CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG MICRO …kdientu.duytan.edu.vn/media/50053/nguyen-ly-hoat-dong-bo-micro-inverter.pdf · inverter có độ bền cao

CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG

MICRO-INVERTER

2.1. Giới thiệu chung về bộ inverter của hệ thống năng lượng mặt trời

Môt bô inverter la môt thiêt bi điên thay đôi dong điên môt chiêu (DC) thanh dong

điên xoay chiêu, co thê chuyên đôi dong điên xoay chiêu tơi bât ki điên ap va tân sô nao

vơi viêc sư dung cac may biên ap thich hơp, bô chuyên đôi va cac bô điêu khiên.

Bô inverter cua hê thông năng lương măt trơi co thê chia thanh 2 loai chinh :

• Bô inverter trung tâm (central inverter)

• Bô micro-inverter.

2.1.1. Bộ inverter trung tâm

Môt bô inverter trung tâm đươc sư dung đê chuyên đôi điên áp môt chiêu từ các tâm

pin măt trơi mắc nôi tiêp vơi nhau đê cho ra điên áp xoay chiêu dùng đê câp nguồn cho

phu tải đia phương hoăc nôi lươi, bô inverter trung tâm thương có công suât lơn va điên

áp môt chiêu đâu vào cao do các tâm pin măt trơi đươc mắc nôi tiêp (hình 2.1)

=

~

+

-Lưới điện

Hình 2.1. Cấu hình bộ central - inverter

2.1.2. Bộ Micro-inverter

Môt bô micro-inverter chuyên đôi dong điên môt chiêu thanh dong xoay chiêu trên

môt tâm pin măt trơi duy nhât. Dong điên từ nhiêu bô micro-inverter đươc kêt hơp va

đươc đưa vao lươi điên hiên co. Khac vơi bô inverter trung tâm, co thê kêt hơp đươc

nhiêu tâm pin năng lương măt trơi.

=

~

=

~

=

~

=

~

=

~

=

~

=

~

=

~

=

~

=

~

=

~

=

~

Lưới điện

Hình 2.2: Cấu hình bộ Micro-inverter

2.1.3. So sanh ưu nhược điểm của bộ micro-inverter so với inverter trung tâm.

Micro-inverter co nhiêu lơi thê hơn cac bô inverter trung tâm thông thương khac.

Cac lơi thê chinh la, ngay cả môt lương nho cac vêt đen, cac mảnh vun thâm chi co thê la

tuyêt ơ trên bât ki môt tâm năng lương măt trơi nao, hay môt tâm bi lôi, thi đêu không

ảnh hương nhiêu lắm đên công suât môt mảng. Môi bô micro-inverter đat đươc công suât

tôi ưu băng cach thưc hiên tim kiêm điêm công suât đinh (MPPT) cho từng tâm pin măt

trơi.

Nhươc điêm chinh cua no la no co môt chi phi thiêt bi ban đâu trên môi watt cao hơn

so vơi bô inverter trung tâm, va thương đăt gân cac tâm pin năng lương, nơi co thê kho

khăn hơn trong viêc bảo tri. Nhưng nhưng vân đê đo co thê giải quyêt đươc bơi micro-

inverter co đô bên cao hơn nhiêu va cai đăt ban đâu cung rât đơn giản.

Môt phat triên gân đây la micro-inverter co thê châp nhân đâu vao DC từ hai tâm pin

năng lương măt trơi, chư không phải môt va viêc tôi ưu công suât đinh đươc thưc hiên

đôc lâp trên môi tâm panel. Điêu nay lam giảm chi phi thiêt bi cho bô micro-inverter.

2.2. Cấu tạo chung về bộ inverter

Câu tao cua bô micro-inverter có thê chia thành các phân chính sau (hình 2.5):

Bô biên đôi DC-DC (DC-DC converter)

Inverter (bô biên đôi DC-AC)

Bô lọc (filter)

Hình 2.3. Mô hình bộ micro-inverter

Tùy theo sư lưa chọn từng cách thiêt kê mà chúng ta sẽ có câu tao cua bô micro -

inverter khác nhau.

2.2.1. Bộ tăng ap DC-DC converter

Trong sản xuât công nghiêp, cac bô nghich lưu đươc sư dung rông rai trong điêu

khiên đông cơ điên xoay chiêu, bô lưu điên, xe điên… Tuy nhiên bô nghich lưu truyên

thông co han chê đo la điên ap xoay chiêu ngo ra không thê lơn hơn điên ap nguồn môt

chiêu cung câp hay noi cach khac no chi thê hiên la bô nghich lưu giảm ap. Đôi vơi

nhưng nguồn năng lương mơi, năng lương tai tao như pin măt trơi, pin nhiên liêu… điên

ap ngo ra cua cac dang năng lương nay la điên ap môt chiêu co gia tri điên ap thâp, không

ôn đinh, phu thuôc theo thơi gian, môi trương lam viêc. Sư dung cac nguồn năng lương

tai tao nay đê chuyên đôi thanh lươi điên xoay chiêu 220V/380V, đoi hoi điên ap 1 chiêu

trươc khi đưa vao bô nghich lưu phải co gia tri lơn hơn 310Vdc (gia tri điên ap đinh cua

220Vac). Điên ap 1 chiêu co gia tri lơn co thê thưc hiên băng cach mắc nôi tiêp cac tâm

pin điên ap thâp vơi nhau, đồng nghia vơi sô lương pin phải nhiêu, lắp đăt trên diên tich

rông lơn. Điêu nay chi thich hơp vơi hê thông công suât lơn, vơi nhưng hê thông công

suât nho, đê tao ra điên xoay chiêu 220V/380V từ nguồn điên ap thâp ngươi ta thương

dùng :

Máy biên áp có tân sô thâp (50 Hz) đê tăng điên áp xoay chiêu ngõ ra.

