tieu luan mon dien tu cong suat

CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN

CHƯƠNG 1
LÝ THUYẾT LIÊN QUAN
I. Giới thiệu lịch sử biến tần
1. Lịch sử phát triển các linh kiện bán dẫn công suất.
Sự phát triển của truyền động điện đã thúc đẩy cho sự phát triển của ngành điện tử
8công nghiệp. Tuy nhiên những ứng dụng của nó còn nhiều hạn chế vì thiếu linh kiện
điện tử công suất có hiệu suất cao, kích thước nhỏ, tần số hoạt động lớn và đặc biệt có
độ tin cậy cao. Các đèn điện tử chân không, và đèn cơ khí không đáp ứng được những
đòi hỏi khắt khe của điện tử công nghiệp. Điều đó đã thúc đẩy các nhà khoa học nghiên
cứu để phát minh ra các linh kiện mới. Và mãi đến năm 1948, với sự ra đời của
Transistor do Bardeen, Brattain và Schockley, tại phòng thí nghiệm Bell Telephone,
giải thưởng Nobel năm 1956, đã đánh dấu bước phát triển cách mạng trong kĩ thuật
điện tử. Từ đó ngành điện tử phát triển mạnh mẽ theo hai hướng là kĩ thuật điện tử tín
hiệu và điện tử công suất. Trong đó ngành kĩ thuật điện tử tín hiệu chủ yếu là xử lí các
tín hiệu qua khuếch đại, điều chế tần số cao, tín hiệu vào được mạch và linh kiện điện
tử xử lí cho tín hiệu ra biến đổi về độ lớn, dạng sóng và tần số. Nguồn chỉ có tác dụng
nuôi linh kiện điện tử. Còn đối với ngành điện tử công suất thì chủ yếu nghiên cứu về
chuyển mạch đóng cắt dòng điện lớn, điện áp cao để thay đổi độ lớn, dạng sóng, tần số
dòng công suất.
Dưới đây là bảng tóm tắt về thời gian ra đời cũng như các chỉ số ứng dụng của các
linh kiện.

GVHD:Thầy Hồ Văn Thới
1

SVTH:Lê Văn Thống
Nguyễn Thành Vĩ

CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN

Bảng 1.1. Thời gian ra đời và các chỉ số ứng dụng các linh kiện

Linh kiện

Năm xuất

Điện áp Dòng điện Tần số định Công suất Điện áp rơi

hiện

định mức định mức

mức

định mức

thuận

Tiristo(SCR)

1957

6 kV

3,5kA

500Hz

100MW

1.5±2.5V

Triac

1958

1kV

100A

500 Hz

100kW

1.5±2V

GTO

1962

4,5 kV

3kA

2 KHz

10MW

3±4V

BJT

1960

1,2 kV

800A

10 Hz

1MW

1.5±3V

MOSFET

1976

500V

50A

1 MHz

100KW

3±4V

IGBT

1983

1,2kV

400A

20 KHz

100KW

3±4V

SIT

1976

1,2kV

300A

100KHz

10KW

2±4V

MCT

1988

3kV

3kA

20±100KHz 10MW

1±2V

2. Lịch sử ra đời của biến tần trong công nghiệp
Năm 1986, AIE phát minh ra bộ điều khiển tốc độ động cơ một chiều.
Năm 1962, Bộ điều khiển tốc độ đầu tiên có tính xu hướng thương mại xuất hiện
trên thị trường.
3. Tầm quan trọng của biến tần trong công nghiệp
Với sự phát triển như vũ bão về chủng loại và số lượng của các bộ biến tần, ngày
càng có nhiều thiết bị điện – điện tử sử dụng các bộ biến tần, trong đó một bộ phận
đáng kể sử dụng biến tần phải kể đến chính là bộ biến tần điều khiển tốc độ động cơ
điện.
GVHD:Thầy Hồ Văn Thới
2

SVTH:Lê Văn Thống
Nguyễn Thành Vĩ


CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN
Trong thực tế có rất nhiều hoạt động trong công nghiệp có liên quan đến tốc độ
động cơ điện. Đôi lúc có thể xem sự ổn định của tốc độ động cơ mang yếu tố sống còn
của chất lượng sản phẩm, sự ổn định của hệ thống … ví dụ: máy ép nhựa làm đế giầy,

