Chơng 1. Tổng quan về các bộ biến tần dùng van bán dẫn công suất
Chơng 1

Tổng quan về các bộ biến tần
dùng van bán dẫn công suất

1.1. Nguyên tắc chung của các bộ biến tần dùng van bán dẫn công suất.
Phân loại các bộ biến đổi và các tính chất cơ bản của chúng
Bộ biến tần công suất có nhiệm vụ biến đổi điện áp lới (1 hay 3 pha)
với tần số công nghiệp (ở một số trờng hợp là điện áp mạng hay nguồn độc
lập tần số cao) thành điện áp (hoặc dòng điện) biến đổi nhiều pha (thờng
là 3 pha và chỉ trong những trờng hợp đặc biệt là một, hai hay nhiều pha)
có biên độ, tần số và số pha có thể thay đổi đợc trong phạm vi cho phép.
Tần số là thông số thời gian của điện áp xoay chiều, đợc xác định
theo bản chất của khoảng thời gian mà qua đó biến đổi đợc tín hiệu điện
áp này. Chính nhờ sự biểu hiện này của tần số mà những nguyên tắc chung
và cơ bản nhất của các bộ biến đổi tần số là dùng van bán dẫn công suất
điều khiển hoàn toàn hay không hoàn toàn đó là tranzito hay tiristo (gọi là
các van bán dẫn). Thực chất của những nguyên tắc này là ở việc tổ chức các
mối liên kết của các phần tử chủ yếu cuả bộ biến đổi và đóng cắt chúng
bằng những quy luật (thuật toán) nào đó theo hàm thời gian để điều chỉnh
dòng năng lợng ở đầu ra bộ biến đổi (tới phụ tải) với tần số mong muốn,
biến đổi trị số trung bình của điện áp (dòng điện) ở đầu ra của bộ biến đổi.
ở đây, trị số trung bình đợc giữ theo nửa chu kỳ điện áp (dòng điện) của
đầu ra hoặc trong khoảng thời gian nhỏ hơn [20].
Các quá trình đóng và mở của các van bán dẫn công suất cùng xảy ra
với sự thông dòng từ một nhánh van cung cấp tới một nhánh khác hay tới
các van khác đợc gọi là sự chuyển mạch dòng điện. Thuật ngữ "chuyển
mạch" đợc dùng để chỉ quá trình nói trên trong các thiết bị biến đổi nối kết
3




Chơng 1. Tổng quan về các bộ biến tần dùng van bán dẫn công suất
mạch có thể quan niệm những bộ biến đổi tần số dùng tiristo gồm các
nhóm:
1- Các bộ biến đổi tần số với chuyển mạch hỗn hợp (chẳng hạn bộ
biến đổi đảo chiều dùng nghịch lu phụ thuộc với chuyển mạch tự nhiên,
còn nghịch lu độc lập, dùng chuyển mạch nhân tạo).
2- Các bộ biến đổi tần số với chuyển mạch tự nhiên hoàn toàn (chẳng
hạn trờng hợp thiết bị điện một chiều có vành góp, động cơ đồng bộ làm
việc ở chế độ bù và với các dạng phụ tải khác có hệ số công suất cao và
trong trờng hợp truyền động điện nối tầng van không đồng bộ, ở đó bộ
biến đổi tần số quay dùng bộ chỉnh lu có điều khiển hay không có điều
khiển và bộ nghịch lu phụ thuộc v.v...).
3- Các bộ biến đổi tần số với chuyển mạch nhân tạo hoàn toàn. Khi đó
cả bộ chỉnh lu và bộ nghịch lu đều đợc thực hiện chuyển mạch nhân tạo
[20].
Ưu điểm chính của bộ biến đổi tần số dùng tiristo có khâu trung gian
dòng điện một chiều là có thể nhận đợc ở đầu ra của nó nhờ nghịch lu
độc lập, tần số có thể thay đổi đợc trong dải rộng, không phụ thuộc vào tần
số nguồn cung cấp.
Nhợc điểm cơ bản của bộ biến đổi loại này là việc biến đổi năng
lợng hai lần nên làm giảm hiệu suất của bộ biến đổi và làm tăng kích
thớc, khối lợng của nó.
Các bộ biến đổi tần số trực tiếp đợc xây dựng trên cơ sở các bộ
chỉnh lu đảo chiều có điều khiển (bộ biến đổi một pha, nhiều pha, có điểm
trung tính và sơ đồ cầu), (hình 2a - PL1).
ở các bộ biến tần dùng tiristo loại này việc chỉnh lu điện áp xoay
chiều của nguồn năng lợng và việc biến đổi điện áp chỉnh lu đó thành
điện áp xoay chiều có tần số yêu cầu đợc kết hợp trong một thiết bị mà ở

