của các khâu trong biến tần trực tiếp [1].

tiristor. Vì vậy thiết bị biến tần trực tiếp tuy về mặt cấu trúc chỉ

dùng một khâu biến đổi, nhưng số lượng linh kiện lại tăng lên rất

nhiều, kích thước tổng tăng lên rất lớn.

Bộ biến tần trực tiếp tuy có một số nhược điểm là số lượng

phần tử nhiều, phạm vi thay đổi tần số không rộng, chất lượng

điện áp ra thấp, nhưng có ưu điểm là hiệu suất cao hơn so với các

bộ biến tần gián tiếp, điều này đặc biệt có ý nghĩa khi cơng suất

hệ thống điều tốc cực lớn (các hệ thống dùng động cơ cơng suất

đến 16.000 KW). Trên đồ thị dạng sóng (hình 1.5) ta thấy công suất

tức thời của biến tần bao gồm có bốn giai đoạn. Trong hai khoảng

ta có tích điện áp và dòng điện của biến tần dương, biến tần lấy

công suất từ lưới cung cấp cho tải. Trong hai khoảng còn lại ta có

tích giữa điện áp và dòng điện trong biến tần âm nên biến tần biến

đổi cung cấp lại công suất cho lưới.

1.2.2. Biến tần gián tiếp

Các bộ biến tần gián tiếp có cấu trúc như sau:



Hình 1.6. Sơ đồ cấu trúc của bộ biến tần gián tiếp



Như vậy để biến đổi tần số cần qua một khâu trung gian một

chiều vì vậy có tên gọi là biến tần gián tiếp.

Do tính chất của bộ lọc nên biến tần loại này còn được phân

làm hai loại:

+ Biến tần dùng nghịch lưu áp

+ Biến tần dùng nghịch lưu dòng



9



a. Biến tần dùng nghịch lưu áp



Hình

1.7.

Sơ

đồ

biến

tần

dùng nghịch lưu áp [4]



Bộ lọc sử dụng tụ C lớn ở đầu vào của bộ nghịch lưu nên điện

áp đặt vào bộ nghịch lưu như nguồn áp, cùng với điện cảm L tụ C

làm phẳng điện áp chỉnh lưu.

Ngoài ra tụ C còn nhiệm vụ trao đổi cơng suất phản kháng Q

giữa tải với bộ nghịch lưu và mạch một chiều, bằng cách cho phép

sự thay đổi nhưng trong thời gian ngăn dòng vào bộ nghịch lưu mà

khơng phụ thuộc vào bộ chỉnh lưu.

Khi sử dụng bộ băm điện áp hay phương pháp điều biến độ

rộng xung thì có thể sử dụng bộ chỉnh lưu không điều khiển (dùng

diode)

Do tác dụng của diode ngược nên đầu vào của bộ nghịch lưu

luôn luôn

dương. Đối với loại này thì yêu cầu của bộ biến tần là năng lượng

được truyền tải hai chiều tức là động cơ thực hiện hãm tái sinh thì

bộ chỉnh lưu làm việc được cả bốn góc phần tư.

b. Biến tần dùng nghịch lưu dòng:



10



M



Hình 1.8. Sơ đồ biến tần dùng nghịch lưu dòng [4]



Bộ lọc có cuộn san bằng có cảm kháng lớn có tác dụng như

nguồn dòng cấp cho bộ nghịch lưu. Dòng điện trong mạch một

chiều được san phẳng bởi L, dòng điện này khơng thể đảo chiều.

Ngồi ra cuộn san bằng L còn có tác dụng đảo chiều công

suất phản kháng của tải trong mạch một chiều, cuộn kháng này

cho phép đảo chiều điện áp đặt vào bộ nghịch lưu mà không phụ

thuộc vào bộ chỉnh lưu.

1.3. CÁC KHỐI TRONG BIẾN TẦN GIÁN TIẾP



Hình 1.9. Cấu trúc của một biến



Tín hiệu vào là điện áp xoay chiều một pha hoặc ba pha. Bộ

chỉnh lưu có nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều thành một

chiều.



11



Bộ lọc có nhiệm vụ san phẳng điện áp một chiều sau chỉnh

lưu

Nghịch lưu có nhiệm vụ biến đổi điện áp một chiều thành

điện áp xoay chiều có tần số có thể thay đổi được. Điện áp một

chiều được biến thành xoay chiều nhờ vào việc mở hoặc khóa các

van cơng suất theo một quy luật nhất định.