Các bô tăng điên áp môt chiêu.

Các bô biên đôi sư dung máy biên áp tân sô thâp co ưu điêm la đơn giản nhưng chât

lương điên áp ra không tôt, và hiêu suât thâp. Nhơ sư phát triên manh mẽ cua kỹ thuât

Vin DC-AC

Inverter DC-DC

Converter Vout

điên tư và chê tao máy biên áp, ngày nay máy biên áp tân sô thâp đươc thay thê bơi các

máy biên áp tân sô cao (cỡ vào chuc kHz) đê tăng điên áp môt chiêu lên đên điên ap lươi

trươc bô nghich lưu, tôn thât trên máy biên áp giảm, đap ưng điêu khiên nhanh, chính

xac. Dươi đây phân tich môt sô sơ đồ tăng điên áp môt chiêu đươc sư dung rông rãi.

a) Bộ biến đổi DC-DC kiểu PUSH-PULL (kéo đẩy)

Nguyên lý hoạt động

Sơ đồ nguyên lý cua bô biên đôi kiêu push-pull (hình 2.4) bao gồm môt máy biên áp

nhiêu cuôn dây T1. Môi cuôn dây phía thư câp cho ra các xung vuông lêch nhau 180ᵒ,

biên đô xung đươc xac đinh băng điên ap đâu vào và ti sô biên áp cua máy biên áp T1.

Đô rông xung cua các cuôn dây thư câp cua T1 là giông nhau, va đươc điêu khiên bơi

mach điêu khiên và phản hồi âm từ đâu ra chính (Nm), cuôn Ns1 và Ns2 là các cuôn dây

phu phuc vu cho các bô nguồn yêu câu nhiêu đâu ra. Cac transistor Q1, Q2 đươc sư dung

ơ chê đô khoa điên tư, xung mơ cho các khóa này phải thoa man điêu kiên sao cho khi có

tín hiêu mơ thì transistor phải dẫn ơ trang thai bao hoa, khi đo Vce(sat) ≈ 1V. Do đo khi

môi transistor chuyên sang trang thái dẫn bão hòa môt nưa tương ưng cua cuôn sơ câp

cua T1 đươc đăt dươi xung điên ap vuông co biên đô Vdc-1. Các cuôn dây phía thư câp

cua máy biên áp sẽ xuât hiên xung điên áp vuông vơi biên đô (Vdc– 1)(𝑁𝑠 𝑁𝑝⁄ ) – Vd (Vd

la điên ap rơi trên diode) trong khoảng thơi gian To. Xung điên áp phía sau diode có ti sô

chu kỳ là 2Ton/T do có hai xung vuông trong 1 chu kỳ.

Hình 2.4. Sơ đồ bộ biến đổi push-pull. Q1 và Q2 được điều khiển bởi tín hiệu PWM lệch

pha nhau 180ᵒ. Bộ biến đổi có đầu ra chính là Vm và hai đầu ra phụ là Vs1 và

Vs2 [3].

Điên áp trung bình môt chiêu ơ đâu ra Vm (giả sư điên áp rơi trên diode Schottky la

0.5 V) là:

𝑉𝑚 = [(𝑉𝑑𝑐 − 1)𝑁𝑚

𝑁𝑝− 0.5]

2𝑇𝑜𝑛

𝑇 (2.1)

Nêu mach phản hồi âm đươc đăt theo điên áp Vm (hình 2.4), thì Ton và Vm đươc điêu

khiên chông lai sư thay đôi cua điên ap đâu vào và tải đâu ra. Măc dù dòng tải không xuât

hiên trong phương trinh (2.1), nhưng nêu dòng tải thay đôi thì Vm cung thay đôi theo dẫn

đên xuât hiên tín hiêu lôi cho bô điêu khiên và Ton đươc điêu khiên đê giư cho Vm băng

tín hiêu đăt (theo hương làm cho tín hiêu lôi băng không).

Đôi vơi các cuôn dây phu phía thư câp cua T1, điên áp phía cathode cua diode cung

đươc xac đinh từ sô vòng dây cua cuôn thư câp và khoảng thơi gian mơ Ton cua xung

vuông. Điên ap đâu ra cua cac đâu ra phu đươc xac đinh theo công thưc sau ( vơi diode ơ

đâu ra là loai diode thương co điên ap rơi la 1V).