thờng đợc thực hiện nhờ điện áp lới mà đặc trng tiêu biểu cho các bộ
biến tần loại này là chuyển mạch tự nhiên, nhng cũng có các bộ biến tần
6


Chơng 1. Tổng quan về các bộ biến tần dùng van bán dẫn công suất
trực tiếp dùng chuyển mạch ngoài. Sử dụng chuyển mạch ngoài trong các
bộ biến tần loại này cho phép làm tăng đáng kể giá trị lớn nhất của tần số
đầu ra và mở rộng khả năng sử dụng của chúng.
Bộ biến tần dùng tiristo có khâu trung gian dòng điện xoay chiều một
pha tần số cao (hình 3 - PL1).
Để nhận đợc tần số 50 Hz ở cửa ra của bộ biến tần tiristo này thì tần
số điện áp của khâu trung gian dòng điện xoay chiều không đợc nhỏ hơn
450 Hz. Bộ biến tần với khâu trung gian dòng điện một pha có chuyển
mạch hỗn hợp: khâu trung gian dòng điện một pha làm việc tơng tự nh
một bộ nghịch lu song song dùng chuyển mạch ngoài, còn ở khâu biến đổi
dòng điện một pha thành ba pha với tần số điều chỉnh đợc, dùng chuyển
mạch tự nhiên nhờ điện áp của khâu trung gian dòng điện xoay chiều tần số
cao. Bộ biến tần loại này dẫn dòng cả hai phía, đảm bảo trao đổi năng lợng
phản kháng giữa nguồn và phụ tải, đồng thời khi làm việc ở chế độ máy
phát của động cơ điện, có thể trả lại năng lợng tác dụng về lới cung cấp.
Giá trị cực đại của tần số ra của bộ biến tần tiristo này đợc giới hạn bởi giá
trị tần số điện áp ở khâu trung gian dòng điện một pha và thờng vào
khoảng 50 ữ 60 Hz, nhng về nguyên tắc thì có thể đạt giá trị lớn hơn [20].
Bộ biến tần tiristo có khâu trung gian dòng điện xoay chiều tần số cao
sử dụng nhiều sơ đồ phức tạp, đợc xây dựng trên cơ sở các bộ chỉnh lu
hình tia ba pha và chỉnh lu đảo chiều dùng sơ đồ cầu ba pha. ở đây việc
biến đổi điện áp tần số cao thành điện áp có tần số thấp điều chỉnh đợc,
thờng đợc thực hiện nhờ bộ biến tần trực tiếp 1 pha - 3 pha dùng chuyển
mạch tự nhiên. Những bộ biến đổi loại này không mang lại ứng dụng thực

mạch đợc chia ra thành hai nhóm:
- Các bộ nghịch lu với chuyển mạch tự nhiên.
- Các bộ nghịch lu với chuyển mạch cỡng bức.

