Giáo trình Mô đun Điện tử công suất - Điện công nghiệp

n dòng. 
Chẳng hạn điều khiển góc kích α của bộ chỉnh lưu có điều khiển hoặc điều khiển 
tỉ số thời gian ᵧ khi có nguồn DC điều khiển bằng bộ biến đổi điện áp một chiều. 
 Giản đồ xung kích cho trên (hình 5-7) 
S1 
100 
 Tần số dòng điện tải được điều khiển bởi giản đồ kích cho bộ nghịch lưu 
dòng. Góc kích đóng cho mỗi công tắc trong bộ nghịch lưu dòng điện như nhau 
và bằng 2π / m với m là số pha của bộ nghịch lưu. 
 Ví dụ, đối với bộ nghịch lưu dòng ba pha, xung kích đóng cho các công tắc 
nhóm trên lần lượt thực hiện gửi đến các linh kiện S1, S3, và S5 với độ rộn xung 
bằng 2π / 3. Tương tự cho các linh kiện nhóm dưới. 
 Các thành phần sóng hài của dòng điện tải có biên độ tương đối cao. Do đó 
ảnh hưởng nhiều đến hoạt động của tải. Dạng sóng dòng điện có thể cải tiến 
thuận lợi hơn bằng cách kéo dài thời gian chuyển mạch giữa các công tắc dẫn 
điện, chẳng hạn nhờ mạch tích năng lượng hoặc bộ chuyển mạch. 
5.1.2. Điều khiển nghịch lưu dòng theo biên độ 
a.Thiết bị và dụng cụ chuẩn bị 
- Bộ dụng cụ cầm tay nghề điện tử 
- Panel chân cắm nhỏ. 
- Máy đo VOM và DVOM 
- Máy hiện sóng 2 kênh 40MHz 
- Linh kiện điện tử rời phục vụ cho bài. 
- Mạch in đã được thiết kế sơ đồ sẵn. 
- Dây nối mạch điện. 
- Linh kiện làm tải giả cho mạch. 
- Chì hàn, nhựa thông 
Hình 5-7. Giản đồ xung kích 
101 
- Dây có chốt cắm 2 đầu. 
b. Qui trình thực hiện 
 + Lắp ráp mạch theo sơ đồ hình cho trước: 
+ Cấp nguồn cho mạch, cấp nguồn cho điện áp kích. 
+ Thay đổi điên áp DC. Đo điện áp đầu vào/ đầu ra, đo dạng điện áp 
vào / ra của mạch .Nhận xét. 
+ Tự thiết kế mạch theo yêu cầu cho trước về các giá trị điện áp đầu ra 
và dòng tiêu thụ trên tải. 
+ Kết luận hoạt động của mạch 
c. Báo cáo thí nghiệm 
 Sinh viên cần hoàn thành các yêu cầu sau: 
- Trình bày quá trình thí nghiệm theo trình tự hướng dẫn 
- Ghi các kết quả thí nghiệm vào báo cáo. 
- Giải thích các kết quả thu được. 
- Nhận xét, đánh giá và so sánh các kết quả. 
5.2.Phương pháp điều chế độ rộng xung 
5.2.1. Nội dung phương pháp điều chế độ rộng xung 
 Qúa trình chuyển mạch giữa các nhánh công tắc trong bộ nghịch lưu dòng 
tạo nên các xung gai quá điện áp tác dụng không tốt đến hoạt động các phần tử 
trong mạch điện. 
 Độ lớn các gai điện áp có thể giảm bớt bằng cách kéo dài thời gian chuyển 
mạch. Thông thường chức năng này thực hiện nhờ tụ điện chứa trong mạch. Để 
các xung gai quá điện áp giảm càng nhiều, tụ điện càng lớn và thời gian chuyển 
mạch càng kéo dài. Do đó, tần số đóng cắt của các công tắc không thể cao được. 
 Phương pháp này đòi hỏi độ lớn dòng điện DC phải điều khiển được như 
phương pháp điều biên và thực hiện điều rộng xung trên mạch nghịch lưu dòng 
để cải tiến dạng sóng dòng điện ở ngõ ra nhất là ở dãy tần số làm việc thấp. 
 Phương pháp điều chế độ rộng xung của bộ nghịch lưu dòng ba pha cho 
dạng dòng điện ra một phần với dạng cho bởi phương pháp 6 bước. Tại một số 
vị trí, dòng điện qua pha tải sẽ có độ lớn bằng 0 thay vì ± I và ± I thay vì 0 tại 
một số vị trí khác. 
