Giáo trình Điện tử công suất - Chương 5: Nghịch lưu độc lập và biến tần

dùng điện lưới, 
chỉ chuyển sang sử dụng nguồn nghịch lưu khi mất nguồn nên UPS có sơ đồ khối như vậy được 
gọi là loại OFF-LINE. Vấn đề then chốt của UPS off-line là thời gian chuyển đổi, tính từ khi 
nguồn xem như bị mất đến khi xác lập áp nghịch lưu, giá trị cho phép là khoảng hai chu kỳ lưới 
để tải xem như có nguồn liên tục. 
 Ở các bộ UPS công suất bé (< 1.5 kW), mạch nghịch lưu là sơ đồ một pha sử dụng biến áp 
có điểm giữa (hình V.3.1b) để thích hợp với nguồn accu có điện áp bé (12V hay 24V). Áp ra 
được điều khiển bằng cách thay đổi độ rộng xung. Một vi mạch tương tự TL494 có khả năng làm 
việc ở 50 Hz được sử dụng cho điều khiển nghịch lưu (SG3524). 
 Trong thời gian gần đây, các sơ đồ UPS hay nghịch lưu có đầu vào accu điện áp thấp hay 
dùng sơ đồ khối sau: 
 Accu Ỉ [NL1 Ỉ BA tần số cao Ỉ CL Ỉ Lọc 1 ]Ỉ NL2 Ỉ Lọc 2 Ỉ tải 
 Cụm biến đổi áp DC [ ] dùng để nâng áp từ 24 VDC ra 300 VDC, sử dụng Nghịch Lưu 1 
có sơ đồ điều rộng một xung với biến áp có điểm giữa và Biến Áp tần số cao giúp giảm kích 
thước, trọng lượng và tăng hiệu suất hệ thống. Nghịch Lưu 2 biến đổi từ 300 VDC ra 220VAC ở 
ngỏ ra. Trong nhiều thiết bị, NL2 sử dụng nguyên lý điều rộng xung hình sin để cải thiện dạng 
áp ra. Điều này không thực hiện hiệu quả ở bộ nghịch lưu tăng áp. 
 Có loại UPS không có bộ chuyển mạch và bộ nghịch lưu luôn làm việc gọi là UPS ON-
LINE. BBĐ này có sơ đồ của bộ biến tần có khâu trung gian một chiều với nguồn dự phòng là 
accu được mắc ở mạch một chiều và tần số ngỏ ra là cố định. Do được sử dụng liên tục, áp ra 
được yêu cầu có chất lượng cao hơn, thường được điều chế hình sin, qua bộ lọc bỏ tần số cao để 
có được dạng sóng giống như điện lưới. Bộ UPS ON-LINE có giá thành cao hơn loại OFF-LINE 
Trang 43 chuong 5 nghich luu va bien tan.doc 
khá nhiều vì ngoài chất lượng ngỏ ra hơn hẵn, nó còn được thiết kế để làm việc liên tục. 
 4. Chấn lưu (ballast) điện tử: 
 Đèn huỳnh quang là loại đèn được sử dụng 
rất phổ biến nhờ hiệu suất và tuổi thọ rất cao. 
Nguyên lý làm việc của nó dựa vào sự phát sáng 
của chất (bột) huỳnh quang (fluorescent) khi có 
dòng điện tử va vào. Như vậy bóng đèn huỳnh 
quang là một bóng chân không có tráng bột huỳnh 
quang, hai đầu là bộ phận phát xạ điện tử catod 
nóng gồm tim đèn và bản cực. 
