GIÁO TRÌNH bài GIẢNG BIẾN tần

Trang
25




Chơng III
TổNG QUAN Về CáC LOạI
BIếN TầN



Bộ biến đổi tần số hay còn gọi là các bộ biến tần là thiết bị biến đổi
dòng điện xoay chiều ở tần số này thành dòng điện xoay chiều có tần số
khác mà có thể thay đổi đợc.
Đối với các bộ biến tần dùng cho việc điều chỉnh tốc độ động cơ xoay
chiều thì ngoài việc thay đổi tần số của chúng còn có thể thay đổi cả điện
áp ra khác với điện áp lới cấp vào bộ biến tần.
I. PHÂN LOạI BIếN TầN :
Bộ biến tần đợc chia làm hai nhóm:
+ Biến tần máy điện.
+ Biến tần van.
1. Biến tần máy điện:



Trang
26
nguyên lý chung của loại biến tần này là dùng máy điện xoay chiều làm

nguồn điện có tần số biến đổi.

2
=
V
f
1
=
const
~
F
F

~
f
1
=
const
K1
CKF
CK
U
1
BTK
f
1
=
Var
1
0

20
ff
r




=
H
ỗ
n
h 3.1. Sồ õọử nguyón lyù bọỹ bióỳn tỏửn maùy
õióỷn

Dấu (+) ứn
g
với trờn
g
hợ
p
rôto BTK
q
ua
y
n
g
ợc chiều từ trờn
g
.
Lúc này f

r
> f
1
.
Dấu (-) ứng với trờng hợp rôto BTK
q
ua
y
cùn
g
chiều từ trờn
g
.
Lúc này f
r
< f
1
.
Khi rôto đứng yên thì f
r
= f
1
.
Nhờ thay đổi tốc độ
2
ta có thể thay đổi tần số ra.
Việc sử dụng cũng nh điều khiển loại này rất phức tạp vì phải sử dụng
nhiều máy điện, diện tích lắp đặt lớn, hiệu suất làm việc thấp, gây ồn,
nền móng phải kiên cố nên giá thành cao.
2. Biến tần van:

Nguyên lý làm việc của biến tần van là dùng các tín hiệu điều khiển để
đóng mở các van ( ở đây thờng là tiristor hay transisto ) biến đổi năng


Trang
27
lợng điện xoay chiều ở tần số này thành năng lợng điện xoay chiều có
tần số khác. Biến tần van đợc chia làm 2 loại :
+ Biến tần trực tiếp.
+ Biến tần gián tiếp.
Biến tần van đợc ứng dụng rộng rãi vì có nhiều u điểm nh: kích thớc
nhỏ nhẹ, không gây ồn, hệ số khuếch đại công suất lớn, hiệu suất cao.
II. GIớI THIệU Về BIếN TầN VAN :
1. Biến tần trực tiếp:
Thiết bị biến tần trực tiếp là loại biến tần có tần số vào f
1
đợc biến đổi
thành tần số f
2
một cách trực tiếp không phải qua khâu trung gian f
2
= (0
ữ0,5)f
1
, thờng dùng cho truyền động có công suất lớn, tốc độ làm việc
thấp.
Để đơn giản trớc hết ta phân tích sơ đồ mạch lực của biến tần một pha:


Maỷch

van
U~
U~
f
1

Hỗnh 3.2. Sồ õọử khọỳi vaỡ sồ õọử nguyón lyù
ma vanỷch lổỷc bọỹ bióỳn tỏửn
Z
t
L
cb
L
cb
N
P





Trang
28
Các nhóm van P, N có thể đợc điều khiển riêng hoặc chung. Khi điều
khiển riêng thì không cần cuộn kháng cân bằng. Khi điều khiển chung
thì cuộn kháng cân bằng
dùng để hạn chế dòng điện
cân bằng xuất hiện do sự
chênh lệch điện áp tức thời
lúc đóng nhóm này mở

nhóm kia mà quá trình quá
độ không xảy ra tức thời.
Nhóm van P tạo nửa
chu kỳ dơng của điện áp
tải, nhóm van N tạo nửa
chu kỳ âm của điện áp tải.
Trong mạch điều khiển,
ngời ta sử dụng dấu của dòng điện tải để quyết định nhóm van nào phải
làm việc. Khi một nhóm van đã đợc chỉ định làm việc thì nó làm việc ở
chế độ chỉnh lu và chế độ nghịch lu phụ thuộc.
U,I
t
4
t
t
3
t
2
t
1
t
0
I
U
Nhoùm
N
Nhoùm
P
Hỗnh 3.3. Caùc giai õoaỷn laỡm vióỷc cuùa
caùc nhoùm van bọỹ bióỳn tỏửn trổỷc

