ĐẠI HỌC QUY NHƠN
Đồ Án Tốt Nghiệp
1
------------------------------------------------------------------------------------------------MỤC LỤC
Lời nói đầu
04
PHẦN I: THIẾT KẾ BỘ BIẾN TẦN
05
Chương 1: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC
06
1.1. Giới thiệu sơ đồ khối và chức năng, nhiệm vụ của các khối trong sơ đồ.
07

1.1.1.

Giới

thiệu

và

phân

loại

biến

tần

07

1.1.1.1.

Biến

tần

trực

tiếp

Biến

tần

gián

tiếp

08

1.1.1.2.
07
1.2.

Thiết

kế

09
1.2.1.


Sơ

09
1.2.2.

Nguyên

mạch

động

lực

đồ
tắc

bộ

biến

tần

mạch
khống

chế

nguồn


động
bộ

áp
lực

biến

tần

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


ĐẠI HỌC QUY NHƠN
Đồ Án Tốt Nghiệp
2
------------------------------------------------------------------------------------------------10
1.3.

Công

thức

tổng

hợp

điện


áp

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

Góc

dẫn

của

van

ψ

=

180o

điện

13
1.3.1.2.

Góc

dẫn


của

van

ψ

=

150o

điện.

17
1.3.1.3.

Góc

dẫn

của

van

ψ

=

120o

điện


18
1.3.2

Mạch

19
1.3.3.
22
1.4.

Nhận

xét

Phương

23
1.5.

pháp

về
khống

Bộ

27
1.5.1.


chuyển
phương
chế

27
1.5.2.

Nghịch

pháp

điều

chế

nghịch
Đặt
lưu

áp

3

đổi

độ

khống

chế


rộng

xung

lưu

Tranzistor

vấn

đề

pha

dùng

Tranzistor

27
1.5.3. Tính chọn mạch động lực, các linh kiện trong mạch động lực
28
Chương 2: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN TẦN NGUỒN ÁP 3
PHA
29
2.1.

Đặt

vấn


đề

31
2.2.

Hệ

thống

nghịch

lưu

với

điều

khiển

độ

rộng

xung

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



ĐẠI HỌC QUY NHƠN
Đồ Án Tốt Nghiệp
3
------------------------------------------------------------------------------------------------31
2.2.1.

Khối

tạo

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

Khối

linh
dịch

dao

kiện
pha

động


mạch

điều

khiển

và

chia

pha

39
2.3.2.

Khối

tạo

sin

39
2.3.3.

Khối

nhân

tần


40
2.3.4.

Khối

40
2.3.5.

Khối

phát
so

sóng
sánh

và

răng

cưa

tạo

xung

40
PHẦN II: ỨNG DỤNG BIẾN TẦN TRONG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ
ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTOR LỒNG
SÓC-TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG.

41
Chương3 : ỨNG DỤNG BIẾN TẦN TRONG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG
CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ XOAY CHIỀU BA PHA ROTOR LỒNG SÓC
42
3.1 Xây dựng sơ đồ khối hệ biến tần động cơ không đồng bộ ba pha rotor lồng
sóc :
43
3.1.1 Đặt
3.1.2
3.2.

43
Sơ

vấn
đồ

khối

hệ

điều

chỉnh

đề :
tốc

độ


bằng

biến

tần :

43
Xây dựng hệ điều khiển biến tần động cơ điện không đồng bộ ba pha
rotor
lồng
sóc
44

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


ĐẠI HỌC QUY NHƠN
Đồ Án Tốt Nghiệp
4
------------------------------------------------------------------------------------------------3.2.1
44
3.2.2

Điều
Điều

khiển

Vec


khiển
tơ

biến

tần
tần

số
động

cơ

trượt:
3

pha

45
3.2.2.1. Mô tả động cơ KĐB 3 pha dưới dạng các đại lượng véctơ không gian
45
3.2.2.2. Quy đổi các đại lượng điện của động cơ không đồng bộ từ hệ véc tơ
(a,b,c)
về
hệ
tọa
độ
cố
định

trên
Stato
(α,β)
46
3.2.2.3. Quy đổi các đại lượng điện của động cơ không đồng bộ ba pha từ hệ tọa
độ cố định trên Rotor (x,y) về hệ tọa độ cố định trên Stator (α,β).
49
3.2.2.4. Quy đổi các đại lượng điện của động cơ không đồng bộ ba pha từ hệ tọa
độ cố định trên Stator (α,β) về hệ tọa độ cố định trên Rotor (d,q)
53
3.2.2.5. Cơ sở để định hướng từ thông trong hệ tọa độ tựa theo từ thông Rotor
(d,q)
57
Chương 4: TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG VECTƠ- BIẾN TẦN
VÀ ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU BA PHA ROTOR LỒNG SÓC.
60
4.1. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống truyền động điện điều khiển vectơ biến tần và
động cơ không đồng bộ:
61
4.2. Tổng hợp bộ điều chỉnh dòng điện
62
4.3. Tổng hợp bộ điều chỉnh tốc độ
63
4.4.Tính toán gần đúng các thông số
65
4.4.1.Tính toán gần đúng các thông số cần tìm từ các thông số ghi trên nhãn
động cơ

