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

Ts
n n+1n-1
Hình V.4.9b: Điều chế đối xứng 
0
ts(n)
ua(n)
T1(n)
UC
UM
T2(n)
Ts
n n+1n-1
Hình V.4.9c: Điều chế không đối xứng 
 Khi điều chế dối xứng: Bề rộng xung ở kỳ lấy mẫu thứ n : 
 ( )1( ) ; 2( ) 1( )
2 2
S C a
S
C
T U u nT n T n T T n
U
⎡ ⎤−= = −⎢ ⎥⎣ ⎦ 
.2( ) sin( )a M
nu n U
N
π= 
Với Ts: chu kỳ lấy mẫu; ua(n): áp chuẩn tại kỳ lấy mẫu thứ n; UC , UM: biên 
độ sóng mang tam giác và áp chuẩn hình sin. 
 => các độ rộng T1, T2 theo tỉ số UM / UC , TS , hàm sin(n.2π/N) [chứa trong 
ROM] 
Trang 28 ch 5 NgL BT 
 b. Điều chế vector không gian - SVM (gọi đầy đủ là điều rộng xung vector không 
gian - SVPWM): 
 Tính toán 1 lần cho dạng sóng 3 pha, 
 Vector không gian của áp ba pha: có các 
trường hợp sau: 
 * Hệ ba pha hình sin đối xứng: vector U
JJG
quay góc ωe . 
 * Nghịch lưu 6 nấc thang: bộ 6 vector 1U
JJG
, 
2U
JJG
, 3U
JJG
, 4U
JJG
, 5U
JJG
, 6U
JJG
 mô tả sáu trạng thái của các 
ngắt điện 
 * Khi điều rộng xung 
hình sin SPWM với 
fC = N.fO : bộ N vector 
trạng thái nằm trên đường 
tròn có bán kính thay đổi, 
bằng áp ra mong muốn 
*V . 
Trạng 
thái 
Ngắt điện 
đóng 
áp pha 
tải uA 
áp pha 
tải uB 
áp pha 
tải uC 
Vector 
không gian 
1 S1,S5,S6 2U/3 -U/3 -U/3 1V
JJG
(1,0,0) 
2 S1,S2,S6 U/3 U/3 -2U/3 2V
JJG
(1,1,0) 
3 S4,S2,S6 -U/3 2U/3 -U/3 3V
JJG
(0,1,0) 
4 S4,S2,S3 -2U/3 U/3 U/3 4V
JJG
(0,1,1) 
5 S4,S5,S3 -U/3 -U/3 2U/3 5V
JJG
(0,0,1) 
6 S1,S5,S3 Vd/3 -2Vd/3 Vd/3 6V
JJG
(1,0,1) 
Trang 29 ch 5 NgL BT 
 Kỹ thuật điều chế độ rộng xung vecto không gian SVPWM: 
 - mô tả các vector trạng thái SPWM là *U theo các vector của NL sáu nấc thang. 
 - hai trạng thái 0 (0,0,0)U
JJG
 và 7 (1,1,1)U
JJG
 có áp bằng 0 được thêm vào để điều chỉnh áp ra 
 * Công thức cho điều chế vector không gian: 
 - vector không gian *U
JJJG
 = Ua
JJJG
 + Ub
JJJG
*sin( ) sin
3 3
*sin( ) sin
3
a
b
U U
U U
π πα
πα
− =
=
 => 
2 *.sin( )
33
2 *.sin( )
3
Ua U
Ub U
π α
α
= −
=
 - Ua , Ub tương ứng với ta và tb : 
 * 1 2a ba b
C C
t tU U U U U
T T
= + = +JJJG JJJG JJG JJG JJJG 
 với TC là chu kỳ điều chế độ rộng xung, 
 C O a bT t t t= + + cho ta: 
 aa C
Ut T
U
= và bb CUt TU= 
 - -O C a bt T t t= có áp ra bằng zero 
U1
U2
U*
Ua
Ub
α
Trang 30 ch 5 NgL BT 
 Điều kiện : C a bT t t> + 
 => *U
JJJG
 nằm phía trong hình lục giác 
đều 
 Suy ra biên độ áp điều khiển 
cực đại U* : 
 2* .cos 0.577
3 6 3
UU U Uπ= = = ; 
U: áp cấp điện một chiều, 
2
3
U chính là biên độ của áp 6 nấc 
thang ( 1U
JJG
  6U
JJG
). 