cán thép, hệ thống tự động pha trộn nguyên liệu, máy ly tâm định hình khi đúc … Vì
thế, việc điều khiển và ổn định tốc độ động cơ được xem như vấn đề chính yếu của các
hệ thống điều khiển trong công nghiệp.
Điều chỉnh tốc độ động cơ là dùng các biện pháp nhân tạo để thay đổi các thông số
nguồn như điện áp hay các thông số mạch như điện trở phụ, thay đổi từ thông … Từ đó
tạo ra các đặc tính cơ mới để có những tốc độ làm việc mới phù hợp với yêu cầu của
phụ tải cơ. Có hai phương pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ:
• Biến đổi các thông số của bộ phận cơ khí tức là biến đổi tỷ số truyền chuyển
tiếp từ trục động cơ đến cơ cấu máy sản xuất.
• Biến đổi tốc độ góc của động cơ điện. Phương pháp này làm giảm tính phức tạp
của cơ cấu và cải thiện được đặc tính điều chỉnh, đặc biệt linh hoạt khi ứng dụng các hệ
thống điều khiển bằng điện tử. Vì vậy, bộ biến tần được sử dụng để điều khiển tốc độ
động cơ theo phương pháp này.
3.1. Luận chứng kinh tế
• Chiếm 30% thị trường biến tần là các bộ điều khiển moment.
• Trong các bộ điều khiển moment đông cơ chiếm 55% là các ứng dụng quạt gió,
trong đó phần lớn là các hệ thống HAVC (điều hòa không khí trung tâm), chiếm 45%
là các ứng dụng bơm, chủ yếu là trong công nghiệp nặng.
• Nâng cấp cải tạo các hệ thống bơm và quạt từ hệ điều khiển tốc độ không đổi
lên hệ tốc độ có thể điều chỉnh được trong công nghiệp với lợi nhuận to lớn thu về từ
việc tiết giảm nhiên liệu điện năng tiêu thụ.
3.2. Tính hữu dụng của biến tần trong các ứng dụng bơm và quạt
• Điều chỉnh lưu lượng tương ứng với điều chỉnh tốc độ Bơm và Quạt.
• Điều chỉnh áp suất tương ứng với điều chỉnh góc mở của van.
GVHD:Thầy Hồ Văn Thới
3

SVTH:Lê Văn Thống
Nguyễn Thành Vĩ

CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN
• Giảm tiếng ồn công nghiệp.
• Năng lượng sử dụng tỉ lệ thuận với lũy thừa bậc ba của tốc độ động cơ.
• Giúp tiết kiệm điện năng tối đa.
Như tên gọi, bộ biến tần sử dụng trong hệ truyền động, chức năng chính là thay đổi
tần số nguồn cung cấp cho động cơ để thay đổi tốc độ động cơ nhưng nếu chỉ thay đổi
tần số nguồn cung cấp thì có thể thực hiện việc biến đổi này theo nhiều phương thức
khác, không dùng mạch điện tử. Trước kia, khi công nghệ chế tạo linh kiện bán dẫn
chưa phát triển, người ta chủ yếu sử dụng các nghịch lưu dùng máy biến áp. Ưu điểm
chính của các thiết bị dạng này là sóng dạng điện áp ngõ ra rất tốt (ít hài) và công suất
lớn (so với biến tần hai bậc dùng linh kiện bán dẫn) nhưng còn nhiều hạn chế như:
- Giá thành cao do phải dùng máy biến áp công suất lớn.
- Tổn thất trên biến áp chiếm đến 50% tổng tổn thất trên hệ thống nghịch lưu.
- Chiếm diện tích lắp đặt lớn, dẫn đến khó khăn trong việc lắp đặt, duy tu, bảo trì
- Điều khiển khó khăn, khoảng điều khiển không rộng và dễ bị quá điện áp ngõ ra
do có hiện tượng bão hoà từ của lõi thép máy biến áp.
Ngoài ra, các hệ truyền động còn nhiều thông số khác cần được thay đổi, giám sát
như: điện áp, dòng điện, khởi động êm (Ramp start hay Soft start), tính chất tải … mà
chỉ có bộ biến tần sử dụng các thiết bị bán dẫn là thích hợp nhất trong trường hợp này.
4. Phân loại biến tần.
Trong thực tế biến tần được phân làm hai loại chính dựa theo phương thức chuyển
đổi tần số là:
• Biến tần trực tiếp
• Biến tần gián tiếp
o Nghịch lưu đơn bậc
o Nghịch lưu đa bậc
Trong đồ án này chúng ta sẽ nghiên cứu cả hai loại biến tần này, trong phần biến
tần đa bậc chúng ta sẽ đi sâu vào phương pháp vector không gian.
GVHD:Thầy Hồ Văn Thới