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



ĐẠI HỌC QUY NHƠN
Đồ Án Tốt Nghiệp
5
------------------------------------------------------------------------------------------------65
4.4.2 . Tính toán các thông số của bộ điều chỉnh dòng điện Ri(p)
68
4.4.3. Tính toán các thông số của bộ điều chỉnh tốc độ Rω ( P )
69
4.5. Kiểm tra chất lượng điều khiển của bộ điều chỉnh tốc độ bằng công cụ Simulink của
Matlab
71
4.5.1. Kết quả mô phỏng mạch vòng điều chỉnh tốc độ với bộ điều khiển P
71
4.5.2. Kết quả mô phỏng mạch vòng điều chỉnh tốc độ với bộ điều khiển PI
73
4.6. Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động biến tần nguồn áp,động cơ không đồng bộ ba pha
rotor lồng sóc
74
Kết luận
75
Tài liệu tham khảo
76

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay với công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá trong các lĩnh vực sản xuất
của nền kinh tế quốc dân, cơ khí hoá; tự động hoá các quá trình sản xuất đóng một vai trò hết
sức quan trọng. Nó cho phép tăng năng suất lao động, nhằm tạo hiệu quả kinh tế cao nhất.
Bước vào thế kỷ 20 chúng ta đã chứng kiến được những thay đổi lớn lao của nền văn

minh nhân loại đem lại đó sự phát triển mạnh mẽ của các ngành điện tử, tự động hoá, tin học,
cơ khí hoá cùng với việc phát minh ra các linh kiện bán dẫn ngày càng đáp ứng được các yêu

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


ĐẠI HỌC QUY NHƠN
Đồ Án Tốt Nghiệp
6
------------------------------------------------------------------------------------------------cầu của hệ thống trở nên gọn nhẹ hơn, giá thành thấp hơn và có độ chính xác cao. Cho nên
việc sử dụng quá trình tự động hoá trong quá trình sản xuất để đảm bảo chất lượng, tăng năng
suất và giảm giá thành sản phẩm là một nhu cầu hết sức cần thiết.
Sau 5 năm học và nghiên cứu ở trường với sự tận tình giảng dạy của các thầy cô giáo
trong khoa KT&CN cùng với sự giúp đỡ của bạn bè và để đánh giá được kết quả của quá
trình học tập. Trước khi ra trường em được giao làm đề tài tốt nghiệp : ” THIẾT KẾ BỘ
BIẾN TẦN NGUỒN ÁP BA PHA ĐỂ CUNG CẤP CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY
CHIỀU ROTOR LỒNG SÓC ”.Với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS-TS-VÕ
QUANG LẠP cùng các thầy cô giáo trong khoa KT&CN và sự nỗ lực của bản thân. Đến nay
em đã hoàn thành bản đồ án. Do kiến thức chuyên môn còn hạn chế, các tài liệu tham khảo có
hạn nên đồ án không tránh khỏi những sai sót. Rất mong được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy
cô giáo cùng các bạn để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy VÕ QUANG LẠP, các thầy cô giáo trong khoa Kỹ
Thuật và Công Nghệ đã giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án đúng thời gian.
Thái Nguyên, ngày 25 tháng 5 năm 2009
SINH VIÊN THIẾT KẾ
Phạm Văn Dũng

PHẦN I: THIẾT KẾ BỘ BIẾN


TẦN

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


ĐẠI HỌC QUY NHƠN
Đồ Án Tốt Nghiệp
7
-------------------------------------------------------------------------------------------------

CHƯƠNG I: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC

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


ĐẠI HỌC QUY NHƠN
Đồ Án Tốt Nghiệp
8
-------------------------------------------------------------------------------------------------

