thiết kế bộ biến tần thiết kế sơ đồ mạch động lực

ĐẠI HỌC QUY NHƠN
EBOOKBKMT.COM
1
-------------------------------------------------------------------------------------------------

MỤC LỤC
Lời nói đầu

04

PHẦN I: THIẾT KẾ BỘ BIẾN TẦN

05

Chương 1: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC

06

1.1. Giới thiệu sơ đồ khối và chức năng, nhiệm vụ của các khối
trong sơ đồ.

07

1.1.1. Giới thiệu và phân loại biến tần

07

1.1.1.1. Biến tần trực tiếp

08

1.1.1.2. Biến tần gián tiếp
1.2. Thiết kế mạch động lực bộ biến tần nguồn áp
1.2.1. Sơ đồ mạch động lực
1.2.2. Nguyên tắc khống chế bộ biến tần
1.3. Công thức tổng hợp điện áp
1.3.1. Điện áp pha của bộ nghịch lưu với các góc dẫn khác nhau
1.3.1.1. Góc dẫn của van  = 180o điện
1.3.1.2. Góc dẫn của van  = 150o điện.
1.3.1.3. Góc dẫn của van  = 120o điện
1.3.2 Mạch chuyển đổi
1.3.3. Nhận xét về phương pháp khống chế
1.4. Phương pháp khống chế điều chế độ rộng xung
1.5. Bộ nghịch lưu Tranzistor
1.5.1. Đặt vấn đề

07
09
09
10
12
13
13
17
18
19
22
23
27
27

------------------------------------------------------------------------------------------------Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ
Lớp Điện Kỹ Thuật K27


ĐẠI HỌC QUY NHƠN
EBOOKBKMT.COM
2
------------------------------------------------------------------------------------------------1.5.2. Nghịch lưu áp 3 pha dùng Tranzistor
27
1.5.3. Tính chọn mạch động lực, các linh kiện trong mạch động lực
28

Chương 2: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN
TẦN NGUỒN ÁP 3 PHA

29

2.1. Đặt vấn đề

31

2.2. Hệ thống nghịch lưu với điều khiển độ rộng xung
2.2.1. Khối tạo dao động
2.2.2. Bộ dịch pha số
2.2.3. Khối tạo sin
2.3. Tính chọn linh kiện mạch điều khiển
2.3.1. Khối dịch pha và chia pha
2.3.2. Khối tạo sin
2.3.3. Khối nhân tần
2.3.4. Khối phát sóng răng cưa

2.3.5. Khối so sánh và tạo xung

31

39
39
39
40
40
40

PHẦN II: ỨNG DỤNG BIẾN TẦN TRONG
ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY
CHIỀU KHƠNG ĐỒNG BỘ ROTOR LỒNG
SĨC-TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG.

41

Chương3 : ỨNG DỤNG BIẾN TẦN TRONG ĐIỀU
CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
XOAY CHIỀU BA PHA ROTOR LỒNG SÓC
3.1 Xây dựng sơ đồ khối hệ biến tần động cơ khơng đồng bộ ba pha
rotor lồng sóc :
3.1.1 Đặt vấn đề :
3.1.2 Sơ đồ khối hệ điều chỉnh tốc độ bằng biến tần :
3.2. Xây dựng hệ điều khiển biến tần động cơ điện khơng đồng bộ
ba pha rotor lồng sóc
3.2.1 Điều khiển tần số trượt:
3.2.2 Điều khiển Vec tơ biến tần động cơ 3 pha
3.2.2.1. Mô tả động cơ KĐB 3 pha dưới dạng các đại lượng véctơ

không gian
3.2.2.2. Quy đổi các đại lượng điê ̣n của đô ̣ng cơ không đồng bô ̣ từ
hê ̣ véc tơ (a,b,c) về hê ̣ tọa đô ̣ cố định trên Stato (,)

42
43
43
43
44
44
45
45
46

------------------------------------------------------------------------------------------------Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ
Lớp Điện Kỹ Thuật K27


ĐẠI HỌC QUY NHƠN
EBOOKBKMT.COM
3
------------------------------------------------------------------------------------------------3.2.2.3. Quy đổi các đại lượng điê ̣n của đô ̣ng cơ không đồng bô ̣ ba
pha từ hê ̣ tọa đô ̣ cố định trên Rotor (x,y) về hê ̣ tọa đô ̣ cố định trên
Stator (,).
49
3.2.2.4. Quy đổi các đại lượng điê ̣n của đô ̣ng cơ không đồng bô ̣ ba
pha từ hê ̣ tọa đô ̣ cố định trên Stator (,) về hê ̣ tọa đô ̣ cố định trên
Rotor (d,q)
3.2.2.5. Cơ sở để định hướng từ thông trong hê ̣ tọa đô ̣ tựa theo từ
thông Rotor (d,q)

53
57

Chương 4: TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG
VECTƠ- BIẾN TẦN VÀ ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU BA
PHA ROTOR LỒNG SÓC.

