THIẾT kế bộ BIẾN tần NGUỒN áp BA PHA để CUNG cấp CHO ĐỘNG cơ XOAY CHIỀU ROTO LỒNG sóc

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

Biến

tần

gián

tiếp

08

1.1.1.2.

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


07
1.2.

Thiết

kế

09
1.2.1.

mạch

Sơ

động

lực

đồ

09
1.2.2.

Nguyên

tắc

10
1.3.

Công

thức

bộ

biến

tần

mạch
khống

động

chế

tổng

nguồn

bộ
hợp

áp
lực

biến
điện

tần
áp

12
1.3.1. Điện áp pha của bộ nghịch lưu với các góc dẫn khác nhau
13
1.3.1.1.

Góc

dẫn

của

van



=

180o

điện

13
1.3.1.2.

Góc

dẫn

của

van



=

150o

điện.

17
1.3.1.3.

Góc

dẫn

của

van



=

120o

điện

18
1.3.2
19
1.3.3.
22
1.4.
23
1.5.

Mạch
Nhận
Phương

xét
pháp

về
khống

Bộ

27
1.5.1.
27
1.5.2.

chuyển
phương
chế

nghịch
Đặt

Nghịch

lưu

áp

3

đổi

pháp

điều

chế

độ

khống

chế

rộng

xung

lưu

Tranzistor

vấn

đề

pha

dùng

Tranzistor

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


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
31
2.2.1.

Khối

tạo

2.2.2. Bộ dịch pha số
2.2.3. Khối tạo sin
2.3.
Tính
chọn
39
2.3.1.

Khối

linh
dịch

dao

kiện
pha

động

mạch

điều

khiển

và

chia

pha

39
2.3.2.

Khối

tạo

sin

39
2.3.3.

Khối

nhân

tần

40
2.3.4.
40
2.3.5.

Khối
Khối

phát
so

sóng
sánh

và

răng

cưa

tạo

xung

40

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

PHẦN II: ỨNG DỤNG BIẾN TẦN TRONG
ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY
CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTOR LỒNG
SÓC-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
42
3.1 Xây dựng sơ đồ khối hệ biến tần động cơ không đồng bộ ba pha
rotor
lồng
sóc :
43
3.1.1 Đặt

vấn

đề :

43
3.1.2 Sơ đồ khối hệ điều chỉnh tốc độ bằng biến tần :
3.2.

43
Xây dựng hệ điều khiển biến tần động cơ điện không đồng bộ
ba
pha

rotor
lồng
sóc
44

3.2.1
44
3.2.2

Điều
Điều

khiển

Vec

khiển
tơ

biến

tần
tần

số
động

cơ

trượt:

3

pha

45
3.2.2.1. Mô tả động cơ KĐB 3 pha dưới dạng các đại lượng véctơ
không
gian
45
------------------------------------------------------------------------------------------------Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ
Lớp Điện Kỹ Thuật K27


3.2.2.2. Quy đổi các đại lượng điện của động cơ không đồng bộ tư
hệ véc tơ (a,b,c) về hệ tọa độ cố định trên Stato (,)
46
3.2.2.3. Quy đổi các đại lượng điện của động cơ không đồng bộ ba
pha tư hệ tọa độ cố định trên Rotor (x,y) về hệ tọa độ cố định trên
Stator
(,).
49
3.2.2.4. Quy đổi các đại lượng điện của động cơ không đồng bộ ba
pha tư hệ tọa độ cố định trên Stator (,) về hệ tọa độ cố định trên
Rotor
(d,q)
53
3.2.2.5. Cơ sở để định hướng tư thông trong hệ tọa độ tựa theo tư
thông
Rotor
(d,q)

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 không đồng bộ:
61
4.2. Tổng hợp bộ điều chỉnh dòng điện
62
4.3. Tổng hợp bộ điều chỉnh tốc độ
63
4.4.Tính toán gần đúng các thông số
65
4.4.1.Tính toán gần đúng các thông số cần tìm tư các thông số ghi
trên nhãn động cơ
------------------------------------------------------------------------------------------------Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ
Lớp Điện Kỹ Thuật K27


65
4.4.2 . Tính toán các thông số của bộ điều chỉnh dòng điện Ri(p)
68
4.4.3. Tính toán các thông 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 mô phỏng mạch vòng 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 không
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


LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay với công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá trong các lĩnh vực
sản xuất của nền kinh tế quốc dân, cơ khí hoá; tự động hoá các quá trình sản
xuất đóng một vai trò 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 hoá, tin học, cơ khí hoá 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 quá trình tự
động hoá trong quá 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 cô 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
CẤP CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU ROTOR LỒNG SÓC ”.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 môn còn hạn chế, các tài liệu tham khảo có hạn
nên đồ án không tránh khỏi những sai sót. Rất mong được sự chỉ bảo, góp ý của
các thầy cô 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 Công Nghệ đã giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án đúng
thời gian.
Thái Nguyên, ngày 25 tháng 5 năm 2009
SINH VIÊN THIẾT KẾ
------------------------------------------------------------------------------------------------Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ
Lớp Điện Kỹ Thuật K27