tióỳp.
CL
CL
Thời điểm phát xung mở cho các Thyristor trong mỗi nhóm phải có phân
bố sao cho điện áp trên tải là phần hình sin nhất và giá trị trung bình của
điện áp đầu ra luôn tơng thích với giá trị tức thời của điện áp mong
muốn (U=U
m
sin
2
t ).
Để điều chỉnh tốc độ động cơ điện xoay chiều ta dùng bộ biến tần ba pha
gồm ba bộ biến đổi song song ngợcSơ đồ biến tần trực tiếp có u điểm
là hiệu suất cao không dùng tụ chuyển mạch.
Z
c
Z
b
Z
a
Hỗnh 3.4. Sồ õọử nguyón lyù maỷch lổỷc bọỹ bióỳn tỏửn trổỷc tióỳp ba pha cho
õọỹng cồ õióỷn xoay chióửu ba pha


Trang
29
Nhợc điểm của sơ đồ là gam tần số hẹp f
2
< 20Hz, phải dùng nhiều

Thyristor và nhạy cảm với biến động của lới điện.
2. Biến tần gián tiếp:
Sơ đồ cấu trúc của mạch:

Nghởch
lổu
Loỹ
c
Chốnh
lổu
f1
f1
~

,u1
=
=
f2

,
f2
u2
~

Hình 3.5 : Sơ đồ cấu trúc của bộ biến tần gián tiếp

Trong biến tần này điện áp xoay chiều đầu tiên đợc chuyển thành một
chiều nhờ mạch chỉnh lu, qua bộ lọc rồi mới biến trở lại điện áp xoay
chiều với tần số f2. Điện áp đầu ra đợc điều chỉnh nhờ sự thay đổi góc
thông của các van trong nhóm chỉnh lu hoặc điều chế độ rộng xung.
Việc phải biến đổi năng lợng hai lần làm giảm hiệu suất biến tần song
bù lại loại biến tần này cho phép thay đổi dễ dàng tần số f
2
không phụ
thuộc f
1
mà nó chỉ phụ thuộc mạch điều khiển.
Bộ biến tần gián tiếp nh đã nêu ở trên có sơ đồ chức năng nh
hình sau :

~
u
1
,f
1
Chốnh
lổu
F
K
~
u
2
,f
2

Điều khiển
Nghởch
lổu
Loỹ
c










Trang
30


Hình 3.6 : Sơ đồ chức năng bộ biến tần gián tiếp.

Tùy theo tính chất của bộ chỉnh lu và dạng tín hiệu đầu ra mà bộ biến
tần độc lập lại đợc chia ra làm 2 loại :
*Bộ biến tần nguồn áp (hay là bộ nghịch lu nguồn áp)
*Bộ biến tần nguồn dòng (hay là bộ nghịch lu nguồn dòng )



III. CáC PHƯƠNG PHáP BIếN TầN GIáN TIếP :
A. Bộ NGHịCH LƯU DòNG :

1. Bộ nghịch lu dòng một pha:
Bộ nghịch lu nguồn dòng thờng dùng cho các hệ thống công suất lớn,
trong đó các van bán dẫn điều khiển hoàn toàn khi tải mang tính cảm
kháng thì cần các Diod tạo thành cầu ngợc để cho dòng điện phản
kháng đi qua khi dấu của dòng tải ngợc với điện áp cuộn dây L
d
có điện
i
d
L
d
+



-
T
3
T
2
T
4
T
1
D
4
D
1
D
2

D
3
I
i

t
H
ình 3.7. Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lu dòng một
pha và dạng dòng tải


Trang
31
cảm lớn để san bằng dòng chỉnh lu và lọc các thành phần sóng hài bậc
cao.
L
d
Hoạt động sơ đồ:
Giả sử T
2
và T ang dẫn dòng chảy từ B sang A.
4
đ
Tại t = 0 cho mở T
1
và T
3
thì T
2
và T

