Đồ án môn học :điện tử công suất

LỚP: 17TDHCLC2

GVHD: TRẦN ĐÌNH KHÔI QUỐC

CHƯƠNG I:
TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ CÁC PHƯƠNG
PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ
A. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ:
I. CẤU TẠO VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ:
1. Cấu tạo:
a. Cấu tạo phần tĩnh (stator):

Gồm vỏ máy, lỏi sắt và dây quấn.
- Vỏ máy: Thường làm bằng gang. Đối với máy có công suất lớn (1000 kw), thường
dùng thép tấm hàn lại thành vỏ. Vỏ máy có tác dụng cố định và không dùng để dẫn
từ.
- Lỏi sắt: Được làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày 0.35 mm đến 0.5 mm ghép
lại. Lỏi sắt là phần dẫn từ. Vì từ trường đi qua lỏi sắt là từ trường xoay chiều, nhằm
giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên, mỗi lá thép kỹ thuật điện đều có phủ lớp
sơn cách điện. Mặt trong của lõi thép có xẻ rảnh để đặt dây quấn.
- Dây quấn: Dây quấn được đặt vào các rãnh của lỏi sắt và cách điện tốt với lỏi sắt.
Dây quấn stato gồm có ba cuộn dây đặt lệch nhau 120 điện.
b. Cấu tạo phần quay (roto):
- Trục: Làm bằng thép, dùng để đở lỏi sắt roto, là phần truyền động của máy.
- Lỏi sắt: Gồm các lá thép kỹ thuật điện giống như ở phần stator. Lỏi sắt được ép
trực tiếp lên trục. Bên ngoài lỏi sắt có xẻ rảnh để đặt dây quấn.
- Dây quấn roto:
Gồm hai loại: Loại rôt dây quấn và loại roto kiểu lồng sóc.
. Loại roto kiểu dây quấn: Dây quấn roto giống dây quấn ở stato và có số cực bằng
số cực stato. Dây quấn ba pha của roto thường đấu hình sao (Y). Ba đầu kia nối vào
ba vòng trượt bằng đồng đặt cố định ở đầu trục. Thông qua chổi than và vành góp,

đưa điện trở phụ vào mạch roto nhằm cải thiện tính năng mở máy và điều khiển tốc
độ.
. Loại roto kiểu lồng sóc: Loại dây quấn này khác với dây quấn stator. Mỗi rãnh
của lỏi sắt được đặt một thanh dẫn bằng đồng hoặc nhôm và được nối tắt lại ở hai
đầu bằng hai vòng ngắn mạch đồng hoặc nhôm, làm thành một cái lồng, người ta
gọi đó là lồng sóc.
- Khe hở: Khe hở trong động cơ không đồng bộ rất nhỏ (0.2 mm 1 mm). Do đó roto
là một khối tròn nên roto rất đều.
2. Đặc điểm:
- Cấu tạo đơn giản.
- Đấu trực tiếp vào lưới điện xoay chiều ba pha.
- Tốc độ quay của roto nhỏ hơn tốc độ từ trường quay của stator .
Trong đó:
n tốc độ quay của roto .
tốc độ quay từ trường quay của stator (tốc độ đồng bộ của động cơ).
II. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ:
ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
1


LỚP: 17TDHCLC2

GVHD: TRẦN ĐÌNH KHÔI QUỐC

Khi nối dây quấn stator vào lưới điện xoay chiều ba pha, trong động cơ sẽ sinh ra một từ
trường quay. Từ trường này quét qua các thanh dẫn roto, làm cảm ứng trên dây quấn roto một
sức điện động sẽ sinh ra dòng điện chạy trong dây quấn. Chiều của sức điện động và chiều
dòng điện được xác định theo quy tắc bàn tây phải.

M

Hình 1-1: Sơ đồ nguyên lý của động cơ không đồng bộ.
Chiều dòng điện của các thanh dẫn ở nữa phía tren roto hướng từ trong ra ngoài, còn dòng
điện của các thanh dẫn ở nữa phía dưới roto hướng từ ngoài vào trong. Dòng điện tác động
tương hỗ vói từ trường stator tạo ra lực điện từ trên dây dẫn roto và mômen quay làm cho roto
quay với tốc độ n theo chiều quay của từ trường. Tốc độ quay của roto n luôn nhỏ hơn tốc độ
của từ trường quay stator . Có sự chuyển động tương đối giữa roto và từ trường quay stator
duy trì được dòng điện và momen. Vì tốc độ của roto khác với tốc độ của từ trường quay stato
nên gọi là động cơ không đồng bộ.
Đặc trưng cho động cơ không đồng bộ ba pha là hệ số trượt:
(1-1)
(1-2)
Trong đó:
n là tốc độ quay của roto.
là tần số dòng điện lưới.
p số đôi cực.
tốc độ quay của từ trường quay (tốc độ đồng bộ của động cơ).
Khi tần sô của mạng điện thay đổi thì thay đổi làm cho n thay đổi.
Khi mở máy thì n=0 và s=1 gọi là độ trượt mở máy.
Dòng điện trong dây quấn và từ trường quay tác dụng lực tương hổ lên nhau nên khi roto
chịu tác dụng của momen M thì từ trường quay cũng chịu tác dụng của momen M theo chiều
ngược lại. Muốn cho từ trường quay với tốc độ thì nó phải nhận một công suất đưa vào gọi là
công suất điện từ.
(1-3)

