Giao trinh chuyen de 1

Giáo trình biến tần Ks. Vũ Ngọc Minh
STT NỘI DUNG TRANG
1 Chương 1. TCA785 2
1.1 Lời mở đầu 2
1.2 Đặc tính kỹ thuật của TCA785 2
1.3 ứng dụng TCA 785 trong mạch chỉnh lưu điện áp 3
Chương 2. BIẾN TẦN 6
2.1 Khái niệm phân loại, cấu trúc biến tần 6
2.2 Biến tần trực tiếp 7
2.3 Biến tần gián tiếp 8
2.4 Khâu chỉnh lưu 9
2.5 Bộ lọc một chiều 10
2.6 Nghịch lưu 11
2.7 Phương pháp điều chế PWM (Pulse width modulation) 13
2.8 Vector không gian các đại lượng ba pha. 16
2.9 Điều khiển biến tần trên cơ sở điều chế vector không gian 20
2.10 Biến tần Micromaster Eco 22
Chương 3. VISUAL BASIC 39
3.1 Các khái niệm cơ bản. 39
3.2 Biến và cách sử dụng biến 54
3.3 Điều khiển dòng chương trình 59
3.4 Hàm và thủ tục 63
3.5 Lập trình giao tiếp cổng nối tiếp 64
1
Giáo trình biến tần Ks. Vũ Ngọc Minh
Chương I: TCA 785
1.1 Lời mở đầu
Sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật đặc biệt là kỹ thuật vi điện tử đã mang lại sự đổi thay
rõ rệt trong việc thiết kế các mạch điều khiển công suất. Các mạch điện tử sử dụng IC tích hợp nhiều
chức năng thay thế dần các mạch lắp ráp từ linh kiện điện tử rời rạc, các mạch tích hợp giúp cho việc
thiết kế trở lên đơn giản hơn, các mạch điều khiển gọn nhẹ độ tin cậy cao và giá thành hạ. IC TCA785

do hãng Siemen chế tạo là một IC tích hợp thực hiện được nhiều chức năng điều khiển. Sử dụng
TCA785 sẽ giúp chúng ta giảm đáng kể thời gian và công sức thiết kế mạch điều khiển. Trong khuôn
khổ bài viết tôi giới thiệu ứng dụng TCA trong điều khiển chỉnh lưu nguồn xoay chiều.Đây là một vấn
đề khá hay, người đọc có thể ứng dụng vi mạch thiết kế các mạch điều khiển như điều khiển động cơ
điện xoay chiều, điều khiển kích từ máy phát, điều khiển lò điện trở...
1.2.Đặc tính kỹ thuật của TCA785
TCA 785 là mạch tích hợp chuyên dụng được thiết kế dạng IC đơn vỏ nhựa 16 chân. TCA785 dùng
để điều khiển thyristor, triac,và transistor. Các xung điều khiển có thể điều chỉnh trong một khoảng
rộng từ 0-180
o
. TCA 785 được sử dụng trong các bộ Converter, Các bộ điều khiển nguồn xoay chiều
hay các bộ điều khiển dòng 3 pha, đặc biệt chúng thường được dùng để điều khiển chỉnh lưu điện áp
xoay chiều. TCA 785 có các đặc tính nổi bật sau:
• Khoảng tần số làm việc rộng TCA 785 được thiết kế để hoạt động trong dải tần số từ 10 Hz đến
500Hz.
• Có thể sử dụng như chuyển mạch điểm không
• Có thể hoạt động 3 pha Với mỗi Ic đơn chúng chỉ có thể điều khiển một pha tuy nhiên ta có thể
kết hợp 3 Ic để điều khiển chỉnh lưu có điều khiển 3 pha hay điều khiển điện áp xoay chiều 3 pha.
Cách thiết kế này giúp cho ứng dụng TCA một cách linh hoạt đồng thời giảm giá thành thiết bị.
• Dòng điều khiển 250mA Dòng điều khiển này có thể điều khiển trực tiếp với đa số các phần tử
công suất chính vì vậy kích thước mạch điều khiển được giảm đi đáng kể.
• Khoảng điều chỉnh dòng rộng : Trong nửa chu kỳ điện áp góc điều khiển là 0-180
o
như vậy có thể
điều khiển được tử 0- 100% công suất ra .
2
Giáo trình biến tần Ks. Vũ Ngọc Minh
• Khoảng nhiệt độ làm việc rộng Là một Ic được thiết kế theo chuẩn công nghiệp TCA 785 có dải
nhiệt độ làm việc từ – 25 – 85
oC

. và nhiệt độ tiếp giáp đến 150
oC
.
• Nguồn tiêu thụ thấp Dải điện áp hoạt động từ 8-18V. Nguồn tiêu thụ đáng kể là nguồn càn cấp
cho các phần tử công suất ở đầu ra.
Các thông số kỹ thuật của TCA 785 được đưa ra trên bảng 1.
Bảng 1.1 Các tham số cơ bản của TCA 785
Thông số Kí hiệu Thấp nhất Cao nhất Đơn vị
Nguồn cấp Vs -0,5 18 V
Dòng ra chân 14,15 IQ -10 400 mA
V6
V11
-0,5
-0,5
Vs
Vs
V
V
Dòng vào đồng bộ V5 -200 200
µA
Điện áp ra chân 14,15 VQ Vs V
Dòng ra chân 2,3,4,7 IQ 10 mA
áp ra chân 2,3,4,7 VQ Vs V
Nhiệt độ tiếp giáp Tj 150
oC
Bảng 1.2 giới thiệu sơ đồ chân của TCA 785
3
Giáo trình biến tần Ks. Vũ Ngọc Minh
1.3. ứng dụng TCA 785 trong mạch chỉnh lưu điện áp

Chân ra Biểu tượng Chức năng
1 GND Đất
2 /Q2 Đầu ra 2 đảo
3 QU Đầu ra UU
4 /Q1 Đầu ra1 đảo
5 VSYNC Điện áp vào đồng bộ
6 I Chânn cho phép đầu ra
7 QZ Đầura Z
8 VREF Điện áp điều chỉnh xung răng cưa
9 R9 Điện trở điều chỉnh độ rộng xung răng cưa
10 C10 Tụ điều chỉnh độ rộng xung
11 V11 Điện áp ĐK
12 C12 Mở rộng xung điều khiển
13 L chọn kiểu xung ra
14 Q1 Đầura 1
15 Q2 Đầura 2
16 Vs Nguồn cấp
4
ra
điều
khiển
Nhận biết
điểmkhông
So sánh
Tạo xung
răng cưa
đồng bộ
Khuếch đại
công suất
điều khiển

Cho
phép
điều
khiển
Ngu nồ
Tạo xung răng cưa
đồng bộ
hình 1: sơ đồ khối điều khiển chỉnh lưu
có điều khiển
Hình 2: Sơ đồ khối TCA 785
Giáo trình biến tần Ks. Vũ Ngọc Minh
Sơ đồ khối của một mạch chỉnh lưu có đièu khiển được đưa ra ở hình 1.Tất cả các khối chức năng
trên đã được tích hợp trực tiếp trong TCA 785, chỉ cần kết hợp thêm một số phần tử phụ trợ đơn giản ta
đã có một mạch điều khiển đáng tin cậy. Hình 2 chỉ ra sơ đồ khối chức năng của TCA 785
Mô tả hoạt động
Tín hiệu đồng bộ được cấp từ nguồn điện cần chỉnh lưu qua một điện trở có trị số cao vào chân 5. Tại
đây bộ nhận biết điểm không (Zero detector ) sẽ phát tín hiệu điểm không về khối thanh ghi đồng bộ.
Khối thanh ghi đồng bộ điều khiển phát tín hiệu xung răng cưa đồng bộ với tín hiệu nguôn xoay chiều, tụ
C10 được nạp bởi nguồn dòng (Cấp qua R9). Điện áp xung răng cưa được so sánh với điện áp điều khiển
đặt vào chân 11. Khi điện áp xung răng cưa lớn hơn điện áp điều khiển khối so sánh phát tín hiệu điều
khiển về khối logic. Tại đây đầu ra tương ứng Q1,Q2 sẽ phát xung điều khiển các phần tử công suất
(Transistor, Thyristor, Triac...)
Xung điều khiển rộng ít nhất 30µs và có thể điều khiển độ rộng trong phạm vi từ vị trí góc cần mở đến
180
o
nhờ thay đổi giấ trị tụ điện mắc vào chân 12. Khi chân 12 nối đất xung mở có độ rộng lớn nhất
Đầu vào 6 có thể sử dụng để không cho phép phát tín hiệu ra Q1,Q2.Chức năng này được sử dụng
khi kết hợp điều khiển 3 pha hay khi sử dụng mạch bảo vệ các phần tử công suất.
Độ rộng xung răng cưa có thể điều chỉnh được bằng cách thay đổi các giá trị của R9 và C10 giới hạn
của R9 và C10 được tính bởi các công thức sau:

