Giáo trình môn học Điện tử công suất

a 
tìm cách phối hợp các xung điều khiển bộ nghịch lưu. 
Hình 10.14.Điện áp đầu ra bộ biến tần 
gián tiếp. 
 117
Điều này được thực hiện bằng cách tạo ra một sóng sin chuẩn mong 
muốn và so sánh nó với một dải xung tam giác. Giao điểm giữa hai sóng đó 
xác định các thời điểm mồi các Thyristor. Khi muốn giảm biên độ sóng cơ 
bản đi một nửa thì sóng chuẩn hình sin cũng phải giảm đi một nửa. Khi 
giảm tần số sóng chuẩn hình sin thì số xung ở mỗi chu kỳ sẽ tăng lên. 
Để tránh điện áp có các khoảng bằng không người ta cũng có thể điều 
khiển bộ nghịch lưu sao cho nguồn một chiều luôn nối với tải do việc mồi 
các Thyristor T1 và T2 từng đôi một, và một đôi khác gồm T3 – T4 – T5 – 
T6. Xét nguyên lý làm việc của bộ nghịch lưu Thyristor theo phương pháp 
điều khiển xung như hình sau. 
3.2 Ứng dụng 
Đặc tính khởi động của biến tần cho phép khống chế dòng khởi động 
không vượt quá dòng định mức của động cơ, do đó tiết kiệm điện năng khi 
khởi động. 
Với những ứng dụng đặc tính tải thay đổi, như băng tải, khi đầy tải, khi 
non tải, thường động cơ hoạt động non tải. Biến tần điều chỉnh tốc động 
động cơ cho phù hợp với yêu cầu tải thực tế, tối ưu được việc sử dụng điện 
năng. 
Hình dạng và giá trị điện áp ra không phụ thuộc phụ tải, dòng điện tải 
xác định. Điện áp ra có độ méo phi tuyến lớn, có thể không phù hợp với 
một số loại phụ tải. Hệ số công suất của sơ đồ không đổi, không phụ thuộc 
vào tải. Tuy nhiên phải qua nhiều khâu biến đổi và hiệu suất kém, do đó 
chỉ phụ thuộc cho tải nhỏ, dưới 30KW. Ngày nay biến tần nguồn áp được 
chế tạo chủ yếu với điện áp biến điệu bề rộng xung. 
 Ứng dụng biến tần với công suất điều khiển lớn sử dụng để: 
 Điều khiển động cơ không đồng bộ công suất từ 15 đến trên 600kW 
với tốc độ khác nhau; 
 Điều chỉnh lưu lượng của bơm, lưu lượng không khí ở quạt ly tâm, 
năng suất máy, năng suất băng tải ; 
 Ổn định lưu lượng, áp suất ở mức cố định trên hệ thống bơm nước, 
quạt gió, máy nén khí ... cho dù nhu cầu sử dụng thay đổi; 
 Điều khiển quá trình khởi động và dừng chính xác động cơ trên hệ 
thống băng tải; 
 Biến tần công suất nhỏ từ 0,18- 14 kW có thể sử dụng để điều khiển 
những máy công tác như: cưa gỗ, khuấy trộn, xao chè, nâng hạ ... 
 118
4. Điều khiển năng suất lạnh dùng biến tần 
Công nghệ điều khiển dùng biến tần ra đời là một bước đột phá trong 
việc đưa hao phí năng lượng đến mức thất nhấp. Công nghệ điều khiển 
dùng biến tần thay thế bộ biến áp và tụ điện thông thường bằng mạch biến 
tần phát công suất làm lạnh ở các mức năng lượng thấp, trung bình và cao 
với nhiều ưu điểm. 
Tiết kiệm năng lượng tối đa với việc cung cấp mức phát đều đặn liên 
tục ngay cả khi chọn mức Medium hoặc Low. Đây là điểm khác biệt lớn so 
với mọi máy thông thường, chỉ có thể tạo hiệu suất liên tục khi chọn chế độ 
phát ở mức High, còn các chế độ khác chỉ thực hiện được bằng cách ngắt 
quãng. Ngoài ra, với công nghệ này, không khí lạnh sẽ truyền nhẹ nhàng 
sâu vào bên trong phòng, tránh tình trạng không khí lạnh tập trung cục bộ 
tại khu vực gần dàn lạnh, cho phép nâng cao hiệu suất điện năng. 
 119
Hình 10.15. Sơ đồ nối dây và cấu hình hệ thống ứng dụng biến tần trong hệ 
thống điều hòa không khí. 
