Giáo trình môn Điện tử công suất

p nguồn áp ba pha được trình bày ở Hình 6.12. Sơ đồ gồm 06 van điều khiển hoàn toàn gồm V1, V2, V3, V4, V5, V6 và các điôt ngược D1, D2, D3, D4, D5, D6. Các điốt ngược giúp cho quá trình trao đổi công suất phản kháng giữa tải với nguồn. Đầu vào một chiều là một nguồn áp đặc trưng với tụ C có giá trị đủ lớn. Phụ tải ba pha đối xứng Za = Zb, = Zc. có thể đấu hình sao hay tam giác.
IA
IB
IC
Hình 6.12 : Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu ba pha độc lập
Để tạo ra hệ thống điện áp xoay chiều ba pha có cùng biên độ nhưng lệch nhau một góc 1200 về pha, các van được điều khiển theo thứ tự cách nhau 600. Khoảng điều khiển dẫn của mỗi van có thể trong khoảng 1200 đến 1800. Để thuân tiện cho việc xây dựng hệ thông điều khiển góc điều khiển thường được chon các giá trị 1200, 1500, hay 1800. 
Ngày nay, nghịch lưu áp ba pha thường được dùng chủ yếu với phương pháp biến điệu độ rộng xung, đảm bảo điện áp ra có dạng hình sin. Để dạng điện áp ra không phụ thuộc tải người ta thường dùng biến điệu bề rộng xung hai cực tính, như vậy mỗi pha của mạch điện ba pha có thể điều khiển độc lập nhau.
Vấn đề chính của biến điệu bề rộng xung ba pha là phải có ba sóng sin chủ đạo có biên độ bằng nhau chính xác và lệch pha nhau chính xác 1200 trong toàn bộ giải điều chỉnh. Điều này rất khó thực hiện bằng các mạch tương tự. Ngày nay người ta đã chế tạo các mạch biến điệu bề rộng xung ba pha dùng mạch số bởi các bộ vi xử lý. đặc biệt nhờ đó dạng xung điều khiển ra sẽ tuyệt đối đối xứng và khoảng dẫn của mỗi van sẽ được xác định chính xác, kể cả thời gian trễ của các van trong cùng một pha để tránh dòng xuyên giao giữa hai van. Hình 6.13 mô tả cấu trúc của một hệ thống biến điệu bề rộng xung ba pha. 
Phát sin chuẩn
Phát xung răng cưa
 ụ
 ụ
 ụ
 ụ
 ụ
 ụ
V1
V3
V6
V5
V2
V4
Sin A
Sin B
Sin C
	Hình 6.13: Hệ thống biến điệu bề rộng xung ba pha
4. Thực hành lắp bộ nghịch lưu 
Phần 1: Chuẩn bị 
Máy tính và phần mềm thiết kế mạch
Bộ nguồn cho nội dung thực hành
Bộ dụng cụ cầm tay và bộ dụng cụ thực hành, đo lường điện tử. 
Vật liệu (những thứ tiêu hao trong quá trình thực hành):
Các linh kiện điện tử, mạch điện tử rời để thực hiện theo yêu cầu thực hành 
Mạch in
Nhựa thông
Chì hàn
Các bài thực hành
Thực hành nhận dạng, phân tích mạch
Thực hành lắp ráp mạch
Thực hành sửa chữa mạch
Phần 2: Nội dung thực hành 
Bài thực hành 1: Thực hành nhận dạng và phân tích mạch
Nội dung: 
Giáo viên cung cấp cho học sinh những mạch điện có sẵn tại xưởng thực tập để nhận dạng và phân tích mạch.
Hình thức tổ chức: Tổ chức theo nhóm nhỏ mỗi nhóm từ 2 -4 học sinh. 
Giáo viện hướng dẫn ban đầu cách vẽ sơ đồ mạch điện, học sinh thực hiện vẽ mạch điện được cung cấp dưới sự theo dõi, chỉ dẫn của giáo viên.
Học sinh căn cứ theo sơ đồ vẽ được để nhận dạng, gọi tên mạch điện. Giáo viên hướng dẫn các đặc điểm để nhận dạng và xác nhận kết quả cho học sinh.
Học sinh thảo luận nhóm để phân tích nguyên lý hoạt động của mạch điện dưới sự hướng dẫn của giáo viên.
Bài thực hành 2: Thực hành lắp ráp mạch.