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
2


LỚP: 17TDHCLC2

GVHD: TRẦN ĐÌNH KHÔI QUỐC

Khi đó công suất điện đưa vào:
(1-4)
Ngoài thành phần công suất điện từ còn có tổn hao trên điện trở dây quấn stator.
(1-5)
Tổn hao sắt:
(1-6)
(1-7)
Công suất cơ ở trục là:
(1-8)
Công suất cơ nhỏ hơn công suất điện từ vì còn tổn hao trên dây quấn roto:
(1-9)
Trong đó:
(1-10)
số pha của dây quấn roto
Vì do đó
Công suất cơ đưa ra nhỏ hơn vì còn tổn hao do ma sát trên trục động cơ và tổn hao phụ
khác:
(1-11)
Hiệu suất của động cơ:
(1-12)
B. CÁC ĐẠI LƯỢNG VÀ PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ:
I. CÁC ĐẠI LƯỢNG:
1. Hệ số trượt:

Để biểu thị mức độ đồng bộ giữa tốc độ quay của rotor n và tốc độ của từ trường quay
stator .
Ta có: (1-13)

Hãy tính theo phần trăm:
(1-14)
Xét về mặt lý thuyết giá trị s sẽ biến thiên từ 0 đến 1 hoặc từ 0 đến 100%
Trong đó: (1-15)
(1-16)
a. Sức điện động của mạch rotor lúc đứng yên.
(1-17)
Trong đó:
là hệ số dây quấn rotor của động cơ
ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
3


LỚP: 17TDHCLC2

GVHD: TRẦN ĐÌNH KHÔI QUỐC

trị số cực đại của từ thông trong mạch từ
(1-18)
tần số xác định ở tốc độ biến đổi của từ thông quay qua cuộn dây, vì rotor đứng yên
nên bằng với tần số dòng điện đưa vào .
b. Khi rotor quay:
Tần số trong dây quấn rotor là:
(1-19)

(1-20)
Sức điện động trên dây quấn rotor lúc đó là:
(1-21)
Với thế vào (1-21), ta được:
(1-22)

2. Phương trình cơ bản của động cơ không đồng bộ ba pha:
a. Phương trình đặc tính tốc độ:

o

o

o

I1

I1

I2

x1

x’2
r2

ĐKB
I2

U1

I0

x0
r’2/s

rf

r0
b)

a)

Hình1-2:
a) Sơ đồ nguyên lý.
b) Sơ đồ đẳng trị một pha của động cơ không đồng bộ
Theo sơ đồ đẳng trị một pha như hình, ta có biểu thức dòng điện rotor đã quy đổi về
stator.
(1-23)
ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
4


LỚP: 17TDHCLC2

GVHD: TRẦN ĐÌNH KHÔI QUỐC

Khi tốc độ động cơ n=0, ta có: s=1
Nếu điện áp đặt lên cuộn stator thì biểu thức (1-23) chính là quân hệ giữa dòng điện
rotor đã quy đổi về stator với độ s hay với tốc độ n.
Do đó biểu thức (1-23) chính là phường trình đặc tính tốc độ.
b. Phương trình đặc tính cơ:

(1-24)
Biểu thức (1-24) chính là phương trình đặc tính cơ. Được biểu diễn quan hệ như
hình 1-3.

n1 +s
nđm

s=0

Sth
Mđm

Mth

n= 0

Hình 1-3: Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ
Giá trị s sẽ biến thiên từ -∞ đến +∞ và momen quay sẽ có hai giá trị cực dại gọi là
momen tới hạn (
Lấy đạo hàm của momen theo hệ số trượt và cho
Ta có hệ số trượt tương ứng với momen tới hạn gọi là hệ số trượt tới hạn.
(1-26)
Do đó ta được biểu thức momen tới hạn:
(1-27)
Giải các phương trình và đặt:
(1-28)
Ta được dạng đơn giản của phương trình đặc tính cơ:
ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
5


LỚP: 17TDHCLC2

GVHD: TRẦN ĐÌNH KHÔI QUỐC

(1-29)
Nhận xét: Từ các biểu thức (1-28) và (1-29), ta thấy đối với động cơ xác lập nếu thay
đổi thì và thay đổi tỉ lệ với Khi thay đổi điện trở mạch rotor bằng cách thêm điện trở
phụ ( đối với động cơ không đồng bộ rotor quấn dây) thì:

Khi xét đến điện trở trên mạch stator thì momen tới hạn sẽ có hai giá trị khác nhau
và ứng với hai trạng thái làm việc của động cơ. là trạng thái hãm tái sinh động cơ làm
việc như một máy phát
(1-30)
(1-31)
là trạng thái làm việc của động cơ.
(1-32)
(1-33)
3. Ảnh hưởng của các thông số đến đặc tính cơ:
a. Ảnh hưởng của suy giảm điện áp lưới cấp động cơ không đồng bộ:

Khi điện áp lưới suy giảm, theo (1-27) giảm bình phương lần độ suy giảm của điện
áp lưới theo (1-26) thì vần không thay đổi.
b. Ảnh hưởng của điện trở, điện kháng mạch stator:
Khi nối thêm điện trở hoặc điện kháng vào mạch stator thì theo (1-26) và (1-27) đều
giảm
c. Ảnh hưởng của số đôi cực p
Ta có: (1-34)
Suy ra: (1-35)
Khi thay đổi số đôi cực thì tốc độ từ trường quay thay đổi, do đó tốc độ động cơ
cũng thay đổi.
d. Ảnh hưởng của thay đổi tần số lưới cấp cho động cơ không đồng bộ:
Theo (1-34) và (1-35) khi thay đổi thì cũng thay đổi và do đó cũng thay đổi.