60

4.1. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống truyền động điện điều khiển vectơ
biến tần và động cơ khơng đồng bộ:
61
4.2. Tổng hợp bộ điều chỉnh dịng điện
62
4.3. Tổng hợp bộ điều chỉnh tốc độ
63
4.4.Tính tốn gần đúng các thơng số
65
4.4.1.Tính tốn gần đúng các thơng số cần tìm từ các thơng số ghi
trên nhãn động cơ
65
4.4.2 . Tính tốn các thơng số của bộ điều chỉnh dịng điện Ri(p)
68
4.4.3. Tính tốn các thơng số của bộ điều chỉnh tốc độ R ( P )
69
4.5. Kiểm tra chất lượng điều khiển của bộ điều chỉnh tốc độ bằng công cụ
Simulink của Matlab
71
4.5.1. Kết quả mô phỏng mạch vòng điều chỉnh tốc độ với bộ điều khiển P 71

4.5.2. Kết quả mơ phỏng mạch vịng điều chỉnh tốc độ với bộ điều khiển PI 73
4.6. Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động biến tần nguồn áp,động cơ khơng
đồng bộ ba pha rotor lồng sóc
74
Kết luận
75
Tài liệu tham khảo
76

------------------------------------------------------------------------------------------------Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ
Lớp Điện Kỹ Thuật K27


ĐẠI HỌC QUY NHƠN
EBOOKBKMT.COM
4
-------------------------------------------------------------------------------------------------

LỜI NĨI ĐẦU
Ngày nay với cơng cuộc cơng nghiệp hố, hiện đại hố trong các lĩnh vực
sản xuất của nền kinh tế quốc dân, cơ khí hố; tự động hố các q trình sản
xuất đóng một vai trị hết sức quan trọng. Nó cho phép tăng năng suất lao động,
nhằm tạo hiệu quả kinh tế cao nhất.
Bước vào thế kỷ 20 chúng ta đã chứng kiến được những thay đổi lớn lao
của nền văn minh nhân loại đem lại đó sự phát triển mạnh mẽ của các ngành
điện tử, tự động hố, tin học, cơ khí hố cùng với việc phát minh ra các linh kiện
bán dẫn ngày càng đáp ứng được các yêu cầu của hệ thống trở nên gọn nhẹ hơn,
giá thành thấp hơn và có độ chính xác cao. Cho nên việc sử dụng q trình tự
động hố trong q trình sản xuất để đảm bảo chất lượng, tăng năng suất và
giảm giá thành sản phẩm là một nhu cầu hết sức cần thiết.

Sau 5 năm học và nghiên cứu ở trường với sự tận tình giảng dạy của các
thầy cơ giáo trong khoa KT&CN cùng với sự giúp đỡ của bạn bè và để đánh giá
được kết quả của quá trình học tập. Trước khi ra trường em được giao làm đề tài
tốt nghiệp : ” THIẾT KẾ BỘ BIẾN TẦN NGUỒN ÁP BA PHA ĐỂ CUNG
------------------------------------------------------------------------------------------------Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ
Lớp Điện Kỹ Thuật K27


ĐẠI HỌC QUY NHƠN
EBOOKBKMT.COM
5
------------------------------------------------------------------------------------------------CẤP CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU ROTOR LỒNG SĨC ”.Với sự
hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS-TS-VÕ QUANG LẠP cùng các thầy cô
giáo trong khoa KT&CN và sự nỗ lực của bản thân. Đến nay em đã hoàn thành
bản đồ án. Do kiến thức chuyên mơn cịn hạn chế, các tài liệu tham khảo có hạn
nên đồ án khơng tránh khỏi những sai sót. Rất mong được sự chỉ bảo, góp ý của
các thầy cơ giáo cùng các bạn để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy VÕ QUANG LẠP, các thầy cô giáo
trong khoa Kỹ Thuật và Cơng Nghệ đã giúp đỡ em hồn thành bản đồ án đúng
thời gian.
Thái Nguyên, ngày 25 tháng 5 năm 2009
SINH VIÊN THIẾT KẾ
Phạm Văn Dũng

PHẦN I: THIẾT KẾ BỘ BIẾN
TẦN
------------------------------------------------------------------------------------------------Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ
Lớp Điện Kỹ Thuật K27

thiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.luc

ĐẠI HỌC QUY NHƠN
EBOOKBKMT.COM
6
-------------------------------------------------------------------------------------------------

CHƯƠNG I: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH
ĐỘNG LỰC
------------------------------------------------------------------------------------------------Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ
Lớp Điện Kỹ Thuật K27
thiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.luc


thiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.luc

ĐẠI HỌC QUY NHƠN
EBOOKBKMT.COM
7
-------------------------------------------------------------------------------------------------

1.1. Giới thiệu sơ đồ khối và chức năng, nhiệm vụ của các khối trong sơ đồ.
1.1.1. Giới thiệu và phân loại biến tần
Biến tần là thiết bị biến đổi điện năng xoay chiều từ tần số này sang tần số
khác.
Biến tần được chia làm 2 nhóm:
- Biến tần trực tiếp
- Biến tần gián tiếp
1.1.1.1. Biến tần trực tiếp