4
bị khóa bởi thiết bị chuyển mạch.
Vì dòng không thể thay đổi đột ngột nên dòng vẫn chảy theo chiều cũ.
D
1
và D
3
dẫn, T
1
và T
3
vẫn bị khóa.
Từ t
1
ữt
2
thì T
1
và T
3
dẫn nếu còn xung điều khiển.
Từ t
2
ữt
4
cho xung mở T
2
và T
4
, T

1
, T
3
bị khóa nhng từ t
2
ữt
3
thì D
2
, D
4

dẫn còn t
3
ữt
4
thì T
2
, T
4
mới dẫn dòng điện áp ra trên tải có dạng sin chữ
nhật "Sinus" nó là hàm lẻ chu kỳ
2. Bộ nghịch lu dòng ba pha:
Khối nghịch lu dòng dùng để biến đổi dòng điện một chiều sau bộ
lọc thành dòng điện xoay chiều để cung cấp cho động cơ không đồng bộ
ba pha . Trong các hệ thống truyền động điện điều chỉnh thì nghịch lu
dòng thờng dùng cho các hệ thống công suất lớn và có sơ đồ cầu ba
pha, trong đó các van bán dẫn là các van điều khiển hoàn toàn . ở đây ta
dùng các tiristor . Nguồn điện một chiều U
d

thông qua cuộn dây có điện
cảm lớn cung cấp cho cầu biến tần dòng điện hằng I
d
.
i
d
+
E
T
1
T
3
T
Trong cầu biến tần , mỗi tiristor đợc nối thêm một diode , gọi là diode
chặn. Các tiristor đợc điều khiển mở theo trình tự : 1, 2, 3, 4, 5, 6, 1,











T
4
T
6

T
D
1

D
D
D
4
D
6

D
R
S
T
C
1

C
2
C
3
C
4
C
5
C
6
-
H

ình 3.8 Sơ đồ nguyên lý bộ biến tần nguồn dòng 3
p
ha
A


Trang
32

H×nh 3.9 S¬ ®å ph©n phèi xung cho c¸c Thyristor










Trang
33

Tại bất kỳ thời điểm nào, trừ giai đoạn trùng dẫn , chỉ có hai tiristor dẫn
dòng . Dòng điện tải có dạng sóng gần sin chữ nhật gồm hai khối. Các
khối cách nhau một khoảng , trờng hợp lý tởng , bằng /3, trong
khoảng này dòng điện pha tải bằng 0.
Các pha stator của động cơ lần lợt nhận các dòng điện sin chữ nhật
lệch nhau góc 2 /3 , tạo ra từ trờng quay mà tốc độ của nó quyết định
bởi nhịp điệu cấp xung điều khiển cầu biến tần. Động cơ điện sản sinh ra
ở các pha các sức điện động tơng ứng

tsinU2u
R
=

=
3
2
2


tsinUu
S









=
3
4
2


tsinUu

T


Hoạt động của bộ nghịch lu dòng ba pha:
Nguồn cung cấp cho nghịch lu là nguồn dòng điện, nguồn điện một
chiều không phụ thuộc vào tổng trở của tải. Để thực hiện đợc điều này
thờng thì điện cảm Ld phải có giá trị đủ lớn và phải sử dụng các mạch
vòng điều chỉnh dòng điện . Dòng điện tải có dạng hình chữ nhật và do
trình tự đóng cắt của các van từ T
1
đến T
6
quyết định.
Giá trị hiệu dụng của dòng điện tải:
3
2
ds
II =

Giá trị hiệu dụng của thành phần sóng cơ bản dòng điện trong phân tích
Fourie là:

6
1 ds
II =
Từ đây ta suy ra:


Trang
34

1
1
cos
63


d
s
U
U =


Khi nghịch lu nguồn dòng làm việc với tải là động cơ điện xoay chiều
thì trên đồ thị điện áp tải có xuất hiện các xung nhọn tại các thời điểm
chuyển mạch dòng điện giữa các pha.
Trong thực tế kỹ thuật thờng dùng các van điều khiển không hoàn toàn
vì vậy cần có các mạch khóa cỡng bức các van đang dẫn , đảm bảo
chuyển mạch giữa các pha một cách chắc chắn trong phạm vi điều chỉnh
tần số và dòng điện đủ rộng .
Trong sơ đồ cầu này ngoài các tiristor lực T
1
ữT
6
còn sử dụng các diode
cách ly hay diode chặn từ D
1
ữ D
6
nhằm để cách ly giữa các tụ điện
chuyển mạch và dây quấn các pha của động cơ không đồng bộ ĐK để

chúng không tạo thành mạch cộng hởng làm ảnh hởng đến quá trình
chuyển mạch .
Để xét sự hoạt động của bộ nghịch lu dòng ba pha này ta xét quá trình
chuyển dòng điện từ pha R sang pha S , và từ pha T sang pha R .

