Với máy lạnh dùng biến tần, khi khởi động sẽ ở công suất thấp (ví dụ 
khoảng 20%), máy lạnh tăng từ từ công suất lên cho đến khi đạt độ lạnh 
cần thiết, tiếp đó cảm biến sẽ báo về bộ xử lý và bộ xử lý sẽ chỉ thị cho 
máy nén lạnh giảm từ từ công suất xuống trở lại. 
Hình 10.16. Sơ đồ mạch động lực biến tần điều khiển nhiều động cơ 
Hình 10.17.Sơ đồ mạch điện 
Đối với động cơ điện điều khiển bật – tắt – bật tốn nhiều năng lượng 
hơn chế độ khởi động từ từ, tại thời điểm bật – tắt – bật, động cơ chỉ ở hai 
chế độ nó chỉ có 2 chế độ 100% và 0% . Bên cạnh đó, máy lạnh dùng biến 
 120
tần giúp điều chỉnh tăng giảm công suất từ từ theo yêu cầu tải lạnh, khi yêu 
cầu tải thấp, công suất cũng thấp tương ứng do đó giải được bài toán tiết 
kiệm năng lượng. 
Biến tần được lắp đặt trong bơm nước lạnh, bơm nước giải nhiệt, quạt 
dàn lạnh (AHU, PAU), tháp giải nhiệt 
Hình 10.18.Lắp đặt biến tần cho quạt dàn ngưng, tháp, bơm nước hệ thống 
giải nhiệt. 
5. Tìm hiểu biến tần trên hệ thống máy điều hòa không khí, kho lạnh.. 
Trong hệ thống điều hòa không khí, kho lạnh, khả năng biến đổi công 
suất ra của công nghệ biến tần cho phép điều chỉnh nhiệt độ được chính 
xác hơn. Nếu hệ thống đó không sử dụng máy điều hòa không khí không 
sử dụng công nghệ biến tần kiểm soát nhiệt độ bằng cách bật/tắt máy nén, 
khiến nhiệt độ thay đổi liên tục. Với các loại máy sử dụng công nghệ biến 
tần, nhiệt độ trong phòng luôn luôn đảm bảo ổn định. 
Hệ thống điều hòa không khí, kho lạnh là một trong những thiết bị tiêu 
thụ điện lớn nhất trong các thiết bị tiêu dùng. Do đó, các nhà sản xuất máy 
điều hòa đưa ra những dòng sản phẩm tiết kiệm điện dùng công nghệ biến 
tần có khả năng tiết kiệm điện từ 30% đến 50% so mới các máy thông 
thường tiết kiệm điện năng nhằm giảm chi phí tiền điện. Công nghệ biến 
tần đã tạo được bước đột phá, làm cho hao phí năng lượng đến mức thấp 
nhất. Công nghệ biến tần điều chỉnh công suất phù hợp với yêu cầu tải lạnh 
ở các mức khác nhau. 
 121
Hình 10.19.Biến tần điều khiển hệ thống quạt thông gió, quạt làm mát. 
1. Biến tần điều khiển bơm nhiệt 
2. Bể chứa 
3. Hệ thống thu hồi nước 
4. Hệ thống phân phối nước 
5. Hệ thống sưởi ấm sàn 
6+ 7. Quạt 
Máy lạnh có bộ biến tần sẽ giúp tiết kiệm 30%- 50% lượng điện tiêu 
thụ so với loại thông thường không sử dụng công nghệ biến tần có cùng 
công suất. Công nghệ biến tần biến đổi dòng điện hai chiều (AC) thành 
dòng điện một chiều (DC). Motor một chiều (DC) hiệu suất cao sử 
dụng lực từ để vận hành chính xác máy nén giúp giảm đáng kể lượng điện 
năng tiêu thụ so với motor hai chiều (AC) trong các dòng máy lạnh thông 
thường không sử dụng công nghệ biến tần này. Chính nhờ bộ biến tần mà 
biên độ thay đổi nhiệt độ trong phòng cũng rất nhỏ (khoảng 0,5 độ C), 
không bị ảnh hưởng bởi thời tiết bên ngoài. Nhờ đó làm cho không khí 
trong phòng lạnh đều và sâu hơn. Ngoài ra, cũng nhờ hiệu suất điện năng 
được nâng cao làm không khí phòng nhanh chóng đạt đến nhiệt độ mong 
muốn (làm lạnh nhanh). Ngay khi bật hệ thống điều hoàn, máy sẽ cung cấp 
lượng điện năng vừa đủ để nhanh chóng làm lạnh trong phòng. Nó cho 
phép đạt đến mức nhiệt độ yêu cầu nhanh gấp 1,5 lần so với các loại hệ 
thống khác không sử dụng công nghệ biến tần. 