1.1. Giới thiệu sơ đồ khối và chức năng, nhiệm vụ của các khối trong sơ đồ.
1.1.1. Giới thiệu và phân loại biến tần
Biến tần là thiết bị biến đổi điện năng xoay chiều từ tần số này sang tần số khác.
Biến tần được chia làm 2 nhóm:
- Biến tần trực tiếp
- Biến tần gián tiếp
1.1.1.1. Biến tần trực tiếp


U1,f 1

U2,f 2

Hình 1.1.Sơ đồ cấu trúc biến tần trực tiếp
Biến tần trực tiếp gồm 2 bộ chỉnh lưu mắc song song ngược, hình 1.2. Các bộ chỉnh
lưu này có thể là sơ đồ 3 pha có điểm trung tính, hình 1.3. Sơ đồ cầu, hình 1.4 hoặc bộ chỉnh
lưu nhiều pha. số pha của bộ chỉnh lưu càng lớn thì thành phần sóng điều hoà bậc cao càng
giảm.

A
f1 ,u1

B
C

Zt
f2 ,u2
Hình 1.2 Sơ đồ chỉnh lưu ba pha có điểm trung tính

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


ĐẠI HỌC QUY NHƠN
Đồ Án Tốt Nghiệp
9
------------------------------------------------------------------------------------------------T1

T3


T5

T7

T9

T11

f1,u1

A

f1,u1

B
C
T4

T6

T2

T10 T12

T8

Hình 1.3. Sơ đồ chỉnh lưu cầu

Kết luận: Các bộ biến tần này có hiệu suất biến đổi năng lượng cao, vì điện áp vào chỉ

qua một mạch van chuyển đổi là cho điện áp đầu ra với tần số khác. Tuy nhiên trong thực tế,
mạch van khá phức tạp, số lượng van lớn, nhất là với mạch ba pha. Việc thay đổi tần số gặp
nhiều khó khăn và phụ thuộc nhiều vào tần số điện áp vào f1. Phạm vi điều chỉnh tần số đầu ra
bị hạn chế bởi tần số đầu vào: f 2 < f1 (Về nguyên tắc có thể chế tạo biến tần f 2 > f1, nhưng mức
độ phức tạp tăng lên nhiều lần).
1.1.1.2. Biến tần gián tiếp (Có khâu trung gian 1 chiều)
Biến tần gián tiếp có sơ đồ cấu trúc như hình 1.4

U1,f1

Chỉnh
Lưu

Mạch
trung
gian

Biến
Tần

U2,f2

Hình 1.4. Sơ đồ cấu trúc biến tần gián tiếp
Điện áp nguồn có tần số f1 được biến đổi thành điện áp một chiều nhờ mạch chỉnh lưu,
qua mạch trung gian rồi biến trở lại thành điện áp xoay chiều với tần số f2.
Hiệu suất của biến tần gián tiếp giảm đi: Song loại biến tần này cho phép thay đổi dễ
dàng tần số điện áp đầu ra, sự điều chỉnh tần số f ở đầu ra độc lập
hoàn toàn với tần số điện áp nguồn cung cấp. Dải điều chỉnh tần số f 2 có thể thay đổi từ 0 đến
giá trị bất kỳ, nếu các thông số của động cơ trong hệ truyền động cho phép.
* Biến tần nguồn dòng:

Là loại biến tần được xây dựng trên nguyên lý nghịch lưu dòng điện.

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


ĐẠI HỌC QUY NHƠN
Đồ Án Tốt Nghiệp
10
-------------------------------------------------------------------------------------------------

U1,f 1

U2,f 2

Hình 1.5. Sơ đồ cấu trúc biến tần nguồn dòng
Nguồn cung cấp cho nghịch lưu dòng là nguồn dòng điện một chiều ổn định, ví dụ
như các máy phát nguồn dòng chiều hay các bộ chỉnh lưu lớn nối tiếp với cuộn kháng có điện
cảm lớn ở đầu ra.
* Biến tần nguồn áp:
Là biến tần được xây dựng trên nguyên lý nghịch lưu điện áp. Nguồn cung cấp cho
nghịch lưu áp là nguồn điện áp một chiều ổn định, ví dụ như các bộ pin, ắcquy có công suất
lớn, các máy phát điện một chiều hay các bộ chỉnh lưu nối song song với tụ điện có dung
lượng lớn ở các mạch trung gian.

