Giáo trình Điện tử ứng dụng (Nghề: Điện công nghiệp) - Trường CĐ Cộng đồng Lào Cai

Chia sẻ: Chuheo Dethuong25 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:108

Thêm vào BST

Báo xấu

48
lượt xem 15
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Điện tử ứng dụng (Nghề: Điện công nghiệp) cung cấp cho người học những kiến thức như: Chỉnh lưu – nghịch lưu – biến tần; Dao động tạo xung và biến đổi dạng xung; Mạch ổn áp; Mạch điều khiển và khống chế. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Điện tử ứng dụng (Nghề: Điện công nghiệp) - Trường CĐ Cộng đồng Lào Cai

UBND TỈNH LÀO CAI TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG NGHÀNH/ NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG LƯU HÀNH NỘI BỘ Năm 1017 1
LỜI GIỚI THIỆU Ngày nay có thể nói lĩnh vực điện tử đã và đang mang đến cho chúng ta những sản phẩm công nghệ cải thiện đáng kể trong đời sống vật chất cũng như lĩnh vực tinh thần. Các ứng dụng của nó trở nên rất gần gũi và như là một nhu cầu gần như không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại. Các sản phẩm tồn tại và đang hoàn thiện phát triển một cách nhanh chóng. Thử tưởng tượng một ngày nào đó bỗng dưng xung quanh ta không còn chiếc tivi, máy vi tính, máy điện thoại, nồi cơm điện, máy điều hòa hay một cái máy quạt,…thì cuộc sống bỗng trở nên “khó khăn” hơn đến mức nào? Tuy nhiên dù những thiết bị trên thân thuộc, gần gũi như thế nhưng hầu hết người sử dụng không biết bên trong nó là gì, nguyên lý hoạt động ra sao,…Đó cũng là điều dễ hiểu bởi vì đâu phải người sử dụng nào cũng có kiến thức, sự hiểu biết nhất định về lĩnh vực điện tử. Giáo trình này không mang tham vọng sẽ đưa đến cho người đọc những kiến thức bách khoa, toàn diện, chuyên sâu về tất cả các thiết bị điện tử hiện nay vì đó là điều không thể! Giáo trình này được viết cho sinh viên hệ không chuyên (lĩnh vực điện tử) ngành Điện công nghiệp, nó trang bị cho người đọc một phần những kiến thức cơ bản, nền tảng và được trình bày sao cho dễ đọc, dễ hiểu và không quá trừu tượng. Mặc dù nội dung không chuyên sâu nhưng qua quyển giáo trình này người đọc có thể hiểu được một số khái niệm cơ bản, nguyên lý làm việc, các mạch ứng dụng và sự phát triển của nó. Vì thời gian và kiến thức còn hạn hẹp nên chắc chắn giáo trình này còn rất nhiều sai sót, rất mong sự góp ý chân thành của quý thầy cô, đồng nghiệp và các em học sinh sinh viên. Tác giả Phạm Thị Huê 2
