Chuong3 TBD HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

Chương 3

CÁC BỘ BIẾN ĐỔI

Các đại lượng
xoay chiều
f, u3, f2

một chiều

Bộ băm điện áp

trực tiếp
hoặc gián tiếp

Bộ biến tần

Bộ điều chỉnh
điện áp xoay chiều

Nguồn điện do các nhà máy điện sản xuất ra có dạng hình sin với trị số điện áp và
tần số nhất định (thường là 50Hz). Các động cơ truyền động cho máy sản xuất lại có yêu cầu
khác nhau về nguồn điện cấp. Do vậy, như mục 1.1 trong chương 1, trong sơ đồ khối của
một hệ truyền động điện phải có bộ biến đổi.
Các bộ biến đổi (BBĐ) dùng để biến đổi các đại lượng điện của nguồn điện ở đầu
vào thành các đại lượng ở đầu ra sao cho phù hợp với yêu cầu cấp điện của động cơ điện.
Bộ biến đổi là một khâu quan trọng trong một hệ truyền động điện vì khả năng và
chất lượng điều chỉnh các chế độ làm việc của động cơ điện cũng như máy sản xuất được
quyết định bởi BBĐ. Hình 3-1 biểu thị sơ đồ tổng thể về vai trò, tác dụng của các bộ biến
đổi.
Bộ chỉnh lưu

có điều khiển
Các đại lượng
Máy biến áp
Các đại lượng
Các đại lượng
hoặc không ĐK
xoay chiều
xoay chiều
một chiều
Nghịch lưu độc lập
(tăng, giảm
f, u1
f, u2
I 1 , U1
hoặc phụ thuộc
áp) áp

Các đại lượng
một chiều
I 2 , U2

Hình 3-1. Vai trò, tác dụng của các bộ biến đổi

Các BBĐ dùng để biến đổi nguồn (nguồn áp, nguồn dòng), loại dòng điện (xoay
chiều, một chiều), tần số, số pha, mức (điện áp, dòng điện)...
3.1. BỘ CHỈNH LƯU

D1

D

u2∼ Zpt

u1∼

u1∼

u2

c

b

u2∼

u2 a
∼

Zpt
D2

u

D2

u2∼

u1∼

b)

∼

D1

Zpt

∼ 22∼

a)
a

u21

D3
o d)

D4
D1

D6
D3

u2

D2
D5

D1

D2

D3
Zpt

c)

c

b

D4

Zpt

∼

a

T1

e)
Hình 3-2. Sơ đồ nguyên lý của mạch chỉnh lưu

c

b
T2

T3

Zpt

o f)

Bộ chỉnh lưu dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều. Bộ
chỉnh lưu có các loại: Chỉnh lưu không điều khiển (hình 3-2a, b, c, d, e) và chỉnh lưu có điều

- 24 -


khiển (hình 3-2f); Chỉnh lưu nửa chu kỳ (hình 3-2a), chỉnh lưu hai nửa chu kỳ (hình 3-2b),
chỉnh lưu cầu (hình 3-2c, e), chỉnh lưu hình tia ( hình 3-2d, f)...; Chỉnh lưu một pha (hình 32a, b, c), chỉnh lưu ba pha (hình 3-2d, e, f)... Trong chỉnh lưu không điều khiển thường dùng
diode, chỉnh lưu có điều khiển thường dùng thyristor.
Giá trị và dạng của điện áp và dòng điện chỉnh lưu phụ thuộc vào tính chất của tải và
dạng chỉnh lưu.
3.1.1. Chỉnh lưu không điều khiển
Mắc một diode giữa nguồn xoay chiều và phụ tải thì diode chỉ cho dòng điện chạy
qua tải ở nửa chu kỳ mà nguồn phân áp thuận cho diode, diode khoá ở nửa chu kỳ tiếp theo
khi bị phân áp ngược. Khi được phân áp thuận, diode thông, dẫn dòng và trị số của dòng
điện phụ thuộc vào điện áp nguồn và tổng trở phụ tải. Bảng 3-1 (chúng tôi tóm tắt từ giáo
trình Điện tử công suất) cho biết sơ đồ nối điện của các sơ đồ chỉnh lưu, dạng và trị số trung
bình của dòng điện và điện áp chỉnh lưu trên tải, điện áp ngược cực đại trên các diode...
Trong bảng 3-1: Ittb, Uttb – Giá trị trung bình của dòng điện và điện áp một chiều trên
phụ tải; U2 – Giá trị hiệu dụng của điện áp thứ cấp của máy biến áp nguồn; U ngmax - Điện áp
ngược cực đại đặt lên 1 diode; I 2 – Giá trị hiệu dụng của dòng điện ở cuộn thứ cấp của máy
biến áp nguồn; SBA – Công suất của MBA nguồn; P 0 – Công suất một chiều của phụ tải.
Dạng và giá trị của dòng điện một chiều trên tải phụ thuộc rất nhiều vào tính chất của
tải: Tải thuần trở (đèn sợi đốt, lò điện trở, bếp điện...); Tải có tính chất cảm (cuộn dây rơ le,
công tắc tơ, li hợp, cuộn kháng...); Tải R – E (bộ nạp ắc quy, bể điện phân...); Tải R–L–E

(Động cơ điện....)
Ngoài ra, chúng tôi xin đưa thêm dạng của điện áp ngược trên các diode (so với điện
áp nguồn và điện áp chỉnh lưu) trong một số trường hợp.
u2
π

0

ut, i

t
ω
t

b)

t
ω
t

c)

θ
uAC

ut,
Ei
π
θ1 θ2
uA

t
ωt

θ
2

1

t

t
ωt
uD1, iD1

a)

t
ωt

t
ω
t

C

Hình 3-4. Chỉnh lưu 1pha
nửa chu kỳ tải R-L

Hình 3-3. Chình lưu 1pha

nửa chu kỳ tải R

u2

2π

- 25 -

Hình 3-6. Chỉnh lưu 2 nửa
CK hình tia tải R

c)

a)

ωt

uAC

t
ω
t

t

b)

2π

c)

ut, i

π

uD2, iD2

0

u2

ωt

a)

b)

u2

t
ωt

2π

t
ωt
t
ωt

Hình 3-5. CL nửa CK tải R-E

Bảng 3-1. Sơ đồ, dạng chỉnh lưu của điện áp và dòng điện trên tải và các thông số điển hình của CL không điều khiển

Chỉnh lưu 1 pha
nửa chu kỳ

Chỉnh lưu 1 pha
2 nửa chu kỳ
D1

D

u∼

Chỉnh lưu 1 pha
sơ đồ cầu

u∼
Zt

Ut

O

u∼

Zt

u∼

D2

ut

u∼

ut, i

E

ut, i
t
ωt

D1

D1

a

bu

c
2∼

D2

D3

u2∼

b
u2∼

u2∼

o

D1

u∼
u∼
ut

Zt

c

u2∼

D3

a

D3

D5
Zt

b

D4

D6

D2

D3

D5

ut

c

o
D1
E

D1

Zt

D2

Dạng của
ut, i sau CL
Tải thuần
trở

D4
Zt

O

D3

u2∼

Chỉnh lưu 3 pha
sơ đồ cầu

ut

D1
E

a

Zt

D2

u∼

D1

D2

ut

u∼

Sơ đồ

D4

Chỉnh lưu 3 pha một nửa
chu kỳ (hình tia 3 pha)

