Bài giảng mô đun biến tần

TæNG QUAN VÒ C¸C LO¹I
BIÕN TÇN

Trang

25


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

~

f1=
const

F

F

CKF

~

2 = Var


f1=
const

BTK

U1

CK

f1 = Var

K1

Hỗnh 3.1. Sồ õọử nguyón lyù bọỹ bióỳn
tỏửn maùy õióỷn
2
fr = 0
f1
0
Dấu (+) ứng với trờng hợp rôto BTK quay ngợc chiều từ trờng.
Lúc này fr > f1.
Dấu (-) ứng với trờng hợp rôto BTK quay cùng chiều từ trờng.

Lúc này fr < f1.
Khi rôto đứng yên thì fr = f1.
Nhờ thay đổi tốc độ 2 ta có thể thay đổi tần số ra.

Trang

26


Việc sử dụng cũng nh điều khiển loại này rất phức tạp vì
phải sử dụng nhiều máy điện, diện tích lắp đặt lớn, hiệu suất
làm việc thấp, gây ồn, nền móng phải kiên cố nên giá thành cao.
2. Biến tần van:
Nguyên lý làm việc của biến tần van là dùng các tín hiệu
điều khiển để đóng mở các van ( ở đây thờng là tiristor hay
transisto ) biến đổi năng lợng điện xoay chiều ở tần số này
thành năng lợng điện xoay chiều có tần số khác. Biến tần van đợc
chia làm 2 loại :
+ Biến tần trực tiếp.
+ Biến tần gián tiếp.
Biến tần van đợc ứng dụng rộng rãi vì có nhiều u điểm nh:
kích thớc nhỏ nhẹ, không gây ồn, hệ số khuếch đại công suất lớn,
hiệu suất cao.
II. GIớI THIệU Về BIếN TầN VAN :
1. Biến tần trực tiếp:
Thiết bị biến tần trực tiếp là loại biến tần có tần số vào f 1 đợc biến đổi thành tần số f2 một cách trực tiếp không phải qua
khâu trung gian f2 = (0 ữ 0,5)f1, thờng dùng cho truyền động có
công suất lớn, tốc độ làm việc thấp.
Để đơn giản trớc hết ta phân tích sơ đồ mạch lực của biến
tần một pha:

U~
U~
f1

f2

Maỷch
van

P
Lcb

N

Zt

Lcb

Hỗnh 3.2. Sồ õọử khọỳi vaỡ sồ õọử nguyón lyù maỷch
lổỷc bọỹ bióỳn tỏửn van

Trang

27


Các nhóm van P, N có thể đợc điều khiển riêng hoặc chung.
Khi điều khiển riêng thì không cần cuộn kháng cân bằng. Khi
điều khiển chung thì cuộn kháng cân bằng dùng để hạn chế

dòng
điện
cân
U,I
bằng xuất hiện do
U
sự chênh lệch điện
áp tức thời lúc đóng
I
nhóm này mở nhóm
t
kia mà quá trình
t1
t3 t4
t0
t2
quá độ không xảy ra
tức thời.
Nhóm van P tạo
nửa chu kỳ dơng của
điện áp tải, nhóm Nhoùm
CL
van N tạo nửa chu kỳ N
CL
NL
Nhoùm
NL
âm của điện áp tải. P
Hỗnh 3.3. Caùc giai õoaỷn laỡm
Trong

mạch
vióỷc cuùa caùc nhoùm van bọỹ
điều khiển, ngời ta
bióỳn tỏửn trổỷc tióỳp.
sử dụng dấu của
dòng điện tải để quyết định nhóm van nào phải làm việc. Khi
một nhóm van đã đợc chỉ định làm việc thì nó làm việc ở chế
độ chỉnh lu và chế độ nghịch lu phụ thuộc.
Thời điểm phát xung mở cho các Thyristor trong mỗi nhóm
phải có phân bố sao cho điện áp trên tải là phần hình sin nhất
và giá trị trung bình của điện áp đầu ra luôn tơng thích với giá
trị tức thời của điện áp mong muốn (U=U msin2t ).
Để điều chỉnh tốc độ động cơ điện xoay chiều ta dùng bộ
biến tần ba pha gồm ba bộ biến đổi song song ngợc.