• Nếu nên khi giảm nên không đổi
• Nếu với không đổi thì theo (1-1) dòng tăng nhanh. Điều này không cho phép nên
khi thay đổi thì phải thay đổi thoe một quy luật nào đó để động cơ không đồng bộ
sinh được momen như trong chế độ định mức.
C. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ:
I. ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP CẤP CHO ĐỘNG CƠ DÙNG BỘ BIẾN ĐỔI TIRISISTOR:
Mômen động cơ không đồng bộ tỷ lệ với bình phương điện áp stator, do đó có thể điều chỉnh
được tốc độ ĐKB bằng phương pháp điều chỉnh giá trị điện áp stator trong khi giữ nguyên tần
số.
Sơ đồ điều chỉnh điện áp động cơ không đồng bộ:

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
6


LỚP: 17TDHCLC2

GVHD: TRẦN ĐÌNH KHÔI QUỐC
a

Udk

T1

b

T2 T3

c

T4 T5

ω

T6

FX

s =0
đttn

LOG

Ir =Irdm
Ub = Udk

Đảo chiều

M

0
b)
a)

Rf

Điều chỉnh điện áp động cơ không đồng bộ:
a) Sơ đồ cơ bản
b) Dạng đặc tính cơ

Do cách nối các van bán dẫn nên để cho dòng chạy qua động cơ thì tại một thời điểm phải có
ít nhất hai van ở hai pha khác nhau cùng dẫn điện. Động cơ không đồng bộ có thể coi là phụ tải
ba pha gồm có điện trở và điện cảm nối tiếp nhau, trong đó điện trở roto biến thiên theo tốc độ
quay R=p(s), và điện cảm phụ thuộc vào vị trí tương đối giữa dây quấn roto và dây quấn stator,
do đó góc pha giữa dòng điện và điện áp cùng biến thiên theo tốc độ quay
Phương pháp điều chỉnh điện áp chỉ thích hợp với truyền động mà momen tải là hàm tăng
tốc độ như: quạt gió, bơm li tâm.
II. ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN TRỞ MẠCH ROTO:
Điều chỉnh tốc độ động coư không đồng bộ bằng cách điều chỉnh điện trở mạch roto. Người
ta thực hiện điều chỉnh trong điển trở mạch roto bằng các van bán dẫn.

=1

1
=0

M

0
L

f=1

id

C

T1
ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐIỆN TỬ CÔNG
T2 SUẤT

VO

L1

1

f=1

f=0

0

M

7


LỚP: 17TDHCLC2

GVHD: TRẦN ĐÌNH KHÔI QUỐC

Điện trở trong mạch roto động cơ không đồng bộ:
là điện trở dây quấn roto
là điện trở ngoài mắc thêm vào roto
Khi điều chỉnh giá trị điện trở mạch roto thì momem tới hạn của động cơ không thay đổi và
độ trượt tới hạn tỷ lệ bậc nhất với điện trở. Nếu giữ dòng điện roto không đổi thì momen cũng
không đổi và phụ thuộc vào tốc độ động cơ.
Vì thế mà có tể ứng dụng phường pháp điều chỉnh mạch roto cho truyền động động cơ
momen không đổi.
Ưu thế của phường pháp này là dễ tự động hóa việc điều chỉnh.

III. ĐIỀU CHỈNH CÔNG SUẤT TRƯỢT

Trong các trường hợp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách làm mêm đặc
tính và để nguyên tốc độ tải lý tuongr thì công suất trượt được tiêu tán trên điện trở mạch roto.
Ở các hệ truyền động điện công suất lớn, tổn hao này là đáng kể. Vì thế vừa điều chỉnh được
tốc độ truyền động vừa tận dụng được công suất trượt, gọi là các sơ đồng nối tầng. Có nhiều
phương pháp xây dựng hệ nối tầng. Ở đây chỉ giới thiệu phương pháp nối tầng điện dùng
Tirisisto.
Sơ đồ nguyên lý hệ thống nối tần van điện:

BA

ĐK
L

a

A
b

Udr
ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐIỆN TỬc CÔNG SUẤT
CL

Udn
Id

B
NL

C

8


LỚP: 17TDHCLC2

GVHD: TRẦN ĐÌNH KHÔI QUỐC

Đặc tính cơ của hệ thống nối tần

1

ω
ω1

đttn

0.8

α1 = π 2

0.6

α 2 = 0.58π

α 3 = 0.66π

0.4

α 4 = 0.83π
M / Mdm
0.4

1

1.6

2

2.2

Giản đồ năng lượng:
p1

Pbd

∆
Pcs

∆

Giản đồ năng lượng khi bỏ qua tổn hao ở roto, trong đó là công suất được trả về dưới, là
tổn hao mạch biến đổi công suất trượt thành công suất điện có cùng tần số điện áp lưới.
Sức động rôt được chỉnh lưu thành điện áp một chiều qua điện kháng lọc cấp cho nghịch
lưu phụ thuộc năng lượng. Điện áp xoay chiều của nghịch lưu có biên độ và tần số của lưới
điện. Dộ lớn của dòng điện roto hoàn toàn phụ thuộc vào momen tải của động cơ mà không phụ
thuộc góc điều khiển nghịch lưu.
Phương pháp này chỉ dùng điều chỉnh động cơ có công suất lớn.
ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