5
Nguồn cần đồng bộ
Giới hạn trên
Xung răng cưa đồng bộ
Tín hiệu điều khiển
Giới hạn dưới
Q2
Q1
Q2 khi chân 12 nối đất
Q1 khi chân 12 nối đất
Q2 khi chân 13 nối đất
Q1 khi chân 13 nối đất
Qu
Qz
Hình 3: Biểu đồ xung
Giới hạn tụ C10: 50p-1uF

Víi hÖ sè K = 1.1 ± 20%
Điểm phát xung
điều khiển
Dòng nạp
Điện áp nạp tô

Giáo trình biến tần Ks. Vũ Ngọc Minh
Hình 4 giới thiệu một sơ đồ chỉnh lưu Thyristor có điều khiển 1 pha điển hình, với công suất tiêu
thụ nhỏ nguồn cấp cho mạch điều khiển có thể lấy trực tiếp từ nguồn động lực mà không cần dùng tới biến
áp. Tụ điện C12 dùng để tạo ra xung có độ rộng theo yêu cầu. Mạch sử dụng chỉnh lưu cả chu kỳ của điện
áp . Sơ đồ mạch này đơn giản, gọn nhẹ và không cần chỉnh định tham số nhiều.
Câu hỏi ôn tập:

1. Điện áp đồng bộ dùng để làm gì?, lấy ở đâu?
2. Vì sao trong hình 4 phải sử dụng máy biến áp ?
3. Để ghép nối điều khiển 3 pha cần dùng bao nhiêu TCA785?
6
Hình 4: Sơ đồ chỉnh lưu 1 pha cầu không đối xứng có điều khiển
Giáo trình biến tần Ks. Vũ Ngọc Minh
Chương 2. BIẾN TẦN
2.1. Khái niệm phân loại, cấu trúc biến tần
Biến tần là thiết bị điện tử đổi nguồn điện một chiều thành nguồn điện xoay chiều có tần số và biên độ
mong muốn cung cấp cho các thiết bị công suất.
Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật đặc biệt là công nghệ vi mạch cùng với sự phát triển
của lý thuyết điều khiển các hệ thống truyền động điện xoay chiều hiện đại đã có những đặc tính điều chỉnh
tốc độ rất tốt cho phép cạnh tranh với các hệ thống truyền động điện một chiều.
Phân loại biến tần.
Dựa theo cách thức biến đổi người ta phân biến tần thành hai loại chính
+ Biến tần trực tiếp
+ Biến tần gián tiếp
Theo nguồn cung cấp có 2 loại cơ bản
+ Biến tần một pha
+ Biến tần ba pha
Theo cách thức điều khiển có
biến tần PWM, biến tần vector, biến tần ma trận...
Theo dạng nguồn ra
+ Biến tần nguồn dòng
+ Biến tần nguồn áp
Cấu trúc chung của các bộ biến tần
Hình 2.1. Sơ đồ khối cấu trúc của biến tần
Khối điều khiển:
Có nhiệm vụ tính toán thời điểm đóng mở các van của mạch công suất, đo lường, lọc nhiễu các tín hiệu
phản hồi, nhận tín hiệu điều khiển từ khối ghép nối mở rộng.

Nguồn điều khiển:
Cung cấp nguồn cho khối điều khiển hoạt động và cung cấp nguồn cho các thiết bị ngoại vi
Mạch công suất:
Là các van bán dẫn công suất như tiristor, MOSFET, IGBT, GTO.. điều khiển dòng điện từ lưới tới tải và
ngượclại.
Tải :
Đa số biến tần hiện nay sử dụng cho tải là động cơ điện xoay chiều ba pha, ngoài ra có một số dạng tải
khác như các lò cao tần, mạng điện sinh hoat..
Ghép nối mở rộng:
Ghép nối mở rộng để nhận tín hiệu điều khiển từ bên ngoài hay gửi đi các tín hiệu điều khiển(các đầu
vào /ra tương tự, đầu vào/ ra số, cổng vào/ ra ghép nối mạng công nghiệp, ghép nối encorder...)
Phanh:
Đối với dạng tải là động cơ xoay chiều ba pha các bộ biến tần thường được thiết kế chức năng phanh
phức hợp để điều khiển tốc độ động cơ nhanh chóng và chính xác.
7
Khối điều
khiển
Mạch công
suất
Tải
Nguồn
điều khiển
Ghép nối
mở rộng
Phanh
Giáo trình biến tần Ks. Vũ Ngọc Minh
Hình 2.2. Cấu trúc biến tần gián tiếp
2.2. Biến tần trực tiếp
Bộ biến tần trực tiếp là một thiết bị điện tử biến đổi năng lượng điện xoay chiều thành năng lượng điện
xoay chiều có biên độ và tần số khác với biên độ điện áp và tần số đầu vào .

Biến tần trực tiếp gồm hai bộ chỉnh lưu nối song song ngược. Các bộ chỉnh lưu này có thể là sơ đồ ba pha
có điểm trung tính, sơ đồ cầu ba pha hay các bộ chỉnh lưu nhiều pha. Số pha bộ chỉnh lưu càng lớn thì các
thành phần các sóng điều hoà bậc cao càng giảm.
Nguyên lý làm việc.
Để đơn giản, ta giả thiết tải thuần trở, điều kiện làm việc là lý tưởng. Điện áp trên tải gồm hai nửa sóng
dương và âm. Nửa sóng dương được tạo ra khi nhóm van I làm việc(T1, T3, T5) và nửa sóng âm được tạo
ra khi nhóm van II làm việc( T4. T6, T2). Lần lượt đóng mở các van nhóm 1 và 2 ta sẽ có một điện áp xoay
chiều có giá trị
α
π
π
cos
sin2
1
1
2
m
Um
u
pha
=
(2.1)
m
1
số pha của điện áp lưới
α góc điều khiển của bộ chỉnh lưu
tần số ra của biến tần

8
Hình 2.3. Dạng điện áp với các luật điều khiển khác nhau
của biến tần trực tiếp
Giáo trình biến tần Ks. Vũ Ngọc Minh
1
11
2
2 mn
mf
f
+
=
(2.2)
tần số ra được điều chỉnh có cấp và nhỏ hơn tần số lưới.
Để điều chỉnh vô cấp cần tạo thời gian trễ giữa hai bộ chỉnh lưu bằng cách tạo ra góc ϕ. Khi đó tần số ra là
ϕ
)2(
1
11
2
mn
mf
f
+
=
(2.3)
Khi bộ biến tần làm việc với tải trở cảm hoặc động cơ điện, năng lượng tích lũy ở tải có thể được trả về
lưới, khi đó các bộ chỉnh lưu sẽ làm việc ở cả chế độ nghịch lưu phụ thuộc. Nhóm I sẽ làm việc nghịch lưu
khi điện áp trên tải mang dấu âm và nhóm II làm việc khi điện áp trên tải mạng dấu dương.
Nếu mắc theo sơ đồ cầu thì điện áp trên tải sẽ lớn gấp hai lần so với sơ đồ ba pha có điểm trung tính