4

SVTH:Lê Văn Thống
Nguyễn Thành Vĩ


CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN

Hình 1.1.1: Mô hình minh họa sự phát triển biến tần theo thời gian.
5. Vai trò biến tần đa bậc.
Hiện nay biến tần đã và đang được sử dụng rất có hiệu quả trên thế giới nói chung
và tại Việt Nam nói riêng, tuy có nhiều ưu điểm và ứng dụng với hiệu quả cao nhưng
biến tần đơn bậc cũng còn tồn tại một số hạn chế như:
• Sóng điện áp còn nhiều hài bậc cao, chưa gần sin.
• Trị số điện kháng Lf mạch lọc còn cao, dẫn đến tổn hao.
• Tổn hao trong quá trình đóng cắt (Psw) cao.
• Công suất truyền tải còn thấp (Pcond)…
Để khắc phục những hạn chế nói trên người ta đã phát minh ra biến tần đa bậc
nhằm phục vụ và đáp ứng tốt hơn nhu cầu của con người. Ưu điểm của biến tần đa bậc
là khắc phục tốt những hạn chế của biến tần đơn bậc, vì là đa bậc nên sóng ra gần sin
hơn vì thế giảm bớt hài bậc cao, ít tổn hao. Cho dù sóng ra như thế nào thì cũng chỉ
gần Sin nên ta phải dùng bộ lọc, càng gần Sin thì lọc càng ít, vì thế biến tần đa bậc có
tổn hao do dung kháng Lf trong bộ lọc thấp. Vì đóng cắt ở tần số cao biến tần đa bậc
còn có tổn hao trong thời gian chuyển trạng thái ít, công suất truyển tải nâng cao, công
suất tổn hao giảm xuống… đó là những ưu điểm vượt trội của biến tần đa bậc so với
biến tần đơn bậc. Trong tương lai khi nền công nghiệp phát triển mạnh mẽ, đòi hỏi

GVHD:Thầy Hồ Văn Thới
5

SVTH:Lê Văn Thống
Nguyễn Thành Vĩ


CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN
công suất cao trong những điều kiện tần số khắc khe thì biến tần đa bậc sẽ là một giải
pháp tốt, nó có thể đáp ứng tốt những đòi hỏi đặt ra.
II. Biến tần trực tiếp
1. Giới thiệu
Bộ biến đổi AC-AC là một vấn đề lớn đã được nghiên cứu trong các bộ chuyển đổi
công suất trong công nghiệp và được ứng dụng nhiều hơn so với các bộ chuyển đổi
công suất khác. Mặc dù bộ biến đổi công suất AC- AC đã được phát triển trong thời
gian dài và được sử dụng phổ biến từ sau năm 1930, nhưng tần số đóng ngắt và công
suất còn thấp. Cho đến khi linh kiện điện tử công suất được ra đời, như Turn off
thyristors (GTO), Triac, Bipolar Transistor (BT), Insulated Gate Bipolar Transistor
(IGBT) và Power Mosfield Effect Transistor (MOSFET) và sau đó là biến đổi công
suất từ AC-DC sau năm 1980 nâng cao tần số đóng ngắt và có thể chuyển đổi công suất
cao. Thiết bị nguồn công suất DC hoàn toàn được thay đổi từ sau năm 1960 khi SCR
được sản xuất. Tương ứng với mạch điều khiển cũng dần dần chuyển từ tương tự sang
điều khiển bằng hệ thống số sau năm 1980. Các tính toán điều khiển cho tất cả biến tần
trực tiếp AC-AC được nghiên cứu và bàn luận rộng rãi. Biến tần trực tiếp AC/AC dùng
để biến đổi một nguồn công suất AC sang một nguồn AC khác. Các cách thường dùng
hay các dạng như sau:
1. Biến đổi điện áp một pha AC/AC
2. Biến đổi điện áp ba pha AC/AC
3. Biến tần trực tiếp một pha vào một pha ra (SISO)
4. Biến tần trực tiếp ba pha vào một pha ra (TISO)
5. Biến tần trực tiếp ba pha vào ba pha ra (TITO)
6. Biến tần đường bao ( Matrix).
Tất cả bộ biến đổi điện áp AC/AC từ nguồn AC với tần số và điện áp cao hơn sang

tần số và điện áp thấp hơn với góc trễ pha nhỏ.
2 Phân loại biến tần
2.1.Biến tần trực tiếp một pha
GVHD:Thầy Hồ Văn Thới
6