Trang
35

H×nh 3.11 S¬ ®å chuyÓn m¹ch tõ pha R sang pha S


S
U
T
1
D
1
D
4
T
4
C
1
C
2
C
3
A

I
d
T
3
D
3
D
6
T
6
T
5
D
5
D
2
C'


T
2
C
4
C
6
B
C

A'
B'

C
5
U
R
U
T
R
S
T
~
~
~

t
π
2π
2π
2π
_

π
/3
t
t



E
d

i
R
0


i
S
0
i
T
0


Trang
36


* Chuyển dòng điện từ pha R sang pha S:
Giả thiết T
1
, D
1
, D
2
và T

2
đang mở cho dòng chảy qua. Dòng điện I
d
chảy
vào tải pha R và từ tải pha T chảy ra. Lúc này , điện áp trên các tụ điện
nh sau:
01
Uuu
BAC
=
=


0
2
=
=
BCC
uu
03
Uuu
CAC

=
=

Khi t = t
1
, cho xung điều khiển mở T
3

.Tiristor này mở , đặt điện áp
u
BA
=-U
0
lên T
1
để khoá T
1
. Dòng điện I
d
, từ nguồn , lập tức chuyển qua
T
3
, rồi rẽ thành hai nhánh . Nhánh thứ nhất , I
C1
= 2 I
d
/ 3 , nạp điện cho
C
1
; nhánh thứ hai , I
C2
= I
C3
= I
d
/3 nạp điện cho C
2
nối tiếp C

3
. Dòng
điện hai nhánh hợp lại chảy qua D
1
để vào tải pha R rồi ra ra tải pha T
qua D
2
và T
2
để trở về nguồn .Tụ điện C
1
và C
3
đợc nạp ngợc so với
trớc đó. Lúc này (t=t
1
) ,D
3
vẫn cha dẫn dòng . Trong mạch vòng
BARSB ta có phơng trình:
RSCD
uuu +=
13

Khi t

t
2
, u
D3

0, diode D
3
bắt đầu dẫn dòng . Dòng I
s
từ zero tăng dần đến
trị I
d
còn dòng I
R
từ trị I
d
giảm dần xuống zero .Khi t = t
3
, kết thúc quá
trình chuyển mạch . Lúc này T
3
và T
2
dẫn dòng :
U
BA
= -U
0
, U
CB
= U
0
, U
CA

=0.
Chuyển dòng điện từ pha T sang pha R
Lúc này T
2
và T
3
đang dẫn dòng , ta có :
U
AB
=0 , U
BC
=U
0
, U
CA
= -U
0
.
Khi t=t
4
, cho xung điều khiển mở T
4
. Tiristor này đặt điện áp - U
0
lên
T
2
để khoá T
2
. Dòng điện I

d
chảy qua D
2
, chia thành hai nhánh .Nhánh


Trang
37
thứ nhất I
C5
= I
C4
=I
d
/3 nạp điện cho C
5
và C
4
. Nhánh thứ hai ,I
C6
=2 I
d
/3
nạp điện cho C
6
Lúc này (t=t
4
), D
4
vẫn cha dẫn dòng .

Trong mạch vòng ACTRA ta có phơng trình :

RTCD
uuu
+
=
64

Khi t

t
5
, u
D4


0, diode D
4
bắt đầu dẫn dòng . Dòng I
R
tăng dần đến trị I
d

, còn dòng I
T
từ trị I
d
giảm xuống zero .Khi t = t
6
, kết thúc quá trình

chuyển mạch. Lúc này T
3
và T
4
dẫn dòng:
U
BA
= U
0
, U
CB
= 0 , U
CA
= U
0
.
Khi sử dụng sơ đồ biến tần dòng ba pha để điều chỉnh tốc độ động cơ
không đồng bộ, trị cực đại của mổi tụ điện chuyển mạch có thể đợc tính
theo công thức sau:

2
20209106660

+ L
I.f
U
,L.
f.U
f.I
,,C
mn
m
maxm
nm
max

trong đó :
f
n
- tần số định mức;
f
max
-tần số cực đại ;
I
m
- dòng điện từ hoá ,

[
]
2
1

cos.II
nm
=
I
n
- dòng điện định mức của động cơ điện ;
L - điện cảm tản một pha (stator + roto);
U
m
-biên độ cực đại của điện áp dây.