D2

D3

Zt

ut

a

E

b

u∼
D4

D6

ut, i

3
t
1

D2

c Zut
t

ut

ut, i
t
ωt

t
ω
t

ut, i
L M
π/6
π/6

5π/6

N

P

9π/6

13π/6

t
ωt

π/6 3π/6 5π/6

2

- 26 -

t
ωt


ut, i

Tải R – L

ut, i
t

θ2

Tải R – E

t
ωt

ωt

θ1

ut, i

t

ωt

ut, i
ut, i

ut, i

ut, i

E

E
θ1 θ2

π

2π

ωt

t

t
ωt

π/6 5π/6 9π/6

E

ωt
t

N1

E

ut,

ut, i
θ1

ω
t

θ2

Ittb

t

t
ωt

m
Uttb

1

2

π

π

1
1
2U 2sinθdθ Uttb= ∫ 2U 2sinθ dθ
Uttb=
∫
2π 0
π0
2U 2 ≈ 0,45U2
π
λ

Tải R – L

1
Uttb= ∫ 2U 2 sin θdθ
2π 0

=

t
ωt

t
ωt

ωt

i

=

u2
E π/6

i

Tải R-L-E

Tải R

ut, i

t
ωt

2U 2

(1 − cosλ)
2π

=

2 2U 2
≈ 0,9U2
π
2 2U 2
π
≈ 0,9U2

Uttb =

2
2 2U 2
Uttb =
π
≈ 0,9U2

2 2U 2
π
≈ 0,9U2

Uttb =

3

1
Uttb =

2π / 3

5π / 6

N2

ut,
i

1
3π/6 5π/6

2

t
ωt

ut
u
∼
D6
D
4

t
ωt

ut,
i
i

I
ut ttb

6
3π / 6

1
∫π / 6 2U 2sinθdθ UDDttb5= 2π / 6 π∫/ 6 6U 2cos(θ − π / 3)dθ
3 6U 2
3 6U 2
1
=
≈ 1,17U2
=
≈ 2,34U2
Zt
2π
π
D
3

D
2

c
b
a

- 27 -

3t

u
∼
ut


D
4

D5
D
1

Utb =
2 U2
2π

[ 2 cos θ

1

2 U2

− (π − 2 θ 1)sin θ 1 ]

=
Tải R – E

Uttb =

π

=

[ 2 cos θ

1

Uttb =
2 U2

− (π − 2 θ 1)sin θ 1 ]

π

2U 2
[ 2cos θ 1− ωτ sin θ 1 ] =
π

2U 2
[ 2cos θ 1 − ω τ sin θ 1 ]
 cos θ τ

2π
= 2 2U 2  1 − sin θ 1 
 π T

 cosθ 1 τ

− sin θ 1 

= 2U 2 
T
 π


[ 2 cos θ

1

− (π − 2 θ 1)sin θ 1 ]

2U 2
[ 2cos θ 1− ω τ sin θ 1 ]
π

 cos θ 1 τ

− sin θ 1 
= 2 2U 2 
π
T



Khi E <

Zt
D

2U 2

:
2

3

3 6U 2
Uttb=
≈ 1,17U2
2π

Khi E >

2U 2
2

D

Uttb=

2

:

 cosθ 1 τ

− sin θ 1 
Uttb = 3 2U 2 
π
T




Ittb
U ttb
U
2 2U 2
Ittb = ttb =
R
R
πR
0,45U
2U 2 ≈
0,9U 2
2
Tải R
=
≈
R
πR
R
Tải R – L
U
2U 2
2 2U 2 0,9U 2
Ittb = ttb =
≈
(1 − cosλ ) Ittb=
R
R
2π R

πR

2 2U 2
πR
0,9U 2
≈
R
0,9U 2
2 2U 2
Ittb=
≈
R
πR

Tải R – E

1 2 2U 2sinθ − E
dθ
Ittb= π ∫
R
θ1

Ittb =

θ

1 2 2U 2sinθ − E
dθ
Ittb= 2π ∫
R

θ1

=

2 U2
2π R

[ 2 cos θ

θ

1 2 2U 2sinθ − E
dθ
Ittb= π ∫
R
θ1

− ( π − 2 θ 1)sin θ 1 ] =
1

2U 2
[ 2cos θ 1 − ω τ sin θ 1 ]
2π R
2U 2  cosθ 1 τ

− sin θ 1 
=

R  π
T



=

Ittb =

2 U2
πR

[ 2 cos θ − (π − 2 θ )sin θ ] Ittb=
1

1

1

Ittb =

πR

2U 2
:
2

3π / 6

1
6U 2cos(θ − π / 3)dθ
2π / 6 π∫/ 6
= 3 6U 2 ≈ 2,34U2

π

u
∼
u
E U ttb 3 6U
2,34U 2
2
Ittb
=
≈
ut =
R
R
πR
Zt
D
3

D
2

θ

2 U2

3 6U 2 1,17U 2
≈
R
2πR

c
b
a

Khi E <

Khi E <
5π / 6

[ 2 cos θ − (π − 2 θ )sin θ ]
1

1

2U 2
:
2

1

2U 2sinθ − E
1
dθ
Ittb=
∫
2π / 3 π / 6
R

U E

3 6U 2 E
2U 2
2U 2
Itb=
− ≈1,17 2 =
[ 2cos θ 1 − ω τ sin θ 1 ] =
[ 2cos θ1 − ωτ sin θ1 ]
R R
2πR
R
πR
πR
2U 2
Khi E >
:
2 2U 2  cosθ 1 τ
 2 2U 2  cosθ 1 τ

− sin θ 1  =
− sin θ 1 
=
2


R  π
T
R  π
T
θ



2U sinθ − E
1
2

Ittb =

2π / 3 θ∫1

Ittb =

3 2U 2  cosθ 1 τ

− sin θ 1 
R  π
T


2

R

dθ

c
a
o

1
D

Ittb =
2π / 6
1

ut
Zt
D
3

D
2

c
a
o

D
- 28 -

Khi E <

1

ut
t

3π / 6

2U 2
:

2

2U 2sinθ − E
dθ
R
π /6
U −E
= ttb
R

∫


ut

ωt

E
ut

O

D
UngmaxD

2

Tải R

Ungmax = 2 U2

Ungmax = 2 2U 2

Ungmax = 2 U2

Ungmax = 6U 2

Tải R-L

Ungmax = 2 U2

Ungmax = 2 2U 2

Ungmax = 2 U2

Ungmax = 6U 2

Ungmax = 2 U2 + E Ungmax = 2 2U 2

Ungmax = 2 U2

Tải R-E
I2 (BA)

1  2U 2 sin θ 
I2= ∫ 
÷÷ dθ
2π 0 
R


=
I1 (BA)
= I2/k
S1

S2

S +S
S= 1 2
2
I2/Ittb
S/Pt

2

π

U2
πI
= ttb
2R
2
I
I1 = 1,21 ttb
k

2

1  2U 2 sin θ 

I2= ∫ 
÷ dθ
2π 0 
R ÷
π

=

πI
U
I2 = 2 = ttb
2 2
R

1
I2 =
2π

5 π /6

∫

πI ttb
I1 =
2 2k

I1 =

I ttb 2dθ

π /6

2I ttb
3k

1, 21πU ttb I ttb
π2
π2
S1=U1I1=
S1=U1I1 =
UttbIttb S1 = U1I1 =
UttbIttb S1 = 3U1I1 = 3 2πU ttb 2Ittb
2
8
8
3 6.3
≈ 2,69UttbIttb
≈ 1,23UttbIttb
≈ 1,23UttbIttb
≈ 1,21UttbIttb
2
2
2
2πU ttb I ttb
π U ttb I ttb
π U ttb I ttb
π U ttb I ttb
S2 = U2I2 =
S2 =3U2I2 = 3
S2=2U2I2=

S2 = U2I2 =
3 6 3
8
2 2
4 2
≈ 1,23UttbIttb
≈ 1,48UttbIttb
≈ 3,49UttbIttb
≈ 1,74UttbIttb
S ≈ 1,48UttbIttb
S ≈ 1,23UttbIttb
S ≈ 1,345UttbIttb
S ≈ 3,09 UttbIttb
= 1,34P t
= 1,48Pt
= 1,23Pt
= 3,09Pt
0,58
1,57
0,78
1,11