SVTH:Lê Văn Thống
Nguyễn Thành Vĩ


CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN
Các bộ chuyển mạch hai nửa chu kì gồm hai nhóm: nhóm dương kí hiệu là P và
nhóm âm kí hiệu là N. Cơ sở của mạch công suất điều khiển điện áp một pha AC-AC
với pha điều khiển như hình 1.a bao gồm 1 cặp SCR ghép nối back to back đối nghịch
giữa nguồn AC và tải cho ta điện áp có dạng sóng đối nghịch hai chiều đối xứng. Cặp
SCR có thể được thay thế bằng Triac như hình 1.b cho nguồn công suất thấp; với sự
bố trí như hình 1.c gồm hai điốt và hai SCR để cung cấp điện áp bình thường cực âm
làm đơn giản mạch qua cửa cần cho sự cách ly. Trong hình 1d với 1 SCR và 4 điốt làm
giảm bớt tổn thất nhưng lại tăng thêm sự hao phí vì nhiệt. Một sự kết hợp giữa SCR và
Điốt như hình 1.e, cung cấp điện áp điều khiển ngõ ra không đối xứng một chiều với
phương thức tự kiểm soát nhưng có cấu thành DC vào và hơn nữa, không thực tế để
loại trừ tổn hao công suất do sự nóng lên của tải.

Hình 1.1.2. Mô hình điều khiển điện áp một pha.Hình a) Ghép nối hai SCR.
Hình b) Sử dụng Triac. Hình c)Kết hợp hai SCR và hai Điốt. Hình d)Một SCR kết
hợp với 4Điốt. Hình e)Sự kết hợp giữa SCR và Điốt.
Dạng sóng trên tải được cho như hình sau: Với là góc kích của SCR.

GVHD:Thầy Hồ Văn Thới
7

SVTH:Lê Văn Thống
Nguyễn Thành Vĩ


CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN
Sau đây là dạng sóng toàn kì một pha tải cảm R_L, trong trường hợp tải trở thì điện
áp tải gián đoạn còn tải R_L thì không còn gián đoạn nữa.

Hình 1.1.3. Dạng sóng một pha toàn chu kì với tải trở

GVHD:Thầy Hồ Văn Thới
8

SVTH:Lê Văn Thống
Nguyễn Thành Vĩ


CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN

Hình 1.1.4. Dạng sóng toàn kì một pha tải cảm R_L

Hình 1.1.5.. Thời gian điều khiển đóng cắt một pha.
Hình a. Thời gian đóng cắt của linh kiện.
Hình b. Biểu đồ hệ số công suất
Điện áp ngõ ra có công thức:

Điện áp tức thời.

Hệ số công suất (Power factor)

2.2. Biến tần trực tiếp ba pha.

GVHD:Thầy Hồ Văn Thới
9

SVTH:Lê Văn Thống
Nguyễn Thành Vĩ


CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN

Ta có các dạng mạch của biến tần trực tiếp ba pha mắc như các hình dưới đây

GVHD:Thầy Hồ Văn Thới

SVTH:Lê Văn Thống
10
Nguyễn Thành Vĩ


CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN

Hình 1.1.6.Sơ đồ mạch điện áp ba pha AC
Trong hình a và b ta thấy sơ đồ mạch ba pha điều khiển các pha độc lập nhau rất
đơn giản. Trong hình a chịu dòng và áp một pha trên một đường, trong khi hình b thì
chịu dòng trên một đường và áp trên một đường, hệ số công suất trong hình b thì
không cao, góc điều khiển của cả hai mô hình a và b biến đổi từ 0 đến 180 độ với tải R.
Trong hình c và d cho mô hình ba pha ba mạch và khó điều khiển. Cả hai mô hình
trong mỗi pha có hai SCR, một trong mỗi pha phải luôn luôn dẫn để điều phối dòng

