BÁO CÁO MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT thiết kế bộ nghịch lưu độc lập điện áp để điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ

ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
Khoa Điều khiển và Tự động hóa
----------

BÁO CÁO MÔN HỌC
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Thiết kế bộ nghịch lưu độc lập điện áp để điều khiển
tốc độ động cơ khơng đồng bộ

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Ngọc Khốt
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Tiến Mạnh
MSV: 1
Lớp: 1

Hà Nội, 5/2021


LỜI NĨI ĐẦU
Ngày nay sự phát triển nhanh chóng của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật nói
chung và trong lĩnh vực điện - điện tử - tin học nói riêng làm cho bộ mặt của xã hội
thay đổi từng ngày. Trong hồn cảnh đó, để đáp ứng được những điều kiện thực tiễn
của sản xuất đòi hỏi những người kĩ sư điện tương lai phải được trang bị những kiến
thức chuyên ngành một cách sâu rộng.
Trong quá trình học mơn thiết kế hệ thống tự động hóa q trình em được nhận
đề tài: “Thiết kế bộ nghịch lưu độc lập điện áp để điều khiển tốc độ động cơ khơng
đồng bộ”.
Do kiến thức cịn hạn chế, trong phạm vi thời gian có hạn, lượng kiến thức lớn
nên khơng khỏi có những sai sót. Em mong nhận được sự góp xây dựng của các thầy,
cô giáo cũng như bè bạn để bản đồ án được hoàn thiện hơn. Trong quá trình làm đồ án
em đã nhận được sự giúp đỡ, hướng dẫn, chỉ bảo nhiệt tình của các thầy, cơ giáo cũng
như sự góp ý xây dựng của các bạn bè. Đặc biệt là sự giúp đỡ của thầy giáo TS. abc và

các thầy cô giáo công tác trong khoa điện.
Em xin chân thành cảm ơn !
Hà Nội, tháng 05 năm 2021
Sinh Viên
Nguyễn Tiến Mạnh


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. TÌM HIỂU VỀ CƠNG NGHỆ..................................................9
1.1

Khái qt chung.........................................................................................9

1.2

Cấu tạo.....................................................................................................10

1.2.1

Stator.................................................................................................10

1.2.2

Rotor.................................................................................................10

1.3

Nguyên lý làm việc..................................................................................11

1.4

Phân loại động cơ không đồng bộ một pha..............................................14

1.4.1

Split-phase Motor-Động cơ chia pha.................................................14

1.4.2

Động cơ dùng tụ điện........................................................................16

1.4.3

Động cơ dùng vòng ngắn mạch.........................................................17

1.5

Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ một pha.............................18

1.5.1

Điều khiên tốc độ bằng cách thay đổi số cực....................................19

1.5.2

Điều khiển tần số dòng điện đưa vào động cơ...................................20

1.5.3

Điều khiển điện áp đưa vào động cơ.................................................20

CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU BỘ BIẾN ĐỔI ĐTCS.......................................21
2.1

Giới thiệu về bộ biến đổi điện tử công suất..............................................21

2.1.1

Khái niệm, phân loại Nghịch lưu độc lập (NLĐL)............................21

2.1.2

Nghịch lưu độc lập nguồn áp 1 pha...................................................22

2.1.3

Nghịch lưu nguồn áp cầu 1 pha.........................................................25

2.1.4

Sơ đồ nghịch lưu độc lập nguồn áp ba pha........................................29

2.2

Tổng quan về phương pháp điều chế PWM.............................................32

2.2.1

Nguyên lý hoạt động của nghịch lưu PWM......................................32

2.2.2

Sin hoá PWM....................................................................................34

2.2.3

Nguyên tắc hoạt động bộ nghịch lưu cầu điều biến độ rộng xung đơn
cực.....................................................................................................35


2.2.4
2.3

Mơ hình mơ phỏng nghịch lưu PWM................................................40

Lựa chọn phương án tối ưu......................................................................42

CHƯƠNG 3. TÍNH TỐN THIẾT KẾ MẠCH LỰC.................................43
3.1

Phân tích chức năng của từng phần tử trong mạch...................................43