9


LỚP: 17TDHCLC2

GVHD: TRẦN ĐÌNH KHÔI QUỐC

IV. ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ NGUỒN CUNG CẤP CHO ĐỘNG CƠ KĐB:

Ảnh hưởng của việc thay đổi tần số cấp cho động cơ. Xuất phát từ công thức , ta thấy rằng
thay đổi sẽ làm từ trường quay và tốc độ động cơ thay đổi, vậy điều chỉnh tốc độ bằng cách
thay đổi tần số được thực hiện khi động cơ được cung cấp từ một người có thể điều chỉnh được
tần số. Khi điều chỉnh tần số, muốn cho khả năng quá tải của động cơ không thay đổi ta phải
điều chỉnh đồng thời điện áp động cơ. Thao quya luật điều chỉnh khả năng quá tải không đổi ta
có:
(1-36)
Trong đó:
là momen cực địa ứng với tần số
C là hằng số.
Gọi và là điện áp và momen cực đại ứng với tần số thì theo điều kiện khả năng quá tải
không đổi ta có:
(1-38)
Do đó:
(1-39)
Khi giữ momen không đổi thì: tức là phải điều chỉnh .
Khi muốn có công suất cơ không đổi (tức là giữ điện áp không đổi) thì momen tỉ lệ nghịch
với tần số.
Đường đặc tính cơ khi thay đổi tần số động cơ KDB.

U2 , f2

ω dm

Udm, fdm
U1 , f1

Đường đặc tính cơ trên trình bày đặc tính cơ khi với điều kiện từ thông không đổi tức là giữ
nguyên thì momen tới hạn được giữ nguyên nếu ở dưới tốc độ định mức, tần số f giảm thì
dòng điện động cơ tăng lên rất lớn (vì tổng động cơ giảm theo tần số). Do vậy khi giảm tần số
cần phải giảm điện áp theo quy luật nhất định, gọi là luật .
Ở vùng tốc độ lớn hơn tốc độ định mức, đường đặc tính tối ưu có dạng hypepol nên momen
tới hạn tỉ lệ nghịch với tần số .
Như vậy khi điều khiển được tốc độ động cơ không đồng bộ thì ta phải có bộ điều chỉnh tần
số và bộ điều chỉnh điện áp.
Để điều chỉnh tần số cấp cho động cơ người ta dùng bộ biến tần. Còn nếu điều chỉnh điện áp
ta dùng bộ băm điện áp mà bắt đầu nghiên cứu khảo sát phần sau.

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
10


LỚP: 17TDHCLC2

GVHD: TRẦN ĐÌNH KHÔI QUỐC

CHƯƠNG 2: MẠCH ĐỘNG LỰC
TỔNG QUAN VỀ BỘ BIẾN TẦN; GIẢI THÍCH NGUYÊN TẮC HOẠT
ĐỘNG; TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐỘNG LỰC.
A. TỔNG QUANG VỀ CÁC BỘ BIẾN TẦN:
I. KHÁI NIỆM:

Biến tần là một thiết bị tổ hợp các linh kiện điện tử thực hiện chức năng biến đổi tần số
và biến đổi điện áp một chiều hay xoay chiều có tần số nhất định thành dòng điện xoay
chiều có tần số điều khiển nhờ các khóa điện tử.
II. PHÂN LOẠI:
Biến tần được chia làm hai loại:
1. Biến tần trực tiếp:

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
11


LỚP: 17TDHCLC2

GVHD: TRẦN ĐÌNH KHÔI QUỐC

chæ
nh löu

loïc

Nghòch löu

Còn được gọi la biến tần phụ thuộc .Thường gồm các nhóm chỉnh lưu điều khiển mắc song
song ngược cho xung lần lượt hai nhóm chỉnh lưu trên ta có thể nhận đc dòng xoay chiều
trên tải.
Như vậy điện áp xoay chiều chỉ cần qua một van là chuyển ngay ra tải với . Tuy
nhiên ,đây là loại biến tần có cấu trúc sơ đồ van rất phức tạp chỉ sủ dụng cho truyền động
điện có cống suất lớn,tốc độ làm việc thấp .Vì việc thay đổi tần số
2. Biến tần gián tiếp:
Bộ biến tần còn được gọi là biến tần độc lập trong biến tần này đầu tiên điện áp được

chỉnh lưu thành dòng 1 chiều ,sau đó qua bộ lọc rồi trở lại dòng xoay chiều với tần số nhờ
bộ nghịc lưu độc lập (quá trình thay đổi không phụ thuộc vào )

Việc biến đổi hai lần làm giảm hiệu suất biến tần.Tuy nhiên việc ứng dụng hệ điều
khiển số nhờ kỷ thuật vi sử lý nên ta phát huy tối đa các ưu điểm của biến tần loại này và
thường sử dụng nó hơn .
Do tính chất của bộ lọc nên biến tần gián tiếp lại được chia làm hai loại sử dụng nghịch
lưu áp và nghịch lưu dòng.
a. Bộ biến tần gián tiếp nguồn dòng:

Là loại biến tần mà nguồn tạo ra điện áp một chiều là nguồn dòng, dạng của động
điện trên tả phụ thuộc vào dạng dòng điện của nguồn, còn dạng áp trên tải phụ thuộc là
tùy thuộc vào các thông số của tải quy định.
b. Bộ biến tần gián tiếp nguồn áp:
Là loại biến tần mà nguồn tạo ra điện áp một chiều là nguồn áp (nghĩa là điện trở
nguồn bằng 0). Dạng của điện áp trên tải tùy thuộc vào dạng nguồn, còn dạng của dòng
điện trên tải phụ thuộc vào thông số của mạch tải quy định.
Bộ biến tần nguồn áp có ưu điểm là tạo ra dạng dòng điện và điện áp sin hơn, dãi
biến thiên tần số cao hơn nên được sử dụng rộng rãi hơn.
Bộ biến tần nguồn áp có hai bộ phận riêng biệt, đó là bộ phận động lực và bộ phận
điều khiển.