Trang

28


Sơ đồ biến tần trực tiếp có u điểm là hiệu suất cao không

Za

Zb

Zc

Hỗnh 3.4. Sồ õọử nguyón lyù maỷch lổỷc bọỹ bióỳn tỏửn trổỷc
tióỳp ba pha cho õọỹng cồ õióỷn xoay chióửu ba pha

dùng tụ chuyển mạch.
Nhợc điểm của sơ đồ là gam tần số hẹp f 2 < 20Hz, phải dùng
nhiều Thyristor và nhạy cảm với biến động của lới điện.
2. Biến tần gián tiếp:
Sơ đồ cấu trúc của mạch:
f1

=

~f1,u1

~f2,u2
f2

=

Chnh lu

Lu
gi

Nghch lu

Hình 3.5 : Sơ đồ cấu trúc của bộ biến tần gián
tiếp
Trong biến tần này điện áp xoay chiều đầu tiên đợc chuyển
thành một chiều nhờ mạch chỉnh lu, qua bộ lọc rồi mới biến trở lại
điện áp xoay chiều với tần số f2. Điện áp đầu ra đợc điều chỉnh
nhờ sự thay đổi góc thông của các van trong nhóm chỉnh lu
hoặc điều chế độ rộng xung. Việc phải biến đổi năng lợng hai

lần làm giảm hiệu suất biến tần song bù lại loại biến tần này cho

Trang

29


phép thay đổi dễ dàng tần số f 2 không phụ thuộc f1 mà nó chỉ
phụ thuộc mạch điều khiển.
Bộ biến tần gián tiếp nh đã nêu ở trên có sơ đồ chức năng
nh hình sau :
Chnh lu

~u1,f1

Lu
gi

Nghch lu

F

~u2,f2

K

Điều khiển

Hình 3.6 : Sơ đồ chức năng bộ biến tần gián tiếp.
Tùy theo tính chất của bộ chỉnh lu và dạng tín hiệu đầu ra

mà bộ biến tần độc lập lại đợc chia ra làm 2 loại :
*Bộ biến tần nguồn áp (hay là bộ nghịch lu nguồn áp)
*Bộ biến tần nguồn dòng (hay là bộ nghịch lu nguồn dòng )

III. CáC PHƯƠNG PHáP BIếN TầN GIáN TIếP :
A. Bộ NGHịCH LƯU DòNG :
1. Bộ nghịch lu dòng một pha:

Trang

30


Bộ nghịch lu nguồn dòng thờng dùng cho các hệ thống công
suất lớn, trong đó các van bán dẫn điều khiển hoàn toàn khi tải
mang tính cảm kháng thì cần các Diod tạo thành cầu ngợc để
cho dòng điện phản kháng đi qua khi dấu của dòng tải ngợc với
điện áp cuộn dây Ld có điện cảm lớn để san bằng dòng chỉnh lid