8


Chơng 1. Tổng quan về các bộ biến tần dùng van bán dẫn công suất
Nghịch lu phụ thuộc đợc đặc trng bằng chuyển mạch tự nhiên của
các tiristo (điều này không ngoại trừ áp dụng chuyển mạch cỡng bức); hệ
thống điều khiển các tiristo của bộ nghịch lu này thờng là phụ thuộc
(đợc đồng bộ hoá) nh ở bộ chỉnh lu.
Nghịch lu độc lập đợc đặc trng bằng chuyển mạch cỡng bức và
việc điều khiển các tiristo hay tranzito đều từ bên ngoài (không phụ thuộc
cả mạng cung cấp lẫn tải tiêu thụ). Nhng nghịch lu độc lập có thể có chế
độ làm việc với chuyển mạch tự nhiên cho các tiristo (khi làm việc với động
cơ đồng bộ quá bù, phụ tải điện dung v.v...). Chẳng hạn, ở máy điện một
chiều có vành góp, việc chuyển mạch của các tiristo trong nghịch lu phụ
thuộc vào vị trí góc và tốc độ góc của rô to động cơ, nghĩa là hệ thống điều
khiển nghịch lu đó cần phải đợc đồng bộ hoá và bị phụ thuộc vào vị trí rô
to. Tuy nhiên, điều nằy không có nghĩa là biến nghịch lu độc lập thành
nghịch lu phụ thuộc, bởi vì việc xác định nghịch lu độc lập dựa trên cơ sở
tần số, biên độ điện áp, dạng điện áp ở đầu ra và chế độ làm việc của nghịch
lu này có phụ thuộc vào năng lợng tác dụng cũng nh tần số của nguồn
cung cấp hay không [1].
Do tính độc lập về chế độ làm việc của nguồn điện một chiều và sự
duy trì nghiêm ngặt các quá trình điện từ trong nghịch lu độc lập, ngời ta
chia ra thành nghịch lu độc lập nguồn điện áp và nghịch lu độc lập nguồn
dòng điện.
Nghịch lu độc lập nguồn điện áp là nghịch lu mà dạng điện áp ở

tính điện áp trên tải) làm xuất hiện dòng điện xung rất lớn (về lý thuyết là
vô cùng). Khi làm việc với tải có tính chất cảm kháng hay động cơ điện
xoay chiều, đặc tính của nghịch lu độc lập nguồn điện áp gần đạt đến đặc
tính lý tởng.
Nghịch lu độc lập nguồn điện áp dùng tiristo có khả năng làm việc
với phụ tải dung kháng (dòng điện vợt pha trớc điện áp), chẳng hạn ở
động cơ điện một chiều không có vành góp. Trong trờng hợp này, khi có
sự tăng vọt của dòng điện thì việc chuyển mạch dòng điện giữa các van giới
10


Chơng 1. Tổng quan về các bộ biến tần dùng van bán dẫn công suất
hạn bởi các thông số của phụ tải và tuỳ theo tốc độ tăng trởng của dòng
điện trong tiristo. Sự làm việc tin cậy này của nghịch lu độc lập nguồn
điện áp chỉ có thể đạt đợc trong trờng hợp dùng chuyển mạch cỡng bức.
Nghịch lu độc lập nguồn dòng điện không thể làm việc với tải cảm
kháng, vì khi dòng điện đột biến ở đầu ra (thời điểm thay đổi cực tính điện
áp trên tải làm hở mạch nguồn dòng điện) sẽ làm xuất hiện quá điện áp lớn
hơn giới hạn cho phép. Nghịch lu độc lập nguồn dòng điện sẽ gần đạt đến
nghịch lu dòng điện lý tởng khi nó làm việc với tải có tính chất dung
kháng hay với tải có hệ số công suất góc vợt trớc. Nghịch lu độc lập
nguồn dòng điện có thể cho phép làm việc với tải có tính chất cảm kháng
hay động cơ điện xoay chiều nhng trong trờng hợp này cần phải hạn chế
quá điện áp chuyển mạch và tốc độ tăng trởng của dòng điện khi thay đổi
cực tính và phải có biện pháp đặc biệt để dập tắt hoặc trả lại năng lợng
phản kháng đã tích luỹ trên tải cho nguồn cung cấp. Khả năng làm việc với
tải có hệ số công suất góc vợt trớc làm cho nghịch lu độc lập nguồn
dòng điện có u việt hơn cả nhờ việc sử dụng tính chất chuyển mạch tự
nhiên [1].
Nghịch lu độc lập nguồn điện áp đợc đặc trng đơn trị với sự phụ