3.2

Lựa chọn van...........................................................................................43

3.3

Chọn thơng số mạch lọc đầu ra................................................................44

3.4

Bảo vệ IGBT............................................................................................45

CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHIỂN..........................................47
4.1

Cấu trúc tổng quan của mạch điều khiển theo phương pháp PWM.........47

4.2

Tính tốn sơ đồ mạch điều khiển.............................................................48

4.2.1

Khâu tạo dao động............................................................................48

4.2.2

Tính tốn mạch tạo xung đồng bộ.....................................................48

4.2.3

Tính tốn xung tam giác 2 cực tính...................................................49

4.2.4

Khâu tạo trễ mở.................................................................................50

4.2.5

Khâu khuếch đại xung điều khiển IGBT...........................................51

CHƯƠNG 5. MƠ PHỊNG.............................................................................54
5.1

Sơ đồ mô phỏng.......................................................................................54

5.2

Kết quả mô phỏng....................................................................................55

TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................57


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Động cơ khơng đồng bộ một pha [6]..................................................9
Hình 1.2Cấu tạo của động cơ khơng đồng bộ một pha [7]................................10
Hình 1.3: Dây quấn chính và dây quấn phụ stator............................................10
Hình 1.4: Rotor và Stator động cơ khơng đồng bộ một pha có cấu tạo gần giống
động cơ 3 pha....................................................................................................11
Hình 1.5: Nguyên tắc tạo từ trường quay trong động cơ khơng đồng bộ 1 pha.11
Hình 1.6: Ngun lý làm việc...........................................................................11
Hình 1.7: Phân tích stđ đập mạch thành hai stđ quay........................................13
Hình 1.8: Đồ thị momen...................................................................................14
Hình 1.9: Động cơ khơng đồng bộ dùng cuộn dây phụ.....................................14
Hình 1.10: Đồ thị vector...................................................................................15
Hình 1.11: Đặc tính cơ của động cơ chia pha...................................................15
Hình 1.12: Động cơ khởi động dùng tụ điện.....................................................16
Hình 1.13: Đồ thị vector...................................................................................16

Hình 1.14: Đặc tính cơ của động cơ dùng tụ điện.............................................17
Hình 1.15: Động cơ dùng hai tụ điện................................................................17
Hình 1.16: Động cơ dùng vịng ngắn mạch.......................................................18
Hình 2.1: Sơ đồ nghịch lưu nguồn áp nửa cầu..................................................22
Hình 2.2: Dạng xung điện áp, dịng điện của sơ đồ nửa cầu.............................23
Hình 2.3: Nghich lưu nguồn áp cầu 1 pha.........................................................25
Hình 2.4: Dạng điện áp, dịng điện trên các phần tử trong NLĐL nguồn áp một
pha.................................................................................................................... 27
Hình 2.5: Sơ đồ nghịch lưu độc lập nguồn áp ba pha........................................29
Hình 2.6: Sơ đồ tương đương mạch tải ứng với các khoảng dẫn của van. (a) V1,
V6, V5 dẫn; (b) V1, V6, V2 dẫn; (c) V1, V2, V3 dẫn......................................30
Hình 2.7: Điện áp ra pha A...............................................................................30
Hình 2.8: Điện áp ra pha B...............................................................................30
Hình 2.9: Điện áp ra Uab..................................................................................30


Hình 2.10: Điện áp ra Uac................................................................................31
Hình 2.11: Điện áp ra Ubc................................................................................31
Hình 2.12: Điện áp ra của bộ nghịch lưu PWM đơn cực..................................32
Hình 2.13: Đồ thị xác định thời điểm kích mở van...........................................33
Hình 2.14: Giải thích việc sử dụng sóng tam giác để so sánh...........................33
Hình 2.15: Mơ tả dạng sóng điều biên và sóng tam giác...................................36
Hình 2.16: Sơ đồ cầu nghịch lưu H...................................................................36
Hình 2.17: Áp ra trên tải (Vtai=Va -Vb) với ma=0..............................................37
Hình 2.18: Áp ra trên tải (Vtải= Va –Vb) khi ma=0.5..........................................37
Hình 2.19: Áp ra trên tải (Vtai=Va-Vb) khi ma=1.5.............................................38
Hình 2.20: Trị hiệu của thành phần điện áp cơ bản khi thay đổi hệ số điều chế
ma...................................................................................................................... 39
Hình 2.21: Mơ hình điều chế đơn cực...............................................................40
Hình 2.22: Tín hiệu điều chế.............................................................................40