Ld
+
D1
-

D4
i

T1

T2

T4

T3

D2
D3

I1
t

Hình 3.7. Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch l
u dòng một pha và dạng dòng tải
u và lọc các thành phần sóng hài bậc cao.
Hoạt động sơ đồ:
Giả sử T2 và T4 đang dẫn dòng chảy từ B sang A.
Tại t = 0 cho mở T1 và T3 thì T2 và T4 bị khóa bởi thiết bị
chuyển mạch. Vì dòng không thể thay đổi đột ngột nên dòng
vẫn chảy theo chiều cũ. D1 và D3 dẫn, T1 và T3 vẫn bị khóa.
Từ t1ữ t2 thì T1 và T3 dẫn nếu còn xung điều khiển.
Từ t2ữ t4 cho xung mở T2 và T4, T1, T3 bị khóa nhng từ t2ữ t3 thì
D2, D4 dẫn còn t3ữ t4 thì T2, T4 mới dẫn dòng điện áp ra trên tải có
dạng sin chữ nhật "Sinus" nó là hàm lẻ chu kỳ...
2. Bộ nghịch lu dòng ba pha:
Khối nghịch lu dòng dùng để biến đổi dòng điện một
chiều sau bộ lọc thành dòng điện xoay chiều để cung cấp cho
động cơ không đồng bộ ba pha . Trong các hệ thống truyền
động điện điều chỉnh thì nghịch lu dòng thờng dùng cho các
hệ thống công suất lớn và có sơ đồ cầu ba pha, trong đó các van
bán dẫn là các van điều khiển hoàn toàn . ở đây ta dùng các

Trang

31


tiristor . Nguồn điện một chiều Ud thông qua cuộn dây có điện
cảm lớn cung cấp cho cầu biến tần dòng điện hằng I d .
Trong cầu biến tần , mỗi tiristor đợc nối thêm một diode ,
gọi là diode chặn. Các tiristor đợc điều khiển mở theo trình tự :
1, 2, 3, 4, 5, 6, L1, ...
d
id
+
E
T1
T3
T5
C2
C1

D1
D5

D4
D2

C3

D3

R
S
T

C4

D6

C5

C6
-

T4
TA2

T6

Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý bộ biến tần nguồn dòng
3 pha

Trang

32


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

Trang

33


Hình 3.10 Sơ đồ dòng điện trên các pha
tải
Tại bất kỳ thời điểm nào, trừ giai đoạn trùng dẫn , chỉ có
hai tiristor dẫn dòng . Dòng điện tải có dạng sóng gần sin chữ
nhật gồm hai khối. Các khối cách nhau một khoảng , trờng hợp lý
tởng , bằng /3, trong khoảng này dòng điện pha tải bằng 0.
Các pha stator của động cơ lần lợt nhận các dòng điện
sin chữ nhật lệch nhau góc 2 /3 , tạo ra từ trờng quay mà tốc
độ của nó quyết định bởi nhịp điệu cấp xung điều khiển cầu
biến tần. Động cơ điện sản sinh ra ở các pha các sức điện động
tơng ứng
u R = 2 U sin t
2

uS = 2U sin t

3

4

uT = 2U sin t

3


Hoạt động của bộ nghịch lu dòng ba pha:
Nguồn cung cấp cho nghịch lu là nguồn dòng điện, nguồn

điện một chiều không phụ thuộc vào tổng trở của tải. Để thực
hiện đợc điều này thờng thì điện cảm Ld phải có giá trị đủ lớn
và phải sử dụng các mạch vòng điều chỉnh dòng điện . Dòng
điện tải có dạng hình chữ nhật và do trình tự đóng cắt của các
van từ T1 đến T6 quyết định.
Giá trị hiệu dụng của dòng điện tải:
Is = Id

2
3

Giá trị hiệu dụng của thành phần sóng cơ bản dòng điện
trong phân tích Fourie là:
I s1 = I d

Từ đây ta suy ra:

Trang

6


34


U s1 =

Ud
3 6 cos 1

Khi nghịch lu nguồn dòng làm việc với tải là động cơ điện
xoay chiều thì trên đồ thị điện áp tải có xuất hiện các xung
nhọn tại các thời điểm chuyển mạch dòng điện giữa các pha.
Trong thực tế kỹ thuật thờng dùng các van điều khiển không
hoàn toàn vì vậy cần có các mạch khóa cỡng bức các van đang
dẫn , đảm bảo chuyển mạch giữa các pha một cách chắc chắn
trong phạm vi điều chỉnh tần số và dòng điện đủ rộng .
Trong sơ đồ cầu này ngoài các tiristor lực T 1 ữ T6 còn sử dụng
các diode cách ly hay diode chặn từ D1 ữ D6 nhằm để cách ly
giữa các tụ điện chuyển mạch và dây quấn các pha của động cơ
không đồng bộ ĐK để chúng không tạo thành mạch cộng hởng
làm ảnh hởng đến quá trình chuyển mạch .
Để xét sự hoạt động của bộ nghịch lu dòng ba pha này ta
xét quá trình chuyển dòng điện từ pha R sang pha S , và từ pha
T sang pha R .

Trang

35


T1
Id
D
E

C

T3

1

A

C

C

B
C

1

D

3

T5

2

D

3

5

d

D

C

4

D
B'

4

6

C

5

D
C'

R
S
T

U

R

~
~
~

U

2

U

S

T

H×nh 3.11A' S¬ ®å chuyÓn m¹ch tõ pha R sang pha S
T4

C

T6

6

iR

π

0

T2

2π

t

2π_

t

2π

t

2π

t

2π

t

2π

t

π/3
iS
0

iT
0

U

u

Cmax

C1

0

u

C2

0

u

Trang

C3

t1

t4

0

t2 t3

36

Hình 3.12 Sơ đồ điện áp và dòng điện đi qua các phần tử
của mạch và các
.
pha trong quá
trình chuyển mạch
* Chuyển dòng điện từ pha R sang pha S:
Giả thiết T1, D1, D2 và T2 đang mở cho dòng chảy qua. Dòng
điện Id chảy vào tải pha R và từ tải pha T chảy ra. Lúc này , điện
áp trên các tụ điện nh sau:
uC1 = u BA = U 0
uC 2 = uBC = 0
uC 3 = uCA = U 0

Khi t = t1 , cho xung điều khiển mở T 3 .Tiristor này mở , đặt
điện áp uBA=-U0 lên T1 để khoá T1 . Dòng điện Id , từ nguồn , lập
tức chuyển qua T3 , rồi rẽ thành hai nhánh . Nhánh thứ nhất , I C1 = 2
Id / 3 , nạp điện cho C 1 ; nhánh thứ hai , I C2 = IC3 = Id /3 nạp điện
cho C2 nối tiếp C3 . Dòng điện hai nhánh hợp lại chảy qua D 1 để
vào tải pha R rồi ra ra tải pha T qua D 2 và T2 để trở về nguồn .Tụ
điện C1 và C3 đợc nạp ngợc so với trớc đó. Lúc này (t=t1) ,D3 vẫn cha dẫn dòng . Trong mạch vòng BARSB ta có phơng trình:
uD3 = uC1 + uRS

Khi t t2, uD3 0, diode D3 bắt đầu dẫn dòng . Dòng Is từ zero
tăng dần đến trị Id còn dòng IR từ trị Id giảm dần xuống zero

Trang

37

.Khi t = t3 , kết thúc quá trình chuyển mạch . Lúc này T 3 và T2
dẫn dòng :
UBA= -U0 , UCB= U0 , UCA=0.
Chuyển dòng điện từ pha T sang pha R
Lúc này T2 và T3 đang dẫn dòng , ta có :
UAB=0 , UBC=U0 , UCA= -U0 .
Khi t=t4 , cho xung điều khiển mở T 4 . Tiristor này đặt
điện áp - U0 lên T2 để khoá T2 . Dòng điện Id chảy qua D2 , chia
thành hai nhánh .Nhánh thứ nhất I C5= IC4 =Id /3 nạp điện cho C 5
và C4 . Nhánh thứ hai ,I C6=2 Id /3 nạp điện cho C6 Lúc này (t=t4),
D4 vẫn cha dẫn dòng .
Trong mạch vòng ACTRA ta có phơng trình :
uD4 = uC 6 + uRT