 122
Hình 10.20.Biến tần sử dụng trong bơm nước hệ thống làm lạnh. 
Hình 10.21.Biến tần cho quạt làm lạnh 
6. THIẾT BỊ BIẾN TẦN 3 PHA MICROMASTER 440 CỦA SIEMENS 
MICROMASTER 440 – 6SE6440 có công suất định mức: 
Công suất từ 0.37 KW đến 200 Kw đối với điện áp vào 3 pha AC 380V 
đến 480V. 
Công suất từ 0.12Kw đến 3.0kw đối với điện áp vào 1 pha 200V đến 
240V. 
Công suất từ 0.12kw đến 45.0kw đối với điện áp vào 3 pha 200V đến 
240V, tần số đầu vào 50/60Hz. 
 123
Điện áp định mức 
tín hiệu ra: 3 pha 
220VAC hoặc 
380VAC tùy theo 
chọn mã hàng, tần 
số tín hiệu ra từ 
0Hz đến 650Hz. 
- Các đầu đấu nối 
vào và ra: 6 đầu 
vào số, 2 đầu vào 
tương tự, 3 đầu ra 
rơle, 2 đầu ra 
tương tự, 1 cổng 
RS485, 15 cấp tần 
số cố định, có tích 
hợp bộ điều khiển PID, có chức năng hãm DC, hãm tổ hợp và hảm bằng 
điện trở hay hảm động năng. 
- Phương pháp điều khiển: V/f tuyến tính,V/f bình phương, V/f đa điểm, 
điều khiển dòng từ thông, điều khiển vecter, điều khiển Momen. 
Chức năng bảo vệ: quá tải, thấp áp, quá áp, chạm đất, ngắn mạch, quá nhiệt 
động cơ, quá nhi ệt biến tần 
- Các tuỳ chọn khác như: Bảng điều khiển BOP, AOP, bộ phụ kiện lắp 
BOP trên cánh tủ, bộ ghép nối PC, đĩa CD cài đặt, modul profibus, bộ lọc 
đầu vào, bộ lọc đầu ra, đặc biệt là có th ể gắn modul encoder 
* Ứng dụng: Cho các ứng dụng cao cấp điều khiển chính xác (Cần trục, 
cầu trục, máy nâng hạ, cân động, máy đùn.) với công suất nhỏ hơn 
250KW. 
Hình 10.22.Biến tần Micromaster 440 của Siemens 
 124
6.1. Sơ đồ cấu trúc 
Chỉnh lưu Biến tần
Động cơNguồn cấp Bộ lọc
Hình 10.23.Cấu trúc của biến tần 
Trong đó: 
Khối chỉnh lưu: chuyển đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều. 
Khối bộ lọc: 
 125
Hình 10.24.Cấu trúc bên trong của biến tần Micromaster 440 
 126
Hình 10.25.Sơ đồ nguyên lý 
 127
5.2. Các tham số cài đặt 
Màn hình BOP hiển thị 5 số, những đèn LED 7 đoạn hiển thị tham số 
và giá trị cài đặt, tin nhắn cảnh bảo lỗi, điểm đặt và giá trị hoạt động. 
Những thông tin về tham số không được lưu trên màn hình BOP này. 
Hình 10.27.Bảng điều khiển 
Bảng nút ấn Hàm Chức năng 
Trạng thái hiển 
thị 
Hiển thị những giá trị cài đặt trên biến tần 
Nút khởi động 
Nút ấn khởi động, mặc định không sử 
dụng được, nút ấn này chỉ sử dụng khi cài 
đặt P700 = 1. 
Nút dừng 
OFF1: Nút ấn dừng động cơ theo thời 
gian giảm tốc, mặc định không sử dụng 
được, nút ấn này chỉ sử dụng khi cài đặt 
P700 = 1. 
OFF2: Nhấn nút này 2 lần (hoặc 1 lần giữ 
lâu) động cơ dừng nhanh, hàm này luôn 
được sử dụng. 