Kết luận
Các bộ biên tần trực tiếp có hiệu suất thấp do phải điều chỉnh góc α và điện áp có chứa nhiều thành phần
sóng điều hoà bậc cao. Để loại các thành phần bậc cao cần dùng các bộ lọc.
Để điều chỉnh điện áp cần thay đổi góc α
Để đảm bảo điện áp ra gần sin thì góc điều khiển α và góc nghịch lưu β tuân theo nguyên tắc
)sinarccos(
2
2
2
t
U
U
mo
m
ωα
=
(2.4)
U
2m
giá trị biên độ điện áp ra trên tải.
U
2m0
giá trị biên độ điện áp ra trên tải ứng với trạng thái mở hoàn toàn của các tiristor.
Với luật điều khiển như trên và với m
1
cũng như tỉ số f
1
/f
2
đủ lớn điện áp ra trên tải sẽ có dạng hình sin.

t
m
m
UtU
m 2
1
1
122
sinsin)(
ω
π
π
ω
=
(2.5)

Đường cong điện áp ra có thành phần sóng điều hoà cơ bản với tần số f
2
các bộ biến tần trực tiếp có tần số
ra nhỏ hơn tần số vào. Để tăng tần số ra của biến tần sao cho f
2
<f
1
có hai cách
+ Dùng bộ chuyển mạch cưỡng bức phụ
+ dùng van điều khiển hoàn toàn
2.3. Biến tần gián tiếp
2.3.1. Cấu trúc
Bộ biến tần gồm 3 khâu chỉnh lưu, lọc, nghịch lưu. Như vậy để biến đổi tần số cần thông qua một khâu
trung gian một chiều do vậy nó có tên là biến tần gián tiếp.

Chỉnh lưu: để biến đổi nguồn điện xoay chiều thành nguồn điện một chiều. Chỉnh lưu có thể là không điều
chỉnh hoặc có điều chỉnh. Thường đối với các bộ biến tần công suất nhỏ là các bộ chỉnh lưu không điều
chỉnh. Ngày nay đa số các biến tần sử dụng chỉnh lưu không điều chỉnh vì nếu điều chỉnh điện áp một chiều
trong một phạm vi rộng sẽ tăng kích thước bộ lọc, giảm hiệu suất bộ biến đổi. Đối với các bộ biến tần công
suất lớn người ta hay sử dụng chỉnh lưu bán điều khiển với chức năng bảo vệ cho hệ thống khi bị quá tải.
9
Hình 2.4. luật điều khiển tuyến tính
Giáo trình biến tần Ks. Vũ Ngọc Minh
Hình 2.5 Sơ đồ khối biến tần gián tiếp
Lọc: sau khi chỉnh lưu điện áp ra là một chiều với độ đập mạch cao cần sử dụng bộ lọc để được thành phần
một chiều ổn định, ngoài ra bộ lọc còn có tác dụng hấp thụ năng lượng tải trả về trong quá trình nghịch lưu.
Nghịch lưu : Biến đổi nguồn điện một chiều thành nguồn điện xoay chiều với biên độ và tần số mong
muốn. Đối với các biến tần nhỏ thường dùng van bán dẫn là IGBT, đối với các biến tần công suất lớn sử
dụng GTO hay tiristor.
2.4. Khâu chỉnh lưu
Các tham số cơ bản dùng để đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản nhất của một mạch chỉnh lưu.
U
d
: giá trị điện áp trung bình nhận được sau mạch van chỉnh lưu.
∫∫
==
π
θθ
π
2
00
)(
2
1
)(

1
dudttu
T
U
d
T
dd
(2.6)
I
d
: Dòng điện trung bình nhận được sau mạch van chỉnh lưu
∫
=
π
θθ
π
2
0
)(
2
1
diI
dd
(2.7)
P
d
= U
d*
I
d

là công suất một chiều mà tải nhận đượctừ mạch chỉnh lưu.
I
vtb
: dòng trung bình qua van
U
ngmax
điện áp ngược cực đại mà van phải chịu khi làm việc
K
sd
hệ số sử dụng biến áp
K
dm
Hệ số đập mạch của điện áp là tỉ số giữa biên độ của sóng hài bậc1 theo khai triển Fourier của
điện áp chỉnh lưu và thành phần giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu.
2.4.1. chỉnh lưu một pha nửa chu kỳ
Khi tải thuần trở
Diot phải chịu điện áp ngược với giá trị lớn nhất là
2max
2UU
ng
=
Điện áp trung bình chỉnh lưu là
2
2
0
2
45.0
2
.sin2
2

1
U
U
dUU
d
===
∫
π
θθ
π
π
(2.8)
Dòng trung bình chỉnh lưu
R
2
2
π
U
R
U
I
d
d
==
10
Chỉnh
lưu
Lọc Nghịch
lưu
U

1
f
1
U
2
f
2
Hình 2.6. Chỉnh lưu cầu 1 pha và 3 pha
Giáo trình biến tần Ks. Vũ Ngọc Minh
Giá trị hiệu dụng của dòng thứ cấp MBA
R
U
d
R
SinU
I
2
.2
2
1
2
0
2
2
=









=
∫
π
θ
θ
π
2.4.2. Chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ dùng MBA có điểm giữa
Điện áp trung bình
2
2
0
2
9.0
22
.sin2
1
U
U
dUU
d
===
∫
π
θθ
π
π
(2.9)

Diot phải chịu điện áp ngược với giá trị lớn nhất là
2max
22 UU
ng
=
2.4.3. Chỉnh lưu cầu một pha
Điện áp trung bình chỉnh lưu là
2
2
0
2
9.0
22
.sin2
1
U
U
dUU
d
===
∫
π
θθ
π
π
(2.10)
Dòng trung bình chỉnh lưu
R
22
2

π
U
R
U
I
d
d
==
Diot phải chịu điện áp ngược với giá trị lớn nhất là
2max
2UU
ng
=
2.4.4. Chỉnh lưu hình tia ba pha
Dòng trung bình qua một diot bằng 1/3 dòng tải
Diot phải chịu điện áp ngược với giá trị lớn nhất là
2max
6UU
ng
=
2.4.5. Chỉnh lưu cầu ba pha
Dòng trung bình qua một diot bằng 1/3 dòng tải
Diot phải chịu điện áp ngược với giá trị lớn nhất là
2max
6UU
ng
=
Bảng 2.1. Tổng hợp các phương pháp chỉnh lưu
U
do

I
tbv
U
ngmax
I
2
I
1
S
ba
m
dm
k
dm
Một pha nửa chu kỳ 0.45U
2
I
d
1.41U
2
1.57I
d
1.21I
d
k
ba
3.09P
d
1 1.57
Một pha có điểm giữa 0.9U

2
I
d
/2 2.83U
2
0.58I
d
1.11I
d
k
ba
1.48P
d
2 0.67
Cầu một pha 0.9U
2
I
d
/2 1.41U
2
1.11I
d
1.11I
d
k
ba
1.23P
d
2 0.67
Tia ba pha 1.17U

2
I
d
/3 2.45U
2
0.58I
d
0.47I
d
k
ba
1.35P
d
3 0.25
Cầu ba pha 2.34U
2
I
d
/3 2.45U
2
0.816I
d
0.816I
d
k
ba
1.05P
d
3 0.057
Tia sáu pha 1.35U

2
I
d
/6 2.83U
2
0.29I
d
0.58I
d
k
ba
1.56P
d
6 0.057
Sáu pha có cuộn
kháng cân bằng
1.17U
2
I
d
/6 2.45U
2
0.29I
d
0.41I
d
k
ba
1.26P
d