Khi t t5 , uD4 0, diode D4 bắt đầu dẫn dòng . Dòng IR tăng
dần đến trị Id , còn dòng IT từ trị Id giảm xuống zero .Khi t = t 6 ,
kết thúc quá trình chuyển mạch. Lúc này T3 và T4 dẫn dòng:
UBA = U0 , UCB = 0 , UCA = U0 .
Khi sử dụng sơ đồ biến tần dòng ba pha để điều chỉnh
tốc độ động cơ không đồng bộ, trị cực đại của mổi tụ điện
chuyển mạch có thể đợc tính theo công thức sau:




I .f
U
C max 0,666 0,91 m n . L + 0,202 m L
U m. f max

f n .I m



2

trong đó :
fn- tần số định mức;
fmax -tần số cực đại ;
Im- dòng điện từ hoá , I m = I n . [1 cos 2 ]
In- dòng điện định mức của động cơ điện ;

Trang

38


L - điện cảm tản một pha (stator + roto);
Um -biên độ cực đại của điện áp dây.
B. NGHịCH LƯU NGUồN áP :
Bộ biến tần nguồn áp hay là bộ nghịch l điện áp có đặt
điểm là dạng điện áp ra tải đợc định hình sẵn, còn dạng dòng
điện tải lại phụ thuộc tính chất tải. Nguồn cấp điện cho bộ biến
tần phải là nguồn sức điện động với nội trở nhỏ. Nếu sử dụng
chỉnh lu làm nguồn cho bộ nghịch lu độc lập thì cần phải mắc
thêm một tụ điện C0 ở đầu vào nghịch lu để một mặt đảm bảo
điện áp nguồn ít bị thay đổi, mặt khác để trao đổi năng lợng
phản kháng với điện cảm tải ( với tải R hoặc động cơ điện ) .
Điện áp ra của bộ nghịch lu độc lập không có dạng hình sin nh
mong muốn mà đa số là dạng xung chữ nhật . Để đánh giá sóng

hài của điện áp ra ngời ta thờng dùng hệ số sau:
Kq =

Uq
U1

trong đó Uq , U1 là trị hiệu dụng của sóng hài bậc q và bậc 1
( sóng cơ bản ) .
Các van bán dẫn dùng trong bộ nghịch lu độc lập có thể là
tiristor hoặc các transisto ( bipolar , MOSFET, IGBT) , nhng phù hợp
và u việc hơn cả là dùng transisto do đó ngời ta tránh dùng
tiristor . Các sơ đồ nghịch lu độc lập phần lớn có dạng tơng tự
nh ở mạch chỉnh lu , thông dụng nhất là các sơ đồ cầu . Vì vậy
dới đây chỉ xem xét sơ đồ bộ nghịch lu độc lập loại cầu dùng
van điều khiển khoa

U BE
T1,T3

+

t

i
1. Bộd nghịch lu áp cầuU BE
một pha:
D1

T1

it

C0

T1

t

T2,T4
D2

Zt

U t,it

t

Uc

-

D4

T1

T3

D3

iT

Trang

T 1T3

T2T 4

t

i

t

id

t

39


Hình 3 .13 : Sơ đồ bộ nghịch lu điện áp một
pha

và dạng sóng điện áp , dòng điện

Sơ đồ nghịch lu điện áp một pha nh hình gồm có 4 van
T1,T2,T3 ,T4 và các diode chặn tơng ứng D1,D2 ,D3,D4 .Các van T1 ữ
T4 đợc điều khiển theo cặp T1,T3 và T2, T4 lệch pha nhau một
góc 1800 . ở nữa chu kỳ đầu điều khiển mở T 1,T3 , điện áp
nguồn sẽ đặt lên tải với cực tính nh trên hình (dấu trên) .Ta có :

