28

Hình 2.4 Điện áp tải (u), dòng điện tải (i) và dòng nguồn(i
s
)
Hoạt động của sơ đồ

Giả thiết T
2
và T
4
đang cho dòng chảy qua ( dòng tải đi từ B đến A). Khi
t = 0, cho xung điều khiển mở T
1
và T
3
, T
2
và T
4
bị khoá lại (do thiết bị chuyển
mạch thực hiện). Dòng tải i = - I
m
không thể đảo chiều một cách đột ngột. Nó tiếp
tục chảy theo chiều cũ nhưng theo mạch: D
5
→ E→ D
7
→ Z → D
5

Khi t = T/2, cho xung điều khiển mở T
2
và T
4
, T
1
và T
3
bị khoá lại. Dòng tải
i chạy qua D
6
và D
8
khiến cho T
2
và T
4
vừa kịp mở đã khoá lại. Khi t = t
3
, i = 0,
T
2
và T
4
sẽ mở lại, i < 0, chảy theo chiều từ B đến A, … Dòng tải i biến thiên theo
theo quy luật hàm mũ giữa hai giá trị I
m
và - I
m
.

ta có phương trình:
- Ldi/td – Ri = E
Và i =
(
)
(
)
m
-a t-T/2 -a t-T/2
E
1-e +I e
R
⎡⎤
⎢⎥
⎣⎦
(2.9)
Dòng nguồn
Chúng ta quy ước: i
s
> 0 khi nguồn nuôi cung cấp năng lượng cho tải,
tức là khi các transitor dẫn dòng; i
s
< 0 khi tải trả năng lượng về nguồn nuôi,
tức là các điot dẫn dòng.
Dòng điện i
s
là dòng điện xoay chiều dạng răng cưa.
Chất lượng điện áp tải và dòng tải
Điện áp tải có dạng “sin chữ nhật”, đối xứng. Nó là một hàm lẻ, chu kỳ.
Triển khai Fourier của nó gồm các số hạng sóng sin:

dòng tải giảm nhanh so với sự suy giảm của biên độ sóng hài điện áp tải.
Biên độ của số hạng thứ 3 của dòng tải chỉ còn bằng 5,4% biên độ của
số hạng thứ nhất của nó.
Như vậy đối với tải cảm kháng, ta chỉ cần lấy 3 số hạng đầu trong khai
triển Fourier của điện áp tải để tính toán cũng khá chính xác.
Sơ đồ điều biến độ rộng xung PMW (Pluse Width Modulation)
Thiết bị biến tần trình bày ở trên chỉ tạo ra được dạng điện áp xoay
chiều chữ nhật, hoặc gần chữ nhật, chứa nhiều sóng hài. Muốn giảm nhỏ ảnh
hưởng của sóng hài, người ta dùng các bộ lọc, và như vậy, trọng lượng và giá
thành của thiết bị biến tần sẽ cao.
Điều mong muốn là làm thế nào để vừa điều chỉnh đượ
c điện áp mà vẫn
giảm nhỏ được ảnh hưởng của các sóng hài bậc thấp. Biện pháp điều biến độ
rộng xung đáp ứng yêu cầu trên. Nội dung chính của biện pháp này như sau:
- Tạo một sóng dạng sin, u
r
, ta gọi là sóng điều biến, có tần số bằng tần
số mong muốn.
- Tạo một sóng dạng tam giác, biên độ cố định, u
p
, ta gọi là sóng mang,
có tần số lớn hơn nhiều (thường là bội ba) tần số sóng điều biến.
- Dùng một khâu so sánh u
r
và u
p
. Các giao điểm của hai sóng này xác
định khoảng phát xung điều khiển mở transitor công suất.
Người ta chia điều biến độ rộng xung thành hai loại:
- Điều biến độ rộng xung đơn cực: điện áp ra trên tải là một chuỗi xung,

4
trong nửa chu kỳ âm của u
r
.
Dòng tải i chậm pha so với điện áp tải u.
Trong khoảng u và i cùng dấu, dòng tải chạy từ nguồn E ra tải qua 2
transitor.
Trong khoảng u và i khác dấu, dòng tải chạy về nguồn E qua 2 điot.