U1,f 1

U2,f 2

Hình 1.1.Sơ đồ cấu trúc biến tần trực tiếp
------------------------------------------------------------------------------------------------Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ
Lớp Điện Kỹ Thuật K27
thiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.luc


thiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.luc

ĐẠI HỌC QUY NHƠN
EBOOKBKMT.COM
8
------------------------------------------------------------------------------------------------Biến tần trực tiếp gồm 2 bộ chỉnh lưu mắc song song ngược, hình 1.2.
Các bộ chỉnh lưu này có thể là sơ đồ 3 pha có điểm trung tính, hình 1.3. Sơ đồ
cầu, hình 1.4 hoặc bộ chỉnh lưu nhiều pha. số pha của bộ chỉnh lưu càng lớn thì
thành phần sóng điều hồ bậc cao càng giảm.
A
T1

B

T3

T5

T7

T9

T11

f1 ,u1

f1,u1

C
A

f1,u1

B
C
T4

T6

T2

T10 T12

T8

Zt
f2 ,u2
Hình 1.2 Sơ đồ chỉnh lưu ba pha có điểm trung tính
Hình 1.3. Sơ đồ chỉnh lưu cầu

Kết luận: Các bộ biến tần này có hiệu suất biến đổi năng lượng cao, vì
điện áp vào chỉ qua một mạch van chuyển đổi là cho điện áp đầu ra với tần số
khác. Tuy nhiên trong thực tế, mạch van khá phức tạp, số lượng van lớn, nhất là
với mạch ba pha. Việc thay đổi tần số gặp nhiều khó khăn và phụ thuộc nhiều
vào tần số điện áp vào f1. Phạm vi điều chỉnh tần số đầu ra bị hạn chế bởi tần số
đầu vào: f2 < f1 (Về nguyên tắc có thể chế tạo biến tần f 2 > f1, nhưng mức độ
phức tạp tăng lên nhiều lần).
1.1.1.2. Biến tần gián tiếp (Có khâu trung gian 1 chiều)
Biến tần gián tiếp có sơ đồ cấu trúc như hình 1.4

U1,f1

Chỉnh
Lưu

Mạch
trung
gian

Biến
Tần

U2,f2

Hình 1.4. Sơ đồ cấu trúc biến tần gián tiếp

------------------------------------------------------------------------------------------------Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ
Lớp Điện Kỹ Thuật K27
thiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.luc

thiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.luc

ĐẠI HỌC QUY NHƠN
EBOOKBKMT.COM
9
------------------------------------------------------------------------------------------------Điện áp nguồn có tần số f1 được biến đổi thành điện áp một chiều nhờ
mạch chỉnh lưu, qua mạch trung gian rồi biến trở lại thành điện áp xoay chiều
với tần số f2.
Hiệu suất của biến tần gián tiếp giảm đi: Song loại biến tần này cho phép
thay đổi dễ dàng tần số điện áp đầu ra, sự điều chỉnh tần số f ở đầu ra độc lập
hoàn toàn với tần số điện áp nguồn cung cấp. Dải điều chỉnh tần số f2 có thể thay
đổi từ 0 đến giá trị bất kỳ, nếu các thông số của động cơ trong hệ truyền động
cho phép.
* Biến tần nguồn dòng:
Là loại biến tần được xây dựng trên ngun lý nghịch lưu dịng điện.

U1,f 1

U2,f 2

Hình 1.5. Sơ đồ cấu trúc biến tần nguồn dòng
Nguồn cung cấp cho nghịch lưu dòng là nguồn dòng điện một chiều ổn
định, ví dụ như các máy phát nguồn dịng chiều hay các bộ chỉnh lưu lớn nối
tiếp với cuộn kháng có điện cảm lớn ở đầu ra.
* Biến tần nguồn áp:
Là biến tần được xây dựng trên nguyên lý nghịch lưu điện áp. Nguồn
cung cấp cho nghịch lưu áp là nguồn điện áp một chiều ổn định, ví dụ như các
bộ pin, ắcquy có cơng suất lớn, các máy phát điện một chiều hay các bộ chỉnh
lưu nối song song với tụ điện có dung lượng lớn ở các mạch trung gian.

C>>

U1,f 1

U

U2,f 2

Hình 1.6. Sơ đồ cấu trúc biến tần nguồn áp
1.2. Thiết kế mạch động lực bộ biến tần nguồn áp
1.2.1. Sơ đồ mạch động lực
Mạch động lực của biến tần nguồn áp ba pha gồm 6 Thyristor công suất
T1  T6. Các van này có nhiệm vụ đóng hay cắt từng khoảng điện áp đặt trên tải.
Các van được lựa chọn tuỳ thuộc vào công suất của phụ tải.
------------------------------------------------------------------------------------------------Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ
Lớp Điện Kỹ Thuật K27
thiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.luc


thiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.luc

ĐẠI HỌC QUY NHƠN
EBOOKBKMT.COM
10
------------------------------------------------------------------------------------------------Các Điốt D1  D6 là các Điốt cơng suất được nối ngược với các van
Thyristor có tác dụng khép mạch dòng điện tải, trả phần năng lượng tích luỹ của
tải về nguồn trong trường hợp tải có tính cảm. Khi các Thyristor ở trạng thái
khóa thì dịng tải sẽ được duy trì qua các Điốt này. Nguồn cung cấp cho bộ
nghịch lưu là nguồn áp có giá trị U ổn định, hoặc bộ nguồn có thể điều chỉnh

