Bài giảng Điện tử công suất - Huỳnh Văn Kiểm

Dàn bài điện tử cơng suất 1 
Trang 1/ Chương 1_Mở đầu © Huỳnh Văn Kiểm 
Môn học ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 
 ( Mạch điện tử công suất, điều khiển và ứng dụng ) 
Tài liệu tham khaœo: 
- tiếng Anh: - POWER ELECTRONICS – Circuits, devices and applications , M.H. Rashid 
 Pearson Education Inc. Pearson Prentice Hall 2004. 
- tiếng Việt: - Bài giảng Điện tủ công suất 1 & Bài tập, PTS. Nguyễn văn Nhờ, Khoa 
 Điện & Điện tử, ĐHBK TP HCM 
 - Điện tủ công suất, NGUYỄN BÍNH, Hànội, nhà xuất bản KHKT 
 - Điện tử công suất và điều khiển động cơ điện, ( dịch từ tiếng Anh ) 
Chương 1 : MỞ ĐẦU 
I.1 CÁC KHÁI NIỆM: 
 - Các tên gọi của môn học: 
Điện tử công suất (Power Electronics) 
Điện tử công suất lớn. 
Kỹ thuật biến đổi điện năng. 
- ĐTCS là một bộ phận của Điện tử ứng 
dụng hay Điện tử công nghiệp. 
 Hình 1.0 : Sơ đồ khối thiết bị ĐTCS 
 - Phân loại các bộ Biến Đổi (BBĐ - Converter) theo mục đích: 
AC --> DC: chỉnh lưu 
AC --> AC: BBĐ áp AC, Biến tần. 
DC --> DC: BBĐ áp DC 
DC --> AC: Nghịch lưu 
 - Bộ Biến Đổi = Mạch ĐTCS + bộ ĐIỀU KHIỂN 
 Mạch ĐTCS giới hạn ở các sơ đồ sử dụng linh kiện điện tử làm việc ở chế độ đóng ngắt, 
gọi là Ngắt Điện Điện Tử (NĐBD) hay Bán Dẫn dùng cho biến đổi năng lượng điện. 
 Bộ ĐIỀU KHIỂN = Mạch điều khiển vòng kín (nếu có) + Mạch phát xung. 
 Mạch phát xung cung cấp dòng, áp điều khiển các NĐBD để chúng có thể đóng ngắt theo 
trình tự mong muốn. 
Ví dụ Ngắt Điện Bán Dẫn: Diod, Transistor, SCR ... 
- BBĐ còn có thể phân loại theo phương thức hoạt động của NĐBD. 
I.2 NGẮT ĐIỆN BÁN DẪN: 
 Còn gọi là ngắt điện điện tử ( NĐĐT ), là các linh kiện điện tử dùng trong mạch ĐTCS 
được lý tưởng hóa để các khảo sát của mạch ĐTCS có giá trị tổng quát bao gồm ( hình 1.1 ): 
 - DIODE ( chỉnh lưu ): Phần tử dẫn điện một chiều có hai trạng thái: 
BBĐ
Học kì 2 năm học 2004-2005 
Trang 2/ Chương 1_Mở đầu 
 ON : khi phân cực thuận: VAK > 0, có thể xem sụt áp thuận VF = 0, dòng qua mạch 
phụ thuộc nguồn và các phần tử thụ động khác. 
 OFF : khi phân cực ngược: VAK < 0, có thể xem như hở mạch. 
 Diode NDBDMC SCR 
 Hình 1.1: Các loại ngắt điện bán dẫn. 
 - SCR ( Chỉnh lưu có điều khiển ): Hoạt động như sau: 
 OFF : Có thể ngắt mạch cả hai chiều ( VAK > 0 và VAK < 0 ) khi không có tín hiệu 
điều khiển : G = 0. 
 ON : SCR trở nên dẫn điện ( đóng mạch ) khi có tín hiệu điều khiển: G ≠ 0 và phân 
cực thuận VAK > 0. Điểm đặt biệt là SCR có khả năng tự giữ trạng thái dẫn điện: nó không cần 
tín hiệu G khi đã ON, SCR chỉ trở về trạng thái ngắt khi dòng qua nó giảm về 0. 
 - Ngắt điện bán dẫn một chiều ( NĐBDMC ), gọi tắt là ngắt điện hay TRANSISTOR có 
hoạt động như sau: 
 OFF : Ngắt mạch khi không có tín hiệu điều khiển : G = 0. Cũng như các 
TRANSISTOR, NĐBDMC không cho phép phân cực ngược ( VS luôn luôn > 0 ) . 
 ON : NĐBDMC trở nên dẫn điện ( đóng mạch ) khi có tín hiệu điều khiển: G ≠ 0 và 
trở về trạng thái ngắt mạch khi mất tín hiệu G. NĐBDMC có hai loại chính : BJT tương ứng tín 
hiệu G là dòng cực B, và MOSFET công suất với G là áp VGS . 