B. NGHịCH LƯU NGUồN áP :


Bộ biến tần nguồn áp hay là bộ nghịch l điện áp có đặt điểm là
dạng điện áp ra tải đợc định hình sẵn, còn dạng dòng điện tải lại phụ
thuộc tính chất tải. Nguồn cấp điện cho bộ biến tần phải là nguồn sức
điện động với nội trở nhỏ. Nếu sử dụng chỉnh lu làm nguồn cho bộ
nghịch lu độc lập thì cần phải mắc thêm một tụ điện C
0
ở đầu vào
nghịch lu để một mặt đảm bảo điện áp nguồn ít bị thay đổi, mặt khác để
trao đổi năng lợng phản kháng với điện cảm tải ( với tải R hoặc động cơ
điện ) . Điện áp ra của bộ nghịch lu độc lập không có dạng hình sin nh
mong muốn mà đa số là dạng xung chữ nhật . Để đánh giá sóng hài của

điện áp ra ngời ta thờng dùng hệ số sau:
1
U
U
K
q
q
=
trong đó U
q
, U
1
là trị hiệu dụng của sóng hài bậc q và bậc 1 ( sóng cơ
bản ) .
Các van bán dẫn dùng trong bộ nghịch lu độc lập có thể là tiristor hoặc
các transisto ( bipolar , MOSFET, IGBT) , nhng phù hợp và u việc hơn
cả là dùng transisto do đó ngời ta tránh dùng tiristor . Các sơ đồ
nghịch lu độc lập phần lớn có dạng tơng tự nh ở mạch chỉnh lu ,
thông dụng nhất là các sơ đồ cầu . Vì vậy dới đây chỉ xem xét sơ đồ bộ
nghịch lu độc lập loại cầu dùng van điều khiển khoa

1. Bộ nghịch lu áp cầu một pha:

Trang
38
+
-
i
d
Zt
U
T1
c
i
t
D1
D4
D2
D3
T1
T1
T3
U
BE
T1,T3
U
BE
T2,T4
U
t

i
t
i
T
i

i
d
t
t
t
t
t
t

0
C
42
TT
31
TT


Trang
39
Sơ đồ nghịch lu điện áp một pha nh hình gồm có 4 van T
1
,T
2
,T

3

,T
4
và các diode chặn tơng ứng D
1
,D
2
,D
3
,D
4
.Các van T
1
ữ T
4
đợc điều
khiển theo cặp T
1
,T
3
và T
2
, T
4
lệch pha nhau một góc 180
0
. ở nữa chu
kỳ đầu điều khiển mở T
1

,T
3
, điện áp nguồn sẽ đặt lên tải với cực tính
nh trên hình (dấu trên) .Ta có :
u
t
= E
N

Dòng điện chảy từ cực dơng nguồn qua T
1
- Z
t
- T
3
về cực âm của
nguồn.
Đến thời điểm T/2 hoặc ta đảo trạng thái điều khiển cho T
1
T
3
và T
2

T
4
dẫn. Nhng do tải có tính cảm nên dòng điện không đảo chiều ngay
đợc. Năng lợng lích lũy ở điện cảm sẽ duy trì dòng điện theo chiều cũ
, lúc đó dòng điện buột phải thoát qua các diode D
2

, D
4
về nguồn theo
đờng D
2
, cực dơng E
N
, qua nguồn E
N
xuống cực âm ( hoặc qua tụ
Co ) -D
4
( một phần dòng tải sẽ qua T
2
, T
4
theo chiều ngợc) . Nh vậy ,
do D
2
, D
4
và T
2
, T
4
dẫn , điện áp ra tải đảo cực tính ngay ( dấu dới )
nên lúc này u
t
= - E
N