Hình 2.23: Phương pháp điều chế lưỡng cực....................................................40
Hình 2.24:Mơ hình điều chế lưỡng cực.............................................................41
Hình 2.25: Tín hiệu điều chế.............................................................................41
Hình 2.26: Điện áp đầu ra.................................................................................41
Hình 2.27: Sơ đồ phương án mạch lực lựa chọn...............................................42
Hình 3.1: Mạch lọc đầu ra.................................................................................44
Hình 4.1: Cấu trúc điều khiển nghịch lưu độc lập điện áp................................47
Hình 4.2: Nghịch lưu độc lập điện áp 1 pha điều khiển kiểu SPWM................47
Hình 4.3: Sơ đồ cầu Wien.................................................................................48
Hình 4.4: Sơ đồ xung đồng bộ..........................................................................49
Hình 4.5: sơ đồ tạo xung răng cưa 2 cực tính....................................................50
Hình 4.6: Khâu tạo trễ mở................................................................................50
Hình 4.7: Sơ đồ chân IC SG 3525.....................................................................51
Hình 4.8: Sơ đồ khối IC SG3525......................................................................52
Hình 5.1: Sơ đồ mô phỏng................................................................................54


Hình 5.2: Xung PWM điều chế đơn cực...........................................................55
Hình 5.3: Đồ thị điện áp đầu ra.........................................................................56


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Hệ số điện áp hiệu dụng của các sóng hài với các hệ số ma khác
nhau..................................................................................................................38
Bảng 3.1: Thông tin về hệ thống.......................................................................43
Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật van IGBT............................................................44
Bảng 3.3: Bảng liệt kê thiết bị mạch lực...........................................................46


CHƯƠNG 1. TÌM HIỂU VỀ CƠNG NGHỆ

1.1 Khái qt chung
Động cơ khơng đồng bộ hay cịn gọi là động cơ dị bộ, được ứng dụng rộng rãi
trong công nghiệp từ cơng suất nhỏ đến cơng suất trung bình . Chiếm tỉ lệ lớn so với
động cơ khác, nhờ những ưu điểm :
 Động cơ khơng đồng bộ có kết cấu đơn giản, kích thước nhỏ gọn dễ chế
tạo,vận hành an tồn, tin cậy giảm chi phí vận hành sửa chữa.
 Sử dụng trực tiếp lưới điện xoay chiều ba pha, không cần tốn kém các
thiết bị biến đổi.
 Được khai thác hết tiềm năng nhờ sự phát triển của công nghiệp chế tạo
bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử.
Dựa theo nguyên tắc của động cơ không đồng bộ ba pha, người ta chế tạo được
những động cơ không đồng bộ một pha. Stato của loại động cơ này gồm hai cuộn dây
đặt lệch nhau một góc, một dây nối thẳng với mạng điện, dây kia nối với mạng điện
qua một tụ điện. Cách mắc như vậy làm cho hai dòng điện trong hai cuộn dây lệch pha
nhau và tạo ra từ trường quay. Động cơ không đồng bộ một pha chỉ đạt được cơng suất
nhỏ, nó chủ yếu được dùng trong các dụng cụ gia đình như quạt điện, máy hút bụi,
máy bơm nước…

Hình 1.1: Động cơ khơng đồng bộ một pha [6]

9


1.2 Cấu tạo
Động cơ 1 pha được cấu tạo gồm 2 bộ phận stator và rotor.

Hình 1.2Cấu tạo của động cơ không đồng bộ một pha [7]

1.2.1

Stator

Phần tĩnh gồm: mạch từ, dây quấn, vỏ máy.
Mạch từ có cấu tạo giống như stator động cơ 3 pha dây quấn stator gồm dây
quấn chính và dây quấn phụ có kết cấu thường khơng giống nhau đặt lệch nhau góc
900.