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
12


LỚP: 17TDHCLC2

GVHD: TRẦN ĐÌNH KHƠI QUỐC

U1 , f1

Bộ biến đổi
( mạch động lực )

U2 , f2

Điều khiển

-

-

Phần động lực gồm có các phần sau :
. Bộ chỉnh lưu:có nhiệm vụ biến đổi dòng xoay chiều có tần spps thành dòng một
chiều
. Bộ lọc :là một bộ phận khơng thể thiếu được trong mạch động lực cho phép thành
phần một chiều chỉnh lưu đi qua và ngăn chặn thành phần xoay chiều .Nó có tác
dụng sang bằng điện áp tải sau khi chỉnh lưu.
Phần điều khiển :Là bộ phận khơng thể thiếu được quyết định sự làm việc của
mạch động lực,để đảm bảo các u cầu tần số,điện áp ra của bộ biến tần đều do
mạch mạch điều khiển quyết định
. Bộ điều khiển nghịch lưu gồm 3 phần:
Khâu phát xung chủ đạo :là khâu tự dao động tạo ra xung điều khiển đưa đến là
bộ phần phân phối xung điều khiển đến từng tranzito .Khâu này đảm nhận điều
chỉnh xung một cách dễ dàng ,ngồi ra nó còn có thể đả nhận ln chức năng
khuếch đại xung .
Khâu phân phối xung :làm nhiệm vụ phân phối các xung điều khiển vào khâu
phát xung chủ đạo
Khâu khuếch đại trung gian :có nhiệm vụ khuếch đại các xung nhận được từ bộ

phận phân phối xung đưa đến đẩm bảo kích thích mở van.

B. TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠCH ĐỘNG LỰC:

Chỉnh Lưu

Lọc

Nghòch
lưu

Tải

I. BỘ NGHỊCH LƯU ÁP MỘT PHA:
1. Giới thiệu:

Bộ nghịch lưu áp một pha được cung cấp bằng nguồn áp một chiều có trở kháng rất
nhỏ, do đó điện áp U khơng chịu ảnh hưởng của biến thiên dòng điện qua nó. Điện áp và
một chiều được chuyển mạch để tạo nên điện áp ra xoay chiều U’ ( với tần số tuỳ ý).
Dòng điện ra I’ và dòng điện vào Id phụ thuộc tải phía xoay chiều. Tải này có thể bất
kỳ với điều kiện khơng phải là một nguồn áp khác ( điện dung hay sức điện động xoay
chiều ) mắc trực tiếp vào đầu ra.

ĐỒ ÁN MƠN HỌC: ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT
13


LỚP: 17TDHCLC2

GVHD: TRẦN ĐÌNH KHÔI QUỐC

Để nghiên cứu các bộ nghịch lưu áp một cách tổng quát, ta giả thiết tải dòng xoay
chiều là lý tưởng, nghĩa là dòng điện tải I’ là hình sin. Có ba loại bộ nghịch lưu một pha :
- Bộ nghịch lưu có máy biến áp điểm giữa (bộ nghịch lưu đẩy - kéo ).
- Bộ nghịch lưu phân áp vào điện dung ( bộ nghịch lưu bán cầu ).
- Bộ nghịch lưu cầu.
Hai bộ nghịch lưu đầu chỉ cần hai khoá chuyển mạch nhưng phải có một điểm giữa ở
phía ra xoay chiều hoặc ở phía vào một chiều, trong khi đó bộ nghịch lưu cầu cần bốn
khoá chuyển mạch.

Uv

T1

D1

T4

D4

Zt

D3

T3

D2

T2

C

* Hiện nay nguồn áp vẫn là nguồn được sủ dụng phổ biến trong thực tế. Hơn nữa điện áp
ra của nghịch lưu áp có thể điều chế theo các phương pháp khác nhau để có thể giảm được
sóng điêug hoà bậc cao. Trước kia nghịch lưu áp bị hạn chế trong ứng dụng vì công suất
của các van động lực điều khiển hoàn toàn còn nhỏ. Hơn nữa việc sử dụng nghịch lưu áp
bằng Tiristo khiến cho hiệu suất của bộ biến đổi giảm, sơ đồ điều khiển phức tạp. Ngày
nay công suất các van động lực như: GTO, IGBT càng trở nên lớn và có 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.
Trong quá trình nghiên cứu ta giả thiết các van động lực là các khoá điện tử lý tưởng,
tức là thời gian đóng và mở bằng không, nên điện trở nguồn bằng không.

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
14


LỚP: 17TDHCLC2

GVHD: TRẦN ĐÌNH KHÔI QUỐC

Hình: Nghịch lưu độc lập nguồn áp 1 pha

Sơ đồ nghịch lưu biến tần áp một pha dduocj biểu diễn trên hình 1. Sơ đồ gồm 4 van
điều khiển hoàn toàn Các điod ngược là các phần tử bắt buộc trong sơ đồ nghịch lưu áp ,
giúp cho quá trình trao đổi công suất phản kháng giữa tải qua các diode ngược.Nếu không
có tụ C quá nhỏ dòng phản kháng sẽ không có đường chạy nên quá điện áp trên các phàn
tử trong sơ đồ.
Các van trong sơ đồ được điều khiển mở trong mỗi nữa chu kỳ theo từng cặp TKết
quả là điện áp ra có dang xoay chiều xung hình chữ nhật với biên độ điện áp bằng nguồn

đầu vào,không phụ thuộc vào phụ tải .Hình dạng dòng điện phụ thuộc vào tính chất tải như
hình sau.