, song dòng điện it vẫn duy trì chiều cũ cho đến thời
điểm t
2
mới đảo chiều. Đến điểm 2 lại đảo trạng thái, quá trình diển ra
tơng tự , dòng sẽ duy trì chiều cũ một đoạn bằng t
1
nhờ các van D
1
, D
3
,
T
1
, T
3
rồi mới đảo chiều . Qua một chu kỳ tải nhận đợc điện áp và
dòng điện là xoay chiều , đây chính là nguyên lý nghịch lu .
Để xác định quy luật biến thiên của dòng tải ta có thể sử dụng các
phơng pháp giải mạch tơng tự khi phân tích các bộ điều chỉnh xung áp
một chiều :
Với hàm ảnh Laplace tác động trong mạch là :
()
2/
2/
1
1
1
1
)(
pT

pT
N
pT
t
pT
e
e
p
E
dtetu
e
pU




+

=

=


Ta suy ra biểu thức dòng điện tải :
()

+
=




2/
/
1
2
1
T
t
N
t
e
e
R
E
ti

với =L/R .Biểu thức này hay đợc viết dới dạng :
()

+

=
3
0
1
/2
1
a
Qe
Iti
t




Trang
40
trong đó
R
E
I
N
=
0
gọi là dòng cơ sở.

R

L
Q
.

=
với là tần số góc và
T


2
=
;
Q
ea
3/1
=
Khi đã có biểu thức dòng điện tải it ta xác định các đợc tham số khác
của sơ đồ
Dòng điện tải cực đại đợc xác định :
3
3
0max
1
1
2
a
a
I
T
iI

t
+

=






=

trị hiệu dụng của dòng tải đợc xác định :
()














+

+=






=

1
12
1
2
1
3
3
0
0
a
aQ
IdiI
tt






Thời điểm dòng tải về đến 0 tơng ứng với
(

)
0
1
=

t
i là :
3
1
1
2
ln.
a
Q
+
=


Từ đây có dòng trung bình qua van điều khiển :






+

==

Q

a
a
I
diI
tT
3
3
1
0
1
1
1
2
)(
2
1








Trị hiệu dụng của dòng này là :

+

=








=

Q
a
aa
IdiI
thdT
)1(2
23
2

1
).(
2
1
3
63
10
2






Các trị số tơng ứng của dòng qua diode :







+

==

1
3
3
0

1
0
1
1
2
)(
2
1





Q
a
a
I
diI
tD

()

+
+
=
1
3
63
0
12
321
2
1


Q
a
aa
II
hdD


Dòng điện tiêu thụ từ nguồn E
N
là:


Trang

41
()
(
)
()






+

+==

1
12
1
1
3
3
0
a
aQ
IdiI
td

Công suất hửu ích tải tiêu thụ từ nguồn :
(
)
()






+

+==
1
12
1
3
3
0
a
aQ
IEIEP
NdNd


Công suất biểu kiến lấy từ nguồn :
(
)
()

+

+==
1
12
1
3
3
0
a
aQ
IEIUS
Ntt


Suy ra hệ số công suất :
(
)
()

+

+=
1
12
1
3
3
a
aQ
S
P


Phân tích dạng ut thành dãy Fourier ta có trị số hiệu dụng của sóng hài
bậc q là :
()
[
]
q
N
q
q
E
U 11=


Nh vậy sóng hài chỉ có các bậc lẽ và có hệ số :
qU

U
K
q
q
1
1
==
Trờng hợp dùng mạch chỉnh lu làm nguồn cho bộ nghịch lu điện áp
,do tính chất chỉ cho dòng điện chạy theo chiều xác định , để đảm bảo
quá trình phóng điện về nguồn cần có một tụ điện Co ở đầu vào bộ
nghịch lu điện áp.
Xuất phát từ quy định về độ ổn định điện áp nguồn và độ quá áp cho
phép trên tụ Uc không nên quá 10 % và cho rằng toàn bộ độ dao động
dòng điện tải do tụ Co gánh chịu , ta rút ra đợc trị số điện dung cần có :








+

+

2/2/
2/
0
1
2
ln
1
1
.
TT
T
C
N
ee
e
UR
E
C

Biểu thức trên cho thấy với tần số làm việc càng thấp cần có Co lớn hơn
giá trị giá trị Co lớn nhất khi tần sồ f 0 và bằng :
()
C
d
C
d
UR

E
UR
E
C



=
.
.
293,02ln1
.
max0



Qua biểu thức Uq và Kq ta thấy biên độ các sóng hài bậc thấp khá lớn
so với sóng hài cơ bản .Đối với tải là động cơ điện thì điều này hoàn toàn