3,09

1,48

1,23

1,34

u∼
D
1

Ungmax = 6U 2

Zt
D

Ungmax = 6U 2

D
3

D

1
I2 =
π

2 π /3

∫

Ittb 2dθ =

0

2
I ttb

3

2

u∼
Zt
D

I1 =

I2
=
k

2 I ttb
3 k

1

E
πU ttb I ttb 2
ut S1 =3U1I1 = 3
3 6. 3
D
≈ 1,047U I

ttb ttb

4

D

S2 = 3U2I2 = S1
≈ 1,047UttbIttb

3

D
2

u∼
Zt
D
1

ut
- 29 -

Ungmax = 6U 2

4

I ttb
=
3

U2
πI
= ttb
2R

4
πI ttb
I1 =
2 2k

Ungmax = 6U 2

u∼

O

D
2

S ≈ 1,047UttbIttb
= 1,047P t
0,82
1,05


3.1.2. Chỉnh lưu có điều khiển
Mắc một thyristor giữa nguồn và phụ tải thì dù ở nửa chu kỳ mà nguồn phân áp thuận cho
thyristor, thyristor cũng không thông và không cho dòng điện chạy từ nguồn qua phụ tải. Muốn một
thyristor thông phải có hai điều kiện: Thyristor phải được phân áp thuận và có xung điều khiển.
Thyristor bị khoá khi bị phân áp ngược hoặc dòng đang dẫn qua tiristor giảm xuống nhỏ hơn dòng
điện duy trì của nó. Khi góc mở α = 0, khoảng thông của thyristor là lớn nhất (bằng π), khi α = π,
khoảng thông của thyristor là nhỏ nhất (bằng 0). Khoảng thông của thyristor tăng thì điện áp một
chiều trung bình trên phụ tải tăng. Khi góc mở α = 0 thì thyristor dẫn dòng như một diode. Do đó ta
có thể coi chỉnh lưu không điều khiển là một trường hợp đặc biệt của chỉnh lưu có điều khiển.
Dạng của dòng điện và điện áp một chiều trên phụ tải không những phụ thuộc vào điện áp

nguồn và tính chất của phụ tải mà còn phụ thuộc vào góc mở α. Bảng 3-2 trình bày tóm lược các
dạng điều khiển dùng thyristor trong một số trường hợp.
Ngoài ra, chúng tôi xin đưa thêm một số dạng điện áp ngược đặt lên các thyristor:
t

a)

t
ωt

a)

ωt

α

t

b)

ωt

uAC

ut, i

t

c)

λ

O O’ α

uAC

Hình 3-7. Chỉnh lưu có ĐK 1pha
nửa CK tải R

t

t

b)

ωt

λ’

ωt

uAC
t
ωt

c)

ωt

t

ωt

a)

ut, i

ut, i

b)

u

u

u

t

c)

Hình 3-8. Chỉnh lưu có ĐK
1pha nửa CK tải R-L

ωt

Hình 3-9. Chỉnh lưu có ĐK
1pha nửa CK tải R-E
u2

u2

t
ωt

a)

b’)

u2
t

b)

uT1, iT1
t
ωt

b)

ωt

uT1
t
ωt

c)
uT2, iT2

uT2
t

c)

ωt

ut, i

ut, i

d)

t
ωt

d)

t
ωt

Hình 3-10a. Chỉnh lưu có ĐK
1pha 2 nửa CK
(sơ đồ có điểm giữa) tải R

uT1

c’)

t
ωt
t
ωt

uT2

d’)

t
ωt

ut, i
t
ωt

e)

e’)

t
ωt

Hình 3-10b. Chỉnh lưu có ĐK 1pha 2 nửa CK
(sơ đồ có điểm giữa) tải R-L (dòng gián đoạn và dòng liên tục)

- 30 -


Bảng 3-2. Sơ đồ, dạng chỉnh lưu của điện áp và dòng điện trên tải và các thông số điển hình của chỉnh lưu có khiển

Chỉnh lưu 1 pha
nửa chu kỳ

Chỉnh lưu 1 pha
2 nửa chu kỳ
T1

T
D

u2∼

u2∼

Zt

Ut

O

u2∼

Sơ đồ

Zt

Chỉnh lưu 1 pha
sơ đồ cầu
T4

u2∼

u2∼

O

Tải
thuần
trở

ut
T4

u2∼

a)

α

Zt

T1
ut

E

T2

Zt

T3

ut

Zt

ut

E

ut,i

ut, i

t

t

t

ωt

ωt

ωt

ut, i

t
ωt

ut,i

t

ωt

ut, i

t
ωt

- 31 -

u2∼
u2∼

a

T3

T5
Zt

b

T4

T6

T2

T3

T5

ut

c

o

c

T3

ut

b)

o

c

T3

a u2∼ b u2∼

T1

ut

ut, i
α

T2

T2

T1

T2
ut, i

T1

Zt
T1
D
E1 Z

u2∼

Chỉnh lưu 3 pha
sơ đồ cầu

T3

ut

u2∼
Dạng ut,
i sau CL

a u2∼ b

T1

T2

T2

Chỉnh lưu 3 pha
nửa chu kỳ

T1
u2∼
u2∼
T4

a

E

b

T6

T2

c Z
t

ut

ut, i

ut, i

Tải R – L

t

λ

O O’ α

ut, i
t
ωt

ωt

λ’

ut,i

ut, i

ut, i

d)

ut, i

ut, i

ωt

t

t

t

ωt

ωt

ωt

ut, i

T

T

1

T

T3
5π/6

9π/6

5

t
13π/6

T2

6

ut,i

ut, i

α

π/6

t
ωt

t

ωt

ut

ωt

ut, i
t

Tải R – E

t

ut, i

t
ωt

t
ωt

ut, i
ut, i

t

t
ωt

Tải R-LE

ωt

ut, i
t
ωt

ut, i

t
ωt

Uttb
π

Uttb=
Tải R
=

π

1
1
2U 2 sin θdθ Uttb = ∫ 2U 2sinθ dθ
∫
2π α
πα
2U 2
(1 + cosα)
2π

=

2U 2
(1 + cosα)
π

Uttb =
2U 2
(1 + cosα)
π

Dòng gián đoạn ((α > π/6):
π
1
2U 2 sin θ dθ
Uttb =
2π / 3 π / ∫6+ α
=

3 2
U 2 ( 1 + cos ( π/6 + α ) )
2π

Dòng liên tục (α < π/6):
- 32 -

Dòng gián đoạn ((α > π/6):
π
1
2U 2 sin θ dθ
Uttb=
2π / 6 π / ∫6+ α
=

3 2

U 2 ( 1 + cos ( π/6 + α ) )
π

Dòng liên tục (α < π/6):

ωt


5 π /6 + α

Uttb =
=

Tải R – L
=

1
2U 2 sin θ dθ
2π ∫α

2U 2
(cosα − cosλ )
2π

Uttb =

2 2U 2
cosα
π

Với: λ = π + α
Uttb =

Utb =
2U 2

Tải R – E

 cos α − cosθ 2 − (θ 2 − α ) sin θ 1 
2π 

=
1
2U 2 (cosα + cosθ 1) − E(π − θ 1− α ) 
2π 

Với θ1 < α < θ2

2U 2

 cos α − cosθ 2 − (θ 2 − α )sin θ 1 
π 
=

1
2U 2 (cosα + cosθ 1) − E(π − θ 1− α ) 
π

Với θ1 < α < θ2

Uttb =
2U 2
π

 cos α − cosθ 2 − (θ 2 − α )sin θ 1  =

1
2U 2 (cosα + cosθ 1) − E(π − θ 1− α )
π

Với θ1 < α < θ2

a) Dòng gián đoạn:
a) Dòng gián đoạn:
2U 2
2U 2
Uttb =
(cosα − cosλ ) Uttb =
(cosα − cosλ )
π
π
2U 2
E
E
=
cos α − cosλ − a(λ − α )
- (λ − α )
- (λ − α )
π
π

2π
Tải R-Lb) Dòng liên tục:
b) Dòng liên tục:
E
E
với a =
và α ≤ θ ≤π
2 2U 2
2 2U 2
2U 2
Uttb =
Uttb =
cosα − E
cosα − E
π
π
λ