𝑉𝑠1 = [(𝑉𝑑𝑐 − 1)𝑁𝑠1

𝑁𝑝− 1]

2𝑇𝑜𝑛

𝑇 (2.2)

𝑉𝑠2 = [(𝑉𝑑𝑐 − 1)𝑁𝑠2

𝑁𝑝− 1]

2𝑇𝑜𝑛

𝑇 (2.3)

Nhận xét về bộ biến đổi DC-DC kiểu push-pull

Bô biên đôi kiêu push-pull là môt trong cac sơ đồ lâu đơi nhât mà vẫn con đươc sư

dung rông rãi. Nhơ ưu điêm có nhiêu đâu ra vơi các điên ap khac nhau, đâu ra, đâu vào

và giưa cac đâu ra đêu đươc các ly vê điên, điên ap đâu ra có thê lơn hơn hoăc nho hơn

điên ap đâu vao. Đâu ra chinh đươc điêu khiên đê chông lai sư thay đôi cua điên ap đâu

ra và dòng tải. Cac đâu ra phu cung cung đươc điêu khiên đê chông lai sư thay đôi cua

điên ap đâu vào và sai lêch khoảng 5% vơi thay đôi tải đâu ra vơi điêu kiên cuôn cảm lọc

đâu ra phải làm viêc trong chê đô liên tuc.

Bên canh cac ưu điêm trên thì bô biên đôi theo kiêu push-pull vẫn còn tồn tai các

nhươc điêm sau: sô lương thiêt bi bán dẫn công suât lơn ( 2 transistor và 2 diode), cân tu

lọc lơn ơ phia đâu ra gây thêm tôn thât va lam tăng kich thươc cua bô biên đôi.

b) Bộ biến đổi DC-DC kiểu forward.

Nguyên lý hoạt động.

Sơ đồ nguyên lý cua bô biên đôi kiêu forward vơi ba đâu ra đươc trình bày trong hình

2.5. Câu trúc kiêu forward thương đươc chọn vơi công suât ưu câu nho hơn 200 W va

điên ap đâu vào từ 60 đên 200 V. Khi điên ap đâu vào nho hơn 60 V dong điên phia sơ

câp trơ nên qua lơn vơi công suât lơn. Điên ap đâu vào lơn hơn 200 V điên ap đăt trên

transistor trơ nên quá lơn. Thêm vao đo nêu công suât lơn hơn 200 W dong điên đâu vào

phia sơ câp cung sẽ trơ nên quá lơn kê cả khi điên ap đâu vào cao.

Từ hình 2.5 ta có thê thây sơ đồ gồm môt đâu ra chính Vm va hai đâu ra phu, Vs1 và

Vs2. Vòng phản hồi âm vơi tín hiêu phản hồi lây từ Vm có nhiêm vu điêu khiên Q1 đê giư

cho Vm không đôi khi điên áp vào và tải thay đôi. Cac đâu ra phu cung đươc điêu khiên

đê giư không đôi khi điên ap đâu vao thay đôi

Hình 2.5. Sơ đồ nguyên lý và dạng sóng của bộ biến đổi DC-DC kiểu forward [3]

So vơi sơ đồ push-pull trong hình 2.4, ta thây môt transistor đươc thay thê băng diode

D1. Khi Q1 chuyên sang trang thái dẫn xuât hiên dong điên trong cuôn dây sơ câp Np,

các diode từ D2 đên D4 đươc phân cưc thuân, dong điên ơ các cuôn thư câp cung câp cho

tải thông qua bô lọc LC. Chú ý: năng lương chi cung câp cho tải trong khi Q1 đang ơ

trang thái dẫn.

Từ hình 2.5, nêu transistor Q1 có thơi gian dẫn là Ton, điên áp phía sau diode D2 ơ

mưc cao Vomr là:

𝑉𝑜𝑚𝑟 = [(𝑉𝑑𝑐 − 1)𝑁𝑚

𝑁𝑝] − 𝑉𝐷2 (2.4)

Diode D5 đên D7 đươc nôi song song vơi mach tải nhăm dẫn dong khi D2 đên D4 bi

phân cưc ngươc. Khi Q1 chuyên sang trang thai khoa, dong điên trong cuôn sơ câp cua

T1 giảm đôt ngôt, đê chông lai quá trình giảm nay phia sơ câp xuât hiên điên ap ngươc.

Nêu không co diode D1 điên áp âm trên cuôn Nr sẽ rât lơn, vi Nr va Np thương có cùng

sô vong dây nên điên ap đăt lên transistor Q1 sẽ tăng đu lơn đê phá huy transistor này.

Nhơ diode D1 nên điên áp trên Nr đươc giư ơ mưc Vdc so vơi đât, dẫn đên điên áp trên Np

cung đươc giư ơ mưc Vdc. Nêu bo qua điên ap rơi trên diode thi điên áp các cuôn Nr và

Np là Vdc từ đo ta co điên áp lơn nhât đăt lên Q1 là 2Vdc.