Bộ điều khiển có nhiệm vụ tạo tín hiệu điều khiển theo một

quy luật điều khiển nào đó đưa đến các van cơng suất trong bộ

nghịch lưu. Ngồi ra còn có một số chức năng sau:

+ Theo dõi sự cố lúc vận hành

+ Xử lý thông tin người sử dụng

+ Xác định thời gian tăng tốc, giảm tốc hay hãm

+ Xác định đặc tính – mơmen tốc độ

+ Xử lý thông tin từ mạch thu thập dữ liệu

+ Kết nối với máy tính.....

Mạch kích là bộ phận tạo tín hiệu phù hợp để điều khiển trực

tiếp các van công suất trong mạch nghịch lưu. Mạch cách ly có

nhiệm vụ cách ly giữa mạch cơng suất với mạch điều khiển để bảo

vệ mạch điều khiển.

Màn hình hiển thị có nhiệm vụ hiển thị thơng tin hệ thống

như: tần số, dòng điện, điện áp..., để người sử dụng có thể đặt lại

hệ thống số cho hệ thống.

Các mạch thu thập tín hiệu như dòng điện, điện áp, nhiệt độ

biến đổi chúng thành những tín hiệu thích hợp để mạch điều khiển

có thể xử lý. Ngồi ra còn có các mạch bảo vệ khác như bảo vệ

chống quá áp hay thấp áp ở đầu vào.

Các mạch điều khiển, thu thập dữ liệu đều cần cấp nguồn,

các nguồn này thường là điện áp một chiều 5V, 12V, 15VDC yêu



12



cầu điện áp cấp phải ổn định. Bộ nguồn có nhiệm vụ tạo ra nguồn

điện thích hợp đó.

1.3.1. Khối chỉnh lưu

Chức năng của khâu chỉnh lưu là biến đổi điện áp xoay chiều

thành điện áp một chiều. Chỉnh lưu có thể là có điều chỉnh hoặc

khơng điều chỉnh. Trong các bộ biến đổi công suất lớn người ta

thường dùng chỉnh lưu bán điều khiển với chức năng làm nhiệm vụ

bảo vệ cho hệ thống khi quá tải. Tùy theo tâng nghịch lưu yêu cầu

nguồn dòng hay nguồn áp mà bộ chỉnh lưu sẽ tạo ra dòng điện hay

điện áp tương đối ổn định.

Đối với mạch chỉnh lưu có các cách mắc như sau:



Sơ đồ hình tia một pha



Sơ đồ hình cầu một pha



Sơ đồ hình cầu ba pha



Sơ đồ hình tia ba pha



Hình 1.10. Các sơ đồ mạch chỉnh lưu [4]



Tùy thuộc vào mức độ yêu cầu về chất lượng điện áp DC nào

cho phù hợp, dạng sóng điện áp ra như sau:



13



Hình 1.11. Các dạng sóng điện áp ra của bộ chỉnh lưu [4]



Đối với chỉnh lưu một pha 1/2 chu kỳ: Ta thấy dạng sóng ra

nhấp nhơ, do đó muốn ít nhấp nhơ cần phải có bộ lọc tốt.

Đối với chỉnh lưu cầu một pha: Dạng sóng ra đỡ nhấp nhơ

hơn chỉnh hình tia một pha, do đó vận hành sẽ kinh tế hơn.

Đối với chỉnh lưu hình tia ba pha: Dạng sóng điện áp ra ít

nhấp nhơ hơn chỉnh lưu một pha.

Đối với chỉnh lưu cầu ba pha: cho điện áp và dòng chỉnh lưu

tốt hơn so với chỉnh lưu ba pha hình tia. Giá trị trung bình của điện

áp ra đối với sơ đồ hình cầu như sau:

1.3.2. Khối lọc

Có nhiệm vụ san phẳng điện áp sau khi chỉnh lưu



14



Hình 1.12. Sơ đồ mạch lọc [3]



Mạch lọc được dùng cả tụ điện C và điện kháng L dẫn đến

biên độ sóng hài được giảm nhỏ và điện áp ra tải ít bị đập mạch

hơn. Vì vậy bộ lọc LC thường được sử dụng nhiều nhất.

1.3.3. Khối nghịch lưu

Chức năng của khâu nghịch lưu là biến đổi dòng điện một

chiều thành dòng xoay chiều có tần số có thể thay đổi được và làm

việc với phụ tải độc lập. Nghịch lưu có thể là một trong ba loại sau:

+ Nghịch lưu nguồn áp: Trong dạng này, dạng điện áp ra tải

được định dạng trước (thường có dạng xung chữ nhật) còn dạng

dòng điện phụ thuộc vào tính chất tải. Nguồn điện áp cung cấp

phải là nguồn suất điện động có nội trở nhỏ. Trong các ứng dụng

điều khiển động cơ, thường sử dụng nghịch lưu áp.