Hình 1.3: Dây quấn chính và dây quấn phụ stator

1.2.2

Rotor

Roto của động cơ khơng đồng bộ 1 pha thường dùng la roto lồng sóc.

10


Ngồi hai phần chính trên, cịn có các bơ phận khởi động như tụ điện, ngắt điện
ly tâm hay rơle dịng điện rơle điện áp, …

Hình 1.4: Rotor và Stator động cơ khơng đồng bộ một pha có cấu tạo gần giống động cơ 3
pha

1.3 Nguyên lý làm việc

Hình 1.5: Nguyên tắc tạo từ trường quay trong động cơ không đồng bộ 1 pha

Nếu chỉ có 1 cuộn dây nối vào 1 pha sẽ có từ trường xoay chiều như sau.

11


Hình 1.6: Ngun lý làm việc

Xét từ trường do dịng điện hình sin i  I m sin t trong dây quấn stator của
động cơ không đồng ộ 1 pha chỉ có dây quấn một pha.
Dịng điện xoay chiều chạy trong dây quấn stator sẽ sinh ra từ trường xoay
chiều, đường sức từ trường được xác định theo quy tắc vặn nút chai. Xét tại các thời
điểm:

 

B  BT  thuan   BN  nghich 

(1.1)

T

4 dòng điện đạt cực đại dương i=Im, cảm ứng B đạt cực đại, giả
 Tại


B
B
T
sử đường sức có chiều từ trên xuống dưới.
và N cùng phương, cùng
t1 

chiều, cùng độ lớn:

T
T
 t2 
2
 Tại 4




B
BT  BN 
2

,dòng điện vẫn dương, cảm ứng


B vẫn có chiều như



B
B
T
nhưng độ lớn bé hơn,
và N lệch nhau góc α.

 Tại

t3 

T


B
B
2 , i=0, B=0. T và N cùng phương, ngược chiều, cùng độ

lớn.

T
3T

 t4 
4 , i<0, cảm ứng từ B đổi chiều hướng từ dưới lên trên, ⃗
 Tại 2


BT và BN lệch nhau góc α như trường hợp t2

12


 Tại

t5 

3T
4

, i = -Im, cảm ứng từ


B đạt cực đại với chiều từ dưới lên trên.

 Tại t6 = T, i=0, B=0.
Vậy từ trường do dòng điện xoay chiều chạy trong dây quấn một pha sinh ra là
từ trường đập mạch, có thể phân tích thành hai từ trường quay có biên độ bằng ½ biên
độ từ trường cực đại và quay ngược chiều nhau với cùng một vận tốc góc.

F  Fm sin  t  cos   

(1.2)

Phân tích stđ đập mạch thành hai stđ quay:
j1t

 Stđ quay thuận: F11me
 j1t

 Stđ quay ngược: F21me

Hình 1.7: Phân tích stđ đập mạch thành hai stđ quay

Hai stđ quay này có:

F1m
2 W1kdql
 F11m  F21m 

I
2

p
 Biên độ từ trường đập quay:
 Tốc độ quay: Quay thuận ω1, Quay ngược – ω1.
Hệ số trượt:

13


 Thuận:

 Ngược:

s1 

1  
s
1

s1 

1  
2s
1

Phương trình cân bằng stđ tổng:





 Thuận: F01m  F11m  F21m sinh ra từ cảm B1m e

j  1t 1 

 j  1t  2 
  F  F
F
B
e
02
m
12
m
22
m
2
m
 Ngược:
sinh ra từ cảm

Từ cảm tổng hình thành từ trường quay hình elip:
j  t 
 j  t 
B  B1me  1 1   B2 me  1 2 

(1.3)






B
B
M
M
T
N
T
2 từ trường quay ngược chiều
và
sẽ tạo ra 2 mômen điện từ
và N

ngược chiều nhau, tác dụng lên trục rotor của động cơ. Momen tổng được xác định
bằng phép cộng đồ thị.