6 0.057
2.5. Bộ lọc một chiều
Như phần trên ta thấy rằng hệ số đập mạch của chỉnh lưu phụ thuộc vào số đập mạch m
dm
và góc điều
khiển α. với một mạch chỉnh lưu không điều khiển xác định hệ số đập mạch là cố định. Trong một số
trường hợp đặc biệt là biến tần hệ số đập mạch của chỉnh lưu là lớn cần đưa thêm mạch lọc một chiều nhằm
cải thiện hệ số đập mạch. Hiệu quả của khâu lọc được đánh giá bằng hệ số san bằng
dmra
dmvao
sb
k
k
k
=
Đầu vào của mạch lọc là các van chỉnh lưu do vậy hệ số đập mạch đầu vào chính là hệ số đập mạch của
chỉnh lưu. Hệ số đập mạch đầu ra nhận được sau khi lọc phải nhỏ hơn đầu vào do vậy k
sb
>1
11
Hình 2.7. Các bộ lọc thông dụng
Giáo trình biến tần Ks. Vũ Ngọc Minh
2.5.1. Bộ lọc điện cảm
Loại này dùng một cuộn cảm có điện cảm L mắc nối tiếp với tải. Theo khai triển Fourier điện áp chỉnh
lưu có thể coi gồm hai loại nguồn điện áp: Nguồn một chiều U
0
=U
do
cosα, và nguồn điện xoay chiều là các
sóng hài. Ta thấy rằng nguồn một chiều không bị điện cảm cản trở, nguồn xoay chiều sẽ bị sụt áp trên L

trước khi đưa đến tải theo quan hệ chia điện áp. X
L
càng lớn thì thành phần xoay chiều trên tải sẽ càng nhỏ,
điều này rẩt tốt bởi chính thành phần xoay chiều gây nên độ đập mạch của điện áp.
Điện cảm lọc cần thiết để đảm bảo hệ số san bằng
t
ldm
sb
R
m
k
L
ω
1
2
−
=
(2.11)
Lọc bằng điện cảm rất phù hợp với tải công suất lớn vì công suất càng lớn thì R
t
càng nhỏ nên dễ dàng có
được điều kiện lọc tốt
2.5.2. Lọc bằng điện dung
Tụ điện có điện dung C được mắc song song với tải. Ở đây tác động lọc khác với lọc điện cảm. Với
nguồn một chiều tụ C không gây ảnh hưởng. Với nguồn xoay chiều khi X
c
càng nhỏ hơn R
t
thì dòng điện
xoay chiều càng bị hút đi qua tụ điện, ít đi qua tải tức là hiệu quả lọc sẽ càng tốt.

Biểu thức tính toán tụ lọc
dmratdm
kRm
C
ω
1
=
(2.12)
Lọc bằng điện dung phù hợp với các tải công suất nhỏ vì khi R
t
càng nhỏ để hiệu quả lọc tốt cần yêu cầu
tụ càng lớn.
2.5.3. Lọc LC
Đây thực chất là sự kết hợp của hai loại lọc trên
2
1
2
1
ω
dm
sb
m
k
LC
+
=
(2.13)
2.5.4. Lọc hình π
Đây là bộ lọc gồm hai mắt lọc lọc C và lọc LC mắc nối tiếp nhau. Hệ số san bằng được tính bằng tích của
từng mắt lọc

k
sb
=k
sbC .
k
sbLC
Lọc π ứng dụng khi cần có k
sb
>50.
2.6. Nghịch lưu
2.6.1 Nghịch lưu áp một pha
Nghịch lưu áp là thiết bị biến đổi nguồn áp một chiều thành nguồn áp xoay chiều với tần số tuỳ ý.
Nguồn áp là nguồn được sử dụng phổ biến trong thực tế. Hơn nữa điện áp ra của nghịch lưu áp có thể điều
chế theo nhiều phương pháp khác nhau để có thể giảm được sóng điều hoà bậc cao. Trước đây nghịch lưu
áp bị giới hạn ứng dụng vì công suất các van động lực còn nhỏ việc sử dụng nghịch lưu áp bằng tiristor
khiến hiệu suất bộ biến đổi giảm, sơ đồ điều khiển phức tạp. Ngày nay các van công suất như IGBT, GTO
có công suất lớn, kích thước gọn nhẹ, do đó nghịch lưu áp trở thành bộ biến đổi thông dụng và được chuẩn
hoá trong các bộ biến tần công nghiệp.
12
Q1 Q2
Q3Q4
D1 D2
D3D4
4
3
6
L1
1.0mH
R1
20

Ω
7
21
0
E
Q1 Q2
Q3Q4
D1 D2
D3D4
4
3
6
L1
1.0mH
R1
20
Ω
7
21
0
E
Giáo trình biến tần Ks. Vũ Ngọc Minh
Hình 2.8 Mạch công suất và biểu đồ đặc tính tải
Cấu tạo
Sơ đồ nghịch lưu áp gồm 4 van động lực chủ yếu là Q1, Q2, Q3, Q4 và các điot D1, D2, D3, D4. dùng để
trả công suất phản kháng của tải về lưới tránh quá áp trên tải.
Cần mắc thêm tụ C song song với bộ biến đổi để đảm bảo cho nguồn đầu vào là nguồn hai chiều, tức là tụ
C sẽ tiếp nhận công suất phản kháng của tải, đồng thời tụ C còn đảm bảo cho nguồn đầu vào là nguồn áp.
Nguyên lý làm việc
Ở nửa chu kỳ đầu tiên cặp van Q1, Q3 dẫn điện, tụ tải đươc nối vào nguồn. Do nguồn là nguồn áp nên điện

áp tải U
1
=E. Tại thời điểm θ
2
,Q1 và Q3 khoá , Q2 và Q4 mở . Tải sẽ được đấu vào nguồn theo chiều ngược
lại. Do tải mang tính trở cảm nên dòng vẫn giữ nguyên hướng cũ, mà Q1, Q3 đã khoá nên dòng điện phải
khép mạch qua D1, D3. Sức điện động cảm ứng trên tải sẽ trở thành nguồn trả năng lượng thông qua D1,
D3 về nguồn.
2.6.2 Nghịch lưu áp ba pha
Sơ đồ nghich lưu áp ba pha được ghép từ bao sơ đồ một pha có điểm trung tính. Để đơn giản giả thiết van
là lý tưởng, nguồn có nội trở nhỏ vô cùng và dẫn điện theo hai chiều.
Để đảm bảo tạo ra điện áp ba pha đối xứng các van cùng cặp phải mở lệch nhau góc 180
o
.
2.6.3 Nghịch lưu dòng
Nghịch lưu dòng là thiết bị biến đổi nguồn dòng một chiều thành dòng xoay chiều có tần số tuỳ ý.
Đặc điểm của nghịchlưu dòng là nguồn một chiều cấp điện cho bộ biến đổi phải là nguồn dòng, do đó điện
cảm đầu vào thường có giá trị lớn để đảm bảo dòng là liên tục
13
Hình 2.9. Sơ đồ nghịch lưu 3 pha
Hình 2.10. Nghịch lưu dòng một
pha
Hình 2.11. Nghịch lưu dòng ba
pha
Giáo trình biến tần Ks. Vũ Ngọc Minh
Nguyên lý làm việc
Xét sơ đồ cầu: Khi đưa xung vào mở cặp van T1,T2 dòng điện i
N
= i
d