Nội dung: 
Giáo viên cung cấp cho học sinh sơ đồ mạch điện có sẵn tại xưởng thực tập để phân tích mạch và chọn lựa linh kiện theo yêu cầu của mạch.
Hình thức tổ chức: Tổ chức theo nhóm nhỏ mỗi nhóm từ 2 -4 học sinh. 
Giáo viện hướng dẫn ban đầu các nội dung cần thực hiện, học sinh tiến hành công việc dưới sự giám sát của giáo viên.
Bước 1. Cấp nguồn +12Vdc cho mảng sơ đồ biến đổi độ rộng xung bằng phương pháp PWM. Mass nối trực tiếp.
Bước 2. Nối ngã ra của mạch tạo xung với ngã vào của mạch công suất . Ngã ra của mạch nối với tải đèn . Mở nguồn cung cấp , sử dụng dao động ký quan sát dạng sóng trên các điểm đo : ngã ra mạch tạo xung , ngã ra mach so sánh.
Bước 3. Thay đổi giá trị của biến trở VR . Quan sát sự thay đổi dạng sóng của tín hiệu trên tải trở ( đèn ). Giải thích sự thay đổi đó
Bước 4. Thay thế tải trở ( đèn ) bằng tải có tính cảm ( motor ) . Vẽ dạng sóng của tín hiệu trên tải có tính cảm ( motor ) theo điện áp vào .
Bước 5. So sánh dạng sóng trên 2 dạng tải trở và tải có tính cảm . Giải thích sự khác nhau giữa chúng và giải thích nguyên tắt thay đổi điện áp trong trường hợp này.
Hình 6.14 Sơ đồ biến đổi DC dùng phương pháp PWM
Lắp bộ nghịch lưu trong điều khiển động cơ DC
Bước 1. Cấp nguồn +12Vdc cho mảng sơ đồ ứng dụng bộ băm ( hình III ). Mass nối trực tiếp.
Bước 2. Nối ngã ra của mạch tạo xung với ngã vào của mạch công suất .
_ Vị trí A1 nối với A1
_ Vị trí A2 nối với A2
Bước 3. Nối ngã ra của mạch công suất với tải motor.
Bước 4. Mở nguồn cung cấp , sử dụng dao động ký quan sát dạng sóng trên tải .
Bước 5. Thay đổi biến trở quan sát trạng thái làm việc của tải . Giải thích nguyên tắt của mạch
Hình 6.15 Sơ đồ ứng dụng bộ băm điều khiển động cơ DC
 Bài thực hành 3: Thực hành sửa chữa mạch.
Nội dung: 
Giáo viên cung cấp cho học sinh mạch điện hư hỏng hoạch đã được gây sự cố có sẵn tại xưởng thực tập để thực hiện sửa chữa
Hình thức tổ chức: Tổ chức theo nhóm nhỏ mỗi nhóm từ 2 -4 học sinh. 
Giáo viện hướng dẫn ban đầu các nội dung cần thực hiện, học sinh tiến hành công việc dưới sự giám sát của giáo viên.
Học sinh cần phải sử chữa đựơc mạch điện hư hỏng trên cơ sơ trình bày hợp lý, khoa học các biện pháp, phương pháp, nguyên tắc trong sửa chữa, bằng phương pháp tự thuyết trình và viết trên giấy.
Phụ lục
Phần 1 : Hướng dẫn sử dụng biến tần CONTROL TECHNIQUES dòng Commander SK 
Biến tần Control techniques của Mỹ. Có các dòng sản phẩm về biến tần AC là Commander SK, Commander SE và Commander SX. Mỗi dòng sản phẩm giống nhau có một số tính năng khác nhau. Trong tài liệu này chỉ trình bày về Commander SK. 
 1. Sơ đồ đấu nối phần động lực cho SK
Hình 1: Sơ đồ nối dây phần động lực cho biến tần Commander SK
2. Màn hình hiển thị và bàn phím. 
 Màn hình hiển thị được thiết kế gồm 2 cửa sổ. 
Cửa sổ hiển thị bên trái chỉ thông số hoặc Trạng thái hoạt động của Drive ( Inverter ) 
Cửa sổ hiển thị bên phải chỉ Dữ liệu của thông số đang hiện hành .