của nó và có khả năng phát sinh tự dao động trong hệ thống hở bộ biến đổi
- động cơ.
Sự phụ thuộc đơn trị của dòng điện đầu ra vào dòng điện đầu vào và sự
phụ thuộc của điện áp đầu ra vào tổng trở và hệ số công suất của tải là
nhợc điểm chính của nghịch lu độc lập nguồn dòng điện. Hạn chế đó tồn
tại cả trong điều chỉnh truyền động điện hệ thống hở sử dụng phơng pháp
điều chỉnh tần số [5].
Để điều chỉnh truyền động điện ngời ta sử dụng nhiều loại nghịch lu
độc lập nguồn dòng điện có tụ điện chuyển mạch cách ly với phụ tải. Điện
dung của các tụ điện này khá bé và không cần phải thay đổi nó khi điều
chỉnh tần số ra của nghịch lu trong phạm vi rộng.

12


Chơng 1. Tổng quan về các bộ biến tần dùng van bán dẫn công suất
Sự phụ thuộc điện áp đầu ra của nghịch lu độc lập nguồn dòng điện
vào tổng trở và hệ số công suất của phụ tải không gây trở ngại cho việc sử
dụng nghịch lu độc lập nguồn dòng điện trong truyền động điện, cụ thể
trong các hệ thống điều khiển tần số truyền động điện hiện đại, dòng điện ở
đầu vào nghịch lu độc lập nguồn dòng điện (tức là dòng điện stato động
cơ) đợc điều chỉnh tự động theo hàm của độ trợt tuyệt đối, nghĩa là điều
chỉnh theo hàm thay đổi tổng trở mạch tải và hệ số công suất của phụ tải.
Điều này cho phép có thể tối u hoá chế độ làm việc của động cơ. Việc điều
chỉnh dòng điện ở đầu vào của nghịch lu độc lập nguồn dòng điện đợc
đảm bảo nhờ bộ chỉnh lu có điều khiển với khâu phản hồi âm dòng điện.
Nhợc điểm của nghịch lu độc lập nguồn dòng điện có liên quan đến
quá điện áp ở đầu ra khi thay đổi cực tính của nó. Sự cần thiết phải hạn chế
quá điện áp, bắt buộc phải tăng thời gian chuyển mạch của tiristo, điều này
trong những trờng hợp nhất định sẽ hạn chế tần số cực đại ở đầu ra của

phần tử cơ bản, mấu chốt của chuyển mạch cỡng bức là tụ điện, năng
lợng dự trữ ban đầu của nó dùng để khoá các tiristo.
3) Nghịch lu với chuyển mạch các tiristo nhờ năng lợng của nguồn
xung phụ hoặc nguồn tần số cao.
Nhóm sau cùng này không đợc sử dụng ở bộ biến tần tiristo do sự
phức tạp của sơ đồ. Các nghịch lu thuộc nhóm thứ hai nổi bật lên với sơ đồ
mạch lực đơn giản và có các chỉ tiêu tốt nên đợc sử dụng nhiều ở các bộ
biến tần công suất nhỏ.
Phổ biến hơn cả là nghịch lu độc lập dùng tiristo với chuyển mạch tụ
điện. Chúng đợc chia thành hai nhóm dựa vào tính chất và giới hạn của
quá trình chuyển mạch.
1) Nghịch lu chuyển mạch một cấp.
2) Nghịch lu chuyển mạch hai cấp.
Chuyển mạch một cấp đợc hiểu là khi dòng điện chảy qua tiristo
trớc thời điểm khoá nó đợc chuyển thành việc mở các tiristo của pha
14