 Các NĐBD lý thuyết trên chỉ làm việc với một chiều của dòng điện, trong khi các linh 
kiện điện tử công suất thực tế có thể dẫn điện cả hai chiều, lúc đó mạch khảo sát sẽ biểu diễn 
bằng tổ hợp các NĐBD lý thuyết. 
I.3 NỘI DUNG KHẢO SÁT MẠCH ĐTCS: 
 Đầu vào khảo sát : Mạch ĐTCS + tín hiệu điều khiển NĐBD + đặc tính tải. 
 Đầu ra: hoạt động của mạch: u(t), i(t) các phần tử 
 => Các đặc trưng áp, dòng, công suất 
 1. Các đặc trưng áp, dòng: 
 - Giá trị cực đại: 
 - Giá trị trung bình VO, IO 
 - Giá trị hiệu dụng VR, IR 
Các biểu thức cho dòng điện trung bình và hiệu dụng: 
G 
Dàn bài điện tử cơng suất 1 
Trang 3/ Chương 1_Mở đầu © Huỳnh Văn Kiểm 
 [ ] )(1 )(1 20 ∫∫ == TRT dttiTIdttiTI 
Các biểu thức cho điện áp VO, VR cũng có dạng tương tự. 
 2. Sóng hài bậc cao và hệ số hình dáng: 
∑
∫∫
∑∑
∞
=
−
∞
=
∞
=
+=⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡=+=
⋅⋅=⋅⋅=
−=+=++=
1n
2
n
2
oR
n
n1
n
2
n
2
nn
TnTn
1n
nnnn0n
1n
n0
V
2
1VV
B
AtgBAV
dttncos)t(v
T
2Bdttnsin)t(v
T
2A
)tnsin(VvvV)tncosBtnsinA(V)t(v
và 
 với 
ϕ
ωω
ϕωωω
 trong đó : V0 : trị số trung bình ( thành phần một chiều ) của v(t) 
 ω : tần số góc của v(t), chu kỳ T=ω/2π . 
 vn: sóng hài bậc n – có tần số nω 
 An , Bn : các thành phần sin, cos của sóng hài bậc n 
 Vn , ϕn : biên độ và lệch pha của sóng hài bậc n . 
 VR : Trị hiệu dụng của v(t). 
 Hệ số hình dạng ( form factor ): tỉ số giữa giá trị hữu dụng và giá trị hiệu dụng, 
ví dụ với bộ biến đổi có ngỏ ra một chiều: 
R
o
DC V
VKF = VO : trị số trung bình áp ra VR : trị số hiệu dụng áp ra 
ví dụ với bộ biến đổi có ngỏ ra xoay chiều: 
1
AC
R
VKF V= 
V1 : trị số hiệu dụng sóng hài bậc 1 (cơ bản) áp ra 
VR : trị số hiệu dụng áp ra 
 Độ biến dạng (THD - Total harmonic distortion): 
 Đối với ngỏ ra DC:
2 2
R o
o
V VTHD V
−= 
 Đối với ngỏ ra AC:
2 2
1
1
RV VTHD V
−= V1: sóng hài bậc 1 (cơ bản) 
 3. Công suất và hệ số công suất: Bao gồm: 
 - Công suất tác dụng P : biểu thị năng lượng sử dụng trong một đơn vị thời gian. 
 - Công suất biểu kiến S : tính bằng tích số giá trị hiệu dụng dòng và áp, biểu thị 
năng lượng sử dụng trong một đơn vị thời gian nếu xem tải là thuần trở. 
 - Hệ số công suất HSCS hay cos ϕ : cho biết hiệu quả sử dụng năng lượng. Khi tải 
là thuần trở , nguồn điện hình sin hay một chiều sẽ có HSCS bằng 1. 
S
PHSCSIVSdttitv
T
P RRT =ϕ=⋅=⋅⋅= ∫ cos)()(1 
 Có nhiều biểu thức tính công suất trong mạch ĐTCS, phụ thuộc vào mục đích sử dụïng: 
Học kì 2 năm học 2004-2005 
Trang 4/ Chương 1_Mở đầu 
∑
∫
∞
=
ϕ⋅+=
⋅⋅=
ϕ⋅=⋅=
1
2
1
1112
1
100
1
n
nnno
T
o
IVP
dttitv
T
P
IVPIVP
cos
)()(
cos
P1 :Khi quan tâm đến thành phần cơ bản của ngỏ 
ra ( hình sin tần số ω ), có điện áp và dòng điện 
biên độ V1, I1 , góc lệch ϕ1 . 
PO hay PDC: công suất một chiều (tải điệân một 
chiều) với V0, I0 là các trị số áp, dòng trung 
bình. 
 P : công suất toàn phần ở ngỏ ra, gồm thành phần một chiều và sóng hài bậc cao. 
 Ở các BBĐ ngỏ ra áp một chiều, V0, I0 , PDC là các thành phần mong muốn, sóng hài bậc 
cao (các thành phần hình sin ) là không mong muốn, chỉ tạo ra các tác dụng phụ. 