Hình 2: Màn hình hiển thị của biến tần Commander SK
Bàn Phím có chức năng để thay đổi chế độ màn hình, chọn thông số để thay đổi dữ liệu, chọn thông số để hiển thị , Chức năng của các phiếm như sau : 
M 	Thay đổi chế độ hiển thị của màn hình.(thay đổi MODE) 
 	Chọn thông số hoặc tăng giá trị dữ liệu hoặc tăng tốc độ 
 Chọn thông số hoặc giảm giá trị dữ liệu hoặc giảm tốc độ. 
Phím màu đỏ để RESET hoặc Stop để dừng động cơ ở chế độ chạy bằng bàn phím. 
	Phím màu Xanh lá Run để chạy động cơ ở chế độ chạy bằng bàn phím 
 Phím màu Xanh dương Reverse để đổi chiều quay động cơ ở chế độ chạy bằng bàn phím. 
3. Thao tác và cài đặt các thông số cơ bản
Nhấn M nếu màn hình bên trái chuyển từ rdy , ih  về trạng thái liệt kê thông số , lúc này các chữ số của màn hình chỉ thông số bên trái sẽ chớp sáng liên tục (vd thông số 01 chớp ) 
Nhấn M hai lần để chấm dứt.
Cài mật mã cho inverter : (Sinh viên không cài mật mã trong quá trình thực hành) 
Truy cập vào thông số 25 ( dữ liệu mặc định của nhà sản xuất là: 0 ) 
Thay đổi dữ liệu đến giá trị yêu cầu mật mã của người sử dụng ( trong khoảng từ 0 – 9999 ) 
Sau khi nạp xong mã số ,nhấn M thì giá trị trên màn hình tự động chuyển về 0 để dấu mật mã. 
Truy cập vào thông số 10 , nhập vào 10 = Loc và nhấn M, sau đó nhập lại 10 = L1 và nhấn M hai lần kết thúc qúa trình cài mã.
Giải khóa mật mã cho inverter:
Các trạng thái hiển thị của Inverter: 
rdy :Drive đã sẵn sàng và đợi tín hiệu khởi động START. 
run :Drive đang hoạt động
dEC :Tín hiệu STOP được cấp và Drive đang giảm tốc để dừng. 
TriP :Drive báo lỗi bị sự cố.
Mã báo lỗi các sự cố thường gặp của inverter khi sử dụng ( trip Codes ): 
UU :Điện áp nguồn cung cấp hoặc Bus DC thấp dưới mức cho phép. 
OU :Điện áp nguồn hoặc Bus DC cao vượt mức cho phép. 
OI.AC: Quá dòng AC , ngõ ra của bộ điều khiển ngắn mạch (Chạm chập dây Motor) 
cL1 : Ngõ vào dòng 4 – 20mA đến cổng số 1 bị hở mạch hoặc nhỏ hơn 3mA. 
It.AC :Quá dòng động cơ ( động cơ bị quá tải ), ngõ ra bộ điều khiển bị ngắn mạch, chạm chập dây motor phải giảm tải Motor và Nhấn Reset. 
th : Quá nhiệt động cơ hoặc hở mạch Thermistor. Nhấn Reset. 
rS :Hở dây Motor trong lúc đo Stator hoặc Motor quá nhỏ so với Inverter SK .
Nhấn Reset. 
OVL :Dòng điện Motor lớn hơn mức dòng đã cài đặt. Nên giảm tải của Motor. 
Nhấn Reset. 
Hot :Giải nhiệt công suất của Inverter quá nóng . Nên giảm nhiệt bằng quạt gió và giảm tải. 
EEF :EEPROM bên trong bị lỗi. 
PH :Nguồn vào mất cân bằng pha hoặc mất pha 
O.cL :Ngõ vào dòng vượt qúa 25mA
Lưu ý : 
Khi xuất hiện lỗi OI.AC – cần phải đặt lại thông số động cơ gồm: Vào 06 nhập Amp motor, 07 nhập tốc độ , 08 nhập volt motor và phải vào 38 nhập 1 để tự động đọc dữ liệu motor. 
Sau khi cài đặt xong nhấn M 2 lần, RESET 1 lần và cho Run động cơ . 
Các bước vận hành cơ bản 
Phương pháp cơ bản để đặt chế độ vận hành inverter ( commander SK) là xác lập giá trị đặt tần số bằng chỉ số và chỉ có ít thông số từ bộ gốc (default) cần thay đổi. 
1 Kiểm tra khởi đầu trước khi cấp nguồn.
Kiểm tra tất cả các cáp nối đúng.Tất cả các phần liên quan và vị trí lắp đặt an toàn. 