Hình 1.8: Đồ thị momen

Tổng đại số hai mơmen cho đặc tính cơ

M  M1  M 2  f  s 

M  f  s

:
(1.4)

Tại thời điểm tốc độ bằng không (n = 0, s = 1), M 1  M 2 và ngược chiều nhua

nên momen tổng bằng không (M = 0), nên động cơ không thể tự khởi động được, nếu
quay rotor theo chiều nào thì sẽ xuất hiện moment quay theo chiều đó, tác động làm
rotor tiếp tục quay.

14


Vì vậy để động cơ một pha làm việc được, ta phải có biện pháp mở máy, nghĩa
là tìm cách tạo ra cho động cơ một mômen lúc rôto đứng yên (M = Mk khi s =1).
1.4 Phân loại động cơ khơng đồng bộ một pha
1.4.1

Split-phase Motor-Động cơ chia pha

Hình 1.9: Động cơ không đồng bộ dùng cuộn dây phụ

Động cơ chia pha hay còn được được biết đến là động cơ không đồng bộ dùng
cuộn dây phụ.
Loại động cơ này được dùng khá phổ biến như máy điều hòa, máy giặt, dụng cụ
cầm tay, quạt, bơm ly tâm, ...
Cấu tạo của loại động cơ này gồm dây quấn chính (dây quấn làm việc), dây
quấn phụ (dây quấn mở máy). Hai cuộn dây này đặt lệch nhau một góc 90 o điện trong
khơng gian.
Để có được mơmen mở máy, người ta tạo ra góc lệch pha giữa dịng điện qua
cuộn chính Ic và dịng qua cuộn dây phụ Ip bằng cách mắc thêm một điện trở nối tiếp
với cuộn phụ hoặc dùng dây quấn cở nhỏ hơn cho cuộn phụ, góc lệch nầy thường nhỏ
hơn 30o.
Dịng trong dây quấn chính và trong dây quấn phụ sinh ra từ trường quay để tạo
ra momen mở máy.
Đồ thị vectơ lúc mở máy được trình bày trong hình 1.15.

15


Hình 1.10: Đồ thị vector

Khi tốc độ đạt được 70÷75 % tốc độ đồng bộ, cuộn dây phụ được cắt ra nhờ
công tắt ly tâm K và động cơ tiếp tục làm việc với cuộn dây chính.
Đặc tính cơ của động cơ loại này:

Hình 1.11: Đặc tính cơ của động cơ chia pha

1.4.2

Động cơ dùng tụ điện

Hình 1.12: Động cơ khởi động dùng tụ điện

Các động cơ không đồng bộ một pha có cuộn dây phụ được mắt nối tiếp với
một tụ điện được gọi là động cơ tụ điện. Loại động cơ nầy có cuộn dây phụ bố trí lệch
so với cuộn dây chính một góc 90 o điện trong khơng gian, để tạo góc lệch về thời gian

16


ta mắc nối tiếp với cuộn dây phụ một tụ điện. Nếu chọn tụ điện có giá trị thích hợp thì
góc lệch pha giữa Ic và Ip là gần 90o.

Hình 1.13: Đồ thị vector

Tùy theo yêu cầu về momen mở máy và momen lúc làm việc, ta có các loại:
 Động cơ tụ điện mở máy (tụ đề): Khi mở máy tốc độ động cơ đạt đến
75÷85% tốc độ động bộ, công tắc K (tiếp điểm ly tâm) mở ra và động cơ
sẽ đạt đến tốc độ ổn định.
 Động cơ tụ điện thường trực (tụ ngâm): Cuộn dây phụ và tụ điện mở
máy được mắt luôn khi động cơ làm việc bình thường. Loại này có cơng
suất thường nhỏ hơn 500W và có đặc tính cơ tốt.

Hình 1.14: Đặc tính cơ của động cơ dùng tụ điện

Ngồi ra, để cải thiện đặc tính làm việc và momen mở máy ta dùng động cơ hai
tụ điện.