U1,f 1

C>>

U


U2,f 2

Hình 1.6. Sơ đồ cấu trúc biến tần nguồn áp
1.2. Thiết kế mạch động lực bộ biến tần nguồn áp
1.2.1. Sơ đồ mạch động lực
Mạch động lực của biến tần nguồn áp ba pha gồm 6 Thyristor công suất T 1 ÷ T6. Các
van này có nhiệm vụ đóng hay cắt từng khoảng điện áp đặt trên tải. Các van được lựa chọn
tuỳ thuộc vào công suất của phụ tải.
Các Điốt D1 ÷ D6 là các Điốt công suất được nối ngược với các van Thyristor có tác
dụng khép mạch dòng điện tải, trả phần năng lượng tích luỹ của tải về nguồn trong trường
hợp tải có tính cảm. Khi các Thyristor ở trạng thái khóa thì dòng tải sẽ được duy trì qua các
Điốt này. Nguồn cung cấp cho bộ nghịch lưu là nguồn áp có giá trị U ổn định, hoặc bộ nguồn
có thể điều chỉnh được điện áp nhờ bộ chỉnh lưu có điều khiển.
Sơ đồ nguyên lý khống chế bộ biến tần nguồn áp ba pha như hình 1.7

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


ĐẠI HỌC QUY NHƠN
Đồ Án Tốt Nghiệp
11
------------------------------------------------------------------------------------------------1.2.2. Nguyên tắc khống chế bộ biến tần
Với đối tượng là các thiết bị điện sử dụng nguồn điện áp 3 pha xoay chiều, để tận
dụng công suất nguồn chất lượng truyền động cũng như tuổi thọ thiết bị, điều mong muốn là
dạng điện áp ra phải đạt được là nguồn điện áp ba pha đối xứng bằng bộ nghịch lưu từ nguồn
áp một chiều ta xuất phát từ tính chất của nguồn điện xoay chiều ba pha.
Sóng điện áp ba pha đối xứng vẽ trên hình 1.8 có một số tính chất sau:
- Điện áp giữa các pha lệch nhau góc 120o điện.

- Trong một chu kỳ điện áp pha (dây), cứ sau 1/2 chu kỳ điện áp đổi chiều một lần.
- Tại mỗi thời điểm tổng điện áp các pha bằng 0.

U
M

N

πT

T5

D1

T4

Hình 1.8 Sóng điện áp ba pha đối xứng
D4
T
T
D

3

6

ZA

D3


2π

T1

2

6

ωt

D5

D2

ZC

ZB

Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý mạch động lực bộ biến tần
Theo định nghĩa điện áp dây là hiệu điện thế giữa hai dây pha, nếu ký hiệu điện áp dây
là uab, ubc, uca thì ta có:
uab = ua - ub
ubc = ub - uc

(1.2)

uca = uc - ua
(1.2) cho thấy: uab + ubc + uca = 0 - tức là điện áp dây 3 pha cũng đối xứng. Đây cũng là
cách biểu diễn điện áp pha qua điện áp dây như sau:
ua =


1
(uab - uca)
3

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


ĐẠI HỌC QUY NHƠN
Đồ Án Tốt Nghiệp
12
------------------------------------------------------------------------------------------------1
ub = (ubc - uab)
(1.3)
3
uc =

1
(uca - ubc)
3

Qua phân tích những tính chất của nguồn điện ba pha xoay chiều trên hình 1.8 và hình
1.7 ta có nguyên tắc khống chế các van như sau:
- Ở 1 tần số cố định thì mỗi van có tính chu kỳ cố định.
- Khoảng dẫn của mỗi van bằng nhau, khoảng dẫn lớn nhất của van là 180o điện.
- Một chu kỳ điện áp ra cả 6 van lần lượt dẫn dòng nên góc mở của van kế tiếp chậm
sau góc mở của van trước 60 o điện, góc mở của van kế tiếp trong cùng một nhóm lần lượt
cách nhau 120o điện. Góc mở giữa 2 van trong cùng pha lệch nhau 180o điện.
Như vậy để điều khiển được 1 chu kỳ điện áp ra cần 6 xung để khống chế mạch lực.

Việc tổng hợp điện áp đầu ra của bộ biến tần được xây dựng như sau:

M

N

T1

D1

T3

D3

T5

D5

T4

D4

T6

D6

T2

D2


ZA

ZB

ZC

Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý nghịch lưu áp ba pha
1.3. Công thức tổng hợp điện áp
Gọi uAN, uBN, uCN là điện áp giữa các điểm A, B, C với điểm N. Từ nguyên tắc khống chế đã
xét, người ta cho xung mở các van Tiristo theo thứ tự T1, T2, T3, T4, T5, T6, xung nọ cách xung
kia 1/6 chu kỳ.
Nhìn vào hình 1.9 ta thấy: u AN = u khi T1 mở; khi T4 mở, T1 khóa uAN = 0; khi cả hai
van T1, T4 đều khóa thì điện áp u được đặt lên 2 van T1, T4 mắc nối tiếp nhau nên uAN =