1
Uttb = ∫ ( 2U 2 sin θ − E)dθ
2π α

[

3 6U 2
cosα ≈ 1,17U2cosα
2π

Uttb =
=

1
2π / 6

5 π /6+ α

∫

2U 2 sin θ dθ

π /6 + α

3 6U 2
cosα ≈ 1,17U2cosα
π

5π / 6+ α
a) Dòng gián đoạn: Dòng liên tục(α < π/6 không
1
2U 2 sin θ dθ
phụ thuộc vào trị số điện Uttb=
2U 2
2π / 6 π / 6∫+ α
Uttb=
(cosα − cosλ )
cảm hoặc khi α > π/6 với trị
π
3 6U 2
số điện cảm lớn)
b) Dòng liên tục:

=
cosα ≈
2U 2
π
3
6U
2 2U 2
=
(cosα − cosλ )
2
Uttb=
cosα
Uttb =
cosα
π
2,34U2cosα
2
π
π
Với: α ≤ θ ≤ λ
≈1,17U2cosα
b) Dòng liên tục:

a) Dòng gián đoạn:
λ
1
Uttb= ∫ 2U 2 sin θ dθ
πα

λ

Uttb=

1
2U 2 sin θ dθ
2π / 3 π /6∫+ α

]

- 33 -


Ittb
Tải R

Ittb=

U ttb
U t tb
2U 2
=
(1 + cosα ) Ittb=
=
R
2πR
R

2U 2
(1 + cosα )
πR

Ittb=

U tt b
R

=

2U 2
(1 + cosα )
πR

Ittb =
Ittb =

Tải R – L

Ittb
2U 2
(cosα − cosλ)
2πR

=

θ2

1
2π
=

∫
α

2U 2
(cosα − cosλ )
πR

Ittb =

b) Dòng liên tục
2 2U 2
Ittb =
cosα
πR

Ittb =

Tải R – E

 cos α − cosθ 2 − (θ 2 − α )sin θ 1 = 2  cos α − cosθ 2 − (θ 2 − α )sin θ 1
πR
2π R 
=
=
Với θ1 < α < θ2

Ittb =
2π R

Ittb =

2U 2
(cosα − cosλ )
πR

b) Dòng liên tục
2 2U 2
Ittb =
cosα
πR

θ

2U

2U 2

2U 2

a) Dòng gián đoạn

Ittb =
1 2 2U 2 sin θ − E
θ2
d
θ
I
ttb =
2U 2 sin θ − E
2U 2 sin θ − E

1
π ∫α
R
dθ
dθ =
∫
R
πα
R
=

1 
2U 2 (cosα + cosθ 1) − E( π − θ 1− α ) 
2π R 

Tải R-LE

a) Dòng gián đoạn

[ cos α − cosλ − a(λ − α )]

1
2U 2 (cosα + cosθ 1) − E(π − θ 1− α ) 
πR 

2U 2

 cos α − cosθ 2 − (θ 2 − α )sin θ 1 
πR 
=

1 
2U 2 (cosα + cosθ 1) − E(π − θ 1− α )
πR 

Với θ1 < α < θ2
Với θ1 < α < θ2
a) Dòng gián đoạn:
a) Dòng gián đoạn:
2U 2
2U 2
Ittb =
(cosα − cosλ ) Ittb =
(cosα − cosλ )
πR
πR
E
E
(λ − α )
(λ − α )
πR
πR
b) Dòng liên tục:
b) Dòng liên tục:
2 2U 2
2 2U 2
E
E
Ittb =
Ittb =

cosα −
cosα −
πR
R
πR
R

- 34 -

3 2
U 2 ( 1 + cos ( π /6 + α ) )
2π R

Ittb =

3 2
U 2 ( 1 + cos ( π /6 + α ) )
πR

3 6U 2
cosα ≈ 1,17U2cos
2π R

Ittb=

U
3 6U 2
cosα ≈ 2,34 2 cosα
R
πR

Dòng liên tục:
3 6U 2
Ittb =
cosα
2π R
1,17U 2
cosα
≈
R

Dòng liên tục:
3 6U2
Ittb =
cosα
πR
2,34U 2
cosα
≈
R


3.2. BỘ NGHỊCH LƯU
Bộ nghịch lưu là thiết bị dùng để biến đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay
chiều có tần số cố định hoặc thay đổi để cung cấp cho tải xoay chiều, làm việc độc lập, có
nghĩa là phụ tải không liên hệ trực tiếp với lưới điện. Thiết bị này có tên là là bộ nghịch lưu
độc lập, khác với nghịch lưu phụ thuộc là một trường hợp đặc biệt của chỉnh lưu có điều
khiển hai nửa chu kỳ: Các bộ nghịch lưu độc lập có các loại:
- Bộ nghịch lưu 1 pha, 3 pha.
- Bộ nghịch lưu tự kích và bộ nghịch lưu kích thích độc lập. Bộ nghịch lưu tự kích:

Tín hiệu điều khiển lấy từ điện áp ra. Bộ nghịch lưu kích thích độc lập thì có máy phát xung
riêng.
- Bộ nghịch lưu song song, bộ nghịch lưu nối tiếp...
- Bộ nghịch lưu nguồn áp, bộ nghịch lưu nguồn dòng.
Sau đây chúng tôi trình bày một số bộ nghịch lưu kể trên dưới dạng tóm lược.
3.2.1. Bộ nghịch lưu nguồn áp
Các bộ biến đổi này có thể dùng transitor hoặc thyristor.
a) Bộ nghịch lưu nguồn áp một pha

+
D1
E

K1

C

K2

Zpt

A

D4

_

D

ut, 2i

B

K4

K3

b) D3

0
-Imax

a)
ut, i

g)

E

t0

t0

φ

ωtd)

K1 K 3

D1 D 3

ik

2T t

3T/2

t2 T
φ

K1 K 3

h)

K 1 K3

K 1 K3

T/2 D D T
1
3

3T/2D D 2T
1
3

φ

c)

-E

K 2 K4

K 1 K3

K 2 K4

K 1 K3

K 1 K3

ωt
t

D 1 D3

K2 K 4

D 2 D4

t1 T/2

0

E

Imax

D 2 D4

K2 K 4

0

K 1 K3
t

K1 K 3

D 1 D3
K2 K 4

K 2 K4
D2 D 4

D 2 D4

ing
f)

iD

D D

D D

1
3
2
4

e)
0
Hình 3-11. Bộ nghịch lưu nguồn áp một pha sơ đồ cầu
và dạng của dòng điện và điện áp

0

D1 D 3

D2 D 4
K4 t

D1 D 3
t

Hình 3-11a là sơ đồ bộ nghịch lưu nguồn áp một pha kiểu sơ đồ cầu gồm 4 khoá điện tử
K1, K2, K3, K4 dùng thyristor. Nguồn một chiều được đưa vào hai đầu nối anode chung và
cathode chung và được mắc song song với tụ điện có điện dung lớn. Tụ điện này có hai nhiệm
vụ:
- Giữ cho điện áp nguồn ít bị thay đổi;

- 35 -


- Dùng để trao đổi năng lượng phản kháng với điện cảm L của tải.
Tải được nối vào đường chéo kia của cầu.
Các diode D1, D2, D3, D4 tạo thành một cầu ngược so với cầu trên dùng để thông dòng
cho tải trong khoảng thời gian dòng điện trên tải có hướng ngược chiều dẫn của các khoá
điện tử.
Đồ thị của dòng điện tải theo thời gian trong sơ đồ phụ thuộc vào tính chất của tải.