 Xét dòng điện it1 qua pha 1 chẳng hạn khi S2 dẫn, bằng cách lần lượt đóng 
ngắt liên tục S1 và S3, ta có độ lớn dòng tải it1 ( hình 5-8 ) 
 it1 = I khi S1 đóng, S3 ngắt 
 it1 = 0 khi S3 đóng, S1 ngắt 
 Để đạt được sóng dòng điện ba pha đối xứng, dạng dòng điện được điều 
chế của mỗi pha phải chứa xung trung tâm rộng tối thiểu bằng π/3. Khi hai pha 
đang được điều chế xung, pha thứ ba không được thay đổi trạng thái dẫn điện. 
 Gọi n là số lần thay đổi trạng thái dòng điện pha tải trong ¼ chu kỳ dòng 
tải, nếu chọn vị trí kích thích hợp các công tắc, ta có thể khử bỏ ( n-1 ) sóng hài 
102 
của dòng tải, đồng thời điều khiển biên độ sóng hài cơ bản theo giá trị cho 
trước. 
5.2.2. Điều khiển bộ nghịch lưu dòng theo độ rộng xung 
a.Thiết bị và dụng cụ chuẩn bị 
- Bộ dụng cụ cầm tay nghề điện tử 
- Panel chân cắm nhỏ. 
- Máy đo VOM và DVOM 
- Máy hiện sóng 2 kênh 40MHz 
- Linh kiện điện tử rời phục vụ cho bài. 
- Mạch in đã được thiết kế sơ đồ sẵn. 
- Dây nối mạch điện. 
- Linh kiện làm tải giả cho mạch. 
- Chì hàn, nhựa thông 
- Dây có chốt cắm 2 đầu. 
b. Qui trình thực hiện 
 + Lắp ráp mạch theo sơ đồ hình cho trước: 
+ Cấp nguồn cho mạch, cấp nguồn cho điện áp kích. 
+ Thay đổi độ rộng xung. Đo điện áp đầu vào/ đầu ra, đo dạng điện áp 
vào / ra của mạch .Nhận xét. 
+ Tự thiết kế mạch theo yêu cầu cho trước về các giá trị điện áp đầu ra 
và dòng tiêu thụ trên tải. 
+ Kết luận hoạt động của mạch 
c. Báo cáo thí nghiệm 
 Sinh viên cần hoàn thành các yêu cầu sau: 
- Trình bày quá trình thí nghiệm theo trình tự hướng dẫn 
It
It
It
Hình 5-8 .Điều chế độ rộng xung 
103 
- Ghi các kết quả thí nghiệm vào báo cáo. 
- Giải thích các kết quả thu được. 
- Nhận xét, đánh giá và so sánh các kết quả. 
6.Bộ biến tần gián tiếp 
Mục tiêu: 
 - Trình bày được nguyên lý hoạt động của bộ biến tần gián tiếp 
 - Lắp ráp, kiểm tra, sửa chữa được những hư hỏng của mạch. 
6.1. Bộ biến tần áp gián tiếp 
6.1.1. Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của mạch 
 Sơ đồ mạch được cho trên (hình 5-9) và sơ đồ có điều kiển được cho trên 
(hình 5-10) 
 Biến tần nguồn áp dùng chỉnh lưu có điều khiển (hình 5-10) 
ZA ZB ZC
ZA ZB ZC
Hình 5-9. Mạch biến tần nguồn áp 
Hình 5-10. Biến tần nguồn áp dùng chỉnh lưu có điều khiển 
104 
 Biến tần nguồn áp dùng chỉnh lưu không điều khiển và bộ biến đổi xung áp 
một chiều. 
 Biến tần nguồn áp loại này, điện áp 1 chiều cung cấp có thể dùng chỉnh lưu 
có điềukhiển hoặc chỉnh lưu không điều khiển sau đó điều chỉnh nhờ bộ biến đổi 
xung áp. 
 Với hình b thì hệ số công suất của sơ đồ không đổi, không phụ thuộc vào tải, 
tuy nhiên sơ đồ qua nhiều khâu biến đổi và hiệu suất sẽ kém do đó chỉ phù hợp 
cho tải nhỏ, dưới 30kw. 
 Đặc điểm: 
 Dạng điện áp ra xung chữ nhật, biên độ được điều chỉnh nhờ thay đổi điện áp 1 
chiều, hình dạng điện áp ra không phụ thuộc vào tải, dòng điện do tải xác định, 
điện áp ra có độ méo lớn có thể không phù hợp với 1 số loại phụ tải. 