1
u.
2

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


ĐẠI HỌC QUY NHƠN
Đồ Án Tốt Nghiệp
13
------------------------------------------------------------------------------------------------Tương tự như vậy: Khi T3(T5) mở thì uBN(uCN) = u và khi T6(T2) mở thì uBN(uCN) = 0,
khi cả hai van T3, T6(T5, T2) cũng đóng thì uBN(uCN) =
Xét điện áp giữa các điểm A, B, C:
uAB = uAN - uBN


1
u.
2
(1.4)

uBC = uBN - uCN

(1.5)

uCA = uCN - uAN

(1.6)

Đối với mạch điện tải ta có:
uAB = uA - uB

(1.7)

uBC = uB - uC
uCA = uC - uA

(1.8)
(1.9)

Trong đó uA, uB, uC là điện áp pha tải. Nếu tải 3 pha đối xứng thì:
uA + uB + uC = 0
(1.10)
Từ các phương trình từ (1.4) đến (1.10) ta nhận được công thức điện áp pha được tổng
hợp theo uAB, uBN, uCN.


1
(2uAB + uBN - uCN)
3
1
uB = (2uBN + uCN - uAN)
3
1
uC = (2uCN + uAN - uBN)
3
uA =

(1.11)
(1.12)
(1.13)

Các công thức tổng hợp điện áp (1.11), (1.12), (1.13) cho thấy điện áp pha tải phụ
thuộc vào uAN, uBN, uCN mà các điện áp này lại phụ thuộc góc dẫn của các van T 1 ÷ T6. Do đó,
với mỗi khoảng dẫn của van sẽ cho giá trị điện áp pha khác nhau. Sau đây sẽ xét một vài
trường hợp cụ thể.
1.3.1. Điện áp pha của bộ nghịch lưu với các góc dẫn khác nhau
1.3.1.1. Góc dẫn của van ψ = 180o điện
Trong trường hợp này mỗi van trong sơ đồ dẫn dòng điện trong khoảng 180o điện.
Giản đồ điện áp khống chế vẽ trên hình 1.10.
Các sóng điện áp ra uA, uB, uC vẽ được nhờ công thức tổng hợp điện áp (1.11),
(1.12), (1.13), và uAB nhờ (1.7).
Dựa vào hình 1.10 ta tính được các thông số:
- Trị số hiệu dụng điện áp dây:

1 2π 2
1 2π

∫ u AB .dθ = π ∫0 U.dθ
2π 0
2
=
U = 0,816.U
3

uAB =

(1.14)

- Trị hiệu dụng của điện áp pha

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


ĐẠI HỌC QUY NHƠN
Đồ Án Tốt Nghiệp
14
------------------------------------------------------------------------------------------------1 2π 2
UA =
u A .dθ
2π ∫0
2
2
2
2π / 3
π


1 π/ 3  U 
 2U 
U
UA =
.d
θ
+
.d
θ
 ∫  ÷ .dθ + ∫ 
∫ ÷ 
÷
π  0  3 
π/3  3 
2π / 3  3 


UA =

2
U = 0,47U
3

(1.15)

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


ĐẠI HỌC QUY NHƠN

Đồ Án Tốt Nghiệp
15
-------------------------------------------------------------------------------------------------

180

UT1

t

UT2

t
t
t
t
t

UT3
UT4
UT5
UT6
UAN
U

t

UBN

t

UCN

t
Ua
Ub

U/3

t
t
Uc

t

Uab

t
Hình 1.10.Giản đồ điện áp khống chế, góc dẫn

ψ=1800

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


ĐẠI HỌC QUY NHƠN
Đồ Án Tốt Nghiệp
16
------------------------------------------------------------------------------------------------Các điện áp uAB và uA là những hàm tuần hoàn chu kỳ T = 2π nên có thể khai triển các hàm
này theo công thức khai triển Fourie.