tương ứng với chỉ số điện áp mO 
giới hạn (cực đại) bằng: 
*
max
2
1
0.577 0.907
sixstepGH
U Um
UU π
= = = 
pha b
Tc
S2
pha c
Ts
S2
to
U1
to
S2
2
U2
ta
S5
S3
U2
tb
S5
S6
U7
S5
S6
U7
2
S5
S6
S4
S3 S6
S4
to
S6
S1
2
S6
S1
Uo
ta
S1
Uo
tb
S1
U1
S1
2
S1pha a
Tc
S2
to
Trang 31 ch 5 NgL BT 
 c. Triệt tiêu các sóng hài chọn trước: 
 Khi sử dụng những dạng sóng có độ 
rộng xung cố định: Áp ra uo : 
 1 1 2 2 3( ) ( )o o o ou u u uα α= − + 
 => Có thể chọn α1, α2 để triệt tiêu 2 
sóng hài của uo . 
Ví dụ: Tính các góc θ1, θ2 để dạng sóng v 
hình V.4.12.a không có các sóng hài bậc 5, 
7. Dạng sóng điều rộng xung hình V.4.12.a 
có thể phân tích thành các dạng sóng cơ 
bản như hình V.4.12.b và như vậy, ta có: 
 uO = uO1 – uO2 + uO3 , 
Hình V.4.12: Dạng sóng điều rộng xung hình sin 
(a) và phân tích chúnh thành các dạng cơ bản (b) 
Dạng tổng quát của biên độ các sóng hài là: 
2 11 2sin . 2sin .4 n nU
n nU
α α
π
− +⎡ ⎤= ⎣ ⎦ 
 Cho U5 và U7 bằng không, giải ra α1 = 56.7Ο, α2 = 66.4Ο . 
 Khi đó U1 = 1.068U hay giá trị hiệu dụng U1R = 0.755U 
Trang 32 ch 5 NgL BT 
d. Điều chế độ rộng xung sử dụng bộ so sánh có trễ (điều chế delta): 
Đặt
Phản hồi
SO SÁNH SMIT
Out
pha 
Pha A
3 2
Hình V.4.13b: Các dạng sóng điều rộng 
xung dùng bộ so sánh có trễ phản hồi dòng 
điện: 
IREF : tín hiệu đặt dòng; iO : phản hồi dòng 
vO : dạng áp ra; v1 : hài cơ bản của điện 
áp ra 
Bất lợi: tần số đóng ngắt phụ 
thuộc đặc tính tải 
Trang 33 ch 5 NgL BT 
V.7 BIẾN TẦN: 
 - Là BBĐ AC (lưới) Ỉ AC (3 pha) có tần số, điện áp thay đổi 
- Dùng cho điều khiển động cơ xoay chiều. 
Có hai dạng biến tần tĩnh: 
 Biến tần trực tiếp (cyclo-converter) và 
 biến tần qua trung gian một chiều. 
Trang 34 ch 5 NgL BT 
1. Biến tần trực tiếp: 
o
oi
v
A
B
C
N
K
C
B
T2T1 T3
T4 T5 T6
R
L
hình V.7.1.a: Biến tần trực tiếp, sơ đồ một 
pha; 
- Là ứng dụng của bộ chỉnh 
lưu điều khiển pha đảo chiều 
- điều khiển sao cho áp ngỏ ra 
là một dạng sóng xoay chiều có chu 
kỳ. 
Ưu điểm: công suất lớn và rất lớn, 
hiệu suất cao nhờ biến đổi trực tiếp.
 Nhược điểm: tần số ra khá bé (≤1/3) so với tần số lưới điện, có thể khắc phục khi 
dùng GTO. 
Trang 35 ch 5 NgL BT 
2. Biến tần có trung gian môt chiều: 
Biến tần có trung gian một chiều gồm hai bộ phận: 
 chỉnh lưu đầu vào 
 nghịch lưu ở đầu ra (nguồn dòng và nguồn áp). 
 - Biến tần nguồn dòng: công suất lớn, đóng ngắt ở tần số bé, đầu vào là chỉnh lưu 
SCR. 
NL
NA3 3
Lưới Tải
NL
ND3 3
Lưới Tải
L
C
L
Hình V.7.2: Biến tần có trung gian một 
chiều 
Q7
Chỉnh lưu Diod Nghịch lưu nguồn áp
A B C
L
C
R
Hình V.7.3: Mạch động lực biến tần nguồn áp dùng 
IGBT 
 - Biến tần nguồn áp: sử dụng các ngắt điện một chiều (có điều khiển khóa), có thể 
đạt chất lượng điện áp ngỏ ra rất cao. 