Chơng 1. Tổng quan về các bộ biến tần dùng van bán dẫn công suất
khác hoặc của chính pha đó. Quá trình khoá một tiristo đang làm việc và
mở một tiristo đợc xảy ra đồng thời.
Chuyển mạch hai cấp là việc chuyển mạch đợc thực hiện nhờ tiristo
chuyển mạch phụ. Tiristo đang làm việc sẽ đợc khoá khi tiristo chuyển
mạch mở. Khi đó một mạch vòng đợc tạo thành làm thay đổi cực tính điện
áp trên tiristo đợc khoá. Việc mở tiristo làm việc tiếp sau đó đợc thực
hiện và xảy ra độc lập với quá trình chuyển mạch ở tiristo đang khoá, nhng
thông thờng là bằng việc kết thúc quá trình này [20].
Đặc tính của nghịch lu độc lập do thuật toán đóng mở các tiristo của
nó hoặc các phơng pháp điều khiển nghịch lu xác định. Các thuật toán và
các phơng pháp điều chỉnh này xác định khoảng thời gian dẫn của các

ở bộ biến tần tiristo điều chế độ rộng xung một cực và hai cực của điện áp
đầu ra. Nhợc điểm của nghịch lu độc lập với chuyển mạch theo từng pha
là sự phức tạp của sơ đồ mạch lực và hệ thống điều khiển.
Một trong những đặc trng quan trọng nhất của một bộ nghịch lu bất
kỳ là tổn thất chuyển mạch. Tổn thất này phụ thuộc vào vào sơ đồ mạch lực
của nghịch lu, cơ chế chuyển mạch, loại chuyển mạch và các nút chuyển
mạch đợc sử dụng. Tổn thất chuyển mạch là một trong những tiêu chuẩn
quan trọng nhất để lựa chọn sơ đồ nghịch lu cho một bộ biến tần tiristo cụ
thể bởi vì tổn thất chuyển mạch không những phụ thuộc vào hiệu suất của
bộ biến tần tiristo mà còn phụ thuộc hàng loạt các trờng hợp và cách thức
làm việc của nó cũng nh đặc tính cơ bản của quá trình chuyển mạch là thời
gian, tính ổn định trong suất dải thay đổi của tần số, phụ tải và điện áp ở
đầu ra của bộ biến tần tiristo [19].
1.3. Các phơng pháp điều chỉnh điện áp trong bộ biến tần dùng van
bán dẫn công suất
Các bộ biến tần gián tiếp có khâu trung gian dòng điện một chiều đợc
thiết kế trên cơ sở các bộ chỉnh lu điều khiển có đảo chiều nên phơng
pháp điều chỉnh biên độ điện áp đầu ra của các bộ biến đổi này cũng giống
nh các bộ chỉnh lu dùng tiristo, tức là điều chỉnh pha điện áp.
16


Chơng 1. Tổng quan về các bộ biến tần dùng van bán dẫn công suất
Phơng pháp kinh điển để điều chỉnh điện áp đầu ra của bộ biến tần có
khâu trung gian dòng điện một chiều hoặc là điều chỉnh điện áp đầu vào bộ
nghịch lu thông qua bộ chỉnh lu có điều khiển theo phơng pháp điều
chỉnh pha điện áp, hoặc là thông qua bộ chỉnh lu không điều khiển với bộ
biến đổi xung điện áp, đợc gọi là "điều chỉnh biên độ điện áp", tuỳ theo
mức độ có thể có thể dùng cho cả nghịch lu độc lập nguồn dòng điện và
nghịch lu độc lập nguồn điện áp.