GVHD:Thầy Hồ Văn Thới

SVTH:Lê Văn Thống
11
Nguyễn Thành Vĩ


CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN
giữa tải và nguồn. Trong hình e và f thì tải lại ở giữa nguồn và bộ biến đổi, ở đây dòng
có thể chuyển đổi giữa hai dây nếu như có một SCR dẫn, xong mỗi SCR dẫn đều có
một xung kích khác nhau. Sóng điện áp và dòng gần giống như là của hình b. Hình f
thì chỉ có ba SCR và ngay khi chúng dẫn thì nguồn sẽ được nối ngay với tải và mỗi
SCR dẫn trong 120 độ. Mô hình f thì ít được sử dụng nhưng nó có dòng lớn và như
trong trường hợp điều khiển một pha thì ta có thể thay thế sáu SCR bằng ba SCR và ba
điốt. Trong hình g và h thì tải đấu hình sao và tam giác, hạn chế lớn nhất của hai mô
hình là điện áp ra có nhiều hài, đặc biệt là hài bậc hai bỡi tính không đối xứng.
2.3. Biến tần trực tiếp một pha vào một pha ra(SISO).
Trái ngược với sự điều khiển điện áp AC tại tần số không đổi đã được bàn luận
nhiều. Bộ biến tần trực tiếp hoạt động như bộ biến đổi AC/AC có tần số biến đổi kèm
theo nhưng đặc tính của nó. Nguyên lí của bộ chuyển đổi được xây dựng trên dạng
sóng điện áp, từ sự gián đoạn điện áp từng khúc của sóng điện áp của nguồn AC tần số
cao và được phát minh từ năm 1920.Bộ nghịch lưu thủy ngân đã được dùng trong các
bộ chỉnh lưu ở Đức năm 1930 với nguồn 1 pha tần số 16. 2/3 Hz, trực tiếp kéo tải từ
nguồn ba pha tần số 50 Hz. Trong khi đó bộ biến tần trực tiếp dùng 18 Thyratrons cung
cấp 400 Hp tải đã hoạt động trong một vài năm như các mô hình phụ tải ở Mỹ. Tuy
nhiên, thực tế và sử dụng có ích là hai vấn đề khác nhau mà phải đợi mãi tới khi SCR
ra đời năm 1960. Dưới đây là mô hình sử dụng SCR:

Hình 1.1.7 : Cấu trúc bộ biến tần trực tiếp một pha AC/AC
GVHD:Thầy Hồ Văn Thới

SVTH:Lê Văn Thống
12
Nguyễn Thành Vĩ


CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN
a)Mạch công suất của biến tần trực tiếp dạng cầu một pha
b) Mạch thay thế tương đương đơn giản hóa.
Với sự hiểu biết và sử dụng rộng rãi của SCR công suất và sự điều khiển bằng vi
mạch điện tử, bộ biến tần trực tiếp ngày này đã thực sự là bộ biến đổi hoàn thiện cho
nguồn công suất có tốc độ chậm. Sự biến đổi điện áp và biến đổi tần số (VVVF) được
sử dụng trong các hệ thống cần có sự điều khiển chính xác và ổn định như trong các hệ
thống cán thép và hệ thống chế tạo tàu thủy của hải quân, hệ thống dây chuyền sản xuất
da dày…
Biến tần trực tiếp dần dần được thay thế bỡi bộ chuyển đổi khác vì với những đặc
tính của nó không thực tế và có những hạn chế không giống như bộ biến đổi SCR và
được thay thế dần. Tại vì SCR có những hạn chế như nhu cầu về thời gian đóng cắt
không đáp ứng, tần số hoạt động thấp, thời gian dV/dt và độ nhạy của SCR còn thấp.
Hạn chế chính của biến tần trực tiếp là dải hoạt động tần số có hiệu quả hẹp, độ biến
đổi ngõ vào trên ngõ ra có điện áp thấp.

GVHD:Thầy Hồ Văn Thới

SVTH:Lê Văn Thống
13
Nguyễn Thành Vĩ


CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN

Hình 1.1.8. Dạng sóng ngõ vào và ngõ ra của bộ biến tần trực tiếp tải trở tần
số 50- 16.2/3 Hz.

Hình 1.1.9. Dạng sóng biến tần trực tiếp một pha vào một pha ra tần số 50/10
Hz với tải trở. Hình a Dạng sóng điện áp tải và dòng tải, Hình b Dạng sóng dòng
công suất biến đổi.
Tuy ít khi được sử dụng, nhưng biến tần trực tiếp dạng SISO thì có ích để giải
thích cho những nguyên lí phức tạp hơn.
2.4. Biến tần trực tiếp ba pha vào một pha ra (TISO)

GVHD:Thầy Hồ Văn Thới

SVTH:Lê Văn Thống
14
Nguyễn Thành Vĩ


CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN

Hình 1.2.1. Biến tần trực tiếp ba pha nửa sóng cung cấp một pha tải

GVHD:Thầy Hồ Văn Thới

SVTH:Lê Văn Thống
15
Nguyễn Thành Vĩ


CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN

Hình 1.2.2. Dạng sóng biến tần trực tiếp ba pha nửa sóng với dòng tuần hoàn
Trong hình 9 cho thấy sơ đồ của mạch điều khiển biến tần trực tiếp ba pha nửa
sóng cung cấp một pha tải. Nguyên lí điều khiển giống như điều khiển một pha. Hình
10 cho thấy dạng sóng đặc trưng của mạch có chỉ số đập mạch bằng p = 3 với dòng
điện liên tục. Mỗi bộ chuyển đổi quản lí với sự chỉnh lưu và cách thức tạo ra áp tải và
hai bộ chuyển đổi để giảm độ gợn sóng trong quá trình điều khiển. Dạng sóng cơ bản
sinh ra ở hai bộ chuyển đổi là giống nhau, điện áp sinh ra khác nhau giữu điện áp bộ
biến đổi và điện áp sinh ra bỡi độ tự cảm( thường không đáng kể với mạch điện trở) là
dòng liên tục.