Đê tránh cho mach từ bi bão hòa thì trong môt chu kỳ nêu từ lõi thép di chuyên theo

môt hương cua đương cong từ trễ thi trươc khi bắt đâu môt chu kỳ làm viêc mơi đăc tính

từ hóa phải trơ lai điêm ban đâu trên đương cong từ trễ. Nêu điêu kiên trên không đươc

đap ưng mach từ sẽ bi bão hòa dẫn đên phá hong transistor Q1.

Từ dang sóng cua điên ap đăt trên transistor (hình 2.5) thơi gian dẫn cua Q1 là Ton,

tích sô volt-giây là VdcTon (băng diên tích vùng A1) làm cho từ cảm trong mach từ tăng

dB = (VdcTon/NpAe)*10-8

gauss[3]. Khi Q1 khoa điên kháng từ hóa có chiêu ngươc lai giư

điên ap âm đu lâu đê tích sô volt-giây A2 băng vơi A1, đu điêu kiên đê chu kỳ sau bắt

đâu.

Điên ap trung binh đâu ra cua bô biên đôi đươc tính theo công thưc sau:

𝑉𝑜𝑚 = [(𝑉𝑑𝑐 − 1)𝑁𝑚

𝑁𝑝− 𝑉𝑑]

𝑇𝑜𝑛

𝑇 (2.5)

Nhận xét về bộ biến đổi

Ưu điểm: Sơ đồ biên đôi kiêu forward có thê đươc thiêt kê đê có nhiêu đâu ra

vơi các mưc điên áp khác nhau. Giưa đâu vao va đâu ra, giưa cac đâu ra đươc

cách ly vê điên vơi nhau. Sô khóa bán dẫn cân sư dung it hơn so vơi sơ đồ kiêu

push-pull. Đâu ra chinh đươc giưa ôn đinh nhơ mach điêu khiên vơi vòng phản

hồi âm, nhơ đo điên ap đâu ra đươc giư ôn đinh khi tải hay điên ap đâu vào thay

đôi.

Nhược điểm: Sơ đồ này bi giơi han vê công suât va điên ap đâu vao, điên áp vào

chi nên năm trong khoảng 60 đên 200 V. Phia đâu ra cân phải có cuôn kháng lọc

lơn lam tăng gia thanh, tôn thât va kich thươc bô biên đôi.

c) Bộ tăng ap dùng may biến áp hồi tiếp (flyback converter)

Hình 2.6 trinh bay sơ đồ nguyên lý cua bô biên đôi flyback. Khi Q1 đong mach thì

xuât hiên dong điên chay qua quân dây sơ câp nhưng do diode D1 ơ mach thư câp phân

cưc ngươc nên cuôn dây thư câp không co dong điên chay qua. Khi Q1 hơ mach thì dòng

điên trong cuôn sơ câp giảm vê không. Sưc điên đông trong các cuôn dây cua máy biên

ap đảo chiêu. Diode D2 phân cưc thuân, trong cuôn dây thư câp co dong điên chay qua.

Như vây ta có thê thây cuôn dây sơ câp và cuôn thư câp cua máy biên áp flyback không

dẫn dong đồng thơi.

Hình 2.6. Sơ đồ nguyên lý và dạng sóng của flyback converter [3]

Hoat đông cua sơ đồ: Khi Q1 đong mach diode D1 và D2 phân cưc ngươc. Tải đươc

câp dòng nhơ vào tu C0 và C1, T1 đong vai tro như cuôn cảm va dong điên trong cuôn sơ

câp tăng tuyên tinh đên giá tri đinh Ip. Khi Q1 hơ mach, dong điên trong cuôn dây sơ câp

giảm vê không đê chông lai sư giảm cua dong điên sưc điên đông cảm ưng ơ các cuôn

dây đảo cưc tính. Diode D1, D2 đươc phân cưc thuân, năng lương tích trư trong cuôn dây

sơ câp đươc chuyên sang cuôn thư câp đê cung câp cho tải và nap lai tu C0, C1.

Quy tắc bảo toàn sức từ động của cuộn cảm có nhiều hơn một cuộn dây [3].

Đối với cuộn cảm có số cuộn dây lớn hơn một chỉ số sức từ động từ cuộn sơ cấp sang

cuôn thứ cấp được bảo toàn.

Ví du: Nêu cuôn sơ câp co 100 vong dây va dong điên tai thơi điêm Q1 hơ mach là 1

A. Sưc từ đông trong cuôn sơ câp F = NI = 100 ampere-turns. Sưc từ đông nay đươc bảo

toàn và chuyên sang cuôn thư câp. Nêu cuôn thư câp có sô vòng dây là 10 vòng thì dòng

điên cuôn thư câp sẽ là 10 A.

Trong máy biên áp flyback không có sư tương quan giưa điên áp cua cuôn sơ câp và

cuôn thư câp. Thưc tê điên áp cua cuôn thư câp phu thuôc vào tải. trong ví du trên giả sư

tải la 1 ohm thi điên ap đâu ra cua cuôn thư câp là Vs = 10x1 = 10 volts. (chú ý: không

nên đê hơ mach cuôn sơ câp vì khóa bán dẫn có thê bi đanh thung bơi điên áp cao). Nhơ

đăc điêm giúp sơ đồ flyback dễ dang co đươc điên ap đâu ra cao.