Kiểm tra tín hiệu cho phép Drive hoạt động ,Cổng B4 phải để hở 
Kiểm tra cổng B5 và B6 phải để hở ( tín hiệu đảo chiều động cơ) 
Kiểm tra động cơ đã nối vào Drive chưa, động cơ phải được nối trưc tiếp, sao hoặc tam giác. 
Kiểm tra cáp đấu nối nguồn Ac cho Drive.
2. Cấp nguồn cho inveterter, trên màn hiển thị sẽ hiển thị 
c.Nhập vào giá trị tần số cực tiểu và cực đại 
Giá trị cực tiểu tại thông số 01(Hz) 
Giá trị cực đại tại thông số 02(Hz) 
d.Nhập vào giá trị thời gian(tính bằng giây) để motor tăng tốc và giảm tốc từ 0-100Hz 
Giá trị thời gian tăng tốc nhập tại thông số 03(s/100Hz) 
Giá trị thời gian giảm tốc nhập tại thông số 04(s/100Hz) 
e.Nhập vào các thông số từ nameplate của motor: 
Nhập vào dòng điều khiển phù hợp cho động cơ tại thông số 06 
Nhập vào tốc độ của động cơ tại thông số 07 
Nhập vào điện áp cú động cơ tại thông số 08 
Nhập vào hệ số cosy của động cơ tại thông số 09
Chú ý : Nếu motor không chuẩn 50/60Hz thì phải set thông số 39=1.
f. Nhấn RUN cho Driver hoạt động lúc này trên màn hiển thị là : 
 Thông số 05 cho chúng ta lựa chọn chức năng điều khiển , Có thể điều khiển bằng các phím trên bộ biến tần hoặc đóng các tiếp điểm chân số B7 của bộ biến tần. 
Cách lựa chọn thông số 05: 
- AI.AV: Đưa tín hiệu Áp(0 –10V) vào cổng T4 hoặc Tín hiệu Dòng (4 – 20mA) vào cổng T2 và chạy bằng cách đóng tiếp điểm của cổng B7. 
- AV.Pr : Tín hiệu Áp(0 – 10V) đưa vào cổng T2, ở chế độ nầy ta chạy được 3 cấp tốc độ khác nhau khi đóng tiếp điểm cổng T4 và B7 của bộ biến tần. 
- AI.Pr:Tín hiệu Dòng(4 – 20mA) đưa vào cổngT2 , ở chế độ nầy ta chạy được3 cấp tốc độ khác nhau khi đóng tiếp điểm cổng T4 và B7 của bộ biến tần. 
- Pr: Chế độ nầy chạy được bốn cấp tốc độ khác nhau khi đóng tiếp điểm cổng B7 của bộ biến tần. 
- Pad:Dùng các phím trên bộ biến tần để điều khiển, Dừng hoặc Chạy, Nhanh Chậm của động cơ. 
- E.pot: 
- Tor:Tín hiệu áp(0-10V) đưa vào cổng T4, tín hiệu dòng(4-20mA) đưa vào cổngT3,đóng tiếp điểm của B7, dùng các phím trên bộ biến tần để điều khiển. 
Pid:Đưa tín hiệu PID tham chiếu T4,tín hiệu áp tham chiếu 0-10V vào T3,tín hiệu hồi tiếp dòng điện PID từ 4-20mA đưa vào T2
Thông số 05 = AI.AV
* Thông số 05 = AV.Pr:
 Thông số 05 = AI.Pr:
Thông số 05 = .Pr:
* Thông số 05 = PAd:
* Thông số 05 =E. Pot:
* Thông số 05 =tor:
* Thông số 05 =Pid:
Phần 2: Hướng dẫn sử dụng biến tần SIEMENS dòng Micromaster 420 Biến tần Siemens của Đức. Có các dòng sản phẩm về biến tần AC là Micormaster 410, 420 và 440. Mỗi dòng sản phẩm giống nhau có một số tính năng khác nhau. Trong tài liệu này chỉ trình bày về 420. 
 1 Sơ đồ đấu nối phần động lực cho MM 420
Hình 3: Vị trí nối dây động lục của biến tần của biến tần Micormaster 420
Hình 4: Sơ đồ nối dây động lục của biến tần của biến tần Micormaster 420 loại 1 pha và 3 pha
Hình 5: Vị trí nối điều khiển của biến tần Micormaster 420
Hình 6: Sơ đồ nối điều khiển của biến tần Micormaster 420
Hình 7: Sơ đồ tổng quát của biến tần Micormaster 420
Thao tác và cài đặt các thông số cơ bản
Hình 8: Hình dáng màn hình BOP
Màn hình BOP hiển thị 5 số. Những đèn Led 7 đoạn này sẽ trình bày những tham số và giá trị, những tin nhắn về cảnh báo và lỗi, điểm đặt và giá trị hoat động. 