Thay đổi chiều 
quay 
Nút ấn đảo chiều quay của động cơ khi 
động cơ đang hoạt động. Khi động cơ đảo 
chiều, trên màn hình hiển thị dấu “-“ 
Hình 10.26.Màn hình điều khiển bằng phím ấn 
 128
Xoay nhẹ động 
cơ 
Khi ấn nút này động cơ khởi động và 
quay với tần số chạy nhấp cho trước. Khi 
thả nút ấn ra, động cơ dừng lại. Khi động 
cơ đang làm việc, ấn nút này không có tác 
động. 
Nút chức năng 
Nút này có thể dùng để xem thêm thông 
tin 
Khi ta ấn và giữ khoảng 2 giây nút này 
hiển thị các thông tin sau, bắt đầu từ bất 
kỳ thông số nào trong quá trình vận hành: 
1. Điện áp một chiều trên mạch DC (hiển 
thị bằng d- đơn vị V). 
2. Dòng điện ra (A). 
3. Tần số ra (Hz). 
4. Điện áp ra (hiển thị bằng o- đơn vị V). 
5. Giá trị được chọn trong thông số P0005 
(Nếu như P0005 được cài đặt để hiển thị 
bất kỳ giá trị nào trong số các giá trị từ1-4 
thì giá trị này không được hiển thị lại). 
Ấn thêm sẽ làm quay vòng các giá trị trên 
bảng hiển thị. Ấn giữ trong khoảng 2 giây 
để quay về chế độ hiển thị thông thường. 
Chức năng nhảy 
Từ bất kỳ thông số nào (ví dụ rxxxx hoặc 
Pxxxx), ấn nhanh nút Fn sẽ chuyển ngay 
lập tức nhảy đến r0000, sau đó người sử 
dụng có thể thay đổi thông số khác, nếu 
cần thiết. Nhờ tính năng quay trở về 
r0000, ấn nút Fn sẽ cho 
phép người sử dụng quay trở về điểm ban 
đầu. 
Giải trừ 
Nếu xuất hiện các cảnh báo và các thông 
báo lỗi, thì các thông tin này có thể được 
giải trừ bằng cách ấn nút Fn. 
Truy nhập thông số Ấn nút này cho phép 
 129
người sử dụng truy 
Truy cập các 
thông số 
Ấn nút này để truy cập vào từng hàm 
chức năng. Xác nhận giá trị các tham số. 
Tăng giá trị 
Tăng giá trị đang hiển thị. Để thay đổi 
điểm đặt tần số đặt P1000 = 1. 
Giảm giá trị 
Giảm giá trị đang hiển thị. Để thay đổi 
điểm đặt tần số đặt P1000 = 1. 
+ 
Trình đơn 
AOP 
Gọi trình đơn AOP (chức năng này chỉ có 
ở AOP). 
* Các bước và cách thực hiện công việc: 
1. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ, VẬT TƯ: 
(Tính cho một ca thực hành gồm 20HSSV) 
TT Loại trang thiết bị Số lượng 
1 Biến tần Micrimaster 420/4440 một pha/ ba pha 04 cái 
2 Khối BOP 04 chiếc 
3 Máy tính và phần mềm DriverMonitor 01 bộ 
4 Dây kết nối biến tần – máy tính 04 bộ 
5 Động cơ xoay chiều 3 pha 04 chiếc 
6 Encorder 04 bộ 
7 Dây nối 04 bộ 
8 Khối nguồn 04 bộ 
2. QUI TRÌNH THỰC HIỆN: 
2.1. Qui trình tổng quát: 
STT 
Tên các bước 
công việc 
Thiết bị, dụng cụ, 
vật tư 
Tiêu chuẩn 
thực hiện công 
việc 
Lỗi thường 
gặp, cách 
khắc phục 
1 
Bước 1: Kiểm 
tra thiết bị. 
Biến tần, động cơ, 
bộ hiển thị tốc độ, 
encorder 
Đặc tính kỹ 
thuật kèm theo 
2 
Bước 2: Kết 
nối hệ biến 
tần – động cơ 
Biến tần, động cơ, 
bộ hiển thị tốc độ, 
encoder 
Theo sơ đồ kết 
nối. 
Lỗi kết nối 
dây truyền 
thông giữa 
 130
- encoder máy tính và 
cổng truyền 
thông BOP. 
Kiểm tra 
cổng kết nối, 
kiểm tra chế 
độ cài đặt 
theo tài liệu 
hướng dẫn. 
3 
Bước 3: Kiểm 
tra và cấp 
nguồn. 