được điện áp nhờ bộ chỉnh lưu có điều khiển.
Sơ đồ nguyên lý khống chế bộ biến tần nguồn áp ba pha như hình 1.7
1.2.2. Nguyên tắc khống chế bộ biến tần
Với đối tượng là các thiết bị điện sử dụng nguồn điện áp 3 pha xoay
chiều, để tận dụng công suất nguồn chất lượng truyền động cũng như tuổi thọ
thiết bị, điều mong muốn là dạng điện áp ra phải đạt được là nguồn điện áp ba
pha đối xứng bằng bộ nghịch lưu từ nguồn áp một chiều ta xuất phát từ tính chất
của nguồn điện xoay chiều ba pha.
Sóng điện áp ba pha đối xứng vẽ trên hình 1.8 có một số tính chất sau:
- Điện áp giữa các pha lệch nhau góc 120o điện.
- Trong một chu kỳ điện áp pha (dây), cứ sau 1/2 chu kỳ điện áp đổi chiều
một lần.
- Tại mỗi thời điểm tổng điện áp các pha bằng 0.
M

N

T1

D1

T3

D3

T5

D5

T4

D4

T6

D6

T2

D2

ZA

ZB

ZC

Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý mạch động lực bộ biến tần

------------------------------------------------------------------------------------------------Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ
Lớp Điện Kỹ Thuật K27
thiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.luc


thiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.luc

ĐẠI HỌC QUY NHƠN
EBOOKBKMT.COM
11
------------------------------------------------------------------------------------------------U



2

t

Hình 1.8 Sóng điện áp ba pha đối xứng
Theo định nghĩa điện áp dây là hiệu điện thế giữa hai dây pha, nếu ký
hiệu điện áp dây là uab, ubc, uca thì ta có:
uab = ua - ub
ubc = ub - uc

(1.2)

uca = uc - ua
(1.2) cho thấy: uab + ubc + uca = 0 - tức là điện áp dây 3 pha cũng đối xứng.
Đây cũng là cách biểu diễn điện áp pha qua điện áp dây như sau:
1
ua = (uab - uca)
3
ub =

1
(ubc - uab)
3

uc =

1

(uca - ubc)
3

(1.3)

Qua phân tích những tính chất của nguồn điện ba pha xoay chiều trên
hình 1.8 và hình 1.7 ta có nguyên tắc khống chế các van như sau:
- Ở 1 tần số cố định thì mỗi van có tính chu kỳ cố định.
- Khoảng dẫn của mỗi van bằng nhau, khoảng dẫn lớn nhất của van là
180o điện.
- Một chu kỳ điện áp ra cả 6 van lần lượt dẫn dịng nên góc mở của van kế
tiếp chậm sau góc mở của van trước 60o điện, góc mở của van kế tiếp trong cùng
một nhóm lần lượt cách nhau 120o điện. Góc mở giữa 2 van trong cùng pha lệch
nhau 180o điện.
Như vậy để điều khiển được 1 chu kỳ điện áp ra cần 6 xung để khống chế
mạch lực. Việc tổng hợp điện áp đầu ra của bộ biến tần được xây dựng như sau:

------------------------------------------------------------------------------------------------Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ
Lớp Điện Kỹ Thuật K27
thiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.luc


thiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.luc

ĐẠI HỌC QUY NHƠN
EBOOKBKMT.COM
12
------------------------------------------------------------------------------------------------M

N

T1

D1

T3

D3

T5

D5

T4

D4

T6

D6

T2

D2

ZA

ZC

ZB

Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý nghịch lưu áp ba pha
1.3. Công thức tổng hợp điện áp
Gọi uAN, uBN, uCN là điện áp giữa các điểm A, B, C với điểm N. Từ nguyên tắc
khống chế đã xét, người ta cho xung mở các van Tiristo theo thứ tự T1, T2, T3,
T4, T5, T6, xung nọ cách xung kia 1/6 chu kỳ.
Nhìn vào hình 1.9 ta thấy: uAN = u khi T1 mở; khi T4 mở, T1 khóa uAN = 0;
khi cả hai van T1, T4 đều khóa thì điện áp u được đặt lên 2 van T1, T4 mắc nối
1
tiếp nhau nên uAN = u.
2
Tương tự như vậy: Khi T3(T5) mở thì uBN(uCN) = u và khi T6(T2) mở thì
1
uBN(uCN) = 0, khi cả hai van T3, T6(T5, T2) cũng đóng thì uBN(uCN) = u.
2
Xét điện áp giữa các điểm A, B, C:
uAB = uAN - uBN
(1.4)
uBC = uBN - uCN

(1.5)

uCA = uCN - uAN

(1.6)

Đối với mạch điện tải ta có:
uAB = uA - uB

(1.7)

uBC = uB - uC
uCA = uC - uA

(1.8)
(1.9)

Trong đó uA, uB, uC là điện áp pha tải. Nếu tải 3 pha đối xứng thì:
uA + uB + uC = 0

(1.10)