 Hiện nay, loại này được chế tạo chủ yếu với điện áp ra biến điệu bề rộng 
xung. 
6.1.2. Lắp ráp và khảo sát hoạt động mạch 
a.Thiết bị và dụng cụ chuẩn bị 
- Bộ dụng cụ cầm tay nghề điện tử 
- Panel chân cắm nhỏ. 
- Máy đo VOM và DVOM 
- Máy hiện sóng 2 kênh 40MHz 
- Linh kiện điện tử rời phục vụ cho bài. 
- Mạch in đã được thiết kế sơ đồ sẵn. 
- Dây nối mạch điện. 
- Linh kiện làm tải giả cho mạch. 
- Chì hàn, nhựa thông 
- Dây có chốt cắm 2 đầu. 
b. Qui trình thực hiện 
 + Lắp ráp mạch theo sơ đồ hình cho trước: 
+ Cấp nguồn cho mạch, cấp nguồn cho điện áp kích. 
+ Thay đổi góc kích. Quan sát hiện tượng của tải. Đo điện áp đầu vào/ 
đầu ra.Nhận xét. 
+ Tự thiết kế mạch theo yêu cầu cho trước về các giá trị điện áp đầu ra 
và dòng tiêu thụ trên tải. 
c. Báo cáo thí nghiệm 
 Sinh viên cần hoàn thành các yêu cầu sau: 
- Trình bày quá trình thí nghiệm theo trình tự hướng dẫn 
- Ghi các kết quả thí nghiệm vào báo cáo. 
- Giải thích các kết quả thu được. 
- Nhận xét, đánh giá và so sánh các kết quả. 
6.2. Bộ biến tần dòng gián tiếp 
105 
6.2.1. Sơ đồ mạch 
 Loại này dùng chỉnh lưu có điều khiển, nghịch lưu SCR. Đặc điểm của nó là 
dạng dòng điện của nguồn 1 chiều xác định dạng dòng điện ra trên tải, còn dạng 
điện áp ra trên tải phụ thuộc tính chất của tải. 
 Ưu điểm cơ bản của bộ biến tần loại này là có sơ đồ đơn giản nhất và sử dụng 
loại SCR với tần số không cao lắm. 
 Sơ đồ mạch được cho trên (hình 5-11) 
6.2.2. Hoạt động 
 Bộ chỉnh lưu có điều khiển cùng với cuộn cảm tạo nên nguồn dòng cấp cho 
bộ nghịch lưu. Nghịch lưu ở đây là sơ đồ nguồn dòng song song, hệ thống tụ 
chuyển thành mạch được cách ly với tải qua hệ thống điốt cách ly, dòng ra 
nghịch lưu có dạng xung CN , điện áp ra có dạng tương đối hình sin nếu phụ tải 
là động cơ. 
 Loại biến tần này có đặc điểm: khi dùng với động cơ không đồng bộ là sơ đồ 
có khả năng trả năng lượng về lưới, khi động cơ chuyển sang chế độ máy phát 
dòng đầu vào nghịch lưu vẫn được giữ không đổi nhưng chỉnh lưu chuyển sang 
chế độ nghịch lưu phụ thuộc nhờ đó năng lượng từ phía nghịch lưu được đưa về 
lưới. 
 Sơ đồ này không phù hợp với công suất nhỏ vì hiệu suất kém và cồng kềnh, 
nhưng với công suất cỡ trên 100 kw thì lại phù hợp. 
 Nhược điểm của sơ đồ này là hệ số công suất thấp và phụ thuộc vào tải, nhất 
là khi tải nhỏ. 
6.2.3. Lắp ráp và khảo sát hoạt động mạch 
a.Thiết bị và dụng cụ chuẩn bị 
- Bộ dụng cụ cầm tay nghề điện tử 
- Panel chân cắm nhỏ. 
- Máy đo VOM và DVOM 
M
Hình 5-11. Mạch biến tần nguồn dòng 
106 
- Máy hiện sóng 2 kênh 40MHz 
- Linh kiện điện tử rời phục vụ cho bài. 
- Mạch in đã được thiết kế sơ đồ sẵn. 
- Dây nối mạch điện. 
- Linh kiện làm tải giả cho mạch. 
- Chì hàn, nhựa thông 
- Dây có chốt cắm 2 đầu. 
b. Qui trình thực hiện 
 + Lắp ráp mạch theo sơ đồ hình cho trước: 
+ Cấp nguồn cho mạch, cấp nguồn cho điện áp kích. 
+ Thay đổi góc kích. Quan sát hiện tượng của tải. Đo điện áp đầu vào/ 
đầu ra.Nhận xét. 