2.5. Biến tần đường bao ( Matrix cyclyconverter)
Dạng sóng của bộ biến tần này là đường bao của các sóng vào nên nó có tên là biến
tần đường bao. Có thể điều khiển bộ biến tần này sao cho các tình trạng dẫn hoàn toàn
như các điốt, việc điều khiển các tiristo được tiến hành trong khoảng nửa chu kì làm
việc. Ta nhận thấy mạch điều khiển cần thiết để tổng hợp đầu ra đơn giản hơn các đơn
GVHD:Thầy Hồ Văn Thới

SVTH:Lê Văn Thống
16
Nguyễn Thành Vĩ


CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN
giản hơn bộ biến tần điều khiển pha như trình bày các phần trên. Tuy nhiên nó cũng có
một vài hạn chế, vì sóng ra có xu hướng trở nên hình chữ nhật nên xuất hiện điều hòa
bậc cao. Tỷ số tần số ra trên tần số vào không thay đổi một cách tùy ý mà phải là số
nguyên. Một tải có hệ số công suất chậm sau hay vượt trước, tùy theo từng khoảng thời
gian phải cho nhóm làm việc ở chế độ chỉnh lưu sau đó ở chế độ nghịch lưu với hế cố
công suất tải bằng 1 hay gần bằng 1. Nếu mỗi nhóm bộ biến đổi sáu nửa chu kì với các
điện áp pha khác nhau có thể chuyển mạch các pha một cách tự nhiên để có tỷ số tần số

3/1 khi đó sóng ra gần sin hơn.

GVHD:Thầy Hồ Văn Thới

SVTH:Lê Văn Thống
17
Nguyễn Thành Vĩ


CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN
Hình 1.2.3. Dạng sóng điện áp tải biến tần trực tiếp đường bao sáu pha.

GVHD:Thầy Hồ Văn Thới

SVTH:Lê Văn Thống
18
Nguyễn Thành Vĩ


CHƯƠNG 2: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH

CHƯƠNG 2: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH
1.IC 555
-IC 555 là một loại linh kiện khá là phổ biến bây giờ với việc dễ dàng tạo được xung
vuông và có thể thay đổi tần số tùy thích, với sơ đồ mạch đơn giản,điều chế được độ
rộng xung. Nó được ứng dụng hầu hết vào các mạch tạo xung đóng cắt hay là những
mạch dao động khác. Đây là linh kiện của hãng CMOS sản xuất .

Hình 2.1.1. IC 555
Các thông số cơ bản của IC 555:

+ Điện áp đầu vào : 2 - 18V ( Tùy từng loại của 555 : LM555, NE555, NE7555..)
+ Dòng điện cung cấp : 6mA - 15mA
+ Điện áp logic ở mức cao : 0.5 - 15V
+ Điện áp logic ở mức thấp : 0.03 - 0.06V
+ Công suất lớn nhất là : 600mW
* Các chức năng của 555:
+ Là thiết bị tạo xung chính xác
+ Máy phát xung
+ Điều chế được độ rộng xung (PWM)
+ Điều chế vị trí xung (PPM) (Hay dùng trong thu phát hồng ngoại)
GVHD:Thầy Hồ Văn Thới

SVTH:Lê Văn Thống
19
Nguyễn Thành Vĩ


CHƯƠNG 2: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH
Sơ đồ chân IC555:

Hình 2.1.2. Sơ đồ chân IC 555
+ Chân số 1(GND): cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân còn gọi là chân
chung.
+ Chân số 2(TRIGGER): Đây là chân đầu vào thấp hơn điện áp so sánh và được dùng
như 1 chân chốt hay ngõ vào của 1 tần so áp.Mạch so sánh ở đây dùng các transitor
PNP với mức điện áp chuẩn là 2/3Vcc.
+ Chân số 3(OUTPUT): Chân này là chân dùng để lấy tín hiệu ra logic. Trạng thái của
tín hiệu ra được xác định theo mức 0 và 1. 1 ở đây là mức cao nó tương ứng với gần
bằng Vcc nếu (PWM=100%) và mức 0 tương đương với 0V nhưng mà trong thực tế
mức 0 này ko được 0V mà nó trong khoảng từ (0.35 ->0.75V) .