Biến tần, động cơ, 
bộ hiển thị tốc độ, 
encoder 
Theo sơ đồ kết 
nối 
4 
Bước 4: Cài 
đặt thông số 
mặc định. 
+ Cài đặt 
bằng phần 
mềm điều 
khiển 
DriverMonitor. 
+ Cài đặt bằng 
phím ấn 
Máy tính, biến 
tần, động cơ, bộ 
hiển thị tốc độ, 
encoder 
Tài liệu hướng 
dẫn kèm theo 
Lỗi: Không 
cài đặt được 
chế độ làm 
việc. 
Khắc phục: 
Đọc kỹ tài 
liệu hướng 
dẫn và thực 
hiện cài đặt 
các tham số 
theo hướng 
dẫn. 
5 
Bước 5: Điều 
khiển các chế 
độ làm việc 
của biến tần: 
điều khiển 
vòng kín 
PID,chế độ 
điều khiển 
bám, chế độ 
điều khiển 
V/f 
+ Điều khiển 
thông qua 
phần mềm 
DriverMonitor. 
Biến tần, động cơ, 
bộ hiển thị tốc độ, 
encoder 
Tài liệu hướng 
dẫn kèm theo 
Biến tần làm 
việc không 
đúng chế độ 
cài đặt. 
Kiểm tra các 
lỗi hiển thị 
trên khối 
AOP và tra 
tài liệu 
hướng dẫn 
để tìm lỗi. 
 131
+ Điều khiển 
bằng phím ấn 
4 
Bước 6: Ghi 
chép kết quả 
thực hành ra 
bảng báo cáo 
Biến tần, động cơ, 
bộ hiển thị tốc độ, 
encoder 
Theo yêu cầu 
của giáo viên 
hướng dẫn. 
5 
2.2. Qui trình cụ thể: 
2.2.1. Vận hành, chạy thử mô hình 
2.2.2. Nhận biết các thiết bị 
2.2.3. So sánh 
2.2.4. Nộp tài liệu thu thập, ghi chép được cho giáo viên hướng dẫn 
2.2.5. Đóng máy, thực hiện vệ sinh công nghiệp 
* Bài tập thực hành của học sinh, sinh viên: 
1. Chuẩn bị thiết bị, dụng cụ, vật tư. 
2. Chia nhóm: 
 Chia thành các nhóm 6SV/ bộ thiết bị thực hành 
3. Thực hiện qui trình tổng quát và cụ thể. 
Yêu cầu cài đặt các thông số mặc định từ nhà sản xuất bằng máy tính và 
bằng phím ấn 
Cài đặt chế độ làm việc: điều khiển PID, điều khiển bám, điều khiển 
V/f 
Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập: 
TT 
Nội dung công việc 
cần hoàn thành 
Số 
điểm 
Điểm 
đánh 
giá 
Ghi chú 
1 Lập bản kế hoạch thực hiện công việc 0,5 
2 
Nhận biết kí hiệu, hình dạng thực tế của 
từng loại biến tần: biến tần 1 pha, biến tần 
3 pha 
1 
3 Phân tích nguyên lý hoạt động của biến tần 1,5 
4 
Lắp đặt và cài đặt các chế độ làm việc của 
biến tần theo yêu cầu 
4 
5 Giải thích các chế độ làm việc của biến tần 2 
 132
6 Đưa ra mạch ứng dụng trong thực tế 1 
Tổng điểm 10 
Xếp loại 
Ghi nhớ: 
 133
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
Nguyễn Văn Nhờ, 
Điện tử công suất 1 - Nhà suất bản ĐH Quốc 
Gia Tp.HCM – 2002. 
Nguyễn Bính, Điện tử công suất - Nhà xuất bản KHKT Hà 
Nội - 2000. 
Trần Văn Thịnh TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ 
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – NXB Giáo dục – 
2005 
Đỗ Xuân Tùng, 
Trương Tri Ngộ - 
Điện tử công suất, NXB Xây dựng năm 1999 
M.H Rashid, Power electronics - circuits, devices and 
applications. Pearson Education Inc, Pearson 
Prentice Hall – 2004. 
Bimal K.Bose, Prentice Hall PTR, Modern Power 
Electronics and AC Drives, Condra Chair of 
Excellence in Power Electronics The 
University of Tennessee, Knoxville – 2002. 
 Cyril w.Lander Điện tử công suất và điều khiển động cơ điện 
– NXB khoa học và kỹ thuật, năm 1997 
-