17


Một tụ điện mở máy khá lớn (khoảng 10 ÷15 lần tụ điện thường trực) được
ghép song song với tụ điện thường trực. Khi mở máy tốc độ động cơ đạt đến 75÷85%
tốc độ động bộ, tụ điện mở máy được cắt ra khỏi cuộn phụ, chỉ còn tụ điện thường trực
nối với cuộn dây phụ khi làm việc bình thường.

Hình 1.15: Động cơ dùng hai tụ điện

1.4.3

Động cơ dùng vòng ngắn mạch

Cấu tạo:
Trên stato ta đặt dây quấn một pha và cực từ được chia làm hai phần, phần có
vịng ngắn mạch K ơm 1/3 cực từ và rơto lồng sóc.

Dịng điện chạy trong dây quấn stato I 1 tạo nên từ thơng Φ’ qua phần cực từ
khơng vịng ngắn mạch và từ thông Φ’’ qua phần cực từ có vịng ngắn mạch.

Hình 1.16: Động cơ dùng vịng ngắn mạch

Từ thơng Φ’’ cảm ứng trong vịng ngắn mạch sđđ E n, chậm pha so với một góc
90o. Vịng ngắn mạch có điện trở và điện kháng nên tạo ra dòng điện In chậm pha so
18


với một góc φn < 90o. Dịng điện In tạo ra từ thơng Φn và ta có từ thơng tổng qua phần
cực từ có vịng ngắn mạch:

  n   

(1.5)

Từ thông này lệch pha so với từ thông qua phần cực từ khơng có vịng ngắn
mạch một góc φ. Do từ thông Φ’ và ΦΣ lệch nhau trong không gian nên chúng tạo ra
từ trường quay và làm quay rôto.
Mô men mở mày của động cơ khá nhỏ: Mk = (0,2 - 0,5)Mđm.
Hiệu suất thấp η = (25 - 40%).
Thường được chế tạo với công suất nhỏ từ 20 - 30W, đơi khi cũng có chế tạo
cơng suất đến 300W và hay sử dụng làm quạt bàn, quạt trần, máy quay đĩa.
1.5 Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ một pha.
Để điều khiển tốc độ động cơ một pha người ta có thể sử dụng các phương pháp
sau:
 Điều khiển bằng cách thay đổi số đôi cực.
 Điều khiển tần số dòng điện đưa vào động cơ.
 Điều khiển điện áp đưa vào động cơ.

1.5.1

Điều khiên tốc độ bằng cách thay đổi số cực

- Trường hợp thay đối tốc độ (M = const)
Công suất trên trục động cơ khi vận hành tại tốc độ cao:

Pc  2 3  U d .I  nc .cosc

(1.6)

Công suất trên trục động cơ khi vận hành tại tốc độ thấp::

Pth  3  U d .I  nth .costh

(1.7)

 n .costh 
Pth
 1,15  th

Pc
 nc .cosc 

(1.8)

Vậy:

Momen động cơ ở tốc độ cao:
Mc 

Pc
2 .nc

(1.9)

Momen động cơ ở tốc độ thấp:

19


M th 

Pth
2 .nth

(1.10)

Với nc  2nth
Vậy:

 n .costh  Pth
M th
M
 2,3  th
 0,8  th  1,6

Mc
Pc
Mc

 nc .cosc 

(1.11)

 Trường hợp thay đối tốc độ, moment và công suất thay đổi
Công suất trên trục động cơ khi vận hành tại tốc độ cao:

Pc  2 3  U d .I  nc .cosc
Công suất trên trục động cơ khi vận hành tại tốc độ thấp:

Pth  3  U d .I  nth .costh

(1.12)

 n .costh 
Pth
 0,5  th

Pc
 nc .cosc 

(1.13)

M th nth .costh
P
M

 th  0,35  th  0,7
Mc
nc .cosc

Pc
Mc

(1.14)

Vậy:

Vậy:

1.5.2

Điều khiển tần số dòng điện đưa vào động cơ

U1 f1 M 

U1 f1 M

(1.15)