+ Chân số 4(RESET): Dùng lập định mức trạng thái ra. Khi chân số 4 nối masse thì
ngõ ra ở mức thấp. Còn khi chân 4 nối vào mức áp cao thì trạng thái ngõ ra tùy theo
mức áp trên chân 2 và 6.Nhưng mà trong mạch để tạo được dao động thường hay nối
chân này lên VCC.
+ Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC
555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho nối GND. Chân này
có thể không nối cũng được nhưng mà để giảm trừ nhiễu người ta thường nối chân số 5
xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF đến 0.1uF các tụ này lọc nhiễu và giữ cho
điện áp chuẩn được ổn định.
+ Chân số 6(THRESHOLD) : là một trong những chân đầu vào so sánh điện áp khác
và cũng được dùng như 1 chân chốt.
GVHD:Thầy Hồ Văn Thới

SVTH:Lê Văn Thống
20
Nguyễn Thành Vĩ


CHƯƠNG 2: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH
+ Chân số 7(DISCHAGER) : có thể xem chân này như 1 khóa điện tử và chịu điều
khiển bỡi tầng logic của chân 3 .Khi chân 3 ở mức áp thấp thì khóa này đóng lại.ngược
lại thì nó mở ra. Chân 7 tự nạp xả điện cho 1 mạch R-C lúc IC 555 dùng như 1 tầng
dao động .
+ Chân số 8 (Vcc): Không cần nói cũng bít đó là chân cung cấp áp và dòng cho IC
hoạt động. Không có chân này coi như IC chết. Nó được cấp điện áp từ 2V -->18V
(Tùy từng loại 555 thấp nhất là con NE7555)
Cấu tạo bên trong và nguyên tắc hoạt động:

-Cấu tạo:

Hình 2.1.3. cấu tạo bên trong ic 555
Nhìn trên sơ đồ cấu tạo trên ta thấy cấu trúc của 555 gồm : 2 con OPAM, 3 con điện
trở, 1 transitor, 1 FF ( ở đây là FF RS):
- 2 OP-amp có tác dụng so sánh điện áp
- Transistor để xả điện.
- Bên trong gồm 3 điện trở mắc nối tiếp chia điện áp VCC thành 3 phần. Cấu tạo này
tạo nên điện áp chuẩn. Điện áp 1/3 VCC nối vào chân dương của Op-amp 1 và điện áp
GVHD:Thầy Hồ Văn Thới

SVTH:Lê Văn Thống
21
Nguyễn Thành Vĩ


CHƯƠNG 2: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH
2/3 VCC nối vào chân âm của Op-amp 2. Khi điện áp ở chân 2 nhỏ hơn 1/3 VCC, chân
S = [1] và FF được kích. Khi điện áp ở chân 6 lớn hơn 2/3 VCC, chân R của FF = [1]
và FF được reset.
-Nguyên tắc hoạt động:

Hình 2.1.4 Nguyên tắc hoạt động IC 555
Ở trên mạch trên ta bít là H là ỏ mức cao và nó gần bằng Vcc và L là mức thấp và nó
bằng 0V. Sử dụng pác FF - RS
Khi S = [1] thì Q = [1] và = Q- = [ 0].
Sau đó, khi S = [0] thì Q = [1] và =Q- = [0].
Khi R = [1] thì = [1] và Q = [0].
Khi S = [1] thì Q = [1] và khi R = [1] thì Q = [0] bởi vì Q-= [1], transisitor mở dẫn, cực
C nối đất. Cho nên điện áp không nạp vào tụ C, điện áp ở chân 6 không vượt quá V2.
Do lối ra của Op-amp 2 ở mức 0, FF không reset.
Khi mới đóng mạch, tụ C nạp qua Ra, Rb, với thời hằng (Ra+Rb)C.

* Tụ C nạp từ điện Áp 0V -> Vcc/3:
- Lúc này V+1(V+ của Opamp1) > V-1. Do đó O1 (ngõ ra của Opamp1) có mức logic
1(H).
- V+2 < V-2 (V-2 = 2Vcc/3) . Do đó O2 = 0(L).
- R = 0, S = 1 --> Q = 1, /Q (Q đảo) = 0.
GVHD:Thầy Hồ Văn Thới