 - Trường hợp thường gặp: áp nguồn hình sin hiệu dụng V, dòng không sin, giá trị hiệu dụng 
thành phần cơ bản là IR1 : 
 1 1 1 1cos cosR R
R R
P VI IHSCS
S VI I
ϕ ϕ= = = 
Kết quả: Chỉ có trường hợp dòng một chiều 
phẳng ở nguồn một chiều phẳng, và dòng hình 
sin đồng pha với áp nguồn(cũng hình sin) là có 
HSCS bằng 1. 
 4. Phương pháp nghiên cứu mạch: 
Hình vd1: Trường hợp nguồn hình sin, dòng là xung 
vuông HSCS không thể bằng 1. 
 a. Mạch điện tử công suất = tổ hợp nhiều mạch tuyến tính thay đổi theo trạng thái của các 
ngắt điện: 
 Suy ra để giải mạch ĐTCSù, ta luôn phải kiểm tra các điều kiện để tìm ra trạng thái của 
các ngắt điện để chọn ra sơ đồ nối mạch. 
 Ví dụ 0: Mạch chỉnh lưu hình (a) có thể là các mạch hình (b), (c), (c) tùy thuộc vào dòng 
điện tải iO: 
v
o
o
i
v
(a)
R
D1
D2
L
 Mạch chỉnh lưu bán sóng 
có diod phóng điện D2, v là 
nguồn xoay chiều. 
o
i
v
o
v
(b)
L
R
Ở bán kỳ v > 0, D1 
dẫn dòng iO > 0 
i
ov
o
(c)
L
R
Khi D2 dẫn điện, 
D1 không dẫn: v<0 
và dòng iO > 0. 
o
oi
v
(d)
R
L
Khi dòng iO = 0 
tương ứng không có 
diod dẫn điện. 
 b. Giải trực tiếp QTQĐ mạch ĐTCS bằng PT vi phân hay biến đổi Laplace: 
Dàn bài điện tử cơng suất 1 
Trang 5/ Chương 1_Mở đầu © Huỳnh Văn Kiểm 
 Với điều kiện dầu được biết ở t = 0, ta giải mạch điện theo t khi lưu ý trạng thái của các 
ngắt điện. Kết quả thu được các phương trình mô tả dòng , áp các phần tử mạch theo t. 
 Ví dụ1: Khảo sát chỉnh lưu 1 diod tải RL có D phóng điện của ví dụ 0, mô tả hoạt động của 
mạch và tính trị trung bình áp. Áp nguồn sin= 2v V wt , điều kiện đầu t = 0, iO = 0 
Giả sử ta đóng nguồn ở t = 0 : v > 0, D1 dẫn điện, mạch điện tương đương hình (b): 
phương trình vi phân mô tả mạch điện là: 
.= + = 0oo odiv R i L idt điều kiện đầu => sin( ) sin
τω φ φ
−⎡ ⎤= − + ⋅⎢ ⎥⎣ ⎦
t
o
Vi t e
Z
2 
với L Rτ = , ( )22 1 - wLtổng trở tải Z R L và góc pha tg Rω φ= + = 
Khi ωt = π, dòng = >oi Io 0 phóng qua diod phóng điện D2. Thực vậy, nếu D1 tiếp tực dẫn điện sẽ 
làm D2 cũng dẫn điện: vô lý. D2 dẫn điện làm D1 phân cực ngược và mạch điện trở thành (c): 
 . ( ) điều kiện đầu = + =oo o odiR i L i Idt0 0 khi lấy lại gốc thời gian. Giải ptvp này: 
 . τ
−= to oi I e . Ở đầu chu kỳ kế .
π τ−= = >wo oi I e I1 0 
 Chu kỳ kế tiếp điễn ra tương tự với dòng ban đầu qua tải I1 > 0. Sau thời gian quá độ, Hệ 
thống đạt trạng thái tựa xác lập: dạng dòng áp trong mạch lập lại theo chu kỳ. 
 Nhận xét: Phương pháp này cho ta cái nhìn chính xác hoạt động của mạch nhưng không 
thể cho ta phương trình dòng áp qua các phần tử ở chế độ tựa xác lập. 
 c. Giải chu kỳ tựa xác lập mạch ĐTCS bằng PT vi phân hay biến đổi Laplace: 
 Đặc tính mạch điện ở chế độ tựa xác lập có thể được tính khi ta khảo sát hoạt động trong 
một chu kỳ với giả sử các giá trị ban đầu của biến trạng thái của mạch được biết. Kết quả cho ta 
một hệ phương trình để tính các giá trị ban đầu này khi cho giá trị đầu bằng giá trị cuối. 
Ví dụ 2: Giải tiếp tục ví dụ 1 ở chế độ tựa xác lập. 