= I
d
Dòng qua tụ C tăng đột biến, tụ C
bắt đầu được nạp diện. Khi tụ C nạp đầy dòng qua tụ c =0. Do dòng cấp vào là hằng số nên lúc đầu dòng
qua tải nhỏ sau đó dòng tăng dần.Kết thúc nửa chu kỳ, đưa xung vào mở T3, T4 khi đó tụ C sẽ phóng điện
về nguồn, dòng điện này làm cho T1, T2 bị phân cực ngược và khoá lại. Quá trình chuyển mạch xảy ra gần
như tức thời sau đó tụ C sẽ nạp điện theo chiều ngược lại, dòng nghịch lưu đổi dấu. Như vậy tụ C làm
nhiệm vụ chuyển mạch cho các tiristor.
Trong thực tế nghịch lưu dòng ba pha được sử dụng phổ biến vì công suất của nó lớn và đáp ứng được các
ứng dụng trong công nghiệp
Giống như nghịchlưu dòng một pha, nghịch lưu dòng ba pha sử dụng tiristo do vậy để khoá tiristo cần có
các tụ chuyển mạch.
Để đảm bảo khoá được các tiristo và tạo ra hệ dòng điện ba pha đối xứng thì luật dẫn phải tuân theo đồ thị
trên. Qua đồ thị ta thấy mỗi van chỉ dẫn trong khoảng thời gian 120
o
2.7 Phương pháp điều chế PWM (Pulse width modulation)
2.7.1 Đặt vấn đề:
Thiết bị biến tần theo phương pháp tạo xung thông thường chỉ tạo ra được điện áp hình sin chữ nhật
hoặc gần chữ nhật, chứa nhiều sóng hài. Muốn giảm nhỏ ảnh hưởng của sóng hài, người ta có thể dùng các
bộ lọc, như vậy trọng lượng và giá thành của thiết bị biến tần sẽ cao.
Phương pháp phổ biến hiện nay là tăng tần số đóng cắt của các van động lực trong một chu kỳ theo
những quy luật nhất định để vừa điều chỉnh được điện áp ra vừa loại trừ các sóng điều hoà bậc cao.
Phương pháp “ Điều biến độ rộng xung” nhằm đáp ứng yêu cầu trên.
2.7.2. Nội dung phương pháp:
+ Tạo ra một sóng hình sin u
m
, gọi là sóng điều biến, có tần số bằng tần số mong muốn.
14
Giáo trình biến tần Ks. Vũ Ngọc Minh
+ Tạo ra một sóng dạng tam giác, biên độ cố định u

p
, gọi là sóng mang, có tần số lớn hơn nhiều tần số của
sóng điều biến.
+ Dùng khâu so sánh để so sánh u
m
và u
p
các giao điểm của hai sóng này xác định khoảng tác động của
xung điều khiển tiristor hoặc transitor công suất.
Điều biến độ rộng xung được chia thành hai loại :
+ Điều biến độ rộng xung đơn cực: Điện áp ra trên tải là một chuỗi xung, độ rộng khác nhau, có trị số 0
hoặc +E trong nửa chu kỳ dương và 0 hoặc –E trong nửa chu kỳ âm.
+ Điều biến độ rộng xung lưỡng cực: điện áp ra trên tải là một chuỗi xung, độ rộng khác nhau có trị số ±E.
Tỉ số giữa biên độ sóng điều biến và biên độ sóng mang, ký hiệu là M được gọi là tỉ số điều biến.
Điều chỉnh biên độ sóng điều biến cũng chính là điều chỉnh độ rộng xung, điều chỉnh điện áp tải.
Khi M=1 điện áp ra tải có biên độ lớn nhất. Muốn giảm nhỏ điện áp ra ta giảm nhỏ biên độ sóng
điều biến.
Điều biến độ rộng xung lưỡng cực:
Với sơ đồ cầu 1 pha. Các van được điều khiển từng cặp Q
1
, Q
3
và Q
2
, Q
4
. Nguồn E luôn được nối
với tải thông qua Q
1
, Q

3
hoặc Q
2
, Q
4
. do đó điện áp tải gồm một chuỗi xung, độ rộng khác nhau, không có
khoảng u = 0.
Khoá S ở vị trí 1 tương ứng với Q1, Q3 dẫn, ở vị trí 2 tương ứng với Q2,Q4 dẫn. Khoá S sẽ được
chuyển mạch với tần số cao và được gọi là tần số chuyển mạch f
s
(hay tần số mang)
Nếu coi t
1
là thời gian khoá S ở vị trí 1, t
2
là thời gian khoá S ở vị trí 2 thì giá trị trung bình của điện áp
trên tải là:

s
T
t
t
s
tb
T
tt
EdtEdtE
T
U
s

21
0
.
1
1
−
=








−=
∫∫
(2.14)
Nếu tần số chuyển mạch không đổi(f
s
=const) và thay đổi tỉ lệ giữa t
1
và t
2
theo quy luật hình sin:
(t
1
-t
2
)/T

s
=M.sinΩt
thì giá trị trung bình trong một chu kỳ tần số chuyển mạch T
s
sẽ thay đổi theo quy luật hình sin là
U
TB
= MEsinΩt
+ Ω - tần số góc của PWM( tần số ra của nghịch lưu)
+ M hệ số điều chế
M=1 thì t
1
và t
2
sẽ thay đổi giá trị từ 0 đến T
s
. Tuy nhiên do các khoá điện tử có quán tính nên M<1.
Như vậy thay đổi M và Ω có thể điều chỉnh độc lập điện áp và tần số của dòng tải với điều kiện tần số
chuyển mạch và nguồn E không đổi. Nếu tải có đặc tính trở cảm thì dòng trên tải có dạng hình sin.
15
E
t
1
t
2
Ts
Hình 2.13 Chu kỳ chuyển mạch
Hình 2.12 Điều biến độ rộng xung lưỡng cực
1 pha tải R+L
Giáo trình biến tần Ks. Vũ Ngọc Minh

Trong thực tế các khóa điện tử có thời gian khoá t
off
nên
t
1max
=T
s
- t
off
và t
2min
= t
off
.
M
max
= (t
1max
– t
2min
)/T
s
= 1- 2t
off
/ T
s
Giá trị điện áp hiệu dụng trên tải đối với sơ đồ
2
.EM
U

hd
=
Các giá trị trung bình này sẽ tương ứng với các giá trị tức thời của điện áp trên tải. Tập hợp các giá trị tức
thời này sẽ là đường cong của điện áp nghịch lưu.
U
TB
=U
m
sinΩt
Tính toán thành phần sóng hài :
Biên độ của sóng điều hoà bậc q đối với phương pháp điều biến lưỡng cực được xác định theo biểu thức:








+−=
∫ ∫ ∫
1 2
1
0
2/
sin....sinsin
4
α α
α
π

α
θθθθθθ
π
p
dqdqdq
E
U
q

=






−+
∑
∞
=
k
q
k
q
q
E
α
π
cos)1(21
4

..5,3,1
(2.15)
p: số lần chuyển mạch trong một phần tử chu kỳ điện áp tạo ra;
k: 1,2,3...là các số tự nhiên.
Nếu trong một chu kỳ có hai lần chuyển mạch phụ thì biên độ sóng điều hoà bậc q là:
)1cos2(
4
)(
1
−=
α
π
q
q
E
qU

Biểu thức (10) cho thấy muốn loại trừ sóng hài bậc 3 (U
3
=0) ta cần có α
1
=20
0
,α
2
=0,α
3
=0.
Nếu số lần chuyển mạch tăng lên 4, biên độ sóng điều hoà bậc q sẽ là
∑