u t = EN
Dòng điện chảy từ cực dơng nguồn qua T1 - Zt - T3 về cực
âm của nguồn.
Đến thời điểm T/2 hoặc ta đảo trạng thái điều khiển cho
T1 T3 và T2 T4 dẫn. Nhng do tải có tính cảm nên dòng điện không
đảo chiều ngay đợc. Năng lợng lích lũy ở điện cảm sẽ duy trì
dòng điện theo chiều cũ , lúc đó dòng điện buột phải thoát qua
các diode D2 , D4 về nguồn theo đờng D2 , cực dơng EN , qua
nguồn EN xuống cực âm ( hoặc qua tụ Co ) -D 4 ( một phần dòng
tải sẽ qua T2, T4 theo chiều ngợc) . Nh vậy , do D2 , D4 và T2 , T4 dẫn
, điện áp ra tải đảo cực tính ngay ( dấu dới ) nên lúc này ut = EN , song dòng điện it vẫn duy trì chiều cũ cho đến thời điểm t 2
mới đảo chiều. Đến điểm 2 lại đảo trạng thái, quá trình diển ra
tơng tự , dòng sẽ duy trì chiều cũ một đoạn bằng t 1 nhờ các van
D1, D3 , T1, T3 rồi mới đảo chiều . Qua một chu kỳ tải nhận đợc
điện áp và dòng điện là xoay chiều , đây chính là nguyên lý
nghịch lu .

Trang

40


Để xác định quy luật biến thiên của dòng tải ta có thể sử
dụng các phơng pháp giải mạch tơng tự khi phân tích các bộ
điều chỉnh xung áp một chiều :
Với hàm ảnh Laplace tác động trong mạch là :
U ( p) =

E N 1 e pT / 2
1

pT
(
)
u
t
e
dt
=
t
p 1 + e pT / 2
1 e pT

Ta suy ra biểu thức dòng điện tải :


E
it ( t ) = N 1
R

2e t /
1 + e T / 2





với =L/R .Biểu thức này hay đợc viết dới dạng :
2e / Q
it ( t ) = I 0 1
1 + a3

trong đó I 0 =

EN
R




gọi là dòng cơ sở.

.L
R
2
với là tần số góc và =
; a = e 1 / 3Q
T
Khi đã có biểu thức dòng điện tải it ta xác định các đợc
tham số khác của sơ đồ
Dòng điện tải cực đại đợc xác định :
1 a3
T
I max = it = I 0
1 + a3
2
trị hiệu dụng của dòng tải đợc xác định :
Q=

2Q a 3 1

1



I t = it ( ) d = I 0 1 +
a 3 + 1
2 0



Thời điểm dòng tải về đến 0 tơng ứng với it ( 1 ) = 0 là :
1 = Q. ln

2
1+ a3

Từ đây có dòng trung bình qua van điều khiển :
IT =

1
2



I0
1 a3
i
(

)

d

=



Q
1

t
2
1+ a3
1

Trị hiệu dụng của dòng này là :
1

1
3 2a 3 a 6
I hdT = it2 ( ).d = I 0 1
Q
2(1 + a 3 )

2
2


Trang

41

Các trị số tơng ứng của dòng qua diode :


I 0 1 a 3
1 1
ID =
it ( )d =
Q 1

3

2 0
2 1 + a

1 1 + 2a 3 3a 6

I hdD = I 0
Q 1
3

2 2 1 + a

(

)

Dòng điện tiêu thụ từ nguồn EN là:
Id =

(

)

2Q a 3 1
1
(
)
i

d

=
I
t
0 1 +


a3 +1


(

)

Công suất hửu ích tải tiêu thụ từ nguồn :

(

)

2Q a 3 1
Pd = E N I d = E N I 0 1 +

a3 +1


(

Công suất biểu kiến lấy từ nguồn :
S = U t It = EN I 0

(

)

)

2Q a 3 1
1 +

a3 + 1


(

Suy ra hệ số công suất :

(

)

)

2Q a 3 1
P
= 1 +

S
a3 + 1


(

)