Giả sử ta đóng nguồn ở t = 0 : D1 dẫn điện, phương trình vi phân mô tả mạch điện là: 
. điều kiện đầu = + =oo odiv R i L i Idt 1 
=> sin( ) sin τω φ φ
−⎡ ⎤= − + − ⋅⎢ ⎥⎣ ⎦
t
o
V Vi t I e
Z Z1
2 2 
 Ở bán kỳ kế, D2 cũng dẫn điện, phương trình vi phân mô tả mạch điện là: 
 . ( ) điều kiện đầu , với = + =oo o o odiR i L i I Idt0 0 = sin( ) sin
π
τπ φ φ
−⎡ ⎤− + − ⋅⎢ ⎥⎣ ⎦
wV VI e
Z Z1
2 2 
Học kì 2 năm học 2004-2005 
Trang 6/ Chương 1_Mở đầu 
 => . τ
−= to oi I e và ở cuối chu kỳ .
π τ−= woI I e1 
 , cho phép ta tính I1 và Io từ đó vẽ được dạng dòng iO . 
 Nhận xét: Phương pháp này cho phép ta tính đặc tính mạch trong chế độ xác lập, nhưng 
việc rút ra các đặc trưng dòng, áp của mạch rất khó khăn, đòi hỏi tích phân những hàm lượng giác 
có cả hàm mũ. 
 d. Khảo sát dòng áp trên tải bằng nguyên lý xếp chồng: 
 Nguyên lý xếp chồng được phát biểu như sau: Tác dụng của một tín hiệu có chu kỳ trên hệ 
thống tuyến tính có thể được xác định bằng tổng các tác dụng trên hệ tuyến tính này của các 
thành phần Fourier hợp thành tín hiệu đó. 
 Vậy nguyên lý xếp chồng cho thấy ý nghiã của các thành phần Fourier và cho ta một 
phương pháp khảo sát các mạch điện tử công suất ở chế độ xác lập, ví dụ dòng tải có thể tính như 
sau: 
 - Giá trị trung bình dòng qua tải có thể xác định bằng cách tính dòng qua tải khi đặt lên tải 
điện áp một chiều bằng giá trị trung bình áp trên tải. 
 - Các sóng hài (hình sin) bậc cao của điện áp nguồn sẽ tạo ra dòng điện hình sin có cùng 
tần số chạy qua tải. 
 Và dòng điện thực sự chạy qua mạch sẽ là tổng của các thành phần này. Phương pháp này 
không cho ta kết kết quả chính xác vì không thể tính hết các sóng hài cũng như tổng chúng lại. 
Thực tế ta chỉ cần tính tác dụng của những thành phần có ảnh hưởng lớn mà thôi. 
v
R1
100 ohm
R2
100 ohm
C1
1 microF
 Hình vd2: Mạch RC cung cấp bằng xung vuông 
 Ví dụ 3: Tính dòng và áp trung bình qua điện trở R2 của mạch điện hình Vd2. áp nguồn v 
có dạng trên hình Vd2.a, V = 200 volt. 
 Giải: Trị trung bình áp ra: 
2 / 6
0 0
1 1. .
3
T T
o
VV vdt V dt
T T
= = =∫ ∫ 
 => trị trung bình dòng ra IO = (200/3)/200 = 1/3 A và trị trung bình áp trên mỗi điện trở 
tải Vo1 = Vo/ 2 = 33.3 V 
Vo
Vo1
Io
R2
100 ohm
R1
100 ohm
Dàn bài điện tử cơng suất 1 
Trang 7/ Chương 1_Mở đầu © Huỳnh Văn Kiểm 
T
t
V
v
Hình Vd2.a: dạng áp nguồn tính bằng số 
Hình Vd2.b: Mạch tương đương với thành phần 
một chiều 
 e. Dùng biến đổi Laplace rời rạc. 
 f. Khảo sát mô hình toán mạch ĐTCS bằng máy tính (dùng chương trình mô phỏng) hay 
khảo sát mô hình thực tế trong phòng thí nghiệm: 
 Thuật toán tổng quát để khảo sát mạch ĐTCS bằng máy 
tính: 
 Nhận xét: Việc khảo sát bằng máy tính ứng dụng phương 
pháp số để giải phương trình vi phân cho ta dòng áp qua các phần 
tử theo từng sai phân thời gian Δ t. 
 I.4 TÓM TẮT CÁC Ý CHÍNH: 
 Sau khi học chương 1, cần nắm vững các nội dung sau: 
 - Công thức tính toán trị trung bình, hiệu dụng của dòng 
điện (điện áp) và ý nghiã của nó. 
 - Nguyên lý hoạt động của các ngắt điện điện tử, cách vận dụng vào khảo sát một mạch 
điện tử công suất. 
 I.5 BÀI TẬP: 
 1. Tính và vẽ dạng dòng iO qua tải. Cho biết quá 
trình làm việc của mạch như sau: 
- t = 0: khóa K đóng với dòng ban đầu qua tải iO = 0. 