Trang
42
không mong muốn .Vì vậy ngời ta cố gắng loại trừ các sóng hài bậc
thấp.
2. Nghịch lu áp ba pha:
a.Sơ đồ nguyên lí :
Hoạt động của sơ đồ:
Nguyên tắt hoạt động của bộ nghịch lu áp ba pha dựa trên nguyên lí
hoạt động của bộ nghịch lu áp một pha. ở bộ nghịch lu áp ba pha có
tất cả sáu van các van lẻ S

1
, S
3
, S5 nằm ở phía trên còn các van chẵn S
2
,
S
4
, S
6
nằm ở phía dới, hai van trong cùng một pha thì không đồng thời
dẫn nghĩa là van này dẫn thì van kia sẽ khóa và ngợc lại. Để có dòng
chạy qua tải thì nếu có một nhóm van có chỉ số lẻ bắt buột phải có ít nhất
một van thuộc nhóm chẵn dẫn


Hình 3. 14 : Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lu ápba pha

Nếu van có chỉ số thuộc nhóm lẻ thông hoặc Diod ngợc đi kèm nó
thông thì điện áp đầu ra tơng ứng của pha đó với điểm không là U
d
/2.
Ngợc lại nếu van có chỉ số chẵn thông hoặc Diod đi kèm với nó dẫn thì
điện áp đầu ra của pha đó đối với điểm không là -U
d
/2.
Ta có:


U10 - U30 UZ31

U30 - U20 UZ23
=
=
U20 - U10 UZ12 =
0
321
1331
3223
2112
=++
=
=
=
ZZZ
ZZZ
ZZZ
ZZZ
UUU
UUU
UUU
UUU

+ V
R1
S
1

V
R3 3

S V
R5
S
5

- V
R4
S
4

V
S
V
S
1 U
Z31
2
3
U
Z12



Trang
43

()
()
()
23313

12132
31131
31
31
31
ZZZ
ZZZ
ZZZ
UU/U
UU/U
UU/U
−=
−=
−
=

⇒












T

U
d
2U
d
/3

U
d
/3
T/
2
U
z1



U
z2



U
z3



U
z1

H×nh 3. 15 : D¹ng ®iÖn ra trªn t¶i sau bé nghÞch l−u.

§iÖn ¸p d©y vµ ®iÖn ¸p pha nh− sau:
Khai triÓn Furie ®iÖn ¸p d©y vµ ®iÖn ¸p pha:
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+++=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−−−=
tSintSintSintSinuu
tSintSintSintSinuu
dA
dAB
ωωωω
π
ωωωω
π
11
11

1
7
7
1
5
5
12
11
11
1
7
7
1
5
5
132


Trang
44
Tần số điện áp ra có thể đợc thay đổi bằng cách thay đổi nhịp điệu đóng
cắt của các van trong bộ nghịch lu.
IV. CáC PHƯƠNG PHáP ĐIềU CHỉNH ĐIệN áP TRÊN
TảI :
Khi điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi tần số thì phải thay
đổi cả điện áp đặt vào động cơ. Điện áp có thể đợc điều chỉnh bằng các
phơng pháp sau:
+ Điều chỉnh biên độ điện áp một chiều bằng bộ chỉnh lu có điều khiển
hoặc bằng bộ băm xung.
+ Điều chỉnh thời gian đóng, mở của các van.

1. Điều chỉnh biên độ của điện áp một chiều bằng chỉnh lu có điều
khiển hoặc bằng bộ băm xung:
a. Điều chỉnh biên độ của điện áp một chiều bằng chỉnh lu có điều
khiển:
Để điều chỉnh đợc giá trị trung bình điện áp của bộ chỉnh lu ta thay
đổi góc mở
của các van. Do đó thay đổi đợc U
f
.
+ Khi tăng
thì U
d
giảm và ngợc lại.


Ví dụ sơ đồ chỉnh lu có điều khiển hình cấu bằng các Thyristor đợc
cho xung mở theo thứ tự T
1
, T
2
, T
3
, T
4
, T
5
, T
6
, T
1

.Mỗi thời điểm có 2
Thyristor mở các xung điều khiển lệch nhau
/3. Khoảng dẫn của các
van là 2
/3. Trong mỗi nhóm (T
1
,T
3
, T
5
và T
2
, T
4
, T
6
) khi một Thyristor
mở nó sẽ khóa ngay Thyristor dẫn dòng trớc đó.


cosVU
d 2
63
=
Giá trị trung bình điện áp trên tải:
nếu
= /2 thì U
d
= 0.