Phân tích dạng ut thành dãy Fourier ta có trị số hiệu dụng
của sóng hài bậc q là :
Uq =

[

EN
q
1 (1)
q

]

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

Kq =

Uq
U1

=

1
q

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

E N 1 e T / 2
2
C0



ln
R.U C 1 + e T / 2
1 + e T / 2

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

Trang

42


C 0 max =

E d
E .
(1 ln 2) 0,293 d
R.U C
R.U C

Qua biểu thức Uq và Kq ta thấy biên độ các sóng hài bậc thấp
khá lớn so với sóng hài cơ bản .Đối với tải là động cơ điện thì
điều này hoàn toàn không mong muốn .Vì vậy ngời ta cố gắng
loại trừ các sóng hài bậc thấp.
2. Nghịch lu áp ba pha:
a.Sơ đồ nguyên lí :
Hoạt động của sơ đồ:
Nguyên tắt hoạt động của bộ nghịch lu áp ba pha dựa trên
nguyên lí hoạt động của bộ nghịch lu áp một pha. ở bộ nghịch lu
áp ba pha có tất cả sáu van các van lẻ S 1, S3, S5 nằm ở phía trên
còn các van chẵn S2, S4, S6 nằm ở phía dới, hai van trong cùng một
pha thì không đồng thời dẫn nghĩa là van này dẫn thì van kia sẽ
khóa và ngợc lại. Để có dòng chạy qua tải thì nếu có một nhóm

van có chỉ số lẻ bắt buột phải có ít nhất một van thuộc nhóm
chẵn dẫn..
+
VR5
VR2

VR1
S5
VR4
S2

S1

1

3
UZ23

pha

S4

VR3

V
UZ31R6

S3

2

S6

UZ12

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

Nếu van có chỉ số thuộc nhóm lẻ thông hoặc Diod ngợc đi
kèm nó thông thì điện áp đầu ra tơng ứng của pha đó với điểm
không là Ud/2. Ngợc lại nếu van có chỉ số chẵn thông hoặc Diod
đi kèm với nó dẫn thì điện áp đầu ra của pha đó đối với điểm
không là -Ud/2.
UZ12= U10- U20
Ta có:
UZ23= U20- U30
UZ31= U30- U10

U Z12 = U Z1 U Z2
U
= U Z2 U Z3
Trang Z23
U Z31 = U Z3 U Z1
U Z1 + U Z2 + U Z3 = 0

43


U Z1 = 1/ 3( UZ13 U Z31)
U Z2 = 1/ 3( U Z13 U Z12)

U Z3 = 1/ 3( UZ31 U Z23)

Uz1

2Ud/3

Ud/3

T

T/
2

Uz2

Uz3

t

t

t
Ud

Uz1

t

2

Hình 3. 15 : Dạng điện ra trên tải sau bộ nghịch l-

u.

Điện áp dây và điện áp pha nh sau:
Khai triển Furie điện áp dây và điện áp pha:
uAB =
uA =

2 3
1
1
1

ud Sint Sin5t Sin7t Sin11t

5
7
11



2
1
1
1

ud Sint + Sin5t + Sin7t + Sin11t

5
7
11


Tần số điện áp ra có thể đợc thay đổi bằng cách thay đổi
nhịp điệu đóng cắt của các van trong bộ nghịch lu.
IV. CáC PHƯƠNG PHáP ĐIềU CHỉNH ĐIệN áP TRÊN TảI :
Khi điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi tần số
thì phải thay đổi cả điện áp đặt vào động cơ. Điện áp có thể
đợc điều chỉnh bằng các phơng pháp sau:

Trang

44


+ Điều chỉnh biên độ điện áp một chiều bằng bộ chỉnh lu
có điều khiển hoặc bằng bộ băm xung.
+ Điều chỉnh thời gian đóng, mở của các van.
1. Điều chỉnh biên độ của điện áp một chiều bằng
chỉnh lu có điều khiển hoặc bằng bộ băm xung:
a. Điều chỉnh biên độ của điện áp một chiều bằng chỉnh lu
có điều khiển:
Để điều chỉnh đợc giá trị trung bình điện áp của bộ chỉnh
lu ta thay đổi góc mở của các van. Do đó thay đổi đợc Uf.
+ Khi tăng thì Ud giảm và ngợc lại.
Ví dụ sơ đồ chỉnh lu có điều khiển hình cấu bằng các
Thyristor đợc cho xung mở theo thứ tự T 1, T2, T3, T4, T5, T6, T1.Mỗi

thời điểm có 2 Thyristor mở các xung điều khiển lệch nhau /3.
Khoảng dẫn của các van là 2/3. Trong mỗi nhóm (T 1,T3, T5 và T2,
T4, T6) khi một Thyristor mở nó sẽ khóa ngay Thyristor dẫn dòng trớc đó.
Giá trị trung bình điện áp trên tải:
Ud =

3 6
V2 cos


nếu = /2 thì Ud = 0.

Trang

45


Hình 3.16. Sơ đồ nguyên lý và dạng sóng chỉnh lu cầu 3 pha
có điều khiển
Sơ đồ
Dạng sóng khi góc mở nhỏ
Dạng sóng khi góc mở lớn

Trang

46


b. Điều chỉnh biên độ +
điện áp một chiều bằng bộ

Tp
C
băm xung:
Bộ băm điện áp một
Ta
chiều gồm có:
Zt Dr
Tp:
Thyristor
chính;
Dc
Lc
Thyristor phụ; Lc điều chỉnh; C là phần tử chuyển mạch; Dr
Hỗnh 3.17. Sồ õọử nguyón lyù maỷch
là Diod hoàn năng lợng.
bm õióỷn aùp
Khi Tp mở thì Uf = V, tụ C
phóng điện và đợc nạp theo chiều ngợc với cực tính nh hình vẽ.
Khi ta mở thì Tp bị khóa
Uf = 0.
Ut
V
Gọi T là chu kì băm T =
T1 + T2.
t
T1 = T là thời gian đóng
T1
T2
mạch của Tp.
Hỗnh 3.18. Chu kyỡ xung õióửu

T2=T-T1 là thời gian hở
khióứn mồớ Thyristor
mạch.
= T1/T là tỉ số chu kì.
Giá trị trung bình của điện áp tải:
Uf = V.
Vậy bằng cách biến đổi tỉ số chu kì (T = Const) có thể
điều chỉnh đợc giá trị trung bình của điện áp ra.
2. Điều chỉnh thời gian đóng ngắt của các van để
thay độ rộng xung:
Để làm đợc điều này ngời ta tìm cách xây dựng trong
nghịch lu những chuyển mạch phụ sao cho điện áp tải sẽ có một
đoạn bằng không.
Ví dụ đối với bộ nghịch lu áp ba pha: trong một khoảng =
/3 ta chia thành hai khoảng và . Trong khoảng thì hai van ở
nhóm này và một van ở nhóm kia dẫn nh bình thờng, nhng trong

Ufa

2


/3

2/3



T5
T6

T1

Trang



T6
T1
T2

T1
T2
T3



T2
T3
T4

T3
T4
T5

Hỗnh 3.19. Giaớn õọử õióỷn
aùp taới

T4
T5
T6

47


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

2

2


a


a

b. Điều biến độ rộng xung lỡng cực (hình3.20b).

Điện áp ra trên tải là một chuỗi xung, độ rộng khác nhau, có
trị số E.

Trang

48


Ut
UP

Ur
π

E

+

2π

θ
a

u

π

2π

θ
a

EH×nh 3.20b. D¹ng ®iÖn ¸p ra cña ®iÒu chÕ ®é réng
xung lìng cùc

Trang

49