động nhanh và nâng cao hệ số công suất đối với nguồn cung cấp có thể sử
dụng bộ chỉnh lu có điều khiển dùng chuyển mạch nhân tạo.
Phơng pháp khác đợc sử dụng để điều chỉnh biên độ điện áp đầu ra
liên quan đến chức năng cùng đồng thời điều chỉnh điện áp và tần số ở
chính bản thân bộ nghịch lu. Bởi vì sự phối hợp đồng thời nh vậy muốn
đạt đợc cần có thuật toán điều khiển khá phức tạp để đóng mở các tiristo
của nghịch lu, nên phơng pháp này chỉ có thể thực hiện đợc ở các
nghịch lu dùng van bán dẫn điều khiển hoàn toàn hoặc nghịch lu có
chuyển mạch hai tầng. Các phơng pháp này chỉ thực hiện đợc ở nghịch
lu độc lập nguồn điện áp [2].
Có ba phơng pháp điều chỉnh nh vậy:
- Điều chỉnh độ rộng điện áp.
- Điều chỉnh độ rộng xung điện áp.
- Điều chế độ rộng xung điện áp một cực và hai cực.
Phơng pháp đầu tiên đơn giản nhất, đợc thực hiện bằng cách thay
đổi thời gian dẫn của các van khi cố định thời gian mở của tất cả các van.
Thay đổi thời gian dẫn của van từ ữ 0, biên độ của sóng bậc nhất (sóng cơ
bản) của điện áp đầu ra thay đổi từ giá trị cực đại về đến 0. Đồng thời với
phơng pháp này làm tăng rất nhanh biên độ các thành phần sóng điều hoà
bậc cao cuả điện áp đầu ra, nh vậy sẽ dẫn đến tăng rất nhanh tổn hao trong
động cơ (tải). Vì vậy giá trị thực tế của phơng pháp này đối với các động
cơ (tải). Vì vậy giá trị thực tế của phơng pháp này đối với các bộ biến tần
tiristo cho truyền động điện không cao. Phơng pháp này chỉ có thể đợc
18


Chơng 1. Tổng quan về các bộ biến tần dùng van bán dẫn công suất
sử dụng trong các truyền động với dải điều chỉnh không lớn hơn 2:1 hoặc là
dùng cho các hệ với tần số cố định dùng để ổn định điện áp đầu ra.
Chỉ tiêu thực sự có ý nghĩa (xét về thành phần và biên độ các sóng

phơng pháp điều chỉnh điện áp này chỉ đợc ứng dụng trong các trờng
hợp có yêu cầu cao về độ tác động nhanh, độ chính xác và trong các hệ
truyền động với độ điều chỉnh tốc độ rất sâu. ứng dụng các phơng pháp
này trong hệ truyền động tần số cao thực tế không dùng.
Phơng pháp điều chỉnh điện áp đầu ra của bộ biến tần có khâu trung
gian dòng điện một chiều dùng nghịch lu (nguồn áp hoặc nguồn dòng
điện) thực tế đợc xác định bởi các tính chất chung nh về thiết lập (dải
điều chỉnh, độ tác động nhanh, chỉ tiêu năng lợng), cấu trúc phần mạch
lực, mạch điều khiển cũng nh việc lựa chọn phơng pháp chuyển mạch và
sơ đồ nghịch lu. Vì vậy, để thuận tiện, các bộ biến tần có khâu trung gian
dòng điện một chiều dùng nghịch lu độc lập phân theo phơng pháp điều
chỉnh điện áp và loại nghịch lu bao gồm bốn nhóm:
1) Bộ biến tần với nghịch lu độc lập nguồn điện áp dùng phơng
pháp điều chỉnh biên độ điện áp.
2) Bộ biến tần với nghịch lu độc lập nguồn điện áp dùng phơng
pháp điều chế độ rộng xung điện áp một và hai cực.
3) Bộ biến tần với nghịch lu độc lập nguồn dòng điện.
4) Bộ biến tần với nghịch lu phụ thuộc.
1.4. Các yêu cầu cơ bản của bộ biến tần van bán dẫn công suất cho
truyền động điều chỉnh tốc độ
Các bộ biến tần van bán dẫn công suất (cụ thể hơn là dùng tiristo)
dùng trong điều chỉnh tốc độ là thiết bị công suất để cấp cho động cơ điện
hoặc là các nhóm động cơ điện xoay chiều với biên độ, tần số và số pha của
điện áp (dòng điện) đợc thay đổi trong một số dải điều chỉnh với mục đích
là điều khiển các động cơ này hoặc đồng thời các nhóm động cơ điện.