------------------------------------------------------------------------------------------------Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ
Lớp Điện Kỹ Thuật K27
thiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.luc


thiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.luc

ĐẠI HỌC QUY NHƠN
EBOOKBKMT.COM
13
------------------------------------------------------------------------------------------------Từ các phương trình từ (1.4) đến (1.10) ta nhận được công thức điện áp
pha được tổng hợp theo uAB, uBN, uCN.
1
uA = (2uAB + uBN - uCN)
(1.11)
3
1
uB = (2uBN + uCN - uAN)

(1.12)
3
1
uC = (2uCN + uAN - uBN)
(1.13)
3
Các công thức tổng hợp điện áp (1.11), (1.12), (1.13) cho thấy điện áp pha
tải phụ thuộc vào uAN, uBN, uCN mà các điện áp này lại phụ thuộc góc dẫn của các
van T1  T6. Do đó, với mỗi khoảng dẫn của van sẽ cho giá trị điện áp pha khác
nhau. Sau đây sẽ xét một vài trường hợp cụ thể.
1.3.1. Điện áp pha của bộ nghịch lưu với các góc dẫn khác nhau
1.3.1.1. Góc dẫn của van  = 180o điện
Trong trường hợp này mỗi van trong sơ đồ dẫn dòng điện trong khoảng
o
180 điện.
Giản đồ điện áp khống chế vẽ trên hình 1.10.
Các sóng điện áp ra uA, uB, uC vẽ được nhờ công thức tổng hợp điện áp
(1.11), (1.12), (1.13), và uAB nhờ (1.7).
Dựa vào hình 1.10 ta tính được các thơng số:
- Trị số hiệu dụng điện áp dây:
1 2 2
1 2
uAB =
u
.d


U.d
(1.14)
AB

2 0
 0
2
=
U = 0,816.U
3
- Trị hiệu dụng của điện áp pha
1 2 2
UA 
u A .d
2 0
2
2
2
2 / 3


1 / 3  U 
 2U 
U
UA 
.d     .d 
    .d   

  0  3 
/3  3 
2/ 3  3 


UA =

2
U = 0,47U
3

(1.15)

------------------------------------------------------------------------------------------------Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ
Lớp Điện Kỹ Thuật K27
thiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.luc


thiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.luc

ĐẠI HỌC QUY NHƠN
EBOOKBKMT.COM
14
-------------------------------------------------------------------------------------------------

180

UT1

t

UT2

t
t
t

t
t

UT3
UT4
UT5
UT6
UAN
U

t

UBN

t
UCN

t
Ua
Ub

U/3

t
t
Uc

t

Uab

t
Hình 1.10.Giản đồ điện áp khống chế, góc dẫn ψ=1800
------------------------------------------------------------------------------------------------Khoa Kỹ Thuật & Cơng Nghệ
Lớp Điện Kỹ Thuật K27
thiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.luc


thiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.luc

ĐẠI HỌC QUY NHƠN
EBOOKBKMT.COM
15
------------------------------------------------------------------------------------------------Các điện áp uAB và uA là những hàm tuần hoàn chu kỳ T = 2 nên có thể khai
triển các hàm này theo cơng thức khai triển Fourie.
Do điện áp uAB và uA là những hàm lẻ nên:
ao =

1
U.d  0
 

1
an =  U .cosn = 0
 

(1.16)

Do đó:
U

ao 
  [a n .cos(n.t)  b n .sin(n.t)]
2 n 1


  sin(n.t)
n 1

(1.17)

Vì thế khai triển Fourie của chúng chỉ gồm các sóng điều hồ hình sin.
- Khai triển Fourie của điện áp dây


uAB(t)   sin(n.t)

(1.18)

1
41

cos n
bn =  U AB .sin(n).d 
 
n
6

(1.19)

n 1

Trong đó:

Từ đó ta có:


uAB(t)   b n .sin(n.t)
n 1

uAB(t) 

2 3  1
U.  sin(n.t)

n
n 1

(1.20)
(1.20)

Với n nhận các giá trị lẻ: n = (1; 3; 5; 7; ... )
Giá trị hiệu dụng của thành phần sóng hai bậc n:
(uAB)n 

2 21

cosn.
 n
6

(1.21)

Khai triển Fourie của điện áp pha:
------------------------------------------------------------------------------------------------Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ
Lớp Điện Kỹ Thuật K27
thiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.luc


thiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.luc

ĐẠI HỌC QUY NHƠN
EBOOKBKMT.COM
16
------------------------------------------------------------------------------------------------

uA(t)   b n .sin(n.t)

(1.22)

1
21
U
bn =  U A .sin(n).d 
 
n

(1.23)

n 1

Trong đó:

Từ đó ta có:
uA(t) 


2
1

U.  cosn.
 n 1,3,5 n
6

(1.24)

Giá trị hiệu dụng của thành phần sóng hài bậc n:
(uA)n 

2 21

cosn.
 n
6

(1.25)

Một số giá trị hiệu dụng của các thành phần sóng bậc cao được liệt kê
trong bảng (1.1)
Bảng 1-1. Giá trị hiệu dụng của một số sóng bậc cao ứng với góc dẫn