Dòng điện tải có thể chậm sau (hình 3-11b) hoặc vượt trước (hình 3-11g) điện áp tuỳ theo
tải có tính chất cảm hay có tính chất dung. Ta thấy dòng điện tải i không phải là hình sin.
Trường hợp khi tải mắc nối tiếp R-L-C có hiện tượng cộng hưởng thì dòng điện tải sẽ là hình
sin.
Trường hợp tải có tính chất cảm
Dạng dòng điện tải, dòng điện qua các khoá và diode cũng như dòng điện nguồn
được biểu diễn trên hình 3-11b, d, e, f. Hình 3-11c là các khoảng thông dẫn của các khoá và
các diode.
Điện áp trên tải có dạng xoay chiều xung hình chữ nhật, đối xứng qua gốc toạ độ, là
hàm lẻ (hình 3-11b).
Nếu khoá điện tử dùng thyristor thì chuyển mạch là cưỡng bức và sự thông mạch bị
ϕ
trễ một thời gian t 0 =
trong khi các diode mắc song song ngược dẫn ngay. Để thyristor
ω
thông một cách chắc chắn, ngay khi dòng điện i(t) trở thành dương đối với K 1, K3 (âm đối
với K2, K4) thì cần phải đặt vào cực điều khiển của chúng một chùm xung tương ứng trong
thời gian nửa chu kỳ.
Trường hợp tải có tính chất dung, dòng điện sẽ vượt trước điện áp một góc φ với thời
ϕ
gian t0 =
(hình 3-11g). Hình 3-11h là khoảng thông - dẫn của các khoá và diode.
ω
Nếu khoá điện tử dùng transistor thì việc thông – khoá chúng sẽ tự động xảy ra
nhưng phải chú ý không được để các transistor của các nhóm khoá K 1, K3 và nhóm khoá K2,
K4 cùng thông vì sẽ xảy ra ngắn mạch.
Một sơ đồ cầu khác của bộ nghịch lưu thường được sử dụng được biểu diễn trên
hình 3-12.
Trong sơ đồ này các tụ C1, C2
làm nhiệm vụ chuyển mạch. Các cặp +

L1
T2
T1 C1 _
thyristor T1, T3 và T2, T4 được thông,
+
D1
D2
khoá một cách chu kỳ, lệch pha nhau
D
D
Z
một góc π hoặc một phần hai chu kỳ
5
6
pt
E
C
(T/2). Tụ điện C cũng có hai tác dụng
D8
D7
_
như ở sơ đồ trên.
+
D
D3
4
Các cuộn kháng L1, L2 dùng để
C
L
2

T4
T3
2
hạn chế dòng điện phóng của các tụ C1, _
C2 không qua các thyristor cần khóa Các
đại lượng ra như điện áp và dòng điện u t
Hình 3-12. Sơ đồ bộ nghịch lưu nguồn áp một
và i cũng có đặc điểm như các đại lượng
pha kiểu cầu dùng tụ chuyển mạch
ra ở sơ đồ hình 3-11a.
Sơ đồ ở các hình vẽ trên là sơ đồ bộ nghịch lưu nguồn áp mắc song song.
Ngoài ra còn có bộ nghịch lưu nguồn áp mắc nối tiếp, sơ đồ như hình 3-13a. Sơ đồ sử
dụng hai thyristor T1, T2 mắc nối tiếp nhau qua cuộn cảm L có điểm giữa O’.
Hai tụ điện C1 và C2 có điện dung lớn và cùng trị số để tạo ra điện áp điểm giữa bằng
một nửa điện áp nguồn E. Các tụ C 3 và C4 làm nhiệm vụ chuyển mạch. Diode D 1, D2 là các
diode hoàn trả năng lượng. Tải được nối giữa hai điểm OO’.

- 36 -


Dạng điện áp và dòng điện trên tải ở hình 3-14b.
+

ut, i
T1

C1
E

Zpt

C0

O

L1

T2

_
a)

D1

O’

L2

C2

C3

C4

D2

E/2
t1 T/2

i

t2

T

T1

Hình 3-13. Bộ nghịch lưu nguồn áp nối tiếp

t
ωt

-E/2
D2

D1

t3

D1

T2
b)

b) Bộ nghịch lưu nguồn áp ba pha
Bộ nghịch lưu điện áp ba pha dùng để biến đổi điện áp một chiều cố định thành hệ
thống điện áp xoay chiều ba pha đối xứng có điện áp và tần số thay đổi hoặc cố định. Có thể
tạo ra bộ nghịch lưu nguồn áp ba pha nhờ ghép ba sơ đồ nghịch lưu một pha lại với nhau
nhưng dùng phổ biến nhất là sơ đồ cầu ba pha như hình 3-14a.
Sơ đồ gồm 6 bộ khoá điện tử từ K 1 đến K6 và 6 diode từ D 1 đến D6 mắc ngược chiều
với các khoá. Các diode này làm nhiệm vụ trao đổi công suất phản kháng giữa nguồn với tải.

Trên sơ đồ, tải xoay chiều ba pha có tính chất cảm và được mắc theo hình sao (ta có thể mắc
theo hình tam giác).
Các phương pháp điều khiển thông, khoá các khoá điện tử tương tự như đối với bộ
nghịch lưu nguồn áp một pha.
Để tạo ra điện áp xoay chiều ba pha lệch nhau một góc 2π/3, người ta phân phối các
xung điều khiển thông các khoá điện tử để dẫn dòng trong một phần của chu kỳ. Thông
thường cho các tiristor dẫn trong 1/2 hoặc 1/3 chu kỳ tương ứng với góc dẫn của tiristor là
π hay 2π/3. Trường hợp chúng ta xét, người ta cho xung điều khiển lần lượt mở các khoá
theo thứ tự: K 1, K2, K3, K4, K5, K6..., xung nọ cách xung kia một khoảng là T/6 (60 0 hoặc
π/3).
Hình 3-14b mô tả các khoảng thông – khoá của các khoá điện tử, ứng với góc dẫn λ
= π thì tại bất kỳ thời điểm nào cũng có ba khoá điện tử cùng dẫn và cứ 60 0 (π/3) thì có một
khoá được đổi nối (có sự chuyển mạch). Hai khoá trên cùng một nhánh nối với nguồn một chiều
không bao giờ cùng làm việc (ví dụ: K1 với K4; K3 với K6; K5 với K2).
Để xây dựng dạng sóng điện áp các pha trên tải, ta chỉ cần xây dựng điện áp một
pha, điện áp các pha còn lại lệch pha nhau một góc 120 0. Nếu gọi uAO, uBO, uCO là điện áp
giữa các điểm giữa của cầu ba pha với âm của nguồn, thì điện áp của các pha được xác định
theo các biểu thức sau:
2u AO − u BO − u CO
uA =
(3-1a)
3
Tương tự ta cũng có:
2u BO − u AO − u CO
uB =
(3-1b)
3
2u CO − u AO − u BO
uC =
(3-1c)

3
Từ các biểu thức (3-la), (3-1b), (3-1c) và giản đồ sóng ở hình 3-14c, d, e ta tổng hợp
được điện áp trên các pha trên hình 3-14f, h, i.

- 37 -


Nhìn trên hình 3-14f, h, i ta thấy: Sóng điện áp pha có dạng bậc thang gần với hình
sin, biên độ sóng điện áp bằng 2/3E, điện áp các pha B và C (u B, uC) chậm pha so với điện áp
ở pha A (uA) các góc tương ứng là 120 0 và 2400.
00 600

1800

3000

4200

5400 6000

K1
K2
K3
K4
K5
K6

b)

uAO

0

uBO

+

0

K1
E

K3

D1
A

K4

K5

D3

uCO

D5
C

B

D4

K6

K2

D6

D2

c)

1/3E

0

uA

θ

d)
θ

e)
θ

f)
0

ZB

ZA

A

ZC

C

B

ZA

ZB

θ

iA

g)
0

θ

uB

ZC

h)

a)

0

θ

uC

0

Hình 3-14. Bộ nghịch lưu nguồn áp ba pha

- 38 -

θ

i)