- Sau khi K đóng đủ lâu để dòng qua tải iO xem như đạt 
giá trị xác lập, ta mở khóa K. 
e
K
oi
R
v
vL
ov
+
_
R
L
D
 Áp nguồn một chiều e = E. 
2. Tính và vẽ dạng dòng qua tải iO, áp trên tụ 
vC theo thời gian trong các điều kiện đầu (khi K đóng): 
a. L và C không tích trữ năng lượng. 
b. vC (0) = - E; iO (0) = 0. 
e = E
K
oi
R
v
Lv
ov =
+
_
C
v
R
L
C
 Bước mở đầu: Xác 
định dòng áp qua các 
phần tử ở thời gian t = 
0+ 
 Bước 1: Dựa vào 
tín hiệu điều khiển và 
dòng, áp qua các ngắt 
điện, 
Học kì 2 năm học 2004-2005 
Trang 8/ Chương 1_Mở đầu 
 3. Giải lại bài 2 khi có diod D nối 
tiếp với nguồn. 
 R đủ nhỏ để dòng áp có tính dao 
động. 
i
v =
C
v
o
o R
e = E+_
vL
K
v
R
C
L
D
 4. Giải lại bài 2 khi có diod D song song ngược 
với RLC. Khảo sát thêm trường hợp c: 
c. vC (0) = - E; iO (0) = I1 khi khóa K đóng. 
 R đủ nhỏ để dòng áp có tính da ...  
loại nhân và tín hiệu điều khiển biên độ được đưa 
vào chân áp chuẩn REF của nó. 
 Khối điều khiển điện áp ĐKU có thể đơn 
giản thực hiện quan hệ U / f = hằng số, hay gồm 
600
300
2512.5 50
k = 24 k = 12
k = 6
f
f
c
o
c c
Hình 5.32: quan hệ tần số sóng mang fC và tần 
số ngỏ ra fO 
cả việc bù giảm tốc theo tải. 
 Với sơ đồ hình 5.31 ta có sự đồng bộ giữa các hình sin chuẫn 3 pha và sóng mang tam 
giác. Vì chỉ có một sóng mang dùng cho ba pha hình sin, tần số sóng mang fC cần là bội sáu của 
tần số ngỏ ra fO để các dạng sóng ngỏ ra giống nhau. Điều này sẽ không thật sự cần thiết khi tỉ số 
fC / fO khá lớn (vài chục). 
 Hình 5.32 là một ví dụ minh họa qui luật thay đổi fC theo fO (đường đậm trên hình) với 
fCMAX = 600 Hz và fCMIN = 300 Hz. kC = fC / fO là bội số điều chế. Khi tần số bé hơn 12.5 Hz 
ta không cần có sự đồng bộ giữa hai tín hiệu. Một khó khăn khác phát sinh là khi kC thay đổi, có 
sự thay đổi không liên tục của sóng hài bậc 1 của điện áp ra. 
 3. Mạch điều khiển nghịch lưu dùng chương trình ROM: 
Với nhận xét trạng thái của các ngắt 
điện bán dẫn trong bộ nghịch lưu điề 
khiển độ rộng xung là đóng hay ngắt 
một cách tuần tự có chu kỳ, không 
thay đổi nếu dạng sóng ngỏ ra 
không đổi (như dạng sóng triệt tiêu 
các hài chọn trước đã khảo sát); có 
thể ghi trạng thái đóng ngắt sau các 
khoảng thời gian bằng nhau của 
V
f
Uđk
PC
 ĐO TẦN
 SỐ 
ROM Đến các
ngắt điện
2 : Địa chỉ quét trong chu kỳ
1 : Địa chỉ chọn chu kỳ
1
2
Đồng bộVFC
Hình 5.33: Mạch điều khiển nghịch lưu dùng chương trình ROM 
các ngắt điện thành chương trình của bộ nhớ chỉ đọc ROM. Chương trình này sẽ được truy xuất 
tuần tự để điều khiển các ngắt điện của bộ nghịch lưu, tạo ra dạng sóng mong muốn . Hình 5.33 
trình bày một sơ đồ khối thực hiện nguyên lý này. Điện áp điều khiển Uđặt được biến thành tần số 
qua bộ biến đổi điện áp/tần số VFC, làm xung nhịp cho bộ đếm chương trình PC, là bộ phận cung 
cấp địa chỉ cho ROM. PC là bộ đếm nhị phân có số trạng thái bằng số trạng thái tạo thành dạng 
sóng điều khiển nghịch lưu trong môt chu kỳ áp ra. Nội dung của ROM đã được tính toán sao cho 
đảm bảo áp ra có trị số mong muốn (điều khiển áp) và sóng hài bậc cao bé (hạn chế hài bậc cao). 
Khi thay đổi Uđặt ,tần số xung nhịp PC thay đổi và tần số ngỏ ra được được thay đổi theo tỉ lệ. 