2. Dạng

sóng mạch nghịch lưu:

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
15


LỚP: 17TDHCLC2

GVHD: TRẦN ĐÌNH KHÔI QUỐC

Sơ đồ dạng sóng: Điều chỉnh điện áp ra nghịch lưu bằng phương pháp thay đổi độ rộng xung.
3. Tính toán và chọn các phần tử trong mạch nghịch lưu:

Theo đề cho :
Động cơ không đồng bộ roto lồng sóc
Công suất định mức : 750W
Tốc độ định mức :n=800 (v/p).
Hệ số cos: α =0.82
Hệ số điện áp lưới :U=220v.
Dòng điện định mức :
Điện áp định mức :
Tần số :f=5oHz
=220*4.5*0.85=748.66w
R*0.82=43.47(Ω)
a. Tính chọn IGBT

Điện áp cực đại của động cơ:
=311.1 V
Điện áp đầu vào bộ nghịch lưu:
Vì
Vậy điện áp ngược đặt lên mỗi IGBT : .Chọn hệ số quá áp của IGBT là , thì phải chọn
IGBT chịu được áp ngược là
Dòng điện cực đại qua mỗi IGBT:
=5.87 (A)
Với hệ số quấ dòng ,do đó ta phải chọn IGBT chịu được dòng :
(A)
Căn cứ vào kết quả trên ,ta chọn IGBT có mã hiệu FS10R12YT3, có các thống số sau
:Điện áp cực đại khi cực bazo bị khóa bởi điện áo âm.
-=
:Điện áp khi cực bazo để hở .
- :Điện áp
- Dòng colectow mà IGBT có thể chịu được
- :Dòng bazo mà tranzitocos thể chịu được.
- :Thời gian cần thiết để từ giá trị
:Thời gian cần thiết để b. Tính chọn diode:
Chu kỳ của quá trình :
= 0.199
Trị trung bình của dòng chạy qua diod
=-f*
ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
16


LỚP: 17TDHCLC2

GVHD: TRẦN ĐÌNH KHÔI QUỐC

Dòng định mức :
+
Trạng thái chuyển mạch diod ,tại thời điểm ϴ=0.diod
neesy=u chọn hệ số quá tải dòng điênh qua diod là 1.2 thì diod chọn phải chịu dòng là :
Điện áp đặt ngược đặt lên mỗi diod là :
Chọn hệ số quá áp là ,thì diod chọn phải chịu dduocj điện áp ngược là ta chọn diod loại
B10 của liên xô theo bảng i1 trang 11 sách điện tử công suát của nguyễn bính ,với cá
số liệu:
c. Tính chọn tụ
Trong nghịch lưu có 1 pha không tải lúc nào cũng cần tụ khi có 1 nguồn
Nếu ta có tỷ số >0.66 thì ko cần đến tụ và dòng do điện cảm tải pha này sẽ trả về
nguồn mà chạy qua pha khác ( quản trong hệ ba pha tải )
Trườn hợp tỷ số <0.66 ta cần tụ vào với hệ số là :
thuowngf lấy
=
==1.6*µF
tụ phải chịu điện áp
Vậy phải dùng loại tụ có điện dung 1.6 và điện áp là 450V
II. BỘ CHỈNH XUNG ĐIỆN ÁP:

Bộ điệu chỉnh xung điện áp một chiều được sử dụng khi có săn nguồn một chiều cố
định mà không cần điều chỉnh điện áp một cách chu kỳ theo một số luật khác nhau .Phần
tử thực hiện nhiệm vụ đó là các van bán dẫn ,do chúng làm việc trong mạch môt chiều nên
chỉ dùng IGBT gọi là ‘mạch khóa cưỡng bức “ gây nhiều khó khăn trong thực tế .Vì vậy
hiện nay người ta hay dùng các van điều khiển cả đóng ngặt như IGBT.
1. Sơ đồ nguyên lý của phương pháp điều chỉnh điện áp:
Sơ đồ mạch dạng sóng: Trong khoảng thời gian 0 – ta cho van mở toàn bộ điện áo
được đưa đến tải còn trong khoảng thời gian , ta cắt nguồn ra khỏi tải, lúc này giá trị
trung bình của điện áp ra tải là:

 với Z=
it

it

iz

T
Ud

Do

t1

t2

t

taû
i

t
Theo biểu thức trên,suy ra 3 phương pháp điều chỉnh điện áp
+ T= const ,
+ T=var , :phương pháp xung thời gian có nhiều nhược điểm.Tần số phải thay đỏi trên
ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
17