+ Tự thiết kế mạch theo yêu cầu cho trước về các giá trị điện áp đầu ra 
và dòng tiêu thụ trên tải. 
c. Báo cáo thí nghiệm 
 Sinh viên cần hoàn thành các yêu cầu sau: 
- Trình bày quá trình thí nghiệm theo trình tự hướng dẫn 
- Ghi các kết quả thí nghiệm vào báo cáo. 
- Giải thích các kết quả thu được. 
- Nhận xét, đánh giá và so sánh các kết quả. 
7. Bộ biến tần trực tiếp 
Mục tiêu: 
 - Trình bày được nguyên lý hoạt động của bộ biến tần trực tiếp 
 - Lắp ráp, kiểm tra, sửa chữa được những hư hỏng của mạch. 
7.1. Bộ biến tần trực tiếp một pha 
7.1.1.Sơ đồ mạch và nguyên lý hoạt động 
 Sơ đồ mạch được cho trên (hình 5-12) và sơ đồ điều khiển được cho như (hình 
5-13.) 
107 
 Bộ biến tần có cấu tạo của bộ chỉnh lưu kép. Do đó, phân tích hoạt động và 
phương pháp điều khiển bộ biến tần giống như bộ chỉnh lưu kép. 
7.1.2. Lắp ráp và khảo sát hoạt động mạch 
a.Thiết bị và dụng cụ chuẩn bị 
- Bộ dụng cụ cầm tay nghề điện tử 
- Panel chân cắm nhỏ. 
- Máy đo VOM và DVOM 
- Máy hiện sóng 2 kênh 40MHz 
- Linh kiện điện tử rời phục vụ cho bài. 
- Mạch in đã được thiết kế sơ đồ sẵn. 
- Dây nối mạch điện. 
- Linh kiện làm tải giả cho mạch. 
- Chì hàn, nhựa thông 
- Dây có chốt cắm 2 đầu. 
b. Qui trình thực hiện 
 + Lắp ráp mạch theo sơ đồ hình cho trước: 
+ Cấp nguồn cho mạch, cấp nguồn cho điện áp kích. 
+ Thay đổi góc kích. Quan sát hiện tượng của tải. Đo điện áp đầu vào/ 
đầu ra.Nhận xét. 
+ Tự thiết kế mạch theo yêu cầu cho trước về các giá trị điện áp đầu ra 
và dòng tiêu thụ trên tải. 
c. Báo cáo thí nghiệm 
 Sinh viên cần hoàn thành các yêu cầu sau: 
- Trình bày quá trình thí nghiệm theo trình tự hướng dẫn 
- Ghi các kết quả thí nghiệm vào báo cáo. 
- Giải thích các kết quả thu được. 
- Nhận xét, đánh giá và so sánh các kết quả. 
7.2. Bộ biến tần trực tiếp ba pha 
7.2.1. Sơ đồ và hoạt động của mạch 
 Sơ đồ cơ bản như sau: dùng sơ đồ tia 3 pha và dùng sơ đồ cầu 3 pha. 
Hình 5-12. Biến tần nguồn 
lưới một pha có điều khiển 
Hình 5-13. Sơ đồ điều khiển 
108 
Sơ đồ bộ biến tần trực tiếp 3 pha hình tia 
 Sơ đồ bộ biến tần trực tiếp 3 pha hình cầu 
 Gồm 2 bộ chỉnh lưu nối song song ngược, các bộ phận chỉnh lưu này có thể 
là sơ đồ 3 pha có điểm trung tính, sơ đồ cầu hoặc các bộ chỉnh lưu nhiều pha. Số 
pha của bộ chỉnh lưu càng lớn thì thành phần sang điều hoà bậc cao càng giảm. 
f2 luôn nhỏ hơn hoặc bằng f1 nên tải của bộ biến tần trực tiếp thường là động cơ 
xoay chiều làm việc ở tốc độ thấp. 
 Sơ đồ gồm 03 pha điện áp ra, mỗi pha tạo bởi 1 sơ đồ mà về nguyên tắc 
chính là sơ đồ chỉnh lưu có đảo chiều gồm 02 chỉnh lưu 3 pha ( hình tia) ngược 
chiều nhau , có thể thay mạch cầu chỉnh lưu hình tia thành hình cầu phức tạp vì 
khi đó số SCR tăng gấp 2 và mạch điều khiển sẽ phức tạp hơn. 