Măc dù không co tương quan vê điên ap đâu ra va đâu vao nhưng qua trinh hô cảm

giưa hai cuôn dây vẫn sảy ra. Trong ví du trên nêu tải đâu ra là 100 ohms, điên áp ra cua

cuôn sơ câp la 1000 volts. Điên áp hô cảm ơ cuôn sơ câp la 10000 volts. Điên áp này

công thêm vơi điên áp nguồn đăt lên hai cưc Q1 khi nó ơ trang thái hơ mach là 10100

volts.

Dưa vào giá tri điên cảm cua cuôn sơ câp va đăc tính tải mach flyback có hai chê đô

làm viêc khác nhau là chê đô dòng liên tuc và chê đô dong gian đoan.

Chế độ dòng gian đoạn

Nếu dòng điện phía thứ cấp của máy biến áp giảm về không trước khi khóa Q1

chuyển sang trạng thái dẫn lần kế tiếp thì tất cả năng lượng được tích trữ trong cuộn sơ

cấp được chuyển cho tải. Mạch flyback làm việc ở chế độ dòng gián đoạn hình 2.7.

Trong hình 2.6 điên áp cua cuôn dây thư câp chinh đươc phản hồi vê mach điêu

khiên. Tín hiêu phản hồi đươc so sánh vơi tín hiêu đăt, tín hiêu lôi đươc dùng đê điêu

khiên thơi gian dẫn cua khóa bán dẫn Q1, nhăm giư cho điên ap đâu ra không đôi khi có

sư thay đôi cua tải va điên ap đâu vào.

Trong khoảng thơi gian dẫn cua Q1 điên ap đăt trên cuôn sơ câp la không đôi nên

dong điên tăng tuyên tính vơi tôc đô dI/dt=(Vdc−1)/Lp. Trong đo Lp la điên kháng từ hóa

cua cuôn dây sơ câp.Tai thơi điên kêt thúc quá trình dẫn cua Q1 dong điên tăng đên Ip=

(Vdc -1)Ton/Lp. Năng lương tích trư đươc là

E =𝐿𝑝(𝐼𝑃)2

2 (2.6)

Trong đo : E la năng lương tích trư đươc trong máy biên áp (joules)

Lp la điên cảm từ hóa cua cuôn sơ câp (henries)

Ip la dong điên trong cuôn sơ câp (amperes)

Khi Q1 trong trang thai khoa dong điên trong cuôn sơ câp bi giảm vê không làm cho

sưc điên đông cảm ưng trong các cuôn dây bi đảo chiêu. Giả sư phia sơ câp chi có môt

cuôn dây Nm. Vi dong điên trong cuôn cảm không thê thay đôi môt cách tưc thì nên dòng

điên trong cuôn sơ câp tai thơi điêm cắt mach sơ câp là Is = Ip(Np/Nm). Sau môt sô chu kỳ,

điên ap đâu ra cua cuôn thư câp tăng lên đên giá tri đăt Vom . Dong điên trong cuôn thư

câp giảm tuyên tính vơi tôc đô dIs/dt = Vom/Vs, Trong đo Ls la điên cảm cua cuôn thư câp.

t

Ip

Is

Ismax

Ipmax

t

Hình 2.7. Dạng sóng dòng điện trong chế độ gián đoạn

Năng lương lây từ nguồn trong môt chu kỳ:

𝑃 =1

2⁄ 𝐿𝑝(𝐼𝑝)2

𝑇 (W) (2.7a)

Vơi Ip = (Vdc−1)Ton/Lp

𝑃 = [(𝑉𝑑𝑐−1)𝑇𝑜𝑛]2

2𝑇𝐿𝑝≈

(𝑉𝑑𝑐𝑇𝑜𝑛)2

2𝑇𝐿𝑝 (W) (2.7b)

Từ phương trinh (2.7b) ta có thê thây mach điêu khiên giư cho giá tri điên ap đâu

ra không đôi nhơ vào giư tích VdcTon không đôi.

Quan hệ giữa điện áp đầu ra, điện áp đầu vào, Ton và tải.

Giả sư hiêu suât cua bô biên đôi là 80%.

Ta có : Input power = 1,25( Output power) = 1.25(𝑉𝑜)2

𝑅𝑜=

12⁄ (𝐿𝑝𝐼𝑝

2)

𝑇 (2.8)

Vơi Ip = 𝑉𝑑𝑐𝑇𝑜𝑛/𝐿𝑝 vì 𝑇𝑜𝑛 là lơn nhât khi 𝑉𝑑𝑐 nho nhât.

Suy ra : 𝑉𝑜 = 𝑉𝑑𝑐𝑇𝑜𝑛 √𝑅0

2,5𝑇𝐿𝑝

2 (2.9)

Từ 2.9 ta thây mach điêu khiên sẽ ôn đinh điên ap đâu ra băng cách giảm Ton khi

Vdc hoăc Ro tăng va ngươc lai tăng Ton khi Vdc hoăc Ro giảm.