nguồn
220 VAC
BL
ST
Hình V.8.2: Sơ đồ đèn huỳnh quang truyền 
thống, dùng chấn lưu là cuộn dây 
Khi làm việc ở điện lưới cần có điện trường cao của xung mồi ban đầu để tạo sự phóng 
điện. Khi đã phóng điện, giữa hai bản cực tương đương với nguồn áp và ta cần có phần tử hạn 
dòng mắc nối tiếp. Đây chính là nhiệm vụ của chấn lưu (ballast) khi sử dụng đèn huỳnh quang 
bằng sơ đồ truyền thống (hình V.8.2). Đây là cuộn dây lõi thép lá kỹ thuật điện làm nhiệm vụ 
hạn dòng khi đèn hoạt động ổn định và tạo xung áp để mồi đèn ban đầu. Nối giữa hai điện cực là 
ngắt mồi ST (starter). Đây là một bóng đèn neon nhỏ có điện cực làm bằng lưỡng kim. ST dẫn 
điện lúc đầu để nung tim đèn, khi nóng hai điện cực tách rời xa để ngắt mạch, dòng về không đột 
ngột làm cuộc dây tạo ra quá điện áp đủ cho đèn huỳnh quang phóng điện. Trong trạng thái bình 
thường, cột áp giữa hai bản cực không đủ cho ngắt mồi ST làm việc trở lại. Đèn huỳnh quang có 
ưu điểm là hiệu suất rất cao so với đèn có tim. Nhược điểm của sơ đồ truyền thống là hệ số công 
suất bé do có sử dụng cuộn dây và công suất tiêu thụ của phần tử này cũng rất đáng kể. Ở các hệ 
thống chất lượng cao, người ta thường nối song song với bộ đèn một tụ điện để bù công suất phản 
kháng. 
 hình V.8.3: Mạch ballast điện tử 36W đơn giản của hãng International Rectifer (đọc thêm AN-1074.pdf) 
Chấn lưu điện tử là bộ nguồn tần số cao dùng mạch nghịch lưu ½ cầu (đường tô đậm trên 
hình V.8.3) cung cấp áp bản cực và dòng nung tim cho đèn huỳnh quang. Ở tần số cao, quá trình 
Trang 44 chuong 5 nghich luu va bien tan.doc 
mồi chỉ là thời gian nung tim đèn rất ngắn (đèn hầu như bật sáng tức thì), tự cảm ngỏ ra có tổng 
trở đủ lớn để hạn dòng (hay dùng mạch điều khiển dòng điện), chỉnh lưu đầu vào làm hệ số công 
suất > 0.9, và cao hơn (≅ 1) nếu dùng mạch cải thiện hệ số công suất. Bộ đèn huỳnh quang dùng 
chấn lưu điện tử có hiệu suất và hệ số công suất cao, sẽ có tuổi thọ cao khi chấn lưu điện tử có 
thông số thích hợp. 
V.9 TÓM TẮT CHƯƠNG: 
 Nghịch lưu độc lập và biến tần chiếm vị trí quan trọng trong điện tử công suất hiện đại. 
Số thiết bị sử dụng chúng xuất hiện ngày càng nhiều trong các máy móc của nhiều ngành kinh tế 
quốc dân, từ công nghiệp đến dân dụng, đặc biệt là hệ thống truyền động biến tần – động cơ 
không đồng bộ sẽ thay thế hoàn toàn hệ thống chỉnh lưu – động cơ một chiều trong tương lai 
không xa vì các ưu điểm kinh tế và kỹ thuật. 
 Sau khi học chương 6, sinh viên cần phải biết: 
 - Các loại nghịch lưu độc lập, ưu nhược điểm và ứng dụng chính của chúng. Các sơ đồ 
động lực nghịch lưu nguồn áp (một pha, ba pha). 
 - Giải tích bộ nghịch lưu một pha nguồn dòng, nguồn áp, tính toán gần đúng sơ đồ 1 pha, 
ba pha dựa vào thành phần cơ bản và tính toán mạch điện hình sin. 
 - Phương pháp điều khiển biên độ, hạn chế sóng hài điện áp ngỏ ra. 
 Các sơ đồ điều khiển nghịch lưu được giới thiệu trong chương có thể xem như những ví 
dụ, nhằm mục đích giúp sinh viên hiểu rõ hơn các nguyên lý liên quan. Tất nhiên chúng cũng là 
những tham khảo tốt để thiết kế sơ đồ điều khiển. 
BÀI TẬP: 
1. Thử giải thích hoạt động của mạch nghịch lưu nối 
tiếp hình a. Hãy liệt kê các điểm giống và khác với 
nghịch lưu nguồn áp sơ đồ ½ cầu hình b. 
V
C1
C1
+
L
D1
+
R
(b)
o
SCR2
D2
V
(a)
V
V
SCR1
S2_
S1
_
L
C2
oC2
2. Hãy liệt kê các điểm giống và khác giữa hai sơ đồ nghịch lưu song song với nghịch lưu nguồn 
áp cùng sử dụng biến áp có điểm giữa. 