Dạng dòng điện, ví dụ dòng điện pha A (i A) trong trường hợp tải có tính chất cảm sẽ
chậm pha so với điện áp u A. Dòng điện iA bao gồm những đoạn đường cong tăng và giảm
theo hàm số mũ.
Với các khóa điện tử dùng transistor, việc thông – khóa thực hiện qua các xung điều
khiển đặt vào bazo, với các khóa điện tử dùng thyristor, việc khóa thyristor dùng các mạch
riêng (thường là khóa cưỡng bức). Trong sơ đồ ba pha, số khoá điện tử nhiều nên việc dùng
mạch khoá riêng cho từng khoá là cồng kềnh tốn kém nên trong thực tế thường dùng các sơ
đồ khoá theo từng pha một (hình 3-15) hoặc khoá theo nhóm (hình 3-16).
+

+
T1

E

C1

D1

L1

_

_ +

C4

D4

T4

C

E

A

L2

T1

T7

L

A

T8

_

D1

D4

T4

a)
b)
Hình 3-15. Bộ khoá tiristor theo từng pha của bộ nghịch lưu ba pha
L11

+
D7

+

_ C1

L21

T7

E

L22

D1

T3

D3

T5

D5

T4

D4

T6

D6

T2

D2

T8
+
_ C2

D8

_

T1

L12
C

B
A
Hình 3-16. Bộ khoá tiristor theo nhóm của bộ nghịch lưu ba pha

Cũng có thể tiến hành khoá thyristor chung cho toàn mạch như hình 3-17.
*

+

L1

*
E

_

D8

T9

_

D7

*

L2

*

T8

C

T7

T1

D1

T3

D3

T5

D5

T4

D4

T6

D6

T2

D2

+

T10

B
Hình 3-17. Bộ khoá thyristor chung cho toàn mạch A
của bộ nghịch lưu ba pha

C

Ngoài các phương pháp khoá (hay chuyển mạch) thyristor đã nêu trên còn có phương
pháp chuyển mạch phụ thuộc tức là điều khiển thông thyristor này sẽ dẫn đến khoá thyristor

- 39 -


đang thông trước đó (hình 3-18). Sơ đồ chuyển mạch này không cần các thyristor phụ như ở
các sơ đồ chuyển mạch đã nêu trên.
+

D1 C

1

T1

E

_
+

D11 L
1

T3

T5

D3 C3

C5
D31 L
2

D41

D5

D51LL

3

D61

C4

D21

C6
C2

_

D6

T4

D4
A

T6

T2

D2

B

C

ZB

ZA

ZC

Hình 3-18. Bộ chỉnh lưu nguồn áp ba pha có chuyển mạch phụ thuộc

3.2.2. Bộ nghịch lưu nguồn dòng
a) Bộ nghịch lưu nguồn dòng một pha
* Sơ đồ cầu
Nguồn cấp điện cho bộ nghịch lưu là nguồn dòng Si, tải là loại Su. Sơ đồ như hình 3-19a.
i
t

b)

ωt

L

+
K1
E

L

R

ut, i

K2

K4

t0

c)

C
K3

ut, i

_
a)

d)

i
φ

ut

t

T
T/2

ωt

i

t0 T/2
φ

t
T

ωt

ut cầu
Hình 3-19. Bộ nghịch lưu nguồn dòng mắc theo sơ đồ

Các cặp khoá điện tử K 1, K3 và K 2, K4 thay phiên nhau thông - khoá lệch pha nhau
một góc π nên dạng dòng điện ra là hình chữ nhật (hình 3-19b).
Dòng điện ra tải gồm dòng điện tải và dòng điện đảo chiều của tụ điện. Điện áp ra
trên tải phụ thuộc vào các thông số của tải.
Nguồn cấp cho bộ biến đổi là nguồn dòng nên phải mắc nối tiếp bộ biến đổi với một
cuộn kháng có điện cảm L lớn.
Tần số làm việc của bộ biến đổi mắc theo sơ đồ cầu như hình vẽ trên thường được

- 40 -


chọn gần với tần số cộng hưởng của mạch tải và bị hạn chế bởi thời gian phục hồi trạng thái
khoá cho các khoá bán dẫn:
1
fmax =
(3-2)
10t k
Nếu tần số của dòng điện tải không phụ thuộc vào bản chất tải thì bộ biến đổi gọi là
độc lập. Trường hợp ngược lại gọi là phụ thuộc.

Hình 3-19c, d biểu diễn dạng của các đại lượng ra u t và i. Thực tế có thể coi điện áp
ra là hình sin. Hình 3-19c: Tải có tính chất dung. Hình 3-19d: Tải có tính chất cảm.
Với các khoá dùng transitor cần lưu ý sự mở (thông) chồng chéo hai nhóm khoá
trong một thời gian ngắn, nguồn S i sẽ bị ngắn mạch. Dù thời gian này rất ngắn cũng sẽ gây
ra sự quá áp rất lớn lúc chuyển mạch.
* Sơ đồ hai khoá mắc song song
Z
a
A

L

a

Z

b
A

L

B

*
w/2 w/2

+

A

A

a)

a

_

b

L
+
ing

T1

u2
_ +

A

E
_

u1

i11

C
FX

T2

i12

b

i2
A

L

B

*

Z

a

i2
A

iC

FX

c)

Z

B

C

T1

T2

FX

_ +

i11

E

B

E
T1

B

*

+

C

_

b

u1

+
ing

iC
B
T2

A

E
T1
_
d)

*

+ _

C
FX

u2

B

iC
B
T2

i12

Hìnhb)3-20. Bộ nghịch lưu nguồn dòng một pha song song

Bộ biến đổi này (hình 3-20a) gồm hai thyristor T 1 và T2 được nối song song với nhau
để điều khiển dòng điện đi qua cuộn sơ cấp của máy biến áp xung trong đó cuộn sơ cấp có
điểm giữa. Trong mạch còn có cuộn cảm L có trị số lớn mắc nối tiếp để ổn định dòng điện
cấp ra tải và hạn chế dòng điện cực đại. Tụ C trong mạch là tụ điện chuyển mạch giúp cho
việc khóa các thyristor T1, T2. Trường hợp dùng các transitor thì không cần tụ tắt dòng.
Khối phát xung (FX) cấp các xung điều khiển T 1 và T2 lệch pha nhau 1800. Khi đó
cuộn sơ cấp MBAX có dòng điện xoay chiều có tần số bằng tần số của các xung điều khiển
thyristor. Dòng điện tải ở phía thứ cấp MBAX là dòng xoay chiều có cùng tần số có dạng
xung hình chữ nhật.

- 41 -


Tần số của bộ nghịch lưu này có thể lớn nhưng cũng bị giới hạn bởi thời gian cần
thiết để khoá các thyristor.
Điện áp ra của phụ tải của bộ biến đổi này bị phụ thuộc nhiều vào các thông số của
tải nên để giảm ảnh hưởng này đặc biệt với các phụ tải có tính chất cảm, người ta dùng thêm
các diode hoàn năng lượng để hoàn trả năng lượng tích luỹ trong từ trường phần cảm của tải
về nguồn như sơ đồ bộ nghịch lưu Mac Maray Betpho ở hình 3-21. Các diode này có thể nối
vào các anode của các thyristor (hình 3-21a) hay nối vào cuộn sơ cấp MBAX (hình 3-21b).
Z

A
A

L

B

*

+

D1

D2
Lk

_
a)

b

B
*
d m c

A
T1

E

T2

D1

B
D2

Lk

_
b)

Hình 3-21. Sơ đồ bộ nghịch lưu Mac Maray Betpho

* Sơ đồ hai khoá mắc nối tiếp

i

+
T1
E

Z

C

B
T2

T1

A

L
+

C

A
E

a

L1

T/2

t
ωt

i

L2

Zpt
T2

_

f = f0 T

b)

f < f0

c)

t
ωt

C

a)

i

d)

f > f0

t
ωt

Hình 3-22. Bộ nghịch lưu nguồn dòng một pha nối tiếp

Trong sơ đồ nối tiếp, tải tham gia trực tiếp hoặc gián tiếp vào mạch dao động do việc
thông thyristor có chu kỳ. Thyristor khoá nhờ cộng hưởng (hình 3-22a).
Sơ đồ gồm hai thyristor, một cuộn kháng có điểm giữa và một tụ điện C.
Bộ nghịch lưu nối tiếp cho dòng điện tải có dạng gần hình sin và thường được dùng

trong các nguồn tần số cao (lò cảm ứng, máy làm sạch bằng siêu âm...)
Dạng dòng điện phụ thuộc vào quan hệ giữa chu kỳ T (hoặc tần số f) tạo xung mở
các thyristor với chu kỳ T0 (hay tần số f0) của mạch vòng dao động L – C:
- Khi f = f0: Dạng dòng điện tải là hình sin (hình 3-23b);