=180o
n
(u AB )n
U
(u A )n
U

1

2

3

4

5

6

0,778

0

-0,153

-0,115

0

0,071

0,45

0

0,09

0,055

0

0,041

1.3.1.2. Góc dẫn của van  = 150o điện.
------------------------------------------------------------------------------------------------Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ
Lớp Điện Kỹ Thuật K27
thiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.luc


thiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.luc

ĐẠI HỌC QUY NHƠN
EBOOKBKMT.COM
17
------------------------------------------------------------------------------------------------150
180

UT1

t

UT2

t
t
t
t
t

UT3
UT4
UT5
UT6
U/2

UAN
U

t
U/2

UBN

t
UCN

t
2U/3

U/3

Ua

U/2

Ub

t
t

Uc

t

Uab
U

t

Hình 1.11.Giản đồ điện áp khống chế vẽ trên Góc dẫn của van  = 150o
------------------------------------------------------------------------------------------------Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ
Lớp Điện Kỹ Thuật K27
thiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.luc


thiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.luc

ĐẠI HỌC QUY NHƠN
EBOOKBKMT.COM
18

------------------------------------------------------------------------------------------------1.3.1.3. Góc dẫn của van  = 120o điện
120
180

UT1

t

UT2

t
t
t
t
t

UT3
UT4
UT5
UT6
U/2

UAN
U

t

UBN

t

UCN

t
Ua

t
Ub

t
Uc

t

Uab
U

t

Hình 1.12.Giản đồ điện áp khống chế vẽ trên Góc dẫn của van  = 120o
------------------------------------------------------------------------------------------------Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ
Lớp Điện Kỹ Thuật K27
thiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.luc


thiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.luc

ĐẠI HỌC QUY NHƠN
EBOOKBKMT.COM
19
------------------------------------------------------------------------------------------------1.3.2. Mạch chuyển đổi

Mạch chuyển đổi là tập hợp các phần tử ghép thành mạch để khóa van.
Các loại mạch chuyển đổi
- Mạch chuyển đổi riêng biệt
- Mạch chuyển đổi phụ thuộc theo pha
- Mạch chuyển đổi dùng cuộn kháng phân chia
- Mạch chuyển đổi độc lập theo pha
Trong đồ án này, tôi nghiên cứu mạch chuyển đổi độc lập theo pha hình
1.13.
Mạch chuyển đổi độc lập theo pha
M

T11

T11

T13

T11

T15

T11

T1
C1

L1

C2

L2

C3

L3

D1

T3

D3

T5

D5

A
B
C
T4

D4

T6

D6

T2

D2

N

Hình 1.13. Sơ đồ nguyên lý mạch động lực bộ nghịch lưu cầu nguồn áp ba pha
chuyển đổi độc lập
Sơ đồ nguyên lý của mạch vẽ trên hình 1.13.
Ở mạch này để thực hiện việc chuyển đổi giữa các van, ngoài ra các tụ C 1,
C2, C3 các cuộn kháng L1, L2, L3 còn cần dùng hệ thống 6 Thyristor phụ T11T16.
Nguyên lý làm việc:
Giả thiết T1 đang dẫn dòng và ở giai đoạn trước T14 đang được mở, tụ C1
đã được nạp theo mạch vòng +U  T1  L1  C1  T14  -U . Khi tụ C1 nạp
đến giá trị điện áp Uc = Uo  2U do tính chất mạch vịng dao động LC.
Khi cần khóa T1, ta đưa xung vào mở T11 làm cho T11 mở, tụ C1 phóng
điện theo mạch vịng +C  L1  D1  T11  -C. Phương trình phóng điện của
tụ:
di C 1 t

i C .dt
UC(t = 0) = L.
(1.32)
dt C 0
Các điều kiện đầu là:
i C (t = 0) = 0
1

------------------------------------------------------------------------------------------------Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ
Lớp Điện Kỹ Thuật K27
thiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.luc

thiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.luc

ĐẠI HỌC QUY NHƠN
EBOOKBKMT.COM
20
------------------------------------------------------------------------------------------------i C (t = 0) = UCo = L. di C
(1.33)
dt
Với các điều kiện đầu (1.33) thì phương trình (1.32) có nghiệm là:
i C = UCo. C sinot = ICm.sinot
(1.34)
L
1
với o =
LC
Nếu dòng điện tải tại thời điểm tới T11 là: i1 = I10
thì dịng điện chạy qua T1 là:
i t  I10  i C
Do dòng điện i C tăng theo quy luật hình sin, dịng tải được duy trì do tải
có tính cảm nên dịng qua T1 giảm dần. Tải khi i C = 0 và T1 khóa. Điện áp
ngược đặt lên T1 là điện áp rơi trên Điốt D1. Thời gian kể từ khi đưa xung tới T11
cho tới khi T1 khóa (it1 = 0) là thời gian
Gọi thời gian khóa T1 là t1 thì:
1
t1 = LC.arcsin
(1.35)
x
Trong đó:
I Cm U Co C


x=
(1.36)
I10
I10 L
Bắt đầu từ thời điển t1, dịng điện phóng của tụ điện qua Điốt D1 xác định:
ID1 = IC - i1 = iC1 - I10
(1.37)
Đến thời điểm t2, dịng điện phóng của tụ điện đạt giá trị cực đại, thời gian
t2 được tính:

t2 = LC
(1.38)
2
Lúc này, điện áp giảm về 0, nhờ tính chất của mạch dao động cộng hưởng
mà tụ được nạp theo chiều ngược lại. Hình 1.14 minh hoạ quá trình diễn ra trong
mạch.
Đến thời điểm t3, dịng ic giảm xuống bằng giá trị dòng tải I 10, dòng điện
chạy qua D1, giảm về bằng 0. Nếu tải thuần trở thì tại thời điểm này sẽ cắt hồn
tồn dịng tải, cịn nếu tải có tính cảm thì tại thời điểm này D1 ngừng dẫn, sức
điện động tự cảm duy trì dòng tải sẽ khép mạch qua D 4 trả phần năng lượng tích
luỹ của tải về nguồn, do đó điện áp trên tụ C được nạp tới giá trị lớn hơn mức
điện áp của mạch LC đơn giản.
Sự chuyển mạch kết thúc khi dịng điện trên tải có xu hướng ngược chiều.
T11 sẽ khóa ở thời điểm t3 và D1 khép mạch dịng điện tải.
1

1

1

1

1

1

------------------------------------------------------------------------------------------------Khoa Kỹ Thuật & Cơng Nghệ
Lớp Điện Kỹ Thuật K27
thiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.luc


thiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.luc

ĐẠI HỌC QUY NHƠN
EBOOKBKMT.COM
21
------------------------------------------------------------------------------------------------i
it1

ic

iD4

I10

t
0

i

iD4

t

0

Uc1
u

Uc1
Uc

t

0

Hình 1.14. Quá trình chuyển mạch trong mạch chuyển đổi độc lập
Các khoảng thời gian biểu diễn trên hình 1.18 được tính:
t'0 =

1
1
1

.2(t 2  t1 )  2LC   arcsin   2LC.arccos
o
x
x
2

(1.39)

t0 =

t '0
1
 LC.arccos = LC.g(x)
2
x

(1.40)

Sự ràng buộc của các giá trị L và C vào thông số nguồn và tải được biểu
diễn:

------------------------------------------------------------------------------------------------Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ
Lớp Điện Kỹ Thuật K27
thiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.luc


thiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.luc

ĐẠI HỌC QUY NHƠN
EBOOKBKMT.COM
22
------------------------------------------------------------------------------------------------I10 .t o x
.
C=
U C g(x)
o

L=

U C .t o
o

I10

.

1
x.g(x)

(1.41)

C
Cmin

3

2

1.79

1

0.79
1
LI10
Uco.to=X.g(X)

1

1,5

2

3

Hình 1.15. Đồ thị thể hiện sự ràng buộc của các giá trị L và C vào thông số
nguồn và tải
Các quan hệ này được tính tốn và thể hiện trên đồ thị hình 1.15
1.3.3. Nhận xét về phương pháp khống chế
Các hình vẽ 1.10, hình 1.11, hình 1.12 cho thâyd dạng điện áp ra của bộ
nghịch lưu áp 3 pha khi khống chế góc dẫn của van 180o , 150o và 120o độ điện.
Do điện áp ra trên tải nhận được nhờ việc đóng cắt các van cho dạng điện
áp là các xung vng nên chúng có tính phi sin. Triển khai Furier điện áp, ngồi
thành phần sóng hình sin cơ bản bậc 1 cịn có các thành phần sóng hài bậc cao
khác.
- Xét về dạng sóng thì khi khống chế ở góc dẫn 150o điện, điện áp pha
gần sin hơn cả, do đó với góc dẫn này nên nối tải hình Y.
Đối với góc dẫn 120o điện, dạng điện áp dây trên tải gần sin hơn cả, do đó
với góc dẫn này, nên nối tải theo hình .
- Xét về trị hiệu dụng của điện áp ra thì góc dẫn dịng của van càng lớn, trị
hiệu dụng của điện áp càng lớn.
------------------------------------------------------------------------------------------------Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ
Lớp Điện Kỹ Thuật K27
thiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.luc

thiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.luc

ĐẠI HỌC QUY NHƠN
EBOOKBKMT.COM
23
------------------------------------------------------------------------------------------------Điều đáng quan tâm nhất của bộ nghịch lưu là điện áp ra càng gần sin,
chứa ít thành phần sóng hài, đặc biệt làm sao hạn chế các thành phần sóng hài
bậc thấp (bậc 3, bậc 5). Với phương pháp khống chế trên, tuy rằng hạn chế được
thành phần bậc 3, song thành phần bậc 5, 7 ... còn lớn nên người ta đưa ra một
số phương pháp khống chế khác để cải thiện dạng sóng. Một số phương pháp
được sử dụng là bộ nghịch lưu sin và phương pháp băm điện áp (điều chế độ
rộng xung). Tuy nhiên, hiện nay thì phương pháp băm xung điện áp được sử
dụng phổ biến hơn do tính hiệu quả trong công việc. Sau đây sẽ nghiên cứu kỹ
phương pháp này trong đồ án.
1.4. Phương pháp khống chế điều chế độ rộng xung
Đây là phương pháp khống chế bộ nghịch lưu dựa trên nguyên tắc bộ băm
điện áp: Điện áp ra trong một chu kỳ là một chuỗi xung điện áp hình chữ nhật có
cùng biên độ nhưng độ rộng từng xung thay đổi và được quyết định bởi luật điều
khiển góc mở . Chu kỳ đóng mở van được thực hiện sao cho bề rộng xung là
cực đại ở đỉnh.
Hình vẽ 1.16 biểu diễn điện áp ra của bộ nghịch lưu điều chế độ rộng
xung đơn cực. Để xác định các thời điểm mồi cần thiết tổng hợp đúng sóng theo
phương pháp điều chế độ rộng xung đơn cực trong mạch điều khiển, người ta
tạo ra một sóng hình sin chuẩn, mong muốn so sánh nó với 1 dãy xung tam
giác. Giao điểm giữa hai sóng đó xác định các thời điểm mồi.
Với phương pháp khống chế này có thể thay đổi biên độ điện áp ra bằng
cách thay đổi biên độ sóng chuẩn hình sin.
Uss