LỚP: 17TDHCLC2

GVHD: TRẦN ĐÌNH KHÔI QUỐC

một phạm vi rộng lớn mới có thể cung cấp mọt dải điện áp đầu ra.Việc thiết kế bộ lọc
với tần só thay đổi được gặp nhiều khó khăn .Trong trường hợp mực điện áp ra thấp
nếu ta điều khiển theo phương pháp này sẽ làm thời gian lớn gây nên hiện tượng gián
đoạn dòng điện.
Việc sử dụng phương pháp điều khiển độ rông xung ttranhs dduocj phần nào nên có
tính thích hợp cao hơn ,do đó ta chọn phương pháp này để điều khiển.
2. Tính chọn IGBT T:
Ở dây ta dùng phương pháp độ rông xung
Gọi
Ta có điện áp trung bình sau bộ biến đổi là :
Chọn tần số làm việc của bộ biến đổi là f=500Hz
T=
Phạm vi điều chỉnh chỉnh điện áp của ta là :
Nếu cho sụt áp trên cuộn dây bộ loc không đáng kể do đó giá trị điện áp phía sau bộ
biến đổi tại thời điểm cực đại của điện áp chính là :
Chọn hệ số quá áp
Vậy phải chọn IGBT chịu điện áp là
Một cách tương dối ta xem hiệu suất của bộ nghịch lưu là ɳ=0.9.Theo định luật bảo
toàn năng lượn ,ta có :
=
Vậy chọn dòng điện cực đại qua IGBT là . Chọn hệ số dự trữ dòng .Vậy phải chọn
IGBT cho thỏa mãn dòng qua đó là :
Khi sụt áp phía sau bộ biến đổi tại thời điểm cực địa của dài điề chỉnh Z là
Điện áp đầu vào của bbooj biến đổi là
Chọn hệ số quá áp là TA phải chọn IGBT chịu được điện áp là :
Từ đó ta chọn được IGBT loại
Với

3. Tính chọn

Diod dùng để ngăn chặn điện áp tự cảm từ cuộn kháng quá lớn khi chuyển mạch IGBT từ mở sang
khóa và bảo vệ IGBT khỏi quá áp đánh thủng
Đồ thị biểu diễn quá trình dòng điện và điện áp sau bộ chỉnh lưu :

U
T1

t
T2

i

t
ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
18


LỚP: 17TDHCLC2

GVHD: TRẦN ĐÌNH KHÔI QUỐC

Giá trị trung bình dòng điện chạy qua diod là :

I Do =

T −T 1
1 T
1

idt =
I d = (1 − ) I d
∫
T T1
T
T

Để tìm
Ta cần chọn diod chịu dòng cực đại là
VÀ điện áp ngược cực đại :
Tra theo bảng diod ta chọn dduocj loại B1o của liên xo với các thông số
III. BỘ LỌC SAU ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP :

Sơ đồ mạch lọc :

T

Nghòch löu

Do

phuï thuoäc

Co

Chọn điện cảm

1.

L:

Giả sử rằng quá trình chuyển mạch điện áp Uc là không đổi ( quá trình quá độ điện
áp trên tụ không đột biến )
Khi IGBT T mở:
Khi IGBT khóa ,ta có:
Với
Vậy
Hay
Khi t =ta có : i=
ta có :
i=
khi t=


Vậy
Để tìm , ta thực hiện như sau :
Z=
Vậy
Suy ra :
Cần chọn L sao cho
ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
19


LỚP: 17TDHCLC2

GVHD: TRẦN ĐÌNH KHÔI QUỐC

L
Vậy L=52H
2. Chọn tụ điện C:

Dòng điện qua mạch chỉ có thành phàn xoay chiều .vậy độ nhấp nho của dòng điện
tải của dòng điện chạy qua tụ C.

ic = C

duc
1
⇒ duc = ic dt
dt
C

∆U c =

I
1 T
1
ic dt = I d (T − T1 ) = Z z (T − Tz )
∫
C T1
C
C

⇒ ∆C = I z .T .Z .(1 − Z )
Để tính

duc I z .T
1
=
(1 − 2 Z ) = 0 ⇒ Z =

dz
C
2
T .I z
1 T .T
∆U c max = ∆U c ( Z = ) = 1 ⇒ ∆U c max % =
2
4C
4C.U z
Chọn tụ C sao cho

∆U c max

%

T .I d
T .I z
T .I z
≤ 0,15 ⇒ C ≥
=
4C.U z
4U z .0,15 4U z .0,15.Z max
=

1
0,177
.
= 22,3.10 −6
50 4.331,1.0,15.0,8

Vậy 23µF chịu áp trên 300V
Trên thực tế nhà sản suất theo các điện dung tiêu chuẩn
Vậy ta chọn tụ 23µF chịu điện áp 300 và tụ hòa phân cực
IV. BỘ LỌC SAU CHỈNH LƯU:

I1
Chænh löu
ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

L
T
+
-

Do

Ut

20


LỚP: 17TDHCLC2

GVHD: TRẦN ĐÌNH KHÔI QUỐC

Một cách tương đối ta xem năng lượng tiêu tasb trên toàn bộ điều chỉnh điện áo và bộ
lọc là không đáng kể thì ta có Hay 
Điện áp
Tìm trị số cực đại của :
 =%=

Chọn trị
TA có tần số dao động của mach lọc
Để tránh hiện tượng công hưởng xảy ra trong mạch ta cần chọn
f
Ta chọn f=2.5
1
1
=
2,5
2π L f .C f


 2,5
⇒ L f .C f = 
 2π f
 2,5
⇒ L f = 
 2π f

2





2

2

2

 1  2,5  1  2,5 
1

=
=
= 108 H
 .
 .
−6
 C f  50  C f  50  23 * 10

Như vậy ta chọn trị sô điên cả và điện rung là 108Hz
V.