32
Trong khoảng u = 0, dòng tải chạy qua một transitor của nhánh này và
một điot của nhánh khác, tải bị ngắn mạch, dòng điện nguồn i
s
= 0.
Sóng hài trong điện áp tải
Nếu chuyển gốc toạ độ sang O’ , điện áp tải u là một hàm chu kỳ, lẻ.
Khai triển Fourier của nó chỉ chứa các thành phần sóng sin.
Biên độ của sóng hài được tính theo công thức:
U
nm
=
()
π
0
2
E α sinθdθ
π
∫
(2.11)
Khi n = 1, ta có:

3m
=
()
()
()
()()
53
1
24
13 5 4 2
3 π-α 3 π-α
3 π-α
3α 3α
3α 3α 3α 3 π-α 3 π -α
2E
sinΩdΩ +sinΩdΩ +sinΩdΩ +sinΩdΩ +sinΩdΩ
π
⎡⎤
⎢⎥
⎢⎥
⎣⎦
∫∫ ∫ ∫ ∫

=
[]
12 34 5
4E
cos3α -cos3α +cos3α -cos3α +cos3α
π


k
i
i=1
4E
-1 cos3α =0
3π
∑
,
U
5m
=
()
i-1
k
i
i=1
4E
-1 cosα =0
5π
∑
,
U
7m
=
()
i-1
k
i
i=1
4E


34
Nếu chuyển gốc toạ độ sang O’, dễ thấy rằng điện áp tải có dạng hàm
chu kỳ, lẻ, chỉ chứa các thành phần sin.
Biên độ sóng hài được tính theo công thức (2.11):
U
1m
=
22 2 1
12 2 1
αα π-απ-α
π
0 ααπ-απ-α
2E
sinθdθ -sinθdθ +sinθdθ -sinθdθ +sinθdθ
π
⎡⎤
⎢⎥
⎢⎥
⎣⎦
∫∫ ∫ ∫ ∫[]
12
4E
=1-2cosα +2cosα
π

U

()
k
i-1
nm i
i=1
4E
U = -1+ 2 -1 cosα
nπ
⎡⎤
⎢⎥
⎣⎦
∑
khi u bắt đầu bằng một xung âm.
Đối với trường hợp đang xét, muốn loại trừ sóng hài bậc 3 và 5 cần
phải có:
1-2cos 3α
1
+ 2cos 3α
2
= 0
1-2cos 5α
1
+ 2cos 5α
2
= 0
Bằng phương pháp tính gần đúng tìm được α
1
= 23
o
616, α

nghịch lưu độc lập nguồn điện áp khi làm việc với động cơ điện xoay chiều và
làm cho việc sử dụng bộ biến tần khoá điện tử dùng nghịch lưu độc lập nguồn
điện áp tốt hơn trong các hệ th
ống hở điều khiển tốc độ động cơ điện xoay
chiều và khi cung cấp cho nhóm động cơ.
Khi chuyển động cơ được cấp từ bộ biến tần khoá điện tử dùng nghịch
lưu độc lập nguồn điện áp sang chế độ máy phát, chiều dòng điện ở đầu vào
của nghịch lưu độc lập nguồn điệ
n áp thay đổi (nếu đầu ra của bộ chỉnh lưu
ngược được nối với đầu vào của nghịch lưu độc lập nguồn điện áp), nhưng
không làm thay đổi cực tính của điện áp của khâu dòng điện một chiều. Tuy
nhiên dòng điện qua chỉnh lưu cấp cho nghịch lưu không biến đổi chiều. Do
vậy không thể thực hiện việc truyền năng l
ượng đã có vào mạng, và năng
lượng được tạo ra bởi máy điện xoay chiều sẽ được tích luỹ vào khâu dòng
điện một chiều, trong bộ lọc dùng tụ điện.
Trên cơ sở về lý thuyết biến tần thì ta có sơ đồ cấu trúc của hệ biến tần
động cơ được biểu diễn trên Hình 2.4.

36Hình 2.4 Sơ đồ cấu trúc tổng quan về hệ biến tần động cơ
Nguyên lý hoạt động của biến tần áp một pha: nguồn điện được cấp từ phía
sơ cấp của máy biến áp có tần số f
1
sau đó qua máy biến áp có điện áp thứ cấp u
2
.
Dòng điện xoay chiều qua bộ chỉnh lưu cầu để tạo ra dòng điện một chiều. Tụ C