t

0

Ura

t

Hình 1.16. Điều chế độ rộng xung đơn cực
------------------------------------------------------------------------------------------------Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ
Lớp Điện Kỹ Thuật K27
thiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.luc


thiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.luc

ĐẠI HỌC QUY NHƠN
EBOOKBKMT.COM
24
------------------------------------------------------------------------------------------------Uss

t

Ura

t

Hình 1.17. Điều chế bằng cách thay đổi biên độ sóng chuẩn hình sin
Hình 1.17 cho thấy phần sóng chuẩn hình sin nằm phía trên xung tam giác
sẽ tương ứng cho xung ra có bề rộng b, giảm biên độ sóng sin đi một nửa xung
ra có bề rộng c. Nếu coi gần đúng đoạn sóng sin đó như một đoạn thẳng thì c

bằng nửa b. Điều đó ứng với biên độ sóng hình sin ra đã được giảm đi như mong
muốn.
Uss

t

Ura

t

Hình 1.18 . Điều chế độ rộng xung lưỡng cực
------------------------------------------------------------------------------------------------Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ
Lớp Điện Kỹ Thuật K27
thiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.luc


thiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.luc

ĐẠI HỌC QUY NHƠN
EBOOKBKMT.COM
25
------------------------------------------------------------------------------------------------Thay cho việc điều chế độ rộng xung đơn cực như đã mô tả trên, người ta
cũng có thể điều khiển bộ nghịch lưu sao cho nguồn một chiều luôn được nối
với tải để tránh điện áp có những khoảng bằng 0 tạo nên xung lưỡng cực. Phần
điện áp ngược trong nửa chu kỳ điện áp đầu ra rất ngắn. Để xác định thời điểm
mồi của các van người ta điều chế song tam giác tần số cao có biên độ bằng
sóng chuẩn hình sin và khơng lệch pha với sóng sin.
Do đó, có thể băm điện áp tải thành nhiều xung có độ rộng khác nhau nên
có thể làm cho điện áp tải chứa ít sóng hài.
Xét trên hình 1.18 nếu chọn O là tâm điểm đối xứng thì điện áp ra là một

hàm chu kỳ lẻ đối xứng qua trục hoành nên khai triển Furie của nó chỉ chứa các
số hạng lẻ sin.
Biên độ sóng hài:
4 /2
Umn =  U.sin(n.).d
n = 1, 3, 5 ...
(1.26)
 0

/ 2

4  U
U
U
Um1    .sin .d   .sin .d   .sin .d 
 0 2
 2
 2

2U

(1 - 2cos1 + 2.cos2)
(1.27)

Tính tốn tương tự:
2U
Um3 
(1 - 2cos31 + 2.cos32)
(1.28)
3

2U
Um5 
(1 - 2cos51 + 2.cos52)
(1.29)
5
Công thức (1.61), (1.62) cho thấy có thể loại trừ được sóng hài bậc 3 và
bậc 5 bằng cách cho Um3 = Um5 = 0
Tức là:
1 - 2cos31 + 2cos 32 = 0
1 - 2cos51 + 2cos 52 = 0
(1.30)
Giải (1.30) bằng phương pháp tính gần đúng ta được:
1 = 23,616o và 2 = 33,3o
(1.31)
Như vậy khi khống chế góc mở của van ở những giá trị đặc biệt như đã
tính tốn ta đã khử được thành phần sóng hài bậc 3 và bậc 5.
Bằng phương pháp khải triển Furie điện áp cho thấy rằng số xung trong
một chu kỳ của điện áp đầu ra lớn làm tăng các điều hòa bậc cao, nhưng dễ dàng
lọc được các sóng điều hịa bậc thấp.
Với phương pháp này, tần số xung ra trong một chu kỳ của điện áp bị giới
hạn bởi tần số chuyển mạch của van. Điện áp xoay chiều được ghi ra trên hình
1.19.
2

1

2

------------------------------------------------------------------------------------------------Khoa Kỹ Thuật & Cơng Nghệ
Lớp Điện Kỹ Thuật K27

thiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.lucthiet.ke.bo.bien.tan.thiet.ke.so.do.mach.dong.luc