TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TÀU BIỂN
Họ và tên

: Nguyễn Đức Tuấn
Lớp

: DTD51-DH2
Mã sinh viên

: 39221

Đồ án điện tử công suất
Đề tài: Đề số 14
Thiết kế bộ nghịch lưu 1 pha.
Mục tiêu:thiết kế bộ nghịch lưu điện áp thấp
Nội dung:+ Nguồn cấp 12VDC
+ Nguồn ra 220V
+ Công suất 500VA
Nhiệm vụ của sinh viên:+ Giới thiệu công nghệ
+ Tính mạch công suất
+ Thiết kế mạch điều khiển

Lời nói đầu
Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật bán dẫn
công suất lớn, các thiết bị biến đổi điện năng dùng các linh
kiện bán dẫn công suất đã được sử dụng nhiều trong công nghiệp
và đời sống nhằm đáp ứng các nhu cầu ngày càng cao của xã hội. Trong thực
tế sử dụng điện năng ta cần thay đổi tần số của nguồn cung cấp, các bộ biến
tần được sử dụng rộng rãi trong truyền động điện, trong các thiết bị đốt
nóng bằng cảm ứng, trong thiết bị chiếu sáng Bộ nghịch lưu là bộ biến tần

Mạch nghịch lưu phụ thuộc là mạch chỉnh lưu trong đó có nguồn một
chiều được đổi dấu so với chỉnh lưu và góc mở ∝ của các tiristo thoả mãn
điều kiện (π/2 < α <π ) lúc đó công xuất của máy phát điện một chiều trả về
lưới xoay chiều.Tần số và điện áp nghịch lưu này phụ thuộc vào tần số điện
áp lưới xoay chiều.
Nghịch lưu độc lập làm nhiệm vụ biến đổi điện áp một chiều từ các
nguồn độc lập (không phụ thuộc vào lưới xoay chiều) thành xoay chiều với
tần số pha tuỳ ý. Tần số và điện áp nghịch lưu. Nói chung có thể điều chỉnh
tuỳ ý. Có hai dạng sơ đồ nghịch lưu độc lập là mạch cầu và mạch dùng biến
áp có trung tính.

Sơ đồ nghịch lưu độc lập được chia là ba loại cơ bản:
- Nghịch lưu độc lập điện áp.
- Nghịch lưu độc lập dòng điện.
- Nghịch lưu độc lập cộng hưởng.
Nghịch lưu độc lập điện áp được cung cấp từ nguồn áp độc lập. Sự
hình thành đường cong xoay chiều khoá tương ứng theo một thuật toán nhất
định các khoá có thể là tiristo, tranzito
Nghịch lưu độc lập nguồn dòng là loại nghịch lưu mà được cung cấp
từ nguồn dòng một chiều.
Nghịch lưu cộng hưởng, khác với hai dạng nghịch lưu trên ở chỗ các
quá trình xẩy ra trong mạch qua các khoá được đặc trưng bởi nguồn cung cấp
và các cuộn cảm được mắc thêm vào hay có sẵn của tải. Chính vì thế mà dòng ở
mạch tải có dạng gần sin.
1.1.2. Nghịch lưu dòng một pha.
Nghịch lưu dòng là thiết bị biến đổi nguồn dòng một chiều thành dòng
xoay chiều có tần số tùy ý.
Đặc điểm cơ bản của nghịch lưu dòng là nguồn một chiều cấp nguồn
cho bộ biến đổi phải là nguồn dòng, do đó điện cảm đầu vào (L
d

, dòng điện i
N
= i
d
= I
d
. Đồng thời,
dòng qua tụ C tăng lên đột biến, tụ C bắt đầu được nạp điện với dấu “+” ở
bên trái và dấu “-” ở bên phải. Khi tụ C nạp đầy, dòng qua tụ giảm về không.
Do i
N
= i
C
+ i
Z
= I
d
= const, nên lúc đầu dòng qua tải nhỏ và sau đó
dòng qua tải tăng lên. Sau một nửa chu kỳ (t = t
1
) người ta đưa xung vào mở
cặp van T
3
, T
4
. Cặp van T
3
, T
4
mở tạo ra quá trình phóng điện của tụ C từ cực

4
sẽ bị
khóa 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. Ở thời điểm t
1
, khi mở
T
3
, T
4
, tiristor T
1
, T
2
sẽ bị khóa lại bởi điện áp ngược của tụ C đặt lên.
Khoảng thời gian duy trì điện áp ngược t
1
÷ t
’
1
= t
k
≥ t
off
; t
off
là thời gian
khóa của tiristor hay chính là thời gian phục hồi tính chất điều khiển.