- Mạch hãm động năng: Q7 cho phép tiêu thụ lượng điện năng trả về từ tải, không 
để áp DC tăng cao 
Trang 36 ch 5 NgL BT 
 Bộ biến tần cần đảm bảo các yêu cầu cơ bản sau: 
 - Thực hiện được logic ba pha, 
thay đổi tần số ra. 
 - Điều khiển áp theo yêu cầu của 
tải, thuờng gặp quan hệ U/f = hằng số 
 - Hạn chế được sóng hài áp 
(dòng). 
 ĐK fĐK U
Tải
BIẾN TẦN
Lưới
Hình V.7.4: Giống như nghịch lưu, biến tần có 2 
tín hiệu điều khiển: điện áp và tần số. 
Trang 37 ch 5 NgL BT 
V.8 ỨNG DỤNG: 
 Bộ nguồn xoay chiều công nghiệp, phân làm các nhóm: 
- Theo loại thiết bị sử dụng: máy phát điện xoay chiều (nhóm thiết bị quay) và điện 
tử công suất (thiết bị tĩnh). 
- Theo nguồn điện: đầu vào là nguồn một chiều hay lưới điện xoay chiều 
- Theo dãy tần số hoạt động: chia làm các nhóm: 
1. Ngỏ ra tần số công nghiệp (nhỏ hơn 400 Hz) cố định: nguồn cho các thiết bị điện 
thay thế điện lưới: - bộ lưu điện (UPS – Uninterruped Power Supply) 
 - Inverter 
2. Ngỏ ra tần số công nghiệp thay đổi: điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều (biến 
tần). 
 3. Ngỏ ra trung tần hay cao tần: Từ 500 Hz đến 25 KHz khi sử dụng SCR hay cao 
hơn khi dùng transistor 
 - là các bộ nguồn cho các công nghệ điện: nung nóng cảm ứng, rung động siêu âm 
của các vật liệu từ giảo. 
 - Các bộ dao động công suất hình sin sử dụng đèn điện tử hay transistor, làm việc ở 
tần số từ 50 KHz đến vài MHz dùng cho tôi cao tần hay nung nóng điện môi. 
Trang 38 ch 5 NgL BT 
 1. Các bộ nguồn tần số cao: 
 Nguyên lý: nung nóng bằng dòng xoáy (eddy current) 
 Dãy tần số làm việc thay đổi từ tần số công nghiệp đến vài trăm KHz: 
 - Tần số làm việc giảm khi công suất tăng. 
 - Tần số cần phải tăng tăng khi bề dầy làm việc giảm (tôi bề mặt thép). 
2. Điều khiển động cơ AC dùng biến tần: 
Phương pháp phổ biến hiện nay để điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều 
Từ trường quay có tốc độ 
p
fno
⋅= 60 ; trong đó no tính bằng vòng/phút, f : tần số 
(Hz) và p là số đôi cực. Rotor sẽ quay theo từ trường quay với độ trượt s hầu như không 
đổi. 
 Có hai nguyên lý chính: 
 - Điều khiển U/f hằng 
 -Điều khiển vector động cơ KĐB sử dụng các vi xử lý mới có khả năng tính toán rất 
mạnh để điều khiển động cơ KĐB. 
Trang 39 ch 5 NgL BT 
 3. Bộ nguồn xoay chiều 
không gián đoạn (bộ lưu điện hay 
UPS uninterrupted – power – 
supply): 
Nạp
Accu
Nghịch 
lưu
Lưới
Tải
Chuyển mạch
Điều khiển
Hình V.8.1: Sơ đồ khối bộ nguồn xoay chiều không gián 
đoạn 
 Bao gồm bộ nghịch lưu sử dụng accu và bộ chuyển mạch (rơ le hay TRIAC). 
 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, 
 Sơ đồ UPS hay nghịch lưu có đầu vào accu điện áp thấp dùng 2 bộ nghịch lưu: 
 Accu Ỉ [NL1 Ỉ BA tần số cao Ỉ CL Ỉ Lọc 1 ]Ỉ NL2 Ỉ Lọc 2 Ỉ tải 
 UPS ON-LINE: UPS không có bộ chuyển mạch và bộ nghịch lưu luôn làm việc 
Trang 40 ch 5 NgL BT 
 4. Chấn lưu (ballast) điện tử: 
 là loại đèn được sử dụng rất phổ biến 
nhờ hiệu suất và tuổi thọ rất cao. 
 Nguyên lý làm việc của đèn huỳnh 
quang là dựa vào sự phát sáng của chất 
(bột) huỳnh quang (fluorescent) khi có dòng 
điện tử va vào. 
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. 
Trang 41 ch 5 NgL BT 
 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)