MỤC LỤC Trang Lời nói đầu 1 Mục lục 2, 3 Bài 1: Chỉnh lưu – nghịch lưu – biến tần 1. Mạch chỉnh lưu. 4 1.1 Mạch chỉnh lưu 1 pha 4 1.2 Mạch chỉnh lưu 3 pha 8 2 Mạch nghịch lưu 2.1 Nghịch lưu 1 pha 12 2.2 Nghịch lưu 3 pha 15 3 Biến tần 17 3.1 Khái niệm, phân loại 17 3.2 Giới thiệu một số biến tần 18 3.3 Hướng dẫn cài đặt 20 Bài 2: Dao động tạo xung và biến đổi dạng xung 1 Mạch dao động tạo xung 31 1.1 Mạch tạo xung vuông 31 1.2 Mạch tạo xung răng cưa - xung nhọn 42 1.3 Mạch dao động đa hài 49 2 Mạch biến đổi dạng xung 64 2.1 Mạch biến đổi xung sin thành xung vuông 64 2.2 Mạch biến đổi xung bất kỳ thành xung vuông 65 Bài 3: Mạch ổn áp 1 Mạch ổn áp dung tranzitor 69 1.1 Dùng Tranzito cùng loại 69 1.2 Dùng Tranzito khác loại 73 2 Mạch ổn áp dùng IC 75 2.1 Ổn áp dương 76 2.2 Ổn áp âm 78 3 Mạch ổn áp xoay chiều 81 3.1 Nguyên lý chung 81 3.2 Một số mạch thực tế 82 Bài 4 : Mạch điều khiển và khống chế 1 Mạch điều khiển 86 1.1 Mạch điều khiển đóng cắt đèn đường dùng Transistor cùng loại 87 3
1.2 Mạch điều khiển đóng cắt đèn đường dùng Transistor khác loại 89 1.3 Mạch điều khiển đóng cắt đèn đường dùng IC 92 2 Mạch khống chế 92 2.1 Mạch hẹn giờ khống chế thời gian dùng Transistor cùng loại 94 2.2 Mạch hẹn giờ khống chế thời gian dùng Transistor khác loại 96 2.3 Mạch hẹn giờ khống chế thời gian dùng IC 98 4
NỘI DUNG CHI TIẾT CỦA CỦA TÀI LIỆU GIẢNG DẠY/ TẬP BÀI GIẢNG MÔ ĐUN CHUYÊN ĐỀ LẬP TRÌNH CỠ NHỎ Bài 1: CHỈNH LƯU – NGHỊCH LƯU – BIẾN TẦN Mục tiêu: - Kiểm tra, sửa chữa được những hư hỏng trong mạch chỉnh lưu 1 pha, 3 pha theo đúng yêu cầu kỹ thuật của mạch điện. - Kiểm tra, sửa chữa được những hư hỏng trong mạch nghịch lưu 1 pha, 3 pha ở tầng công suất theo đúng yêu cầu kỹ thuật của mạch điện. - Cài đặt được một số loại biến tần. Nội dung chính: - Mạch chỉnh lưu - Mạch nghịch lưu - Biến tần HOẠT ĐỘNG 1: Kiến thức cần thiết để thực hiện công việc 1. Mạch chỉnh lưu. Trong lĩnh vực công nghiệp, nhiều trường hợp yêu cầu phải biến đổi một nguồn điện áp xuay chiều thành điện áp một chiều và điều chỉnh được giá trị của điện áp một chiều đầu ra. Để thực hiện việc này người ta có nhiều cách khác nhau ví dụ như dùng tổ hợp động cơ – máy phát, dùng bộ biến đổi một phần ứng, dùng chỉnh lưu, ... Nhưng phổ biến nhất và hiệu suất cao nhất là sử dụng các sơ đồ chỉnh lưu bằng các dụng cụ bán dẫn. Các sơ đồ chỉnh lưu (các bộ biến đổi xuay chiều thành một chiều) là các bộ biến đổi ứng dụng tính chất dẫn dòng một chiều của các dụng cụ điện tử hoặc bán dẫn, để biến đổi điện áp xuay chiều thành điện áp một chiều một cách trực tiếp. Hiện nay các dụng cụ điện tử hầu như không còn được sử dụng trong các sơ đồ chỉnh lưu vì kích thước lớn, hiệu suất thấp. Dụng cụ sử dụng chủ yếu trong các sơ đồ chỉnh lưu hiện nay là các thyristor và diode bán dẫn. Các sơ đồ chỉnh lưu có nhiều dạng khác nhau và được ứng dụng cho nhiều mục đích khác nhau, ví dụ dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều, cung cấp điện áp một chiều cho các thiết bị mạ điện, điện phân, cung cấp điện áp một chiều cho các thiết bị điều khiển, các đèn phát trung tần và cao tần,...Các sơ đồ chỉnh lưu được sử dụng từ công suất rất nhỏ cho đến công suất rất lớn. Người ta phân biệt chỉnh lưu gồm một số dạng sau: 5