ω.t

k
) của nghịch lưu là lớn nhất. Khi điện cảm đầu vào chiếm

một giá trị trung bình nào đó mà vẫn đảm bảo dòng là liên tục , lúc này dạng
sóng điện nhấp nhô do vẫn chứa các sóng điều hòa bậc cao. Dạng điện áp
gần với hình sin hơn, nhưng thời gian khóa của tiristor bị giảm xuống.
Khi dòng điện vào là gián đoạn, giá trị điện cảm không đủ để duy trì
nguồn là nguồn dòng thì thời gian t
k
là bé nhất.
Đối với nghịch lưu dòng điện, quan trọng nhất là quá trình chuyển
mạch của tiristor. Phụ tải luôn ảnh hưởng đến quá trình chuyển mạch, do vậy
để đảm bảo nghịch lưu làm việc tin cậy thì thời gian t
k
phải đủ lớn, tức là
nguồn đầu vào phải luôn luôn đảm bảo là nguồn dòng.
c) Ảnh hưởng của phụ tải đối với với chế độ làm việc của nghịch lưu:
Ta xét trường hợp L
d
= ∞ (điện cảm vô cùng lớn). Sơ đồ trên hình 3.2
có thể thay thế bằng sơ đồ hình 3.4a.
Hình 1.4. a) Sơ đồ thay thế của nghịch lưu dòng một pha.

b) Ảnh hưởng của tải đối với điện áp.
Ta có phương trình của điện áp trên tải:






CR
t
CR
T
t
tt
tt
e
T
CR
e
eeE
U
2.2
2 2
1.
.4
1
21.
.
Từ phương trình trên ta thấy điện áp trên tải biến thiên theo quy luật
hàm mũ cơ số e. Khi thay đổi phụ tải như giảm dòng tải, dòng qua tụ sẽ ít
thay đổi vì
const
C
I
dt
du
CC
==

là thời gian duy trì điện áp ngược đặt lên tiristor. Góc
khóa β của nghịch lưu phụ thuộc vào tần số, phụ tải và tụ chuyển mạch.
Để thỏa mãn điều kiện làm việc của nghịch lưu thì β
min
> ω.t
off
.
1.1.3. Nghịch lưu áp một pha.
Nghịch lưu áp là thiết bị đổi nguồn áp một chiều thành nguồn áp xoay
chiều một pha với tần số tuỳ ý.
Nguồn áp là nguồn được sử dụng phổ biến trong thực tế. Hơn nữa,
điện áp ra của nghịch lưu áp có thể điều chế theo phương pháp khác nhau để
có thể giảm được sóng điều hoà bậc cao. Trước kia nghịch lưu áp bị hạn chế
trong ứng dụng vì công suất của các van động lực điều khiển hoàn toàn còn
nhỏ. Hơn nữa, việc sử dụng nghịch lưu áp bằng tiristor khiến cho hiệu suất
của bộ biến đổi giảm, sơ đồ điều khiển phức tạp. Ngày nay, công suất các
van động lực như: MOSFET, GTO càng trở nên lớn và có kích thước gọn
nhẹ, do đó nghịch lưu áp trở thành bộ biến đổi thông dụng và được chuẩn
hoá trong các bộ biến tần công nghiệp. Do đó, sơ đồ nghịch lưu áp được
trình bày dưới đây sử dụng van điều khiển hoàn toàn.
Trong quá trình nghiên cứu, ta giả thiết các van động lực là các khoá
điện tử lý tưởng, tức là thời gian đóng và mở bằng không nên điện trở nguồn
bằng không.
*) Cấu tạo:

Sơ đồ nghịch lưu áp một pha gồm 4 van động lực chủ yếu là: T
1
, T
2
,

= E (hướng
dòng điện là đường nét đậm). Tại thời điểm 0 = θ
2
, T
1
và T
2
bị khoá, đồng
thời T
3
và T
4
mở ra. Tải sẽ được đấu vào nguồn theo chiều ngược lại, tức là
dấu điện áp trên tải sẽ đảo chiều và U
t
= -E tại thời điểm θ
2
. Do tải mang tính
trở cảm nên dòng vẫn giữ nguyên hướng cũ (đường nét đậm). T
1
, T
2
đã bị
khoá, nên dòng phải khép mạch qua D
3
, D
4
. Suất điện động cảm ứng trên tải
sẽ trở thành nguồn trả năng lượng thông qua D
3

Bộ nghịch lưu điện áp thấp được áp dụng rất nhiều trong thực tế như:
-Bộ biến tần ( truyền động động cơ điện xoay chiều ).
-Lò cảm ứng trung tần , hàn trung tần.
- Nguồn xoay chiều trong gia đình , nguồn lưu điện (UPS), chiếu sáng (đèn
huỳnhquang cao tần).
-Bù nhuyễn công suất phản kháng.
-Truyền tải điện cao áp một chiều (HVDC).