 Để thay đổi dạng sóng ngỏ ra theo tần số, ROM chứa nhiều dạng sóng ứng với các tần số 
khác nhau và khối đo tần số sẽ thay đổi phần địa chỉ do nó quản lý để chỉ đến vùng dữ liệu tương 
ứng. Có thể xem dạng sóng một chu kỳ ở một tần số là một trang và các trạng thái của các ngắt 
Bài giảng tĩm tắt mơn Điện tử cơng suất 1 
Trang 25/Nghịch lưu độc lập và biết tần © Huỳnh Văn Kiểm 
điện trong một dạng sóng là những dòng trong một trang. Vậy PC cung cấp địa chỉ các dòng và bộ 
đo tần số cung cấp địa chỉ trang. Tín hiệu đồng bộ từ PC yêu cầu bộ đo tần số chỉ được phép thay 
đổi ngỏ ra ở đầu các trang để tránh những thay đổi dạng sóng không kiểm soát. 
 Ví dụ: 
 - Tần số ngỏ ra nghịch lưu fO thay đổi từ 1 .. 64 : Chọn mỗi Hz là một dạng sóng, suy ra 
ROM có 64 trang dạng sóng, điïa chỉ trang gồm 6 bit. 
 - Chọn mỗi dạng sóng có N = 255 trạng thái (chọn chia chẵn cho 3) có thể địa chỉ hóa 
bằng 8 bit. Vậy PC là bộ đếm nhị phân 8 bit nhưng được reset ở trạng thái thứ 255 và ROM cần 14 
chân địa chỉ, tương ứng dung lượng là 128 Kbit hay 16 Kbyte. 
 - Tần số xung nhịp của PC là N. fO = 255.fO , cực đại bằng 255*64 = 16.32 kHz . 
 - Có thể sử dụng bộ đếm 6 bit để làm bộ đo tần số, thời gian mở cổng là 64/16320 = 3.92 
mili giây ( đếm được 64 xung ở tần số xung nhịp bằng 16.32 kHz). 
 - Khi quy định sự thay đổi của biên độ Uđặt và khoảng tần số ngỏ ra tương ứng, có thể suy 
ra hệ số của VFC. 
 Ưu điểm của phương pháp này là có thể điều khiển điện áp và hạn chế sóng hài bậc cao 
với chất lượng khá tốt trong khi mạch xử lý rất đơn giản. Nhược điểm lớn nhất là dạng sóng ở mỗi 
tần số là đã định trước, không thể thay đổi theo điều kiện thực tế ví dụ như áp lưới giảm so với 
tính toán, hay cần bù sụt áp theo tải ... , số dạng sóng là hữu hạn. 
 4. Sử dụng vi xử lý cho điều khiển nghịch lưu: 
 Việc sử dụng các phần tử tính toán cho điều khiển có các đặc tính: 
 - Chức năng điều khiển phong phú, thay đổi dể dàng. 
 - Tính tích hợp cao: giảm kích thước hệ thống, giảm khả năng hỏng hóc. 
 - Thực hiện được các thuật toán điều khiển từ đơn giản đến rất phức tạp với giá thành 
không tăng theo tỉ lệ. 
 - Ngoài khả năng điều khiển, vi xử lý còn đáp ứng được các yêu cầu của một thiết bị công 
nghiệp hiện đại mà giá thành không tăng nhiều: điều khiển từ xa, ghi nhận trạng thái làm việc 
(lỗi), nối mạng thông tin, giao diện hân thiện với người dùng 
 Hệ thống điều khiển như vậy là một máy tính cho mục đích điều khiển, có thể có bộ giao 
tiếp với các ngoại vi tương tự để lấy đặc tính dòng áp, có khả năng tính toán mạnh để thực hiện 
được các thuật toán phức tạp (tính ma trận, sin cos) với độ chính xác cần thiết. Để điều khiển chất 
lượng cao, thường phải dùng vi xử lý > 8 bit + DSP (bộ xử lý tín hiệu số). 
V.6 BIẾN TẦN: 
 Là bộ biến đổi điện xoay chiều của lưới công nghiệp thành điện 3 pha có tần số thay đổi, 
biến tần hiện được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp để điều khiển tốc độ động cơ AC. Đây là 
phương án hiệu quả nhất: 
- Có thể sử dụng động cơ không đồng bộ rẻ tiền, chắc chắn 
- Điều khiển tần số động cơ AC là phương áp có hiệu suất cao, chất lượng tốt. 
Các bộ biến tần có mạch động lực đắt tiền, sơ đồ điều khiển phức tạp, chỉ được phổ biến 
trong thời gian gần đây nhờ sự phát triển vượt bậc của công nghệ chế tạo bán dẫn, ở cả lĩnh vực vi 
mạch và công suất. 