20


Chơng 1. Tổng quan về các bộ biến tần dùng van bán dẫn công suất


Chơng 1. Tổng quan về các bộ biến tần dùng van bán dẫn công suất
6. Hệ số công suất cao và dòng điện tiêu thụ lấy từ nguồn là nhỏ nhất.
Bộ biến tần đối với lới sơ cấp là một hộ tiêu thụ năng lợng điện, vì
vậy cần phải thoả mãn các yêu cầu đòi hỏi đối với hộ tiêu thụ năng lợng.
Ngời ta mong muốn rằng bộ biến tần van bán dẫn công suất có hệ số công
suất đạt 0,9 ữ 0,92 và cao hơn.
Các bộ biến tần có khâu trung gian dòng điện một chiều có hệ số công
suất đạt tơng đối cao (0,87 ữ 0,9) nhng khi điều chỉnh điện áp xuống thấp
hơn điện áp định mức (dùng phơng pháp điều chỉnh biên độ bằng chỉnh
lu điều khiển) thì chỉ tiêu này bị giảm giống nh trong bộ biến đổi tiristo
dòng điện một chiều bởi cùng chính một nguyên nhân. Vì vậy các phơng
pháp nâng cao hệ số công suất (cos) bằng điều chỉnh điện áp cũng nh là
đối với các bộ biến đổi dòng điện một chiều đó là: dùng các thiết bị bù, ứng
dụng các sơ đồ điều chỉnh nhiều pha điều chỉnh theo trình tự nối tiếp đóng
các bộ chỉnh lu. Nếu nh việc ứng dụng phơng pháp điều chỉnh độ rộng
xung hoặc phơng pháp điều chế độ rộng xung điện áp một và hai cực cũng
nh việc cộng hình học các điện áp đầu ra của hai bộ nghịch lu, hệ số
công suất của bộ biến tần tiristo nh một hộ tiêu thụ năng lợng thực tế là
bằng 1, bởi vì các phơng pháp điều chỉnh điện áp nêu trên sử dụng chỉnh
lu không điều khiển [20, 21].
Bộ biến tần trực tiếp chuyển mạch tự nhiên có hệ số công suất nhỏ hơn
hệ số công suất của phụ tải, còn khi điều chỉnh điện áp đầu ra xuống thấp
hơn điện áp định mức, hệ số công suất này còn giảm mạnh hơn. Giá trị định
mức hệ số công suất của bộ biến tần này khoảng 0,5 ữ 0,7. Hiện nay cách
thức duy nhất để nâng cao chỉ tiêu này là dùng các trạm tụ điện bù.
Việc giảm thiểu dòng điện tiêu thụ của bộ biến tần lấy từ nguồn cung
cấp có thể đạt đợc nhờ kết quả của việc nâng cao hệ số công suất và kết

22


23


Chơng 1. Tổng quan về các bộ biến tần dùng van bán dẫn công suất
2. Đảm bảo đợc việc trao đổi năng lợng một cách tự do hoặc điều
khiển đợc quá trình trao đổi năng lợng phản kháng giữa bộ biến tần và
động cơ, giữa lới nguồn với động cơ hoặc là giữa các pha của động cơ
trong toàn bộ dải thay đổi của tần số đầu ra, thay đổi hệ số công suất và
thay đổi tải.
Đây là một trong những yêu cầu quyết định khi lựa chọn sơ đồ của bộ
biến tần dùng cho điều chỉnh tốc độ và về bản chất cần phải đa vào sự đảm
bảo bằng sơ đồ các khả năng chảy của dòng điện qua tải với góc lệch pha so
với điện áp tải (động cơ điện). Điều này đặc biệt quan trọng bởi vì để có
đợc yêu cầu này trong dải thay đổi rộng của tần số và điện áp đầu ra của
bộ biến tần, thay đổi hệ số công suất và thay đổi tải với điều kiện thực sự
không có sự thay đổi nào về đặc điểm các quá trình của bộ biến tần, không
cần thiết thay đổi các thông số bộ biến tần, không phức tạp thêm mạch công
suất. Chính điều kiện cuối cùng này đã làm cho bộ biến tần dùng nghịch
lu song song và nối tiếp không thoả mãn đợc các yêu cầu dùng cho
truyền động điện điều chỉnh.
3. Chứa ít nhất các sóng điều hoà bậc cao trong điện áp (dòng điện) ở
đầu ra.
Yêu cầu này đòi hỏi trớc hết là để giảm tổn thất công suất trong động
cơ điện do thành phần sóng điều hoà bậc cao gây ra. Thứ hai là cần thiết
phải đảm bảo sự quay đều của trục động cơ với tần số rất thấp của điện áp
phần ứng động cơ (điện áp stato) trong các truyền động có dải điều chỉnh
tần số rất rộng (lớn hơn 20 : 1) và trong một loạt các trờng hợp đặc biệt
(chuyên dụng).
Để nhận đợc dạng sóng hình sin của điện áp (dòng điện) ở đầu ra của