Trong đó:
 U , M là điện áp, momen tương ứng với tần số f1


 U , M  là điện áp, momen tương ứng với tần số f1
Khi yêu cầu moment không đổi (như trong máy cắt gọt kim loại):
U1 f1

U1
f1

(1.16)

Khi yêu cầu đảm bảo công suất cơ Pcơ không thay đổi (như trong máy
điện):

20


M  f1 U1
  
M
f1 U1

f1
f1

(1.17)

Khi yêu cầu moment tỷ lệ với bình phương của tốc độ (trong quạt gió)
U1  f1 
 
U1  f1 

1.5.3

2

(1.18)

Điều khiển điện áp đưa vào động cơ

Nếu điện áp 𝑈1 giảm x lần (x<1) thì:
S 

n  n1  1  2 
(1.19)
x 

Sau khi tìm hiểu về các phương điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ một

pha ta chọn phương pháp thay đổi tần số dòng điện vào động cơ sử dụng bộ nghịch lưu
độc lập 1 pha.

CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU BỘ BIẾN ĐỔI ĐTCS
2.1 Giới thiệu về bộ biến đổi điện tử công suất
2.1.1

Khái niệm, phân loại Nghịch lưu độc lập (NLĐL)

2.1.1.1. Khái niệm
Nghịch lưu độc lập (NLĐL) là những bộ biến đổi dùng để biến đổi nguồn điện
một chiều thành nguồn điện xoay chiều, hay còn gọi là các bộ biến đổi DC-AC, cung
cấp cho phụ tải xoay chiều. Khái niệm làm việc độc lập nghĩa là sự hoạt động của các
van không phụ thuộc vào điện áp lưới điện. Như vậy các bộ nghịch lưu có chức năng
ngược với các bộ chỉnh lưu. Khái niệm độc lập ở đây còn phân biệt nghịch lưu độc lập
với lớp các bộ biến đổi phụ thuộc như các bộ đổi xung áp xoay chiều, các bộ chỉnh
lưu, trong đó các van chuyển mạch dưới tác dụng của điện áp lưới xoay chiều.
NLĐL có hàng loạt những ứng dụng quan trọng. Trước hết có thể thấy rằng
năng lượng điện tích trữ chủ yếu tồn tại dưới dạng một chiều, ví dụ như trong các bộ
ăcquy hoặc dự trữ ngắn hạn trong các tụ điện. Các nguồn năng lượng điện phân tán

ngày nay đang có xu hướng phát triển mạnh mẽ vì các lý do bảo vệ mơi trường, đó là
điện sức gió, điện pin mặt trời, các nguồn thuỷ điện nhỏ, … Tính chất chung của các
loại nguồn này là bị thay đổi theo thời gian, thời tiết nên đều cần tích trữ trong các bộ

21


ăcquy. Các bộ NLĐL sẽ có nhiệm vụ biến các nguồn điện một chiều này thành nguồn
điện xoay chiều, phù hợp với các phụ tải xoay chiều thông dụng.
Hơn nữa nhiều loại phụ tải xoay chiều yêu cầu có nguồn điện cung cấp có các
tham số như điện áp, tần số, thay đổi được trong một phạm vi rộng. Các NLĐL được
sử dụng cùng với các bộ chỉnh lưu, hợp thành các bộ biến tần, để biến nguồn điện với
các thơng số khơng đổi từ lưới điện thành nguồn có thông số thay đổi được, đáp ứng
mọi nhu cầu của các phụ tải.
2.1.1.2. Phân loại
 Dựa theo đặc tính của nguồn một chiều đầu vào:
 Nghịch lưu nguồn dòng: Current Source Inverter – CSI.
 Nghịch lưu nguồn áp: Voltage Source Inverter – VSI.
 Nghịch lưu nguồn Z, ZSI, trung gian giữa CSI và VSI.
 Dựa theo đặc điểm của phương pháp điều chỉnh điện áp và tần số đầu ra,
phổ biến là nghịch lưu PWM.
 Dựa theo đặc điểm của mạch tải: Một lớp các nghịch lưu làm việc với tải là
mạch vòng cộng hưởng LC, gọi là nghịch lưu cộng hưởng.
Tải của NLĐL là thiết bị điện xoay chiều có thể mơt pha hay ba pha, do đố
NLĐL cũng được chế tạo theo hai dạng NLĐL một pha và NLĐL ba pha.
2.1.1.3. Ứng dụng
Trong lĩnh vực truyền động xoay chiều. Cùng với chỉnh lưu tạo nên các bộ biến
tần
Trong lĩnh vực chạy xe điện (Electric Vehicle – EV), hiện nay đã phát triển
thành một xu hường xe mới cho tương lai gần.