3. Cho bộ nghịch lưu 1 pha điều rộng xung hình sin. Áp nguồn một chiều 280 volt, biên độ sóng 
mang tam giác 10 volt, tần số ngỏ ra 50 Hz. Biên độ áp chuẫn(điều khiển) 7 volt. Tính trị hiệu 
dụng thành phần cơ bản áp ra. Giả sử các sóng hài bậc cao không đáng kể, tính dòng tải RL: 
R = 10 ohm, XL = 10 ohm. Tính công suất tiêu thụ của tải. Tính trị trung bình dòng qua nguồn và 
vẽ dạng dòng nguồn. 
4. Cho bộ nghịch lưu 3 pha điều rộng xung hình sin. Áp nguồn một chiều 500 volt, biên độ sóng 
mang tam giác 10 volt, tần số ngỏ ra 50 Hz. Biên độ áp chuẫn(điều khiển) tại thời điểm quan sát: 
pha A là 10 volt, pha B và pha C là – 5 volt. 
a. Tính biên độ áp chuẫn (hình sin). 
Trang 45 chuong 5 nghich luu va bien tan.doc 
b. Tải RL nối hình Y, R = 10 ohm, XL = 10 ohm. Tính trị hiệu dụng của thành phần cơ bản áp 
pha tải vA, giá trị tức thời của các thành phần cơ bản áp pha tải. Tính dòng tải (hiệu dụng dòng 
pha tải), tính công suất tiêu thụ của tải. Tính trị trung bình qua nguồn. 
 Giả sử các sóng hài bậc cao không đáng kể, 
5. Cho bộ nghịch lưu nguồn áp 1 pha, áp nguồn 120 VDC, tần số làm việc 50 Hz, tải 10 ohm, 
L = 10 mH, điều khiển độ rộng xung bằng lệch pha(Hình V.4.3) 
a. Tính bề rộng xung θ (tính bằng độ hay rad) để có hiệu dụng thành phần cơ bản V1R là 80 V. 
Tính hệ số méo dạng THD% của áp ra lúc này. Giả sử ảnh hưởng các hài bậc cao là không dáng 
kể, tính hiệu dụng dòng tải và dòng trung bình cung cấp bởi nguồn. 
b. Tính giá trị áp, dòng hiệu dụng của thành phần sóng hài bậc 3, 5 của trường hợp câu 1 để cho 
nhận xét về giả thiết được dùng trong câu a. 
6. Cho bộ nghịch lưu nguồn áp có ngỏ ra dạng sóng 6 nấc, nguồn 300 VDC, tần số ngỏ ra 
f = 50 Hz, tải nối hình Y, R = 10 ohm và XL = 10 ohm ở 50 Hz. Tính giá trị hiệu dụng dòng, áp tải 
của các thành phần bậc 1, 3, 5, 7, 9, 11 và13. Tính hệ số méo dạng THD% của điện áp và đánh 
giá sự méo dạng của dạng dòng trong trường hợp này. 
7. Mạch nghịch lưu của một UPS công suất bé dùng sơ đồ biến áp có điểm giữa với dạng áp điều 
chế độ rộng 1 xung. Nguồn accu 24 V, tần số ngỏ ra 50 Hz. 
a. Vẽ mạch động lực và các dạng tín hiệu điều khiển, điện áp ngỏ ra. 
b. Giả sử tải thuần trở và biến áp là lý tưởng, chọn bề rộng xung là 120 O, tính tỉ số biến áp, biên 
độ dòng qua ngắt điện khi là việc với tải định mức phiá cao áp 200VAC, 2A (giá trị hiệu dụng). 
c. Với hệ thống ở câu b. nhưng tải là 100 ohm, L = 1mH ở phía cao áp. Viết phương trình tính 
dạng dòng qua các ngắt điện, diod phóng điện, vẽ các dạng dòng áp tải và suy ra giá trị hiệu 
dụng áp trên tải lúc này. 
8. Xem mạch nghịch lưu hình V.3.2.b. 
 a. Tính thành phần cơ bản của áp pha so với trung tính nguồn vAn và áp pha so với trung 
tính tải vAN . 
 b. Hãy chứng minh hai gía trị tính được trong câu a. bằng nhau mà không cần tính. Kết 
quả này có phụ thuộc phương pháp điều khiển nghịch lưu 3 pha nguồn áp không? 
 c. Hãy vẽ dạng áp trung tính tải so với trung tính nguồn vNn.