∞
=
+−
=
..5,3,1
21
cos2cos21
4
)(
q
q
qq
E
qU
αα
π
(2.16)
Để loại trừ sóng điều hoà bậc 3và bậc 5, ta có α
1
=23,62
0
,α
2
=33,3
0
,α
3
=0;
Từ công thức (2.16) ta thấy sóng điều hoà bậc càng cao thì có biên độ càng nhỏ, do vậy chỉ cần tính toán
để loại trừ những sóng điều hoà bậc thấp. Hơn nữa càng tăng tần số chuyển mạch thì hiệu suất bộ biến đổi

sẽ bị giảm. Dùng bộ lọc loại trừ các sóng bậc cao còn lại ta sẽ được sóng điều hoà cơ bản
16
Hình 2.14. Điện áp và dòng điện trong nghịch lưu thường Hình 2.15. Điện áp và dòng điện bằng PWM
Giáo trình biến tần Ks. Vũ Ngọc Minh
Kết luận phương pháp điều biến độ rộng xung lưỡng cực
Phương pháp điều biến độ rộng xung lưỡng cực là phương pháp điều khiển các van công suất đóng cắt
nhiều hơn trong một chu kỳ điện áp tải.(tổn thất trên van sẽ tăng)
Tần số đóng cắt các van càng lớn thì dòng điện qua tải càng gần hình sin.
Chu kỳ điện áp và dòng điện trên tải đúng bằng chu kỳ của sóng điều biến.
Thay đổi biên độ sóng điều biến sẽ thay đổi được điện áp trên tải
2.8. Vector không gian các đại lượng ba pha.
Động cơ xoay chiều ba pha có ba cuộn dây stator với dòng điện ba pha được bố trí như hình vẽ.
Trong hình vẽ ta thấy ba dòng điện i
su
, i
sv
, i
sw
, là ba dòng chảy từ lưới qua đầu nối vào động cơ, Khi chạy
động cơ bằng biến tần, đó là ba dòng ở đầu ra của biến tần, ba dòng điện này thoả mãn phương trình
i
su
(t)+ i
sv
(t)+ i
sw
(t)=0
Trong đó dòng điện pha thoả mãn các biểu thức
s
s

w s
( ) os( )
( ) os( 2 / 3)
( ) os( 4 / 3)
su s
sv s
s s
i t i c t
i t i c t
i t i c t
ω
ω π
ω π

=

= +


= +

(2.17)
Trên mặt cắt vuông góc với trục động cơ (mặt phẳng cơ học) Động cơ XCBP có ba cuộn dây lệch nhau một
góc 2π/3. Nếu trên mặt cắt đó ta thiết lập một hệ toạ độ phức với trục thực đi qua cuộn dây u của động cơ ta
có vector không gian sau
2 / 3 4 / 3
w
2
( ) ( ) ( ) ( )
3

j i
s su sv s
i t i t i t e i t e
π π
= + +

iy
s
i e=

Theo công thức trên vector i
s
là một vector có modul không đổi quay trên mặt phẳng phức với tốc độ góc ω
s
=2πf
s
và tạo với trục thực một góc y=ω
s
t
Qua hình vẽ trên ta thấy các dòng điện pha chính là hình chiếu của vector mới thu được lên trục các
cuộn dây pha tương ứng. Làm tương tự đối với các đại lượng khác như điện áp, từ thông ta đều xây dựng
được vectỏ không gian tương ứng như trên. Tiếp theo ta đặt tên cho trục thực của mặt phẳng phức nói trên
17
Rotor
Pha A Pha B Pha C
Hình 2.16 : Sơ đồ cuộn dây ĐCXCBP
Im
Re
I
s

(t)
Im
v
w
u
Hình 2.17. Đồ thị vector dòng
Giáo trình biến tần Ks. Vũ Ngọc Minh
là trục α và trục ảo là β , quan sát hình chiếu của vector không gian xuống hai trục đó ta được hình chiếu
đặt tên là i
s
β

i
s
α

Hình 2.18 Chuyển trục tọa độ
Nhận thấy rằng hai dòng điện trên là dòng hình sin, như vậy ta có thể hình dung một động cơ điện tương
ứng có hai cuộn dây có định α, β thay thế cho ba cuộn dây u, v, w
Với điều kiện điểm trung tính của ba cuộn dây stator không nối đất ta chỉ cần đo 2 trong số 3 dòng điện
stator là đầy đủ thông tin về vector i
s
với các thành phần được xác định theo công thức sau:
1
( 2 )
3
s s
s su sv
i i
i i i

α β
β
=



= +


(2.18)
Chuyển hệ toạ độ cho các vector không gian
Xét một hệ toạ độ tổng quát xy và một hệ toạ độ thứ hai x
*
y
*
có chung điểm gốc và nằm lệch đi một góc so
với hệ xy.
Quan sát một vector bất kỳ trên hai hệ toạ độ ta thu được.
Hệ xy
Hệ x
*
y
*
* * *
xy
V x jy
V x jy
= +
= +
uuur

uuv

Từ hình vẽ trên rút ra được kết quả
18
i
su
=i
sα
β
i
sw
i
sv
cuộn dây
pha u
i
sβ
cuộn dây
pha v
cuộn dây
pha w
Xx
V
jY
jY
*
X
*
y
*

y
x
*
υ
Hình 2.19 Chuyển hệ toạ độ không gian
Giáo trình biến tần Ks. Vũ Ngọc Minh
*
*
os + y sin
sin os
x x c
y x yc
υ υ
υ υ

=


= − +


Như vậy có
*
( os + ysin )+j(ycos sin )V xc x
υ υ υ υ
= −
uuv
( )( os sin )
xy j
x jy c j V e

υ
υ υ
−
= + − =
uuur
Một cách tổng quát ta thu được công thức chuyển hệ toạ độ sau:
* *xy j xy j
V V e V V e
υ υ
= ↔ =
uuur uur uur uuur
Trên cơ sở phân tích trên ta thấy nếu góc υ thay đổi ta có được hệ toạ độ x
*
y
*
là một hệ toạ độ xoay tròn
so với hệ toạ độ xy cố định quanh điểm gốc O.
Bây giờ ta quay trở lại với vector dòng stator mà ta đã xét trong đó hệ toạ độ αβ là một hệ toạ độ cố
định tương ứng hệ toạ độ xy đã xét, và quan sát một ĐCXCBP đang quay với tốc độ góc ω =dυ/dt trong đó
góc υ là góc tạo bởi trục chuẩn ( trục qua cuộn dây pha u) với trục roto. Vector từ thông rotor ψ
r
quay với
tốc độ góc ω
s
=2πf
s
= dυ/dt.
Như vậy ta thấy đối với DCXCBP là ĐCĐB thì trục của từ thông rotor cũng chính là trục rotor, nếu
động cơ là ĐCKĐB thì sự chênh lệch giữa ω và ω
s

sẽ tạo lên dòng rotor với tần só f
r
.
Nếu ta xây dựng một hệ trục toạ độ mới với trục thực trùng với hướng của vector ψ
r
và gốc toạ độ trùng
với gốc của hệ αβ và đặt tên cho các hệ trục mới là d và q ta thấy hệ toạ độ mới là một hệ quay xung quanh
điểm gốc chung với tốc độ góc ω
s
và vector dòng i
s
có các phần tử mới là i
sd
và i
sq
. Nếu biết góc υ ta có thể
dễ dàng tính được vector dòng trên toạ độ αβ từ toạ độ dq và ngược lại. Một cách chi tiết hơn ta có
s
s
sin os
os sin

sd s s s
sq s s s
i i i c
i i c i
β α
β α
υ υ
υ υ

= +



= −


Nhìn vào công thức trên ta thấy khó khăn thực tiễn của việc tính i
sd
và i
sq
là việc tính góc υ
s
. Đối với ĐCĐB
góc đó được xác định một cách dễ dàng bằng máy phát xung. Trong trường hợp ĐCKĐB góc υ
s
tạo lên bởi
góc ω
s
= ω + ω
r
Trong đó chỉ có ω là đo được, ω
r
chưa biết vì vậy phương pháp mô tả trên hệ toạ độ dq đòi
hỏi phải có một phương pháp tính toán ω
r
một cách chính xác đó là cơ sở của phương pháp điều khiển tựa
theo từ thông roto.
Hình 2.20 Đồ thị vector dòng
19

jq
i
sα
α
β
i
sβ
i
s
Trục rotor
d
i
sq
Ψ
r
υ
υ
s
Giáo trình biến tần Ks. Vũ Ngọc Minh
Hình 2.21 Sơ đồ khối phương pháp chuyển trục
Ưu thế của mô tả động cơ điện xoay chiều trên hệ toạ độ từ thông roto.
Xét một động cơ điện một chiều kích từ độc lập có tham số như hình vẽ.
Hình 2.22 Sơ đồ động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều có hệ phương trình sau:
1
2
M M M
M k
m k i
k i