 Có 02 phương pháp điều khiển SCR , đó là phương pháp điều khiển riêng và 
Za Zb Zc
N
Za Zb Zc
Hình 5-14. Sơ đồ tia 3 pha 
Hình 5-15. Sơ đồ trực tiếp hình tia 3 pha 
109 
phương pháp điều khiển chung. 
 Dùng phương pháp điều khiển riêng sẽ không cần cuộn kháng cân bằng, còn 
dùng phương pháp điều khiển chung thì cần số cuộn kháng cân bằng. 
 Nguyên lý tạo ra điện áp cho biến tần trực tiếp ở đây dùng cho các SCR 
chuyển mạch tự nhiên, do đó tần số điện áp phải thấp hơn nhiều so với tần số 
lưới ( khoảng 10 – 25 hz). Tuy nhiên, nếu sử dụng các van bán dẫn điều khiển 
hoàn toàn thì có thể đạt được tần số ra cao hơn. 
7.2.2. Lắp ráp và khảo sát hoạt động của mạch 
a.Thiết bị và dụng cụ chuẩn bị 
- Bộ dụng cụ cầm tay nghề điện tử 
- Panel chân cắm nhỏ. 
- Máy đo VOM và DVOM 
- Máy hiện sóng 2 kênh 40MHz 
- Linh kiện điện tử rời phục vụ cho bài. 
- Mạch in đã được thiết kế sơ đồ sẵn. 
- Dây nối mạch điện. 
- Linh kiện làm tải giả cho mạch. 
- Chì hàn, nhựa thông 
- Dây có chốt cắm 2 đầu. 
b. Qui trình thực hiện 
 + Lắp ráp mạch theo sơ đồ hình cho trước: 
+ Cấp nguồn cho mạch, cấp nguồn cho điện áp kích. 
+ Thay đổi góc kích. Quan sát hiện tượng của tải. Đo điện áp đầu vào/ 
đầu ra.Nhận xét. 
+ Tự thiết kế mạch theo yêu cầu cho trước về các giá trị điện áp đầu ra 
và dòng tiêu thụ trên tải. 
c. Báo cáo thí nghiệm 
 Sinh viên cần hoàn thành các yêu cầu sau: 
- Trình bày quá trình thí nghiệm theo trình tự hướng dẫn 
- Ghi các kết quả thí nghiệm vào báo cáo. 
- Giải thích các kết quả thu được. 
- Nhận xét, đánh giá và so sánh các kết quả. 
CÂU HỎI ÔN TẬP 
1.Trình bày nguyên lý hoạt động của mạch nghịch lưu áp một pha? 
110 
2.Xác định nhiệm vụ và chức năng của từng khối trong mạch, kiểm tra, sửa chữa 
được những hư hỏng của mạch ngịch lưu áp một pha? 
3.Trình bày nguyên lý hoạt động của mạch nghịch lưu áp ba pha? 
4.Xác định nhiệm vụ và chức năng của từng khối trong mạch, kiểm tra, sửa chữa 
được những hư hỏng của mạch ngịch lưu áp ba pha? 
5.Trình bày nguyên lý hoạt động của mạch nghịch lưu dòng điện ? 
6.Xác định nhiệm vụ và chức năng của từng khối trong mạch, kiểm tra, sửa chữa 
được những hư hỏng của mạch nghịch lưu dòng điện 
7Trình bày nguyên lý hoạt động của từng phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu 
áp ? 
8. Trình bày nguyên lý hoạt động của bộ biến tần gián tiếp ? 
9. Xác định nhiệm vụ và chức năng của từng khối trong mạch, kiểm tra, sửa 
chữa được những hư hỏng của mạch biến tần gián tiếp? 
9. Trình bày nguyên lý hoạt động của bộ biến tần trực tiếp ? 
10. Xác định nhiệm vụ và chức năng của từng khối trong mạch, kiểm tra, sửa 
chữa được những hư hỏng của mạch biến tần trực tiếp? 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
111 
[1]- Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thịnh, Điện tử công suất, lý thuyết, thiết kế, 
ứng dụng, Nxb Khoa học kỹ thuật 2008. 
[2]- Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh, Điện tử công suất, Nxb 
Khoa học kỹ thuật 2004 
[3]- Võ Minh Chính, Điện tử công suất, Nxb Khoa học kỹ thuật 2008 
[4] - Phạm Quốc Hải, Phân tích và giải mạch điện tử công suất, Nxb Khoa học 
kỹ thuật 2002 
[5] – Lê Đăng Doanh, Nguyễn Thế công, Trần Văn Thịnh, Điện tử công suất tập 
1,2, Nxb Khoa học kỹ thuật 2007