Học kì 2 năm 2004-2005 
Trang 26/Nghịch lưu độc lập và biết tần  
Có hai dạng biến tần: Biến tần trực tiếp (cyclo-converter) và biến tần qua trung gian một 
chiều. 
hình 6.6.1.a: Áp ra (một pha) biến tần trực tiếp sử 
dụng BBĐ đảo chiều là hai cầu 3 pha, điều khiển 
chung tuyến tính. a, b là hai góc ĐKP của hai bộ 
chỉnh lưu, thay đổi theo luật tam giác. 
hình 6.6.1.b: Áp ra (một pha) biến tần trực tiếp sử dụng 
BBĐ đảo chiều là hai cầu 3 pha sử dụng ngắt điện 
chuyển mạch cưỡng bức, tạo ra áp có tần số cao hơn tần 
số lưới điện. 
- Biến tần trực tiếp chính là bộ biến đổi đảo chiều (chỉnh lưu điều khiển pha đảo chiều), 
được điều khiển để có áp ngỏ ra thay đổi cực tính có chu kỳ: áp ra xoay chiều này chỉ có thể có 
tần số khá bé so với tần số lưới điện. Bộ biến đổi đảo chiều hình 4.6.3 có thể làm thành một pha 
của bộ biến tần trực tiếp với thuật toán điều khiển thích hợp. Khi thay thế SCR bằng ngắt điện có 
điều khiển khóa, ta có thể nhận được nhiều tính năng tốt hơn. 
- Biến tần có trung gian một chiều có sơ đồ khối như hình 6.6.2, gồm hai bộ phận: chỉnh 
lưu đầu vào và nghịch lưu ở đầu ra. Tổ hợp hai BBĐ này làm ra nhiều sơ đồ khác nhau với khả 
năng và phạm vi sử dụng rất khác biệt. Thuật toán điều khiển biến tần cũng rất phong phú, và 
hiện vẫn tiếp tục phát triển cùng với việc ứng dụng công cụ điều khiển mới nhằm nâng cao chất 
lượng hoạt động. 
 Có hai loại: Biến tần với nghịch lưu nguồn 
dòng (NLND) và nghịch lưu nguồn áp (NLNA). 
Các biến tần này cần đảm bảo các yêu cầu: 
 - Thực hiện được logic ba pha, thay đổi tần 
số ra. 
 - Điều khiển áp theo đặc tính của tải, ví dụ 
nếu tải động cơ phải đảm bảo mạch từ không bảo 
hòa bằng quan hệ U/f = hằng số như đã khảo sát. 
 - Hạn chế được sóng hài áp (dòng). Đặc 
NL
NA3 3
Lưới Tải
NL
ND3 3
Lưới Tải
L
C
L
Hình 5.34: Biến tần có trung gian một chiều 
tính này phụ thuộc vào sơ đồ động lực, algorit điều khiển nghịch lưu. 
Nguyên lý điều khiển động cơ AC dùng biến tần: 
Khi tần số thay đổi, từ trường quay của các cuộn dây xtator có tốc độ thay đổi theo quan 
Bài giảng tĩm tắt mơn Điện tử cơng suất 1 
Trang 27/Nghịch lưu độc lập và biết tần © Huỳnh Văn Kiểm 
hệ 
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 cho điều khiển động cơ không đồng bộ dùng phương pháp thay đổi 
tần số: 
 - Điều khiển U/f hằng: khi tần số thay đổi, điện áp đặt vào cuộn dây cũng thay đổi tỉ lệ để 
tránh việc tăng mật độ từ thông dẫn để tăng dòng từ hoá. 
 -Điều khiển vector động cơ KĐB: 
 Là phương án hiện đại, sử dụng các vi xử lý mới có khả năng tính toán rất mạnh để điều 
khiển động cơ KĐB. 
 Phương án này khắc phục nhược điểm quan trọng của các sơ đồ điều khiển U/f hằng là 
momen động cơ thấp, đặc biệt khi tần số làm việc nhỏ hơn 3 Hz. BBĐ điều khiển U/f hằng chỉ 
cung cấp cho động cơ một điện áp ba pha tương ứng tần số làm viêc, dòng qua động cơ thay đổi 
theo trạng thái của động cơ. 
 Bằng cách khống chếù độc lập dòng từ hoá (tạo ra từ thông khe hở) và dòng rotor (tạo ra 
momen quay), biến tần điều khiển vector có thể điều khiển được momen động cơ KĐB như đã 
làm với động cơ một chiều, bên cạnh khả năng điều khiển tốc độ thông qua sự thay đổi tần số. 
 Có hai sơ đồ điều khiển vector: có phản hồi vị trí rotor (có cảm biến vị trí) và không dùng 
cảm biến (sensorless). Sơ đồ đầu tiên cho phép điều khiển chính xác nhưng phải dùng động cơ 
chế tạo riêng trong khi phương án sau có thể dùng động cơ KĐB thông thường. 
Khi biến tần được dùng để điều khiển tốc độ động cơ, sơ đồ điều khiển còn có các chức 
năng: hạn chế sụt tốc khi hoạt động, bảo vệ quá tải, điều khiển thời gian tăng, giảm tốc. 