ψ
ψ
=


=

(2.19)
Từ hệ phương trình trên ta thấy rõ ràng từ thông động cơ chỉ phụ thuộc vào dòng kích thích, mômen động
cơ sinh ra phụ thuộc vào từ thông động cơ và dòng điện stator. Như vậy nếu ta giữ được giá trị từ thông
không đổi ở giá trị danh định thì có thể điều khiển được momen sinh ra với tốc độ quay dưới danh định. ở
giải tốc độ trên danh định ta sẽ giảm bớt dòng kích từ.. Nói tóm lại đối với động cơ điện một chiều i
k
và i
m
là hai tham số điều khiển trực tiếp từ thông và momen của động cơ.
Đối với động cơ XCBP không còn sự tồn tại tường minh quan hệ như trong động cơ điện một chiều mà là
một hệ phức tạp do vậy phương pháp mô tả trên hệ toạ độ từ thông roto là phép mô tả dẫn đến các tương
quan giống như đối với động cơ điện một chiều nhằm đạt được những tính năng điều khiển như động cơ
điện một chiều.
hệ phương trình động cơ XCBP tổng hợp trên hệ toạ độ stator
0
s
s s s
r
r r r
s s s r m
r s m s r
d
u R i

dt
d
R i j
dt
i L i L
i L i L
ψ
ψ
ωψ
ψ
ψ

= +



= + −


= +


= +

20
U
m
U
k
e

-jυs
3
2
Điều khiển
van BT
isα
isβisq
isd
isv
isu
υ
s
Giáo trình biến tần Ks. Vũ Ngọc Minh
Sau khi xây dựng vector không gian cho dòng , áp , từ thông động cơ và chuyển các vector đó sang quan
sát trên toạ độ dq ta thu được phương trình
1
3
2
m
rd sd
r
M
M c rd sq
r
L
i
pT
L
m p i
L

ψ
ψ

=

+



=


(2.20)
Hình 2.23 Cấu trúc hệ thống TĐXCBP đơn giản trên cơ sở TTTR
2.9. Điều khiển biến tần trên cơ sở điều chế vector không gian
Sơ đồ nguyên lý của ĐCXCBP nuôi bởi biến tần nguồn áp như hình 2.9. Thông thường các van được vi
xử lý điều khiển sao cho điện áp xoay chiều ba pha với biên độ, tần số, góc pha cho trước được đặt lên
động cơ theo đúng yêu cầu. Theo hình vẽ ta thấy mỗi pha của động cơ có thể nhận một trong hai trạng thái,
hoặc nối với (+) nguồn hoặc nối với (-) của nguồn một chiều. Như vậy với 3 pha có 8 khả năng nối các pha
của động cơ với nguồn một chiều.
Bảng 2.2 Các trạng thái cấp nguồn pha
0 1 2 3 4 5 6 7
Pha u 0 1 1 0 0 0 1 1
Pha v 0 0 1 1 1 0 0 1
Pha w 0 0 0 0 1 1 1 1
Với cách bố trí hình học của 3 cuộn dây stator ta thấy để tìm điện áp thực sự trên từng pha ta chỉ việc tìm
hình chiếu của vector u
s
trên trục cuộn dây. Với tám trạng thái có thể nối ta có sáu vector như hình dưới.
Nhớ rằng modul của từng vector luôn có giá trị 2U

mc
/3.
21
β
U
2
U
3
α
U
4
U
5
U
6
U
1
α
u
s
U
1
U
2
Điều chỉnh
tốc độ
Điều chỉnh
vị trí
Điều khiển
van BT

Điều chỉnh
dòng
Ψ
rd
~ isd
m
M
~ isq
Giáo trình biến tần Ks. Vũ Ngọc Minh
Hình 2.24 phân bổ vector Hình 2.25 tạo vector từ vector chuẩn
Từ 8 vector chuẩn ta phải tạo ra điện áp stator có biên độ, góc pha bất kỳ. Để làm được như vậy ta phải
thực hiện việc điều chế vector.
Giả sử cần thực hiện một vector điện áp u
s
bất kỳ. Vector đó có thể nằm trong một góc phần sáu bất kỳ nào
đó, trong ví dụ này ta giả thiết u
s
nằm ở góc phần sáu thứ nhất
U
s
có thể được phân tích thành hai vector u
p
và u
t
theo hướng của 2 vector chuẩn U
1
và U
2
. Ta biết rằng
điện áp được tính quy đổi thành

thời gian đóng ngắt van trong một chu kỳ cắt xung nào đó. Nếu gọi thời gian trích mẫu tối đa là T. ta thấy
U
s
là tổng của hai vector biên u
p
và u
t

Hai vector biên này có thể thực hiện bằng cách cho thực hiện U
1
và U
2
trong hai khoảng thời gian
ax ax
p
t
p t
sm sm
u
u
T T T T
u u
= =
Sau khi thực hiện hai vector u
p
và u
t
, trong khoảng thời gian còn lại T-(T
p
+ T

t
) Biến tần sẽ thực hiện một
vector không là u
0
hoặc u
7
.
Về nguyên tắc thực hiện vector u
0
hay u
7
là như nhau tuy nhiên nếu xét trong điều kiện làm việc cụ thể thì
việc chọn một trong hai vector trên sẽ được thực hiện sao cho trong một chu kỳ các cặp van phải chuỷển
mạch là ít nhất, cụ thể là các cặp van chỉ chuyển mạch một lần.
U
o
U
1
U
2
U
7
U 0 1 1 1
V 0 0 1 1
w 0 0 0 1
Như vậy nếu trạng thái cuối cùng của chu kỳ trước là u
0
thì thứ tự chuyển mạch sẽ là
U
0

→ u
1
→u
2
→u
7
Nếu trạng thái cuối của chu kỳ trước là u
7
thì thứ tự chuyển mạch là
U
7
→ u
1
→u
2
→u
0
Để tính vector biên trái và biên phải ta sử dụng công thức.
2
3 3
s s
p s t
u u
u u u
β β
α
= − =
Công thức trên đúng khi điều chế vector ở góc phần sáu thứ nhất.
Với phương pháp này cần chú ý đến các góc phần tư và phần sáu cụ thể để tính toán.
2.10 Biến tần Micromaster Eco

2.10.1. Đặc điểm biến tần
+ Dễ dàng cài đặt, lập trình và sử dụng
+ Chịu quá tải 200% trong3s cho tới 150% trong 60s
+ Mô men khởi động lớn và điều chỉnh chính xác tốc độ motor bởi điều khiển véc tơ
+ Có thể kết hợp thêm với bộ lọc
+ Điều chỉnh dòng nhanh
+ Khoảng nhiệt độ hoạt động 0-50
oC
22
Giáo trình biến tần Ks. Vũ Ngọc Minh
+ Có sẵn các hàm điều khiển chuẩn P, I, D dùng cho điều chỉnh vòng kín (vòng ngoài) .
+ Có sẵn nguồn 15V, 50mA cấp cho các bộ biến đổi phản hồi.
2.10.2. Các đặc tính cơ bản của Micromaster
+ Điều khiển từ xa qua đường truyền nối tiếp RS485 sử dụng giao thức USS với đặc tính điều khiển tới 31
bộ điều biến tần qua giao thức USS.
+ Các thông số được đặt từ khi sản xuất có thể đặt lại cho các thiết bị của châu Âu, Asian và bắc Mỹ.
+ Tần số ra có thể được điều khiển bởi
- Tần số đặt sử dụng bàn phím
- Tần số đặt sử dụng tín hiệu tương tự với độ phân giải cao (dòng hoặc áp)
- Bộ phân áp mở rộng
- đầu vào nhị phân
- Chức năng thay đổi tốc độ qua bộ phân áp
- Giao diện nối tiếp
+ Cài sẵn hãm một chiều với bộ hãm phức hợp đặc biệt
+ Cài sẵn phanh ngắt cho điện trở ngoài
+ Tăng/giảm thời gian với chương trình san bằng
+ Hai chương trình đầu ra rơ le (13 hàm)
+Chương trình đầu ra tương tự (1 cho MMV, 2 Cho MDV)
+ Có thể chọn module Profibus DP hoặc CANbus
+ Tự động phân tích 2,4,6 hoặc 8 cực motor bởi phần mềm.