Do điện áp uAB và uA là những hàm lẻ nên:

1π
ao = ∫ U.dθ = 0
π −π
1π
an = ∫ U .cosnθ = 0
π −π

(1.16)

Do đó:
U=

ao ∞
+ ∑ [a n .cos(n.ωt) + b n .sin(n.ωt)]
2 n =1
∞

= ∑ sin(n.ωt)

(1.17)

n =1

Vì thế khai triển Fourie của chúng chỉ gồm các sóng điều hoà hình sin.
- Khai triển Fourie của điện áp dây
∞

uAB(ωt) = ∑ sin(n.ωt)


(1.18)

1π
41
π
cos n
bn = ∫ U AB .sin(nθ).dθ =
π −π
πn
6

(1.19)

n =1

Trong đó:

Từ đó ta có:
∞

uAB(ωt) = ∑ b n .sin(n.ωt)

(1.20)

n =1

uAB(ωt) =

2 3 ∞ 1

U.∑ ± sin(n.ωt)
π
n =1
n

(1.20)

Với n nhận các giá trị lẻ: n = (1; 3; 5; 7; ... )
Giá trị hiệu dụng của thành phần sóng hai bậc n:
(uAB)n =

2 21
π
cosn.
π n
6

(1.21)

Khai triển Fourie của điện áp pha:
∞

uA(ωt) = ∑ b n .sin(n.ωt)

(1.22)

n =1

Trong đó:


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


ĐẠI HỌC QUY NHƠN
Đồ Án Tốt Nghiệp
17
------------------------------------------------------------------------------------------------1π
21
U
bn = ∫ U A .sin(nθ).dθ =
(1.23)
π −π
πn
Từ đó ta có:
uA(ωt) =

∞
2
1
π
U. ∑ cosn.
π n =1,3,5 n
6

(1.24)

Giá trị hiệu dụng của thành phần sóng hài bậc n:
(uA)n =


2 21
π
cosn.
π n
6

(1.25)

Một số giá trị hiệu dụng của các thành phần sóng bậc cao được liệt kê trong bảng (1.1)
Bảng 1-1. Giá trị hiệu dụng của một số sóng bậc cao ứng với góc dẫn ψ=180o
n

(u AB ) n
U
(u A ) n
U

1

2

3

4

5

6

0,778


0

-0,153

-0,115

0

0,071

0,45

0

0,09

0,055

0

0,041

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

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


ĐẠI HỌC QUY NHƠN

Đồ Án Tốt Nghiệp
18
------------------------------------------------------------------------------------------------150
180

UT1

t

UT2

t
t
t
t
t

UT3
UT4
UT5
UT6
U/2

UAN
U

t
U/2

UBN


t
UCN

Ub

t

U/2

2U/3

Ua

U/3

t

t
Uc

t

U

Uab

t

Hình 1.11.Giản đồ điện áp khống chế vẽ trên Góc dẫn của van ψ = 150o

1.3.1.3. Góc dẫn của van ψ = 120o điện

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


ĐẠI HỌC QUY NHƠN
Đồ Án Tốt Nghiệp
19
------------------------------------------------------------------------------------------------120
180

UT1

t

UT2

t
t
t
t
t

UT3
UT4
UT5
UT6

U


U/2

UAN

t

UBN

t
UCN

t
Ua

t
Ub

t
Uc

t

U

Uab

t

Hình 1.12.Giản đồ điện áp khống chế vẽ trên Góc dẫn của van ψ = 120o

1.3.2. Mạch chuyển đổi

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


ĐẠI HỌC QUY NHƠN
Đồ Án Tốt Nghiệp
20
------------------------------------------------------------------------------------------------Mạch chuyển đổi là tập hợp các phần tử ghép thành mạch để khóa van.
Các loại mạch chuyển đổi
- Mạch chuyển đổi riêng biệt
- Mạch chuyển đổi phụ thuộc theo pha
- Mạch chuyển đổi dùng cuộn kháng phân chia
- Mạch chuyển đổi độc lập theo pha
Trong đồ án này, tôi nghiên cứu mạch chuyển đổi độc lập theo pha hình 1.13.
Mạch chuyển đổi độc lập theo pha
M

T11

T11

T13

T11

T15

T1

C1

L1

C2

L2

C3

L3

T11

D1

T3

D3

T5

D5

A
B
C
T4

D4


T6

D6

T2

D2

N

Hình 1.13. Sơ đồ nguyên lý mạch động lực bộ nghịch lưu cầu nguồn áp ba pha chuyển đổi
độc lập
Sơ đồ nguyên lý của mạch vẽ trên hình 1.13.
Ở mạch này để thực hiện việc chuyển đổi giữa các van, ngoài ra các tụ C 1, C2, C3 các
cuộn kháng L1, L2, L3 còn cần dùng hệ thống 6 Thyristor phụ T11÷T16.
Nguyên lý làm việc:
Giả thiết T1 đang dẫn dòng và ở giai đoạn trước T 14 đang được mở, tụ C1 đã được nạp
theo mạch vòng +U → T1 → L1 → C1 → T14 → -U . Khi tụ C1 nạp đến giá trị điện áp Uc = Uo
≈ 2U do tính chất mạch vòng dao động LC.
Khi cần khóa T1, ta đưa xung vào mở T 11 làm cho T11 mở, tụ C1 phóng điện theo mạch
vòng +C → L1 → D1 → T11 → -C. Phương trình phóng điện của tụ:

di C 1 t
+ ∫ i C .dt
UC(t = 0) = L.
dt C 0

(1.32)