- 42 -


- Khi f < f0: Dạng dòng điện tải bị ngắt quãng (hình 3-23c);
- Khi f > f0: Dạng dòng điện tải có dạng gần hình chữ nhật với tốc độ tăng dòng điện
và điện áp lớn (hình 3-23d).
Cảm kháng L1, L2 trong sơ đồ giữ một vai trò quan trọng nhờ tương hỗ mạnh giữa
chúng nên khi điều khiển thông một thyristor thì thyristor kia có điện áp ngược lớn hơn lúc
chuyển mạch làm tăng độ tin cậy của việc khoá thyristor.
b) Bộ nghịch lưu nguồn dòng ba pha
Sơ đồ của bộ nguồn dòng ba pha như hình 3-23a.
Các xung mở - khoá điện tử trong sơ đồ cũng được phân phối tương tự như với bộ
nghịch lưu nguồn áp ba pha.
Dòng điện ra có dạng bậc thang.
Trường hợp các khoá điện tử dùng thyristor với chuyển mạch phụ thuộc cần có các
diode cách ly để phân cách phụ tải với các tụ chuyển mạch để quá trình chuyển mạch không
bị ảnh hưởng do sự hình thành mạch cộng hưởng L – C giữa cảm kháng của tải và tụ
chuyển mạch. Hình 3-23b là sơ đồ bộ nghịch lưu ba pha nguồn dòng chuyển mạch phụ
thuộc.
L

L

+

+
K1
E

K5

K3
B

A
K4

C3 T5

C5
C

K6

C1 T3

T1

E

K2

A
D4

D1

T4 C4

B
D6

D3
C2

C
D2

T6 C6

D5

T2

O
ZA

ZB

ZC

ZA

O’
a)

Hình 3-23. Bộ nghịch lưu nguồn dòng ba pha

ZC

ZB
b)

Kết luận:
- Các bộ nghịch lưu biến đổi tín hiệu điện một chiều thành tín hiệu điện xoay chiều
còn các bộ chỉnh lưu thì ngược lại, biến tín hiệu điện xoay chiều thành tín hiệu điện một
chiều. Đó là hai quá trình biến đổi ngược nhau.
- Các bộ chỉnh lưu có hai chế độ làm việc: Chủ yếu là biến đổi năng lượng dòng điện
xoay chiều thành một chiều, nhưng trong một số điều kiện nào đó, chúng có thể biến năng lượng
dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều. Các bộ nghịch lưu cũng có hai chế độ làm
việc: Chúng chủ yếu biến đổi năng lượng dòng điện một chiều thành xoay chiều nhưng trong
một số điều kiện nào đó chúng có thể biến năng lượng dòng điện xoay chiều thành một chiều.
- Các sơ đồ bộ nghịch lưu được phân loại phổ biến theo sự tương tự giữa chúng với
các sơ đồ bộ chỉnh lưu và phân loại theo nguồn là nguồn áp hay nguồn dòng.
3.3. BỘ BIẾN ĐỔI MỨC ĐIỆN ÁP (DÒNG ĐIỆN)
3.3.1. Máy biến áp
Máy biến áp (MBA) làm nhiệm vụ biến đổi điện áp u1 (hay dòng điện i1) từ lưới điện
có tần số f1 thành điện áp u2 (hay dòng điện i2) đưa đến phụ tải có cùng tần số. Máy biến áp

- 43 -


có ưu điểm là giữ được điện áp lấy ra có dạng hình sin.
Thường dùng là máy biến áp hai dây quấn hay máy biến áp tự ngẫu, một pha hay ba
pha. Trong sơ đồ nguyên lý, máy biến áp hai dây quấn thường có ký hiệu như hình 3-24a
hoặc 3-24b, 3-24c hoặc 3-24d.

A

u1, i1, f1

A

O

∼

∼

u1, i1, f1
B

C

∼

Y

0

a

Y

o

∼

b

u2, i2, f1
a)

d)

b)

∼

b
∼ c
u2, i2, f1
c)
Hình 3-24. Ký hiệu của máy biến áp hai dây quấn
a

3.3.2. Bộ điều chỉnh điện áp (dòng điện) xoay chiều
Chúng ta có thể điều chỉnh mức điện áp bằng máy biến áp như đã nói ở trên nhưng
để có thể điều chỉnh được liên tục giá trị điện áp ứng với từng vòng dây là rất khó, nhất là
với máy biến áp có công suất lớn. Hơn nữa, việc thay đổi mức điện áp là nhờ các tiếp điểm
nên dễ gây đánh lửa và tiếp xúc không tốt. Bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều bằng các thiết
bị bán dẫn cho phép điều chỉnh trơn hơn và là thiết bị không tiếp điểm. Các bộ biến đổi điện
áp xoay chiều thường sử dụng các thyristor hoặc triac. Có hai loại: Bộ điều chỉnh điện áp
xoay chiều một pha và bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều ba pha. Hình 3-25 vẽ sơ đồ nguyên
lý của bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều một pha và ba pha. Hình 3-25a: Điều chỉnh điện
áp xoay chiều một pha dùng triac; Hình 3-25b: Điều chỉnh dùng 2 thyristor mắc song
song ngược; Hình 3-25c,d: Điều chỉnh điện áp xoay chiều ba pha dùng tiristor có tải đấu Y

và đấu Δ, cuộn sơ cấp của máy biến áp đấu Y.
Với một phụ tải được cấp từ một nguồn xoay chiều hình sin qua bộ biến đổi dùng
triac hay hai thyristor mắc song song ngược (hình 3-25a, b) thì có thể có hai chế độ làm
việc:
- Chế độ thông – khoá như một bộ đóng - cắt không tiếp điểm. Khi đóng, phụ tải
được nối với nguồn và tiêu thụ công suất. Khi cắt, phụ tải bị tách ra khỏi nguồn, công suất
tiêu thụ bằng 0.
- Chế độ thông – khóa để điều chỉnh dòng điện xoay chiều qua việc điều khiển góc mở
α.
Sau đây chúng ta nghiên cứu kỹ chế độ làm việc thứ hai.
Xung đ.kh
c
a
b
u2
T1

Zpt

u∼
a)

u2

T1
T1

Zpt
Xung đ.kh
b)

T3

T6

T5

T2

Zpt

Xung đ.kh

T2

u∼

T4

- 44 -

a
T4

c

c)b
T3

T6

Zpt
d)

T5

T2


Hình 3-25. Sơ đồ nguyên lý của bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều 1 pha và 3 pha

a) Bộ điều chỉnh điện áp (dòng điện) xoay chiều một pha
* Tải thuần trở
Điện áp nguồn là xoay chiều hình sin U = 2U sin θ (hình 3-26a) đặt vào bộ biến
đổi điện áp xoay chiều hình 3-25b.
Dạng của điện áp và dòng điện trên tải như hình 3-26b, c.
Giá trị tức thời của dòng điện tải:
2U
sin θ
R

i=

(3-3)

Giá trị của góc θ nằm trong các khoảng sau:
α ≤ θ ≤ π
ở nửa chu kỳ duơng;

α + π ≤ θ ≤ 2π ở nửa chu kỳ âm;