(1-1)

Trong đó:
A - Giá trị hiệu dụng tổng của điện áp (dòng điện)
A1 - Giá trị hiêu dụng sóng cơ bản của điện áp (dòng điện).
Khi giá trị ki = 0,955, tơng ứng với giá trị kf = 31%, điều này có
nghĩa là trong điện áp (dòng điện) đầu ra của bộ biến tần có chứa 31% các
sóng điều hoà bậc cao (gồm các sóng bậc lẻ trừ sóng bậc 3 và bội số của 3)
là chấp nhận đợc.
Khi xem xét các yêu cầu nêu trên đối với các dạng sóng của điện áp
xoay chiều ở đầu ra, chẳng hạn bộ biến tần cấp cho động cơ không đồng bộ
25


Chơng 1. Tổng quan về các bộ biến tần dùng van bán dẫn công suất
rô to lồng sóc, mô men cực đại của động cơ giảm từ (1 ữ 2)%, dòng điện
với tải định mức tăng từ (1 ữ 4)% phụ thuộc vào loại bộ biến tần; hiệu suất
của động cơ giảm từ (1 ữ 3)%. Đối với động cơ cao tốc, các thông số đó
còn lớn hơn.
Trong hàng loạt các trờng hợp (nh động cơ cao tần công suất nhỏ)
với u thế là đơn giản hoá sơ đồ bộ biến tần cho phép ở điện áp đầu ra
(không phải là dòng điện) ở một vài chế độ chứa đến 60% sóng điều hoà
bậc cao.
Động cơ điện xoay chiều, cụ thể là những động cơ có các cuộn dây với
điện cảm lớn, tức là có tính lọc dòng điện tốt, vì vậy để đánh giá sự chấp
nhận dạng sóng không hình sin ở mức độ nào đó của điện áp đầu ra (không
phải là dòng điện) của bộ biến tần dùng cho truyền động điều chỉnh tốc độ,
nếu chỉ hiểu biết về tỷ lệ phần trăm sóng điều hoà bậc cao là cha đủ, mà
còn phải biết thành phần của nó (số các sóng hài) và giá trị yêu cầu tối thiểu
tần số sóng cơ bản. Bởi vì dòng điện sóng điều hoà bậc cao chảy qua động

hợp bộ biến tần cấp cho động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc, công thức
(1-2) đợc viết ở dạng sau:
2
U Sn
2 2
n 1 U S1 .n
n

U S1
kf.I =
I S1x k f S*

(1-3)

Trong đó:
IS1 - Giá trị hiệu dụng của dòng điện sóng bậc 1 ở phía stato ứng với
giá trị điện áp hiệu dụng cho trớc của thành phần sóng bậc 1 ở
phía stato US1.
xk - Điện kháng ngắn mạch của động cơ ở tần số định mức.
fS* =

fS
f Sdm

- Tần số tơng đối của thành phần điện áp bậc 1 phía ststo.

USn - Giá trị điện áp hiệu dụng của thành phần sóng điều hoà bậc thứ
n.
Hệ số méo phi tuyến của dòng điện phụ thuộc vào tần số, tải của động
cơ điện và phụ thuộc vào tỷ số