BỘ CHỈNH LƯU
Bộ chỉnh lưu có chức năng biến nguồn xoay chiều thành nguồn một chiều ,ở đây ta
dùng mạch chỉnh lưu cầu không điều khiển, bộ chỉnh lưu bao gồm cá van điều khiển chỉnh
lưu bằng máy biến áp.
+Van có tác dụng đóng mở tạo thành dòng một chiều
+Máy biến áp có tác dụng biến đổi điện áp nguồn phù hợp với yêu cầu cần thiết của phụ
tải lưới điện để vận hành an toàn,cải thiện được dạng sóng nguồn điện lưới. Ngoài ra còn
có tác dụng hạn chế tốc độ tăng của dòng anot .So với chỉnh lưu cầu có đặc điểm sau
+Có điện áp đặt lên van nhỏ hơn 2 lần so với hình tia
+Điện áp đầu ra phía chỉnh lưu có độ nháp nhô .chát lượng điều chỉnh tốt hơn
+Có điện áp nguồn nhỏ hơn so với hình tia ,máy biến áp tận dụng triệt đẻ hơn lõi thép
khôn bị từ hóa
Nhưng ở sơ đồ hình cầu có diod nhiều hơn 3 van nên giá thành đăt hơn

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

21


LỚP: 17TDHCLC2

GVHD: TRẦN ĐÌNH KHƠI QUỐC

Chỉnh lưu một pha a) sơ đồ b) dạng sóng dòng điện xoay chiều nguồn
1.

Ngun lý dạng sóng
Điện áp chỉnh lưu

U do = U d + ∆U
= 383.4+ 5834(15% + 4%)+ 2 = 617(V )
 Giá trò hiệu dụng điện áp pha thứ cấp máy biến áp

U2 f =

π
3.14
U do =
.617 = 261 (V )
3 6
3 6

 Tỉ số máy biến áp
U2f
261
m=

=
= 0.69
U1
380
 Điện áp lớn nhất mỗi Diod phải chòu là:

U im = 6 * U 2 f = 6 * 261 = 639.3 (V )
 Giá trò trung bình của mỗi dòng qua Diod là :



I
2.38
ID = d =
= 0.79 ( A)
3
3
Giá trò dòng điện chạy qua mỗi pha thứ cấp máy biến
áp :

ĐỒ ÁN MƠN HỌC: ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT
22


LỚP: 17TDHCLC2

GVHD: TRẦN ĐÌNH KHƠI QUỐC

I2 =

2
Id =
3

2
2.38 = 1.94 ( A)
3


U
U2a

U2b

U2c

t

Ud
t

ia

t

ib
t

ic
t

Sơ đồ dạng sóng
 Trò hiệu dụng dòng chảy qua trong mỗi pha sơ cấp máy biến

áp


I1 = m.I 2 = 0.69 * 1.94 = 1.34 ( A)

Chọn Diod có hệ số dự trữ áp là :

K v = 1.6

ĐỒ ÁN MƠN HỌC: ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT
23


LỚP: 17TDHCLC2

GVHD: TRẦN ĐÌNH KHƠI QUỐC

Chọn Diod có hệ số dự trữ dòng là :

K i = 1.2

 Vậy Diod chòu được :

U im = 1.6 * 693.3 = 1023 (V )
I D = 1.2 * 0.79 = 0.95 ( A)
Lúc mở máy dòng tăng lên bốn lần :

BJI −10

Chọn Diod :

I tb = 10 ( A)
Có

U im = 300 ÷ 1500 (V )

Các van chỉnh lưu 3 pha cần chia làm 2 nhóm :
-

Nhóm catod chung gồm 3 van D1, D3, D5 .
Nhóm atod chung gồm 3 van D4, D6, D2 .
Trong nhóm Anod van nào có thế âm hơn thì dẫn, còn
trong nhóm Catod van nào có thế dương hơn thì dẫn.
Vậy tại một tại điểm bất kỳ bao giờ cũng có hai van
dẫn cho dòng chạy qua, 1 van ở nhóm Atod và van còn lại
2π
λ=
3
là ở nhóm Catod, mỗi van dẫn trong khoảng dẫn

0 ÷ θ1

Ta xét trong khoảng
, van D1, D6 dẫn. Khi đó, điện áp
Ua đặt vào đầu của tải còn điện áp Ub đi qua van D6 và
đặt vào đầu còn lại của tải,

do đó :

U d = U a − U b = U ab

θ1

Tại thời điểm
lúc đó Ub = Dc nên van D2 mở và sau đó
Vc âm hơn Vb nên D2 và D6 bò khoá lại :
Tương tự, trong khoảng

θ1 ÷ θ 2

thì D1 và D2 mở nên:

U d = U a − U c = U ac
Giá trò trung bình của điện áp chỉnh lưu :
ĐỒ ÁN MƠN HỌC: ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT
24


LỚP: 17TDHCLC2

GVHD: TRẦN ĐÌNH KHƠI QUỐC

Ud =

6 π
3 6
6 U 2 f cosθ dθ =

U 2 f = 2.34U 2 f
∫
π
2π −
π
6

Điện áp ngược lớn nhất dặt lên mỗi Diod là:

U ng max = 2 2U 2 f cos30 o = 2.45U 2 f

Dòng chảy trong Diod bằng dòng chỉnh lưu :

I D = Id

Giá trò trung bình của dòng tải :

Id =

6 π
6
2π ∫− π

6U 2 f . cosθ − E

6

R

U −E

dθ = d
R

Giá trò trung bình của dòng chảy trong mỗi Diod

ĐỒ ÁN MƠN HỌC: ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT
25