Thâm nhập vào hệ thống điều khiển trong hệ thống điện (FACTS và DFACTS).
Các hệ thống cấp nguồn AC-DC-AC-DC thay thế cho các hệ AC-DC thông
thường.

22


2.1.2

Nghịch lưu độc lập nguồn áp 1 pha
V Vin1
A
V Vg1
100
VP1

V
A

V Vg2
100

V Vin2

Hình 2.17: Sơ đồ nghịch lưu nguồn áp nửa cầu

Sơ đồ NLNA nửa cầu cho trên hình 2.1, gồm hai van V1, V2, song song với
điôt ngược D1, D2. Nguồn một chiều đầu vào bằng nhau, có giá trị đủ lớn, tạo nên bộ
phân áp. Điện áp bằng nhau và bằng E/2. Tải được nối giữa đầu ra nghịch lưu với
điểm giữa của nguồn một chiều. Các van V1, V2 được điều khiển luân phiên, khi V1

mở thì V2 khóa và ngược lại. Các điơt ngược D1, D2 có vai trò rất quan trọng, tạo nên
đường dẫn cho dòng tải khi dòng ngược chiều với các van đang được điều khiển mở.

23


24


Hình 2.18: Dạng xung điện áp, dịng điện của sơ đồ nửa cầu

Phụ tải của sơ đồ nghịch lưu được mơ tả trên sơ đồ hình 2.1 gồm L t, Rt, và sức
điện động Es. Phụ tải dạng RLE là phụ tải tổng quát, đặc trưng cho đa số các phụ tải
xoay chiều trong thực tế. Sức điện động E s đặc trưng cho q trình biến đổi năng
lượng, ví dụ điện năng thành cơ năng như trong các động cơ điện. Trong nhiều trường
hợp đầu ra nghịch lưu có bộ lọc LC để tạo nên điện áp hình sin, khi đó phần mạch tải
song song với tụ có dạng điện áp trơn, thay đổi chậm, có thể mơ tả bởi sức phản điện
động như Es. Nếu Es lại là nguồn phát năng lượng thì bộ nghịch lưu sẽ chuyển thành
bộ chỉnh lưu tích cực. Thành phần điện cảm L t là bắt buộc trong ứng dụng của nghịch
lưu nguồn áp như một khâu kết nối nguồn áp với nguồn áp khác hoặc với tải thuần trở.
Phụ tải xoay chiều hiếm khi là thuần trở nên thành phần trở R t trong mạch không phải
là một thành phần bắt buộc. Rt thường chỉ đặc trưng cho tổn hao trên dây dẫn hoặc tổn
hao thuần trở của thành phần điện cảm L t. Vì vậy Rt có giá trị nhỏ trong mơ hình mạch
tải của nghịch lưu.
Đồ thị dạng dịng điện, điện áp của các phần tử trên sơ đồ cho trên hình 2.2 cho
trường hợp tải trở cảm LtRt. Van V1 được điều khiển mở trong nửa chu kỳ 0 < t  T/2,
đặt điện áp +E/2 của nhánh tụ C1 lên tải. V2 mở trong nửa chu kỳ còn lại T/2 < t  T,
điện áp – E/2 của nhánh tụ dưới C2 đặt lên tải. Điện áp ở đầu ra nghịch lưu có dạng
chữ nhật đối xứng, biên độ +/-E/2. Do tải mang tính cảm dịng chỉ thực sự chạy qua
van V1 từ thời điểm t1 đến cuối nửa chu kỳ, từ cực (+) của nguồn E, qua V1, qua tải,

25