+ Tích hợp phần mềm điều khiển quạt làm mát
+ Có thể gắn cạnh nhau mà không cần điều kiện về khoảng cách
+ Tích hợp một số thành phần bảo vệ như bảo vệ quá dòng, bảo vệ quá nhiệt, Bảo vệ cao, thấp áp...
2.10.3. Những điểm chú ý khi sử dụng biến tần
1. Chỉ dẫn đấu dây
Cần chắc chắn rằng mọi thiết bị trong tủ điện có chứa biến tần đều được nối đất. Dây nối đất cần
ngắn, dẫn điện tốt và dày. Điểm nối đất có thể là điềm trung tính của nguồn hình Y. Cần chắc chắn rằng
mọi thiết bị được nối với biến tần cũng được nối đất cùng với biến tần hoặc nối vào điểm trung tính hình Y.
Dây đẫn dẹt thích hợp hơn vì chúng có trở kháng thấp ở tần số cao.
Điểm chung tính của động cơ được điều khiển bởi biến tần có thể được nối trực tiếp với điểm đất
chung của biến tần(PE).
Sử dụng cáp có bọc tốt nếu có thể. Đối với dây không có bọc càng ngắn càng tốt. Nên sử dụng dây
cáp có dây bảo vệ khi nối vào đầu điều khiển.
Tách cáp điều khiển ra khỏi cáp nguồn nếu có thể. VD nếu cáp điều khiển băng qua cáp nguồn thì
nên bố trí chúng vuông góc với nhau.
Các công tắc tơ trong tủ điện cần được khử nhiễu. Với loại xoay chiều dùng R-C, với loại một
chiều sử dụng điot. Việc này rất quan trọng đặc biệt với các công tắc tơ được điều khiển bởi rơle trong biến
tần.
23
Giáo trình biến tần Ks. Vũ Ngọc Minh
Sử dụng cáp có vỏ chống nhiễu hoặc vỏ bọc kim loại cho dấu nối với động cơ và 2 đầu của dây dẫn
cần được nối đất
Nếu biến tần sử dụng trong môi trường có nhiều nhiều điện từ bộ lọc cần được sử dụng để giảm
nhiễu và tăng sự điều khiển từ biến tần.

2. Hoạt động với nguồn không tiếp đất.
Micro Master được thiết kế hoạt động có sử dụng dây đất . Thiết bị đầu ra có thể không tiếp đất, tuy
nhiên không nên sử dụng như vậy. khi đó chúng ta phải chú ý một số vấn đề sau:
Sử dụng đường dây có trở kháng phù hợp và điện áp đỉnh nhỏ nhất.
điện áp nguồn lớn nhất là 500V

Thiết bị sẽ không tắt khi xảy ra chạm đất ở đầu vào.
Thiết bị sẽ tắt với lỗi quá dòng nếu một hoặc vài đầu ra có biểu hiện chạm đất.
Chỉ sử dụng được cho các thiết bị không có bộ lọc
Tần số vòng xung điều khiển tối đa 2KHz
Khi hoạt động ở tần số trên 40Hz hoặc trong thời gian ngắn trước khi đầy tải biến tần có thể tắt với
cảnh báo quá dòng.
Nên sử dụng thiết bị giám sát chạm đất tại đầu nguồn vào vì chúng có thể xác định được chạm đất ở
đầu ra của biến tần.
Nếu cần thiết có thể sử dụng biến áp có cách điện.
3. Sử dụng sau một thời gian cất giữ
+ Thời gian cất giữ dưới 1 năm
Không có điều kiện đặc biệt
+Thời gian cất giữ 1 đến 2 năm
Cấp nguồn vào biến tần khoảng 1 h trước khi sử dụng lệnh chạy
+ Thời gian cất giữ 2 đến 3 năm
Cấp nguồn xoay chiều 25%định mức trong khoảng 30’, 50% trong 30’ tiếp theo, 75%trong 30’ tiếp và
100% trong 30’.Tổng thời gian là 2h trước khi cho chạy biến tần.
+3 năm trở lên.
Cấp nguồn như bước trên tuy nhiên thời gian là 2h cho mỗi bước. Tổng thời gian khoảng 8h.
4. Khi sử dụng dây cáp dài.
Chiều dài dây cáp sử dụng phụ thuộc vào loại cáp, tần số làm việc, dải công suất và dải điện áp.Trong một
số trường hợp có thể dài tới 200m mà không có điều kiện gì đặc biệt
Trong các trường hợp các biến tần sẽ hoạt động với đầy đủ tính năng với cáp dài tới 25m được bảo vệ và
tới 50m với cáp không bảo vệ.
5. Một số tham số cơ bản
Tần số đầu vào 47Hz-63Hz
24
Giáo trình biến tần Ks. Vũ Ngọc Minh
Tỉ số nguồn vào > 0.7
Tần số đầu ra 0Hz- 650Hz

Độ phân giải 0.01Hz
Đặc tính quá tải 200% trong 3s và 150% trong 60s
Chế độ bảo vệ Quá áp, thấp áp, quá nhiệt
Các chế độ bảo vệ thêm Ngắn mạch, chạm đất, không tải(hở mạch)
Đầu vào tương tự/ PID Đơn cực :0-10V hoặc 2-10V( nên dùng biến trở 4,7K)
0-20mA hoặc 4-20mA
Lưỡng cực :-10 - +10V
Độ phân giải đầu vào tương
tự
10 bít
Đầu ra tương tự 0-20mA/4-20mA, độ ổn định 5%
Độ ổn định điểm đặt Tương tự <1%
Số < 0.02%
Giám sát nhiệt motor đầu vào PTC
Đầu ra điều khiển 2 rơ le 230V AC/ 0.8A, 30V DC/2A
Giao tiếp RS485
Nhiệt độ hoạt động 0-50
oC
Nhiệt độ chịu đựng -40-70
oC
Sử dụng ở độ cao <1000m
Hiệu suất 97%
Độ ẩm 95%
2.10.4. Các chế độ điều khiển động cơ
Đối với biến tần do Siemen chế tạo động cơ Không đồng bộ 3 pha có thể được điều khiển theo 1 trong 4
chế độ sau:
1. Tuyến tính V/f: Sử dụng khi điều khiển song song nhiều động cơ. tắt cả các động cơ phải được cài đặt
rơ le báo quá tải về nhiệt nếu đồng thời 2 hay nhiều động cơ được nối với 1 biến tần.
2. Bình phương V/f: Sử dụng tốt khi các tải dạng bơm hay quạt gió
3. FCC: (Flux current control) : Chế độ này dễ dàng cài đặt, cho đặc tính tốt nhất

4. SVC:(sensorless vector control) Sử dụng tính toán toán học ngay trong bản thân động cơ bao gồm tính
toán dòng điện, tính vị trí và tốc độ của rotor vì vậy nó tối ưu cho tốc độ và tần số của động cơ tuy nhiên nó
khó cài đặt để được đặc tính cơ tốt nhất.
25