Chế độ dòng liên tục

Chế độ dòng điện liên tục là chế độ hoạt động mà trước khi bắt đầu chu kỳ mới dòng

điện trong các cuộn dây của máy biến áp chưa giảm về không hình 2.8.

t

Ip

Is

Ismax

Ipmax

t

Hình 2.8. Dạng sóng dòng điện ở chế độ liên tục

Vì giả sư điên trơ DC cua mach điên phia sơ câp băng không, cuôn sơ câp không thê

chiu điên áp DC trong nhiêu chu kỳ nên trong chê đô xác lâp tích sô vôn-giây trên khi Q1

dẫn phải băng tích sô vôn-giây khi Q1 khoa (nghia la điên áp trung bình trên cuôn sơ câp

băng không trong môt chu kỳ).

Từ đo ta co :

(𝑉𝑑𝑐 − 1) 𝑇𝑜𝑛 = (𝑉𝑜𝑚 + 1)𝑁𝑝

𝑁𝑠𝑡𝑜𝑓𝑓

Hoăc

𝑉𝑜𝑚 = [𝑉𝑑𝑐 − 1)𝑁𝑠

𝑁𝑝

𝑇𝑜𝑛

𝑇𝑜𝑓𝑓] − 1 (2.10)

Vì T = 𝑡𝑜𝑛 + 𝑡𝑜𝑓𝑓

Suy ra:

𝑉𝑜𝑚 = [(𝑉𝑑𝑐−1)(

𝑁𝑠𝑁𝑃

⁄ )(𝑡𝑜𝑛

𝑇⁄ )

1−𝑡𝑜𝑛

𝑇⁄

] − 1 (2.11a)

= [(𝑉𝑑𝑐−1)(

𝑁𝑠𝑁𝑃

⁄ )

(𝑇𝑡𝑜𝑛

⁄ )] − 1 (2.11b)

Mach điêu khiên ôn đinh điên ap đâu ra băng cách giảm ton khi Vdc tăng hoăc ngươc

lai.

Từ hình 2.10 công suât ra băng điên ap đâu ra nhân vơi dong điên trung bình cua

cuôn dây thư câp Icsr.

𝑃𝑜 = 𝑉𝑜𝐼𝑐𝑠𝑟

𝑡𝑜𝑓𝑓

𝑇= 𝑉𝑜𝐼𝑐𝑠𝑟 (1 −

𝑡𝑜𝑛𝑇

⁄ ) (2.12)

Từ (4.6) ta có:

𝐼𝑐𝑠𝑟 =𝑃𝑜

𝑉𝑜(1−𝑡𝑜𝑛 𝑇⁄ ) (2.13)

Giả sư hiêu suât cua bô biên đôi là 80%

𝑃𝑖𝑛 = 1.25𝑃𝑜 = 𝑉𝑑𝑐𝐼𝑐𝑝𝑟𝑡𝑜𝑛

𝑇

Hoăc

𝐼𝑐𝑝𝑟 =1.25𝑃𝑜

(𝑉𝑑𝑐)(𝑡𝑜𝑛 𝑇⁄ ) (2.14)

Nhận xét về bộ biến đồi flyback

Ưu điểm: Do cuôn dây thư câp cung đong vai tro như môt cuôn lọc đâu ra nên

giảm đươc gia thanh va kich thươc cua bô biên đôi. Như đa phân tic ơ trên điên áp

ra ơ phía thư câp cua máy biên áp flyback phu thuôc vào tải nên có thê tao đươc

điên áp ra lơn ơ phía thư câp. So vơi hai mach trên thì sô lương khóa bán dẫn công

suât cung nho hơn (1 mosfet va 1 diode) nên giảm gia thanh đang kê bô biên đôi.

Nhược điểm: Bên canh cac ưu điêm trên thì bô biên đôi flyback cung co nhươc

điêm la dong điên đâu ra có hê sô nhâp nhô lơn nên công suât ra thương giơi han ơ

150 W, va kho khăn trong viêc giảm tôn thât do từ thông dò ơ cuôn sơ câp gây ra.

d) Chọn bộ biến đổi DC – DC

Từ các phân tích trên, chọn bô biên đôi flyback vơi các yêu điêm nôi bât như dễ

dàng tao điên áp ra lơn, hiêu suât cao, sô linh kiên công suât ít, làm bô tăng điên áp môt

chiêu cho đê tài.

Đê nâng cao hiêu suât và khắc phuc cac nhươc điêm cua bô biên đôi flyback, bô

tăng điên áp môt chiêu sẽ sư dung hai bô flyback nôi song song vơi nhau. Vê hoat đông

sẽ tiêp tuc đươc trình bày chi tiêt ơ chương 3.

2.2.2. Bộ nghịch lưu (DC – AC)

Bô nghich lưu la bô biên đôi tinh đảm bảo biên đôi môt chiêu thành xoay chiêu.

Nguồn cung câp là môt chiêu, nhơ các khóa chuyên mach lam thay đôi cach đâu nôi vào

và ra môt cách chu kỳ đê tao nên đâu ra xoay chiêu. Viêc chuyên mach đươc thưc hiên

nhơ lươi xoay chiêu, trong bô nghich lưu cung như trong bô điêu áp môt chiêu, hoat đông

cua chúng phu thuôc vào loai nguồn và tải.