Trang
45





Trang
46
H
ình 3.16. Sơ đồ nguyên lý và dạng sóng chỉnh lu cầu 3 pha có điều khiển
a) Sơ đồ
b) Dạng sóng khi góc mở nhỏ
c) Dạng sóng khi góc mở lớn



D
r
Z
t
L
c
D
c
T

a
T
p
C
-
+
b. Điều chỉnh biên độ điện áp một
chiều bằng bộ băm xung:
Bộ băm điện áp một chiều gồm có:
Tp: Thyristor chính; Thyristor phụ;
Lc điều chỉnh; C là phần tử chuyển
mạch; Dr là Diod hoàn năng lợng.
Khi Tp mở thì U
f
= V, tụ C phóng
điện và đợc nạp theo chiều ngợc với cực tính nh hình vẽ.
Hỗnh 3.17. Sồ õọử nguyón lyù
maỷch bm õióỷn aùp
Khi ta mở thì Tp bị khóa U
f
= 0.
U
t
V

t
T
1

T

Hỗnh 3.18. Chu kyỡ xung õióửu
khióứn mồớ Thyristor
Gọi T là chu kì băm T = T
1
+ T
2
.
T
1
= T là thời gian đóng mạch
của T
p
.
T
2
=T-T
1
là thời gian hở mạch.

= T1/T là tỉ số chu kì.
Giá trị trung bình của điện áp tải:
U
f
= V.
Vậy bằng cách biến đổi tỉ số chu kì
(T = Const) có thể điều chỉnh đợc
giá trị trung bình của điện áp ra.
2. Điều chỉnh thời gian đóng ngắt của các van để thay độ rộng xung:
Để làm đợc điều này ngời ta tìm cách xây dựng trong nghịch lu
những chuyển mạch phụ sao cho điện áp tải sẽ có một đoạn bằng không.

Ví dụ đối với bộ nghịch lu áp ba pha: trong một khoảng
= /3 ta chia
thành hai khoảng
và . Trong khoảng thì hai van ở nhóm này và một
van ở nhóm kia dẫn nh bình thờng, nhng trong khoảng
thì cả ba
Trang
47
Hỗnh 3.19. Giaớn õọử
õióỷ ù t ới
2

2/

U
fa



T
4
T
5
T
6
T
3
T
4
T

5
T
2
T
3
T
4
T
1
T
2
T
3
T
6
T
1
T
2

T
5
T
6
T
1


Trang
48

van trong một nhóm cùng dẫn để điện áp pha tải trong khoảng này bằng
không.
3. Điều biến độ rộng xung (PWM):
Phơng pháp điều biến độ rộng xung cho phép vừa điều chỉnh đợc điện
áp ra vừa giảm nhỏ đợc ảnh hởng của các sóng hài bậc cao. Để xác
định khoảng phát xung chùm điều khiển các van, ta tạo ra một sóng dạng
Sin Ur có tần số bằng tần số mong muốn gọi là sóng điều biến. Dùng
một khâu so sánh Ur và Up , các giao điểm của hai sóng này xác định
khoảng phát xung.
Tỉ số giữa biên độ sóng điều biến và biên độ sóng mang gọi là tỉ số điều
biên.
M = A
r
/A
p
Để điều chỉnh độ rộng xung tức là ta điều chỉnh điện áp ra trên tải ta điều
chỉnh Ar. Điều biến độ rộng xung đợc chia thành hai loại:
- Điều biến độ rộng xung đơn cực.
- Điều biến độ rộng xung lỡng cực.
a. Điều biến độ rộng xung đơn cực (hình 3.20a).
Điện áp ra trên tải là một chuổi xung, độ rộng khác nhau, có trị số 0 và

E.

Trang
49
U
t
U
r

U
2
a

a
2



Hình 3.20a. Dạng điện áp ra của điều chế độ rộng xungđơn cực







b. Điều biến độ rộng xung lỡng cực (hình3.20b).
Điện áp ra trên tải là một chuỗi xung, độ rộng khác nhau, có trị số

E.