V.7 ỨNG DỤNG: 
 1. Các bộ nguồn tần số cao: 
 Như đã giới thiệu trong mục phân loại, ta có thể nung nóng cảm ứng các vật liệu đẫn điện 
bằng dòng điện cảm ứng. 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). 
 Có thể sử dụng NL nối tiếp hay song song với ngắt điện là thyristor trong các bộ nguồn 
tần số cao. Ở tần số lớn hơn 100 KHz, có thể dùng transistor hay các đèn chân không truyền 
thống. 
 Như đã khảo sát ở V.2, các sơ đồ NL song song có dạng NL nguồn dòng với tải cộng 
hưởng là cuộn dây làm việc và điện dung bù cos φ cho nó. Trong thời gian gần đây, người ta bắt 
đầu dùng transistor với các sơ đồ có chuyển mạch khi dòng (áp) bằng không. 
 2. Cấp điện đóng ngắt (bộ nguồn xung) sử dụng nghịch lưu: 
Bộ nghịch lưu có thể dùng cho bộ cấp điện đóng ngắt có sơ đồ khối hình 4.21 của chương 4, biến 
đổi điện một chiều thành xoay chiều, cung cấp cho biến áp tần số cao. Nhờ đó kích thước và giá 
thành biến áp này và mạch lọc ngỏ ra giảm đáng kể. 
 Mạch nghịch lưu có dạng sơ đồ nửa cầu khi công suất nhỏ hơn 500 w và sơ đồ cầu khi lớn 
hơn. Trong hình 5.7.1.a, T1 là biến áp giảm (tăng) áp, ta có ngỏ ra một chiều sau khi chỉnh lưu và 
lọc phẳng. Để có áp ra ổn định, ngỏ ra được phản hồi để thay đổi độ rộng xung bộ nghịch lưu. 
Học kì 2 năm 2004-2005 
Trang 28/Nghịch lưu độc lập và biết tần  
Với sơ đồ nửa cầu, điều khiển không 
hoàn toàn được sử dụng. Do ngỏ ra biến 
áp được chỉnh lưu, tải bộ nghịch lưu được 
xem là thuần trở. 
 Hình 6.7.1.b là mạch điều khiển, 
tác dụng đẩy kéo (push pull - hay luân 
phiên dẫn điện của S1 và S2) nhờ bộ 
chia hai dùng flip–flop. Đây là hạt nhân 
của vi mạch TL494. 
 23. Bộ nguồn xoay chiều không 
gián đoạn (bộ lưu điện hay 
uninterrupted – power – supply): 
V
S1
+
_ S2
D1
D2
C1
C2
T1
T1
L1
C3
Hình 5.25.a: mạch động lực phần nghịch lưu của cấp điện 
đóng ngắt (bộ nguồn xung)- sơ đồ nửa cầu 
Uđk
u
ĐB
S1
S2
Dao động tam giác
1
2
3
4
5
6
2
CLK
Q
- Q
Hình 5.25.b: mạch điều khiển nghịch lưu dẩy kéo ( dùng 
trong cấp điện đóng ngắt ) 
Nạp
Accu
Nghịch 
lưu
Lưới
Tải
Chuyển mạch
Điều khiển
Hình 6.7.2: Sơ đồ khối bộ nguồn xoay chiều không gián đoạn 
 Hình 6.7.2 trình bày sơ đồ khối bộ lưu điện (UPS), được sử dụng cho các thiết bị dùng điện 
quan trọng không thể mất điện bất ngờ như máy chủ của mạng máy tính hay các máy điện tử y tế. 
UPS sẽ cung cấp điện tạm thời khi mất lưới trong khi chờ lưu dữ liệu đang làm việc hay cho chạy 
máy phát dự phòng. Sơ đồ khối bao gồm bộ nghịch lưu sử dụng accu và bộ chuyển mạch (rơ le 
hay TRIAC). Bình thường tải 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. Thời gian chuyển mạch phải 
đủ bé, khoảng vài chục msec để tải xem như được cung cấp điện không gián đoạn. Bộ nạp accu tự 
động đảm bảo hệ thống luôn sẵn sàng làm việc. Có loại UPS không có bộ chuyển mạch và bộ 
nghịch lưu luôn làm việc, như là bộ biến tần có khâu trung gian một chiều với nguồn dự phòng là 
accu ở mạch một chiều (loại ON-LINE). 
 Ở các bộ UPS công suất bé (< 1.5 kW), mạch nghịch lưu là một pha sử dụng biến áp có 
điểm giữa, thích hợp với accu có điện áp bé (12V hay 24V). Áp ra được diều 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). 
Nơi chia sẻ Ebook - Software - Ứng dụng Điện - Điện Tử
Học tập - Thảo luận – Phát triển Điện - Điện Tử
http:// www.biendt.110mb.com
Liên hệ : nguyenvanbientbd47@gmail.com
Y/M : nguyenvanbien_gtvt_ht88
 biendt