Chương 2: Tính chọn mạch công suất

 !"#!$%&'()&!*+,'(#-./(0
1+2#3#!4$%&'(#5#!6#
2)&!*+1+%*&7!8*'('9#:
8;6<=$!> ?$@A BC!@#DEF#58
C!%*%">: -!&> ?+G&: '(
#-./($%?H&8H"#IJ*6%*
K:L3#58C!:1#A.!:GH)"> 
I;@#(II8
!MN
OPJ.!  &.> ?NOP!J.!  &.> ?J$%JG!&
#Q#!%.!R#:D!J.!  &.J$%J8SP$@'B
#.;T.&#:: UG<.;> ?%8HH&.!)$>

OP-&N:5GP-&-VOT
WXT-#I&Y:5GPZ&[Z\
OP&.$%$8HN:5GP$8H&[
Z]T%LZ)C#H&$%)%*#37!8QZ
"*(#H^&
M%***5#3_8Q+26
2)&!*+:3#58#Q-#">!&

tạo ra
nhờ đóng mở các cặp van T1, T2 và T3, T4 một cách có chu kỳ: f
N
= f
đk
Do đó khi thay đổi tần số điều khiển f
đk
có thể thay đổi tần số nghịch
lưu f
N
tuỳ ý.
* Ưu, nhược điểm:
+ Ưu điểm:
. Điều chỉnh được tần số f
N
.

. Các van chủ đạo sử dụng là các van điều khiển hoàn toàn do đó dễ điều
khiển đóng mở các van.
+ Nhược điểm:
. Số lượng van sử dụng khá nhiều.
. Công suất bộ biến đổi (BBĐ) phụ thuộc vào công suất của van nên bị hạn
chế.
. U
N
có dạng xung hình chữ nhật nên khi phân tích Furier sẽ xuất hiện
nhiều thành phần sóng điều hòa bậc cao, do đó sẽ làm giảm hiệu suất của bộ
biến đổi.
2.1.2. Sơ đồ nghịch lưu dòng một pha.
- Đặc điểm: Nguồn đầu vào là nguồn dòng, do đó nguồn được nối nối tiếp

+ Nhược điểm:
. Không làm việc được ở chế độ không tải.
. Dòng nghịch lưu có dạng xung chữ nhật nên chứa nhiều thành phần
sóng điều hoà bậc cao làm giảm hiệu suất BBĐ.
. Dạng điện áp và góc khoá
β
- góc khoá nghịch lưu thay đổi khi giá
trị của điện cảm đầu vào L
d
thay đổi. Cụ thể:
o L
d
=
∞
=> i
d
= I
d
= const, dòng nghịch lưu có dạng xung chữ
nhật. Và có u
t
biến thiên hàm mũ và góc khoá
β
là max.
o L
d
<
∞
nhưng vẫn đảm bảo i
d

- Do điện cảm tải tạo nên nguồn dòng, bộ nghịch lưu phải là nghịch
lưu nguồn áp. Ta xét sơ đồ cầu:

. Sơ đồ này sử dụng cộng hưởng nguồn áp nên có thể làm việc được ở chế
độ không tải.
. Tải mang tính cảm nên ta đấu với tải tụ C nhằm tạo ra dao động cộng
hưởng và đồng thời phải bù thừa nhằm tạo ra góc khóa
β
cần thiết để chắc
chắn là khóa được van lực.
. Và do cộng hưởng nối tiếp nên sơ đồ này có thể làm việc được với tải biến
thiên rộng và trong thực tế sơ đồ này được sử dụng rộng rãi.
Vì vậy ta chọn sơ đồ này để thiết kế phần nghịch lưu cho bộ nguồn lò
tôi thép.
* Xét hoạt động của mạch:

- Điện áp nghịch lưu dạng xung chữ nhật, dòng điện trên tải gần sin
và dòng điện vượt trước điện áp ( do thực hiện mồi chậm để chắc chắn cặp
van được khoá mới mở cặp van khác).
- Tại thời điểm
θ
= 0 cho xung mở van T1,T2: dòng đi từ A -> B, tụ C
được nạp. Khi tụ C được nạp đầy dòng qua van T1,T2 giảm về 0. Nhưng do
tải mang tính cảm nên dòng vẫn giữ nguyên chiều cũ nên khép mạch qua
D3,D4 và C
0
. Khi đó điện áp u
c
đặt lên T1,T2 làm chúng bị khoá chắc chắn.
- Tại thời điểm