- Căn cứ vào dòng điện người ta có thể phân loại như: Chỉnh lưu nửa chu kỳ và chỉnh lưu cả chu kỳ. - Căn cứ vào kết cấu mạch chỉnh lưu có thể phân loại như: Chỉnh lưu 1 diode, 2 diode, chỉnh lưu cầu, chỉnh lưu đối xứng. - Căn cứ cào số pha ta có thể phân loại: Chỉnh lưu 1 pha, 2 pha, 3pha, 6 pha,…. - Căn cứ theo linh kiện trong mạch chỉnh lưu ta có: Chỉnh lưu có điều khiển, chỉnh lưu không điều khiển, chỉnh lưu bán điều khiển,… 1.1. Mạch chỉnh lưu 1 pha * Mạch chỉnh lưu 1 pha không điều khiển. 1.1.1. Mạch chỉnh lưu một nửa chu kỳ: Hình 1 a, Sơ đồ nguyên lý. uV A D ur M UMax UMax T T Rt 0 0 UMin B N Hình 1: Mạch chỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ b, Nguyên lý hoạt động: Điện áp xoay chiều được thể hiện bằng một đồ thị hình sin theo thời gian T. Ta chọn một chu kỳ nào đấy để xét quá trình nắn điện từ điện áp xoay chiều sang điện áp một chiều. Xét nửa chu kỳ đầu, dương ở A, âm ở B. Lúc này diode D được phân cực thuận và dẫn dòng. Dòng điện đi từ A qua D tới M, qua Rt tới N và về B âm nguồn. Xét nửa chu kỳ sau, dương ở B, âm ở A. Diode D phân cực ngược nên không dẫn dòng vì thế không có dòng điện đi qua Rt. Vậy sau cả hai chu kỳ trên Rt chỉ có dòng điện chảy qua theo một chiều và đó là dòng điện một chiều được nắn ra từ điện áp xoay chiều. 1.1.2. Mạch chỉnh lưu hai nửa bán kỳ. Hình 2 a, Sơ đồ nguyên lý: uV A M D1 ur 6 UMax Rt UMax T P N T 0
Hình 2: Mạch chỉnh lưu 1 pha 2 nửa chu kỳ b, Nguyên lý hoạt động: Xét nửa chu kỳ đầu của hiệu điện thế hình sin, ở cuộn sơ cấp dương ở A âm ở B. bên cuộn thứ cấp ta coi điện áp tai điểm P là 0V (Mass) thì điện áp tại M dương, điện áp tại Q âm. Lúc này Diode D1 được phân cực thuận, Diode D2 phân cực ngược nên D1 dẫn, D2 khoá. Dòng điện đi từ M qua D1 đến N, qua Rt đến P mass. Xét nửa chu kỳ sau của dòng điện hình sin, dương ở B âm ở A. Điện áp tại Q dương, điện áp tại M âm. Lúc này Diode D 2 được phân cực thuận, Diode D1 phân cực ngược nên D2 dẫn, D1 khoá. Dòng điện đi từ Q qua D2 đến N, qua Rt đến P mass. Như vậy ở cả hai nửa chu kỳ của dòng điện, trên Rt đều có dòng điện đi qua theo cùng một chiều như vậy dòng điện chay qua Rt chính là dòng điện một chiều được nắn ra từ dòng điện xoay chiều trước mạch nắn. 1.1.3. Mạch chỉnh lưu cầu: Hình 3 a, Sơ đồ nguên lý: A M uV D2 ut D1 UMax UMax T T Q N R 0 0 t UMin B D4 D3 P Hình 3: Mạch chỉnh lưu 1 pha cầu b, Nguyên lý hoạt động: Xét nửa chu kỳ đầu của hiệu điện thế hình sin, dương ở A âm ở B. Lúc này hai Diode D2 và D4 được phân cực thuận, hai Diode D 1 và D3 phân cực ngược nên D2, D4 dẫn, D1, D3 khoá. Dòng điện đi từ A đến M, qua D2 đến N, qua Rt đến Q, qua D4 đến P và về B âm nguồn. Xét nửa chu kỳ sau của dòng điện hình sin, dương ở B âm ở A. Lúc này hai Diode D1 và D3 được phân cực thuận, hai Diode D 2 và D4 phân cực ngược 7
