ra sự cố, đảm bảo an toàn dữ liệu và an toàn hệ thống.

22

CHƯƠNG 2
THIẾT KẾ MẠCH NGHỊCH LƯU
2.1. Phân tích yêu cầu thiết kế mạch nghịch lưu
Ta đưa ra thông số và yêu cầu bộ nghịch lưu cần thiết kế như sau
Nguồn cấp là Acquy 12VDC.
Công suất 300W.
Điện áp đầu ra 220VAC/50Hz.
Với nguồn cấp là Acquy nên ta sử dụng mạch nghịch lưu độc lập.Như vậy
ta có ba sự chọn lựa : Nghịch lưu độc lập nguồn áp, nguồn dòng và cộng hưởng.
Mạch nghịch lưu độc lập dòng điện được cấp từ nguồn dòng, ở đây ta sử
dụng nguồn cấp là acquy nên không phù hợp.
Mạch nghịch lưu độc lập cộng hưởng có dạng điện áp ra gần sin nhất, tuy
nhiên với tần số lớn từ 300Hz trở lên do vậy không phù hợp để sử dụng cho mạch
mà ta cần thiết kế.
Như vậy ta sử dụng mạch nghịchlưu độc lập nguồn áp, có hai lựa chọn:
Nghịch lưu độc lập nguồn áp một pha.
Nghịch lưu độc lập nguồn áp ba pha sau đó lấy một pha để sử dụng. Ghịch
lưu độc lập nguồn áp ba pha có dạng hình sin hơn so với nghịch lưu độc lập
nguồn áp một pha, tuy nhiên với mục đích sử dụng như ban đầu ta đưa ra thì hoàn
toàn không cần thiết phải dùng như vậy, bởi bộ nghịch lưu áp ba pha cho chi phí
cao hơn và tính toán điều khiển cũng phức tạp hơn rất nhiều, trong khi đó ta chỉ
cần sử dụng một pha cho nhu cầu sinh hoạt hàng ngày.
Do vậy ta sẽ chọn mạch nghịch lưu độc lập nguồn áp một pha với các
thông số và yêu cầu đã đề ra.
Bộ biến đổi DC/AC sẽ gồm hai thành phần chính như sau
Mạch điều khiển : Có nhiệm vụ phát xung vuông dao động với tần số 50 Hz
cấp xung mở cho transitor, transitor dẫn sẽ làm cho mosfet dẫn.
Mạch lực bộ nghịch lưu một pha :có nhiệm vụ đẩy kéo điện áp 12V DC lên
220VAC tần số 50Hz.

23

2.2. Phương pháp
Có 2 phương pháp để biến đổi điện áp 1 chiều 12V lên điện áp xoay chiều
220V
Phương pháp thứ nhất: Điện áp 1 chiều 12V được nghịch lưu thành điện
áp 12V xoay chiều sau đó điện áp 12V xoay chiều này được đưa qua máy biến áp
để đưa lên điện áp 220V-500W.Đây là phương pháp biến đổi gián tiếp.Nhược
điểm của phương pháp này là có sự hao tổn công suất trong quá trình nghịch
lưu.Tuy nhiên với phương pháp này thì điện áp qua 1 số khâu nữa có thể cho dạng
sin hơn ở đầu ra.
Phương pháp thứ hai: Điện áp 1 chiều 12V được đưa thẳng vào biến áp để
đưa lên điện áp 220V xoay chiều.Điện áp 1 chiều này cho qua máy biến áp bằng
cách đóng mở liên tục nhờ các van công suất với tần số của lưới điện 50Hz.Ưu
điểm của phương pháp này là không có sự tổn hao công suất nhiều do có sự biến
đổi trực tiếp và cấu tạo mạch khá đơn giản.Tuy nhiên phương pháp này cũng có
những nhược điểm của nó.Điện áp đầu ra có dạng xung không sin ảnh hưởng lớn
đến tải cảm.
Ở đây em thực hiện quá trình này bằng phương pháp hai tức là biến đổi trực
tiếp. Có 2 phương án lựa chọn cho phương pháp này:

2.2.1.Phương án 1, dùng Transistor công suất, các cổng logic và trigơ
Dùng Transistor công suất : Dùng hai Transistor công suất T và T dao động
đa hài phát ra tín hiệu đóng. Hai Transistor T và T mắc cùng với bốn điện trở, trong
đó có sử dụng trở công suất thành mạch tạo ra xung vuông.
Dùng các cổng logic : Có thể dùng các cổng logic như các cổng NAND,
NOR, cổng đảo…có thể dùng IC 4011 hoặc IC SN7400.
Dùng các con trigơ và vi mạch : Có thể dùng vi mạch 555 hoặc IC 4047B,
SG3525 là những IC phát xung chủ đạo và xung này được qua một IC khuyếch đại
thuật toán.

24