Các điều kiện đầu là:
i C1 (t = 0) = 0

i C (t = 0) = UCo = L. di C
dt

(1.33)

i C = UCo. C sinωot = ICm.sinωot
L

(1.34)

1

Với các điều kiện đầu (1.33) thì phương trình (1.32) có nghiệm là:
1

1
LC
------------------------------------------------------------------------------------------------Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ
Lớp Điện Kỹ Thuật K27
với ωo =


ĐẠI HỌC QUY NHƠN
Đồ Án Tốt Nghiệp
21
------------------------------------------------------------------------------------------------Nếu dòng điện tải tại thời điểm tới T11 là: i1 = I10
thì dòng điện chạy qua T1 là:


i t = I10 − i C
Do dòng điện i C tăng theo quy luật hình sin, dòng tải được duy trì do tải có tính cảm
nên dòng qua T1 giảm dần. Tải khi i C = 0 và T1 khóa. Điện áp ngược đặt lên T1 là điện áp rơi
1

1

1

1

trên Điốt D1. Thời gian kể từ khi đưa xung tới T11 cho tới khi T1 khóa (it1 = 0) là thời gian
Gọi thời gian khóa T1 là t1 thì:
t1 = LC.arcsin
Trong đó:
x=

1
x

I Cm U Co C
=
I10
I10 L

(1.35)

(1.36)


Bắt đầu từ thời điển t1, dòng điện phóng của tụ điện qua Điốt D1 xác định:
ID1 = IC - i1 = iC1 - I10
(1.37)
Đến thời điểm t2, dòng điện phóng của tụ điện đạt giá trị cực đại, thời gian t 2 được
tính:
t2 =

π
LC
2

(1.38)

Lúc này, điện áp giảm về 0, nhờ tính chất của mạch dao động cộng hưởng mà tụ được
nạp theo chiều ngược lại. Hình 1.14 minh hoạ quá trình diễn ra trong mạch.
Đến thời điểm t3, dòng ic giảm xuống bằng giá trị dòng tải I10, dòng điện chạy qua D1,
giảm về bằng 0. Nếu tải thuần trở thì tại thời điểm này sẽ cắt hoàn toàn dòng tải, còn nếu tải
có tính cảm thì tại thời điểm này D 1 ngừng dẫn, sức điện động tự cảm duy trì dòng tải sẽ khép
mạch qua D4 trả phần năng lượng tích luỹ của tải về nguồn, do đó điện áp trên tụ C được nạp
tới giá trị lớn hơn mức điện áp của mạch LC đơn giản.
Sự chuyển mạch kết thúc khi dòng điện trên tải có xu hướng ngược chiều. T 11 sẽ khóa
ở thời điểm t3 và D1 khép mạch dòng điện tải.

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


ĐẠI HỌC QUY NHƠN
Đồ Án Tốt Nghiệp
22

------------------------------------------------------------------------------------------------i
it1

ic

iD4

I10

t
0

i

iD4

t

0

Uc1
u

Uc1
Uc

t

0


Hình 1.14. Quá trình chuyển mạch trong mạch chuyển đổi độc lập
Các khoảng thời gian biểu diễn trên hình 1.18 được tính:
t'0 =

1
1
1
π
.2(t 2 − t1 ) = 2LC  − arcsin ÷ = 2LC.arccos
ωo
x
x
2

(1.39)

t0 =

t '0
1
= LC.arccos = LC.g(x)
2
x

(1.40)

Sự ràng buộc của các giá trị L và C vào thông số nguồn và tải được biểu diễn:
C=

I10 .t o x

.
U C g(x)
o

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


ĐẠI HỌC QUY NHƠN
Đồ Án Tốt Nghiệp
23
------------------------------------------------------------------------------------------------U C .t o
1
.
L=
(1.41)
I10 x.g(x)
o