Các bô nghich lưu đươc phân thành hai loai:

Bô nghich lưu ap đươc cung câp từ nguồn áp môt chiêu

Bô nghich lưu dong đươc cung câp từ nguồn dòng môt chiêu

Đâu vào cua bô nghich lưu cung chinh đươc lây từ đâu ra cua bô tăng ap môt chiêu.

Sau đây sẽ phân tích hai bô nghich lưu hiêu suât cao đê so sánh và chọn lưa là:

Bô nghich lưu câu môt pha

Bô nghich lưu đa mưc môt pha

a) Bộ nghịch lưu cầu 1 pha

Sơ đô nguyên lý cơ bản cua mach nghich lưu câu môt pha đươc trình bày trong hình

2.11, trong đo nguồn điên môt chiêu có thê là nguồn áp hoăc nguồn dòng (giả sư nguồn

áp), bôn khoa điên tư từ Q1 đên Q4 và 4 diode nôi song song ngươc đê bảo vê cho

mosfet. Dang dong điên áp

Hoạt động của sơ đồ: Tai thơi điêm t = 0, tín hiêu điêu khiên kích mơ Q1,Q4 và

khoa Q2, Q3 điên ap đăt trên mach tải là Vdc, dong điên trong mach tải tăng dân lên giá

tri Imax.

Hình 2.9. Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu cầu

Hình 2.10. Dạng sóng dòng điện và điện áp của mạch nghịch lưu cầu

Khi t = 0,01 s tín hiêu điêu khiên kích mơ Q2, Q3 va khoa Q1, Q4 điên ap đăt trên

mach tải bây giơ là –Vdc, do tải mang tính cảm nên dong điên chưa thê đảo chiêu ngay

đươc mà giảm dân theo đương R1-L1-D3-Vdc-D2-R1 cho đên khi băng không. Sau đo

dong điên đảo chiêu va qua Q2, Q3 dong điên tiêp tuc giảm cho đên Imin tai cuôi chu kỳ

cua điên áp ra. Nưa chu kỳ sau mach hoat đông tương tư đê hoàn thành 1 chu kỳ điên áp

ra. Từ hinh 2.12, điên áp ra có dang xung chư nhât.

Vi điên áp ra có danh xung chư nhât nên hê sô sóng hài cao chât lương đâu ra cua

mach nghich lưu câu thâp. Đê nâng cao chât lương điên ap đâu ra ngươi ta thương áp

dung cac phương phap điêu chê khac nhau khi đo cac khoa ban dẫn dóng cắt vơi tân sô

cao hơn nhiêu lân tân sô đâu ra, môt trong cac phương phap phô biên la phương phap

điêu chê đô rông xung (PWM). Khi sư dung phương phap này thì yêu câu các khóa bán

dẫn phải đươc chọn phải có tân sô đong cắt lơn, mach điêu khiên trơ nên phưc tap hơn.

Mach nghich lưu câu co ưu điêm la đơn giản và sô lương linh kiên công suât ít, chât

lương điên ap ra cung co thê dễ dàng cải thiên băng cách phương phap điêu biên xung ơ

cac khoa điên tư.

b) Bộ nghịch lưu đa mức một pha

Bô nghich lưu câu môt pha dễ dang đat các yêu câu cua điên áp ra cho các bô biên

đôi có yêu câu chât lương điên áp ra không cao, tuy nhiên hiên nay đê nâng cao chât

lương ra cung như giảm hê sô sóng hài cua điên ap ra ngươi ta sư dung sơ đồ nghich lưu

đa mưc, sơ đồ này có thê kêt hơp vơi cac phương phap điêu biên đê co đươc điên áp ra có

chât lương mong muôn. Sau đây trinh bay cơ bản cua mach nghich lưu đa mưc (7 mưc)

môt pha vơi môt nguồn môt chiêu.

Hình 2.11. Sơ đồ nguyên lý nghịch lưu đa mức với một nguồn một chiều

Hinh 2.13 trinh bay sơ đồ nguyên lý cua nghich lưu 7 mưc, gồm có 8 van bán dẫn

chia thành hai mach câu là H1 và H2, môt nguồn môt chiêu và 1 tu điên.

Hoạt động của sơ đồ

Trong hình 2.13 mach câu H1 đươc câp nguồn bơi nguồn điên môt chiêu, mach câu

H2 đươc câp nguồn từ tu điên C, điên áp trên tu đươc giư ơ Vdc/2. Điên ap đâu ra cua

câu H1 là v1, điên áp ra cua câu H2 là v2, như vây điên áp ra cua mach nghich lưu la v(t)

= v1(t) + v2(t). Băng cách thưc hiên đong cắt các khóa bán dẫn ơ mach câu H1 điên áp

v1 có thê đat đươc ơ đâu ra là –Vdc, 0 hoăc Vdc. Trong khi đo v2 có thê đat đươc là –

Vdc/2, 0 hoăc Vdc/2 băng cach đong mơ các khóa trong mach H2 thích hơp, Từ đo đâu ra

cua nghich lưu co thê có tơi bảy mưc điên áp khác nhau là -3Vdc/2, -Vdc, -Vdc/2, 0,

Vdc/2, Vdc và 3Vdc/2. Dang song điên ap đâu ra đươc trình bày trong hình 2.14.