Hình 1.13. Sơ đồ nghịch lưu áp ba pha [1]



Các transistor mở lần lượt T1 ÷ T6 với góc lệch pha giữa các

transistor là 600. Như vậy ở bất kỳ thời điểm nào cũng có ba

transistor dẫn (hai của nhóm này và một của nhóm kia) cho dòng

chảy qua.

Ở mỗi thời điểm sơ đồ đều có một pha mắc nối tiếp với hai

pha đấu song song, do vậy điện áp trên tải chỉ có hai giá trị hoặc

Ed/3 (khi pha đó đấu song song với một pha khác) hoặc 2E d/3 (khi



15



nó đấu nối tiếp với hai pha khác đấu song song). Giả thiết tải đối

xứng ZA = ZB = ZC theo dạng điện áp ra có trị số hiệu dụng của nó.

Ta có biểu đồ điện áp ra của tải theo thời gian như hình 1.14

+ Nghịch lưu nguồn dòng: Ngược với dạng trên, dạng dòng

điện ra tải được định hình trước, còn dạng điện áp phụ thuộc vào

tải. Nguồn cung cấp phải là nguồn dòng để đảm bảo giữ dòng một

chiều ổn định. Vì vậy nếu nguồn là suất điện động thì phải có điện

cảm đầu vào đủ lớn hoặc đảm bảo điều kiện trên theo nguyên tắc

điều khiển ổn định dòng điện.

+ Nghịch lưu cộng hưởng: Loại này dùng nguyên tắc cộng

hưởng khi mạch hoạt động, do đó dạng dòng điện hoặc điện áp

thường có dạng hình sin. Cả điện áp và dòng điện ra phụ thuộc vào

tính chất tải.



16



Hình 1.14. Giản đồ xung thời gian của điện áp ra của tải theo

thời gian [3]



1.3.4. Điều biến độ rộng xung (Khối băm)

Phương pháp điều biến độ rộng xung cho phép vừa điều

chỉnh được điện áp ra vừa giảm nhỏ được ảnh hưởng của các sóng

hài bậc cao. Để xác định khoảng cách xung chùm điều khiển các

van, ta tạo ra các sóng dạng sin U f có tần số bằng tần số mong

muốn gọi là sóng điều biên. Dùng một khâu so sánh là U r và Up,

các giao điểm của các sóng hài này xác định khoảng phát xung.



17



Tỷ số giữa biên độ sóng điều biên và biên độ sóng mang là tỷ

số



điều



biên:



M



=



Ar/Ap



(1.6)

Để điều chỉnh độ rộng xung tức là điều chỉnh điện áp ra trên

tải ta điều chỉnh



Ar. Điều biến độ rộng xung được chia thành hai



loại:

a. Điều biến độ rộng xung đơn cực

Điện áp ra trên tải là một chuỗi xung, độ rộng khác nhau, có

trị số 0 và E



Hình 1.15. Điều biến độ rộng xung đơn cực [4]



b. Điều biến độ rộng xung lưỡng cực

Điện áp ra trên tải là một chuỗi xung, độ rộng khác nhau và

có

trị

số là

±E



Hình 1.16. Điều biến độ rộng xung lưỡng cực [4]



1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG

Như vậy trong nội dung chương 1 đã phân tích các cơ sở lý thuyết của các loại

biến tần và các phương thức điều khiển, các khối dùng trong biến tần, các dạng



18



sóng của các sơ đồ điều khiển bởi các khóa bán dẫn trong các bộ nghịch lưu, các

phương pháp điều biên độ rộng xung.



CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG SINPWM

VÀ ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN PIC 18F4431

2.1. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG SINPWM

Để tạo ra một điện áp xoay chiều bằng phương pháp SINPWM, ta sử dụng

một tín hiệu xung tam giác tần số cao đem so sánh với một điện áp sin chuẩn có tần

số f. Nếu đem xung điều khiển này cấp cho một bộ biến tần một pha thì ngõ ra đó

sẽ thu được một dạng điện áp dạng điều rộng xung có tần số bằng với tần số nguồn

sin mẫu và biên độ hài bậc nhất phụ thuộc vào nguồn điện một chiều cung cấp và

tỉ số giữa biên độ sóng sin mẫu và sóng mang. Tần số sóng mang phải lớn hơn tần

số của sóng sin mẫu. Sau đây là hình vẽ miêu tả nguyên lý của phương pháp điều

rộng sin một pha:



Hình 2.1. Nguyên lý của phương pháp điều chế độ rộng SIN 1 pha [7]



Vcontrol > Vtri thì VAO =



(2.1)



Vcontrol > Vtri thì VAO =



(2.2)



Đối với nghịch lưu áp 3 pha có sơ đồ như hình 2.2. Để tạo ra điện áp sin 3

pha dạng điều rộng xung, ta cần ba tín hiệu sin mẫu:



19