C
Cmin

3

2

1.79

1


0.79
LI10
1
Uco.to=X.g(X)

1

1,5

2

3

Hình 1.15. Đồ thị thể hiện sự ràng buộc của các giá trị L và C vào thông số nguồn và tải
Các quan hệ này được tính toán và thể hiện trên đồ thị hình 1.15
1.3.3. Nhận xét về phương pháp khống chế
Các hình vẽ 1.10, hình 1.11, hình 1.12 cho thâyd dạng điện áp ra của bộ nghịch lưu áp
3 pha khi khống chế góc dẫn của van 180o , 150o và 120o độ điện.
Do điện áp ra trên tải nhận được nhờ việc đóng cắt các van cho dạng điện áp là các
xung vuông nên chúng có tính phi sin. Triển khai Furier điện áp, ngoài thành phần sóng hình
sin cơ bản bậc 1 còn có các thành phần sóng hài bậc cao khác.
- Xét về dạng sóng thì khi khống chế ở góc dẫn 150o điện, điện áp pha gần sin hơn cả,
do đó với góc dẫn này nên nối tải hình Y.
Đối với góc dẫn 120o điện, dạng điện áp dây trên tải gần sin hơn cả, do đó với góc dẫn
này, nên nối tải theo hình ∆.
- Xét về trị hiệu dụng của điện áp ra thì góc dẫn dòng của van càng lớn, trị hiệu dụng
của điện áp càng lớn.
Điều đáng quan tâm nhất của bộ nghịch lưu là điện áp ra càng gần sin, chứa ít thành
phần sóng hài, đặc biệt làm sao hạn chế các thành phần sóng hài bậc thấp (bậc 3, bậc 5). Với
phương pháp khống chế trên, tuy rằng hạn chế được thành phần bậc 3, song thành phần bậc 5,

7 ... còn lớn nên người ta đưa ra một số phương pháp khống chế khác để cải thiện dạng sóng.
Một số phương pháp được sử dụng là bộ nghịch lưu sin và phương pháp băm điện áp (điều
chế độ rộng xung). Tuy nhiên, hiện nay thì phương pháp băm xung điện áp được sử dụng phổ
biến hơn do tính hiệu quả trong công việc. Sau đây sẽ nghiên cứu kỹ phương pháp này trong
đồ án.
1.4. Phương pháp khống chế điều chế độ rộng xung

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


ĐẠI HỌC QUY NHƠN
Đồ Án Tốt Nghiệp
24
------------------------------------------------------------------------------------------------Đây là phương pháp khống chế bộ nghịch lưu dựa trên nguyên tắc bộ băm điện áp:
Điện áp ra trong một chu kỳ là một chuỗi xung điện áp hình chữ nhật có cùng biên độ nhưng
độ rộng từng xung thay đổi và được quyết định bởi luật điều khiển góc mở α. Chu kỳ đóng
mở van được thực hiện sao cho bề rộng xung là cực đại ở đỉnh.
Hình vẽ 1.16 biểu diễn điện áp ra của bộ nghịch lưu điều chế độ rộng xung đơn cực.
Để xác định các thời điểm mồi cần thiết tổng hợp đúng sóng theo phương pháp điều chế độ
rộng xung đơn cực trong mạch điều khiển, người ta tạo ra một sóng hình sin chuẩn, mong
muốn so sánh nó với 1 dãy xung tam giác. Giao điểm giữa hai sóng đó xác định các thời điểm
mồi.
Với phương pháp khống chế này có thể thay đổi biên độ điện áp ra bằng cách thay đổi
biên độ sóng chuẩn hình sin.
Uss

t

0


Ura

t

Hình 1.16. Điều chế độ rộng xung đơn cực

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


ĐẠI HỌC QUY NHƠN
Đồ Án Tốt Nghiệp
25
------------------------------------------------------------------------------------------------Uss

t

Ura

t

Hình 1.17. Điều chế bằng cách thay đổi biên độ sóng chuẩn hình sin
Hình 1.17 cho thấy phần sóng chuẩn hình sin nằm phía trên xung tam giác sẽ tương
ứng cho xung ra có bề rộng b, giảm biên độ sóng sin đi một nửa xung ra có bề rộng c. Nếu coi
gần đúng đoạn sóng sin đó như một đoạn thẳng thì c bằng nửa b. Điều đó ứng với biên độ
sóng hình sin ra đã được giảm đi như mong muốn.

Uss


t

Ura

t

Hình 1.18 . Điều chế độ rộng xung lưỡng cực
Thay cho việc điều chế độ rộng xung đơn cực như đã mô tả trên, người ta cũng có thể
điều khiển bộ nghịch lưu sao cho nguồn một chiều luôn được nối với tải để tránh điện áp có

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