Hình 2.12. Xây dựng dạng sóng điện áp đầu ra của nghịch lưu đa mức

Hinh 2.14b trinh bay cach đê xây dưng nên điên ap ra như hinh 2.14a, bảng 2.1 tóm

tắt điêu khiên điên áp tu C

Bảng 2.1. Điều khiển mức điện áp trên tụ

Trạng thái hệ thống v1 v2 v = v1+v2

Vc<Vdc/2, i>0 Vdc -Vdc/2 Vdc/2

Vc<Vdc/2, i<0 0 Vdc/2 Vdc/2

Vc>Vdc/2, i>0 0 Vdc/2 Vdc/2

Vc>Vdc/2, i<0 Vdc -Vdc/2 Vdc/2

Băng cach tăng sô bâc lên sẽ tăng chât lương cua điên áp ra tuy nhiên mach phân

đông lưc và mach điêu khiên cung trơ nên phưc tap. Vơi sô bâc đa đinh ngươi ta cung co

thê chât lương điên áp ra băng cách thưc hiên điêu biên đô rông xung ơ các bâc.

Chọn lựa bộ nghịch lưu

Từ bô tăng điên áp môt chiêu đa chọn, phương phap điêu khiên đê điên áp và dòng

điên đâu ra có dang sin có thê đươc thưc hiên ơ mach tăng ap môt chiêu (sẽ đươc trình

bày kỹ ơ chương 5), khi đo mach nghich lưu chi có vai trò nắn dong điên gồm hai nưa

hình sin thành dòng hình sin. Từ các phân tích trên, dễ thây bô nghich lưu câu thoa mãn

vơi yêu câu đê ra vơi sô lương linh kiên công suât ít, dễ dàng thiêt kê va điêu khiên. Vây

chọn bô nghich lưu câu làm bô nghich lưu cho bô micro-inverter đang thiêt kê.

2.2.3. Bộ lọc đầu ra

Ngày nay các bô lọc nôi lươi thu đông đươc sư dung rông rãi cho các ưng dung dân

dung cung như công nghiêp, thương đươc gọi là bô lọc EMI (Electromagnetic

Interference), thưc hiên hai chưc năng sau:

Triêt tiêu nhiễu đi vao lươi từ bô micro-inverter sinh ra do qua trinh đong cắt các

khoa điên tư.

Triêt tiêu nhiễu đi vao bô micro-inverter từ lươi điên, nhiễu này có thê là nguyên

nhân làm cho thiêt bi điêu khiên găp sư cô.

Vê bản chât bô lọc EMI là bô lọc thông thâp thích hơp đê sư dung dung cho bô

micro-inverter đê loai bo đươc các sóng hài cua dong điên xung quanh tân sô chuyên

mach và thưc hiên theo tiêu chuẩn (IEEE 1547) cho bô nghich lưu nôi lươi.

Cấu tạo bộ lọc EMI

Nhiễu trong các bô nguồn xung đươc chia thành hai loai là nhiễu không đôi xưng

(common hoăc asymmetrical) và nhiễu đôi xưng (differental hoăc symmetrical) nên bô

lọc EMI cung gồm có hai phân là lọc đôi xưng và lọc không đôi xưng. Sau đây sẽ trình

bay dong điên nhiễu ơ hai chê đô khác nhau.

Tải Nguồn

I

ICM

ICM

IDM

I

Total noise

Hình 2.13. Dòng nhiễu common-mode và difference-mode

Nhiễu common-mode là nhiễu giưa các dây so vơi dây đât (kê cả dây pha và dây

trung tính), nhiễu differential-mode là nhiễu giưa dây sinh ra giưa dây pha và dây trung

tinh. Dong điên common-mode ICM la xac đinh cả vê biên đô và pha vơi tân sô đa cho.

Dong điên differencetial-mode IDM co hương cùng vơi dong điên pha.

Hinh 2.14 trinh bay sơ đồ bô lọc EMI hiêu suât cao gồm có tu điên Xcap, cuôn cảm

common-mode, cuôn cảm diferential-mode, tu điên Ycap.

Hình 2.14. Sơ đồ nguyên lý bộ lọc thụ động EMI

Kết luận: Môt trong nhưng yêu tô quan trọng quyêt đinh chât lương, hiêu xuât và giá

thành cua bô biên đôi là câu trúc cua bô biên đôi, trong chương nay đa trinh bay câu trúc

cua bô micro-inverter vơi cac khâu đông lưc chính là: tăng điên áp môt chiêu theo sơ đồ

flyback, nghich lưu sư dung bô nghich lưu câu và cuôi cùng là mach lọc EMI có chưc

năng triêt tiêu nhiễu từ bô biên đôi vào hê thông va ngươc lai. Thông sô cu thê cua các

thiêt bi đông lưc sẽ đươc tính chọn cu thê trong chương 3.