Mặc dù là tải thuần trở nhưng vì điện áp hình sin bị xén đi một phần nên dòng điện phụ
tải thuần trở cũng không còn là hình sin nữa. Khai triển Fourier của nó gồm thành phần sóng cơ
bản và các sóng hài bậc cao.
Người ta đã chứng minh được rằng thành phần sóng cơ bản của dòng điện tải (i 1)
chậm sau nguồn u một góc φ mặc dù tải thuần trở. Điều đó có nghĩa là mạch vẫn tiêu thụ
một phần công suất phản kháng từ lưới ngay cả khi tải thuần trở.
Giá trị hiệu dụng của điện áp trên tải:
Ut =

1
(π − α) + sin 2α
2
U
π

(3-4)

u
u = Úsinθ

Giá trị hiệu dụng của dòng điện trên tải:
I=

1
(π−α) + sin 2α a)
2
π

Ut
= U

R
R

(3-5)
π

Công suất tiêu thụ trên tải:
Pt = Ut I = U 2
R

1
(π − α) + sin 2α
2
ut
π

3π

ωt
t

(3-6)

Khi α = 0 thì ut và i có dạng hình sin và Ut = U., I =
b)

2π

U
R

Khi α = 0 ÷ π thì giá trị hiệu dụng của điện áp U t giảm từβ π+α
U ÷ 0. Như vậy, bằng cách
t
thay đổi góc mở α từ 0 ÷ π, người ta có thể điều chỉnh α
được công suất tiêu thụ trên tải từ giá
ωt
trị cực đại P max = U2/R đến giá trị cực tiểu P min = 0.
u
u = Úsinθ

i

a)
ωt
t

ωt

c)

t

- 45 -

Hình 3-27. Điều chỉnh dòng điện xoay
chiều với tải R + L


ut

b)
α

π

π+α

ωt
2π

2π+α

t

i

i
i1

c)

ωt

t

ϕ

Hình 3-26. Điều chỉnh dòng điện
xoay chiều với tải R

* Tải cảm kháng R + L
Điện áp và dòng điện tải (hình 3-27b, c) có các thành phần sóng cơ bản và sóng hài
bậc cao như tải thuần trở chúng ta đã nói ở trên. Trị số điện cảm L càng lớn thì thành phần
sóng hài bậc cao càng bé.
Khi thyristor thông, với điều kiện ban đầu i (0) = 0 và: φ = arctg

ωL
;α<θ<β
R

Ta có:
i=

2U
R 2 + x L2

θ−α
−


tgϕ
sin(θ − ϕ) − sin(α − ϕ)e




(3-7a)

Từ biểu thức (3-7a):
- Khi α = φ thì dòng điện có dạng hình sin:

2U
sin(θ − ϕ)
i=
(3-7b)
2
R + (ωL) 2
và chậm pha so với điện áp nguồn một góc φ (sóng cơ bản của dòng điện chậm sau điện áp một góc
φ).
Góc φ trong trường hợp này là góc mở nhỏ nhất và lúc này góc dẫn λ = π không phụ
thuộc vào tải. Dòng điện tải là liên tục, điện áp tải không điều chỉnh được. Bộ biến đổi điện
áp xoay chiều hoạt động như công tắc ở trạng thái luôn đóng.
- Khi góc mở α < φ, kết quả cũng giống như trường hợp trên (dòng điện tải liên tục,
điện áp tải không điều chỉnh được).
- Khi góc mở α > φ, dòng điện phụ tải sẽ gián đoạn với góc dẫn λ < π (hình 3-27c).
Chú ý: Trước khi cấp xung mở cho thyristor T 2, thyristor T1 phải được khoá lại nếu
không thì không mở được T2. Do vậy giới hạn điều chỉnh trong trường hợp này là: φ < α <
π.
Giá trị hiệu dụng của dòng điện phụ tải là một hàm phức tạp của 2 biến α và φ.

- 46 -


Trong cả hai trường hợp: Tải thuần trở và tải R-L, khi tải có công suất nhỏ, ta có thể
thay cặp thyristor đấu song song ngược bằng triac.
b) Bộ điều chỉnh điện áp (dòng điện) xoay chiều ba pha
O A
O’
T1

T6

T3

T4

A

C

B
T5

Zpt

T2

T1

T6

T3

T4

A

C

B
T5

T2

a)
B

A

O’
C

A

Zpt
T1

Zpt
B

b)

C

B

T6

A

C

T3

T4

T5

c)
B

Zpt

Zpt

Zpt
f)
e)
d)
Hình 3-28. Các sơ đồ nguyên lý của bộ điều chỉnh điện áp (dòng điện) xoay chiều ba pha
utA

utA

a)

b)

utA
utA
a) α = π/6

b) α = 5π/12
c) α = 2π/3

utA

iA

iA
c)

Hình 3-29. Bộ biến đổi điện áp xoay chiều 3 pha tải R

utA
R = 10Ω; L = 10mH
a) α = π/6
b) α = 5π/12
c) α = 2π/3

iA

- 47 -

T2

C


Hình 3-30. Bộ biến đổi điện áp xoay chiều 3 pha tải R - L

Có nhiều sơ đồ điều chỉnh điện áp (dòng điện) ba pha khác nhau. Với các sơ đồ khác

nhau, dạng của điện áp và dòng điện trên tải sẽ có dạng khác nhau. Trường hợp với mạch ba
pha bốn dây (hình 3-28a), các cặp thyristor mắc song song ngược làm việc độc lập nhau
hoàn toàn nên có thể điều khiển riêng biệt với tải đối xứng cũng như không đối xứng.
Với cás sơ đồ khác, dạng của dòng điện khá phức tạp, phân tích khó khăn ngay cả cho
trường hợp tải thuần trở. Dạng sóng điện áp và dòng điện tải thay đổi khác nhau phụ thuộc
vào độ lớn của góc mở và các thông số của tải (đối với tải không thuần trở). Ngày nay, việc
phân tích được thực hiện nhờ lập trình mô phỏng trên máy tính.
Dạng sóng điện áp và dòng điện trong sơ đồ của bộ điều khiển ở hình 3-28b phụ
thuộc vào góc điều khiển và ứng với các tải R, R-L được phân tích bằng máy tính trên các
hình 3-29 cho tải thuần trở R và hình 3-30 cho tải R-L của pha A.
Với tải thuần trở R (hình 3-29), góc mở α nằm trong khoảng (0 ÷5π/6). Đối với tải
R-L (hình 3-30) , góc mở α nằm trong khoảng (ϕ ÷2π/3).
Trường hợp công suất của tải nhỏ, ta có thể thay các cặp thyristor bằng các triac.
3.3.3. Bộ điều chỉnh điện áp một chiều
Bộ điều chỉnh (biến đổi) điện áp một chiều hay còn gọi là bộ băm điện áp một chiều
hoặc bộ điều chỉnh xung điện áp một chiều sử dụng các khoá bán dẫn (dùng thyristor kết
hợp bộ chuyển mạch hoặc transistor: BJT, MOSFET, IGBT, GTO…) làm việc theo nguyên lý
đóng - cắt dùng để biến đổi điện áp một chiều cố định thành chuỗi các xung áp nhờ đó sẽ
điều chỉnh được điện áp cấp cho tải. Bộ băm điện áp này được sử dụng nhiều trong truyền
động đầu máy chạy điện trong giao thông đường sắt, ô tô chạy điện, xe vận chuyển hàng
trong nhà máy, trên bến cảng...
Bộ băm điện áp được ký hiệu bằng một cầu dao mở có chữ H hoặc bằng thyristor có
2 cổng điều khiển như hình 3-31a, b. Tuỳ theo mục đích sử dụng có ba loại: Bộ điều chỉnh
xung điện áp một chiều nối tiếp, bộ điều chỉnh xung điện áp một chiều song song và bộ điều
chỉnh hỗn hợp. Bộ điều chỉnh xung điện áp một chiều nối tiếp được mắc nối tiếp với tải
(hình 3-31c, d), bộ điều chỉnh song song mắc song song với tải (hình 3-31e, f). Bộ điều
chỉnh hỗn hợp (hình 3-31g) gồm hai bộ đóng cắt mắc nối tiếp và song song ghép lại với

- 48 -