Phạm Văn Dũng

PHẦN I: THIẾT KẾ BỘ BIẾN
TẦN

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


CHƯƠNG I: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH
ĐỘNG LỰC

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

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 tư 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
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 hoà bậc cao càng giảm.
A
f1 ,u1

B
C

Zt
------------------------------------------------------------------------------------------------f2 ,u2
Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ
Lớp Điện Kỹ Thuật K27
Hình 1.2 Sơ đồ chỉnh lưu ba pha có điểm trung tính

T1

T3

T5

T7

T9

T11

f1,u1

A

f1,u1

B
C
T4

T6

T2

T10 T12

T8

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


hoàn toàn với tần số điện áp nguồn cung cấp. Dải điều chỉnh tần số f2 có thể thay
đổi tư 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 nguyên lý nghịch lưu dòng 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 dòng 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 công 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.

U1,f 1

C>>

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 tưng khoảng điện áp đặt trên tải.
Các van được lựa chọn tuỳ thuộc vào công suất của phụ tải.
Các Điốt D1  D6 là các Điốt công 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 dòng tải sẽ được duy trì qua các Điốt này. Nguồn cung cấp cho bộ
------------------------------------------------------------------------------------------------Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ
Lớp Điện Kỹ Thuật K27


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 tư nguồn áp một chiều ta xuất phát tư 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


U



t

2

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
o
180 điện.
- Một chu kỳ điện áp ra cả 6 van lần lượt dẫn dòng 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


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. Tư nguyên tắc
khống chế đã xét, người ta cho xung mở các van Tiristo theo thứ tự T 1, 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


Tư các phương trình tư (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 thông số:
- Trị số hiệu dụng điện áp dây:
1 2 2
1 2
uAB .d 
U.d
uAB =
(1.14)
�

�
2 0
0
2
U = 0,816.U
=
3
- Trị hiệu dụng của điện áp pha
1 2 2
UA 
uA .d
2 �
0
2
2
2
 /3
2 /3

1�
�U �
�2U �
�U � �
UA 
�� �.d  �
� �.d  �
�3 �.d �
 �0 �
 / 3 �3 �
2 /3 �

�3 �
� �

UA =

2
U = 0,47U
3

(1.15)

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


180

UT1

t

UT2

t
t
t
t
t

UT3

UT4
UT5
UT6

U

UAN

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 & Công Nghệ
Lớp Điện Kỹ Thuật K27


Các điện áp uAB và uA là những hàm tuần hoàn chu kỳ T = 2 nên có thể khai
triển các hàm này theo công thức khai triển Fourie.
Do điện áp uAB và uA là những hàm lẻ nên:
1
U.d  0
ao = �
 
1
U .cosn = 0
an = �
 

(1.16)

Do đó:
U

ao �
 �[an.cos(n.t)  bn.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 hoà hình sin.
- Khai triển Fourie của điện áp dây
�

uAB(t)  �sin(n.t)

(1.18)

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

(1.19)

n1

Trong đó:

Tư đó ta có:
�

uAB(t)  �bn.sin(n.t)

n1

uAB(t) 

2 3 � 1
U.�� sin(n.t)

n1
n

(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

�

uA(t)  �bn.sin(n.t)

(1.22)

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

(1.23)

n1

Trong đó:

Tư 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
(uAB )n
U
(uA )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

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


1.3.1.2. Góc dẫn của van  = 150o điện.

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


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

U

Uab

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


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

U/2

UAN

t

UBN

t
UCN

t
Ua

t
Ub

t
Uc

t

U

Uab

t

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


Hình 1.12.Giản đồ điện áp khống chế vẽ trên Góc dẫn của van  = 120o
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 C1,
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 vòng dao động LC.
Khi cần khóa T1, ta đưa xung vào mở T11 làm cho T11 mở, tụ C1 phóng
điện theo mạch vòng +C  L1  D1  T11  -C. Phương trình phóng điện của
tụ:
diC 1 t
 �
iC .dt
UC(t = 0) = L.
(1.32)
dt C 0
Các điều kiện đầu là:

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


i C (t = 0) = 0
1

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 dòng điện chạy qua T1 là:
i t  I 10  i C
Do dòng điện i C tăng theo quy luật hình sin, dòng tải được duy trì do tải
có tính cảm nên dòng qua T1 giảm dần. Tải khi i C = 0 và T1 khóa. Điện áp ngược
1

1

1

1

1

1

đặt lên T1 là điện áp rơi trên Điốt D1. Thời gian kể tư 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)
I 10
I 10 L
Bắt đầu tư thời điển t1, dòng điện phóng của tụ điện qua Điốt D1 xác định:
ID1 = IC - i1 = iC1 - I10
(1.37)
Đến thời điểm t2, dòng 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, dòng ic giảm xuống bằng giá trị dòng tải I10, dòng điện
chạy qua D1, giảm về bằng 0. Nếu tải thuần trở thì tại thời điểm này sẽ cắt hoàn
toàn dòng tải, còn nếu tải có tính cảm thì tại thời điểm này D1 ngưng 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 dòng điện trên tải có xu hướng ngược chiều.
T11 sẽ khóa ở thời điểm t3 và D1 khép mạch dòng điện tải.

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


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(t2  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