Những thông tin về tham số không được lưu trên màn hình BOP này.
Bảng thông số cơ bản
Ví dụ điều khiển động cơ theo theo theo yêu cầu sau: Nhấn nút ON/OF từ ngoài và điều khiển động cơ tăng giảm tốc bằng biến trở. 
Trình tự thực hiện: 
- Nối dây theo sơ đồ. 
- Cài đặt các thông số 
Trước tiên reset các giá trị về mặt định. 
P0010 = 30 
P0970 = 1.0 
Các thông số cần cài đặt: 
P0003 = 2. 
P0004 = 0. 
P0005 = 21. 
P0010 = 1 (cài đặt nhanh). 
P0100 = 0. 
P0300 = Tuỳ loại động cơ 0 hoặc1. 
P0304 = Điện áp định mức động cơ. 
P0305 = Dòng điện định mức đong cơ. 
P0307 = Công suat định mức động cơ. 
P0308 = Gia trị Cos của động cơ. 
P0309 = Hiệu suất định mưc động cơ (tuy thuộc vào P0300). 
P0310 = Tần so định mức đong cơ. 
P0311 = Tốc độ định mức động cơ. 
P0700 = 2. 
P1000 = 2. 
P1080 = 0.0 (tần số chạy nhỏ nhất) 
P1082 = 50.0 (tần số chạy lớn nhất) 
P1120 = 10.0 (thời gian tăng tốc) 
P1121 = 10.0 (thời gian giảm tốc) 
P3900 = 1
Câu hỏi ôn tập 
Câu 1: Biến tần được dùng để làm gì? 
Câu 2: Vẽ sơ đồ khối chức năng của biến tần. 
Câu 3: Dùng biến tần Control technicques hoặc MM 420 để điều khiển máy nâng hạ theo yêu cầu sau: 
- Gạt tay điều khiển lên máy năng chạy lên 
- Gạt tay điều khiển xuống máy năng chạy xuống 
- Gạt tay điều khiển về giữa máy năng dừng 
Yêu cầu: Khởi động chậm 20s, hãm chậm 20s, tốc độ có thể điều khiển được bằng biến trở. Máy năng lúc dừng vẫn mang tải.
YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ HOÀN THÀNH MÔ ĐUN
Về lý thuyết: Hiểu và thực hiện được các nội dung sau 
- Cấu tạo, đặc tính các linh kiện điện tử công suất thông dụng 
- Các biện pháp bảo vệ : Quá áp, quá dòng, quá nhiệt 
- Cấu tạo và nguyên lý các mạch điện tử công suất : Công tắc điện tử, điều khiển 
công suất, biến đổi công suất cố định và điều khiển đươc 
- Ứng dụng thông dụng của vi mạch ổn áp 3 chân. 
- Biết được các mạch ứng dụng thực tế. 
Về thực hành: Có khả năng làm được 
- Lắp ráp mạch điện theo sơ đồ. 
- Phân tích hiện tượng và phán đoán nguyên nhân gây hư hỏng trong mạch. 
- Thay linh kiện mới. 
- Thay thế linh kiện tương đương. 
Về thái độ 
- Cẩn thận, tỉ mỉ, chính xác. 
- Tổ chức công việc một cách khoa học, hợp lý 
- Ngăn nắp, kiểm tra an toàn trước khi chạy thử 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Đề cương môđun/môn học nghề Sửa chữa thiết bị điện tử công nghiệp”, Dự án Giáo dục kỹ thuật và Dạy nghề (VTEP), Tổng cục Dạy Nghề, Hà Nội, 2003
[2] Power electronic - Heinz- Piest-Institut fur. Handwekstechnik at the University of Hannover
[3] Leistungelektronik - Rainer Felderhoff
[4] Điện tử công suất và điều khiển động cơ điện. Cyril W. Lander
[5] Nguyễn Bính: Điện tử công suất. NXB Khoa học kỹ thuật 2005
[6] Nguyễn Tấn Phước: điện tử công suất. nxb khoa học kỹ thuật 2004