SVTH:Lê Văn Thống
22
Nguyễn Thành Vĩ


CHƯƠNG 2: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH
- Q = 1 --> Ngõ ra = 1.
- /Q = 0 --> Transistor hồi tiếp không dẫn.
* Tụ C tiếp tụ nạp từ điện áp Vcc/3 -> 2Vcc/3:
- Lúc này, V+1 < V-1. Do đó O1 = 0.
- V+2 < V-2. Do đó O2 = 0.
- R = 0, S = 0 --> Q, /Q sẽ giứ trạng thái trước đó (Q=1, /Q=0).
- Transistor vẫn ko dẫn !
* Tụ C nạp qua ngưỡng 2Vcc/3:
- Lúc này, V+1 < V-1. Do đó O1 = 0.
- V+2 > V-2. Do đó O2 = 1.
- R = 1, S = 0 --> Q=0, /Q = 1.
- Q = 0 --> Ngõ ra đảo trạng thái = 0.
- /Q = 1 --> Transistor dẫn, điện áp trên chân 7 xuống 0V !
- Tụ C xả qua Rb. Với thời hằng Rb.C
- Điện áp trên tụ C giảm xuống do tụ C xả, làm cho điện áp tụ C
nhảy xuống dưới 2Vcc/3.
* Tụ C tiếp tục "XẢ" từ điện áp 2Vcc/3 --> Vcc/3:

- Lúc này, V+1 < V-1. Do đó O1 = 0.
- V+2 < V-2. Do đó O2 = 0.
- R = 0, S = 0 --> Q, /Q sẽ giứ trạng thái trước đó (Q=0, /Q=1).
- Transistor vẫn dẫn !
* Tụ C xả qua ngưỡng Vcc/3:
- Lúc này V+1 > V-1. Do đó O1 = 1.
- V+2 < V-2 (V-2 = 2Vcc/3) . Do đó O2 = 0.
- R = 0, S = 1 --> Q = 1, /Q (Q đảo) = 0.
- Q = 1 --> Ngõ ra = 1.
- /Q = 0 --> Transistor không dẫn -> chân 7 không = 0V nữa và
GVHD:Thầy Hồ Văn Thới

SVTH:Lê Văn Thống
23
Nguyễn Thành Vĩ


CHƯƠNG 2: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH
tụ C lại được nạp điện với điện áp ban đầu là Vcc/3.
Nói tóm lại các bạn cứ nên hiểu là :
Trong quá trình hoạt động bình thường của 555, điện áp trên tụ C chỉ dao động quanh
điện áp Vcc/3 -> 2Vcc/3. (Xem dường đặc tính tụ điện phóng nạp ở trên)
- Khi nạp điện, tụ C nạp điện với điện áp ban đầu là Vcc/3, và kết thúc nạp ở thời điểm
điện áp trên C bằng 2Vcc/3.Nạp điện với thời hằng là (Ra+Rb)C.
- Khi xả điện, tụ C xả điện với điện áp ban đầu là 2Vcc/3, và kết thúc xả ở thời điểm
điện áp trên C bằng Vcc/3. Xả điện với thời hằng là Rb.C.
- Thời gian mức 1 ở ngõ ra chính là thời gian nạp điện, mức 0 là xả điện.
Công thức tính tần số điều chế độ rộng xung của 555:

Hình 2.1.5. Điều chế độ rộng xung

Nhìn vào sơ đồ mạch trên ta có công thức tính tần số , độ rộng xung.
+ Tần số của tín hiệu đầu ra là :
f = 1/(ln2.C.(R1 + 2R2))
+ Chu kì của tín hiệu đầu ra : t = 1/f
+ Thời gian xung ở mức H (1) trong một chu kì :

GVHD:Thầy Hồ Văn Thới

SVTH:Lê Văn Thống
24
Nguyễn Thành Vĩ


CHƯƠNG 2: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH

t1 = ln2 .(R1 + R2).C
+ Thời gian xung ở mức L (0) trong 1 chu kì :
t2 = ln2.R2.C
-NHư vậy trên là công thức tổng quát của 555. Tôi lấy 1 ví dụ nhỏ là : để tạo được
xung dao động là f = 1.5Hz . Đầu tiên tôi cứ chọn hai giá trị đặc trưng là R1 và C2 sau
đó ta tính được R1. Theo cách tính toán trên thì ta chọn : C = 10nF, R1 =33k --> R2 =
33k (Tính toán theo công thức)
2.IC 4017
Sơ đồ chân:

Hình 2.1.6 Sơ đồ chân IC 4017
-

IC đếm thập phân 4017 có 10 ngõ ra ở mức cao.
IC 4017 có 10 ngõ ra ở mức cao liên tục nhau như hình dưới đây:

GVHD:Thầy Hồ Văn Thới

SVTH:Lê Văn Thống
25
Nguyễn Thành Vĩ