nên D1, D 3 dẫn, D 2, D4 khoá. Dòng điện đi từ B đến P, qua D3 đến N, qua Rt đến Q, qua D1 đến M và về A âm nguồn. Như vậy ở cả hai nửa chu kỳ của dòng điện, trên Rt đều có dòng điện đi qua theo cùng một chiều như vậy dòng điện chay qua Rt chính là dòng điện một chiều được nắn ra từ dòng điện xoay chiều trước mạch nắn. * Mạch chỉnh lưu 1 pha có điều khiển. 1.1.4. Mạch chỉnh lưu 1 pha, nửa chu kỳ: T T R  u1 u2     Hình 4: Mạch chỉnh lưu dùng thyristor (SCR) SCR khác điốt ở chỗ, khi nó đạt được điện áp U AK>0, nó vẫn ở trạng thái không dẫn điện. SCR chỉ dẫn điện khi thoả mãn hai điều kiện:UAK > 0 và Ig > 0. Để so sánh chỉnh lưu không điều khiển và chỉnh lưu điều khiển, trên sơ đồ hình 4 dùng các đồ thị ud ở hai trường hợp này. Hình bên phải là điện áp chỉnh lưu nhận được khi dùng SCR. Trong sơ đồ này ở giai đoạn (0  ) mặc dù điện áp trên tiristo T đã dương, song phải đến thời điểm  thì tiristo mới nhận được tín hiệu điều khiển IG từ khâu phát xung. Do đó: Trong giai đoạn (0  ) tiristo khoá: ud = 0. Trong giai đoạn (   ) tiristo khoá: ud = u2(). Trong giai đoạn (  0) tiristo khoá: ud = 0. Như vậy điện áp ud bây giờ không còn là toàn bộ nửa hình sin dương của điện áp nguồn xoay chiều u2, mà chỉ là một phần của nó với độ lớn tuỳ thuộc góc . 1.1.5. Mạch chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ Hình 5b là đồ thị minh hoạ chỉnh lưu điều khiển này. Lưu ý rằng trong mạch chỉnh lưu nhiều pha, góc điều khiển  của các tiristo phải bằng nhau: 1 = 2 = . Sự sai lệch giữa chúng được đánh giá bằng mật độ đối xứng. Mạch điều khiển có nhiệm vụ đảm bảo độ mất đối xứng không vượt quá 10 đến 20 điện. 8
u2 u2 u2  ud I G1 u'2  u1 IG 2 u' '2  ud  a) 1 2 1 b) Hình 5: Mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ Với tải thuần trở, dạng dòng điện id tương tự dạng điện áp Ud, và ta thấy dòng điện sẽ có đoạn bằng 0 (id = 0) trong toàn dải điều chỉnh . Do vậy dòng điện này được gọi là dòng điện gián đoạn. 1.1.5. Mạch chỉnh lưu cầu một pha. u2 A M  2  D2 D1 I G1  T Q N R IG2  t IG3  B D4 D3 IG 4  P ud     Hình 6: Mạch chỉnh lưu cầu Dạng sóng đầu ra nhận được trên tải sẽ hoàn toàn tương tự cho trường hợp mạch chỉnh lưu hai pha hình tia. 1.2. Mạch chỉnh lưu 3 pha: * Chỉnh lưu 3 pha không điều khiển 9
1.2.1. Mạch chỉnh lưu 3 pha hình tia. a, Sơ đồ: Da Db Dc N RT C Hình 6: Mạch chỉnh lưu 3 pha hình tia b, Nguyên lý hoạt động: Điện áp ba pha bên thứ cấp: u 2 a  2 .U 2 . sin  u 2b  2 .U 2 . sin   2 / 3 u 2c  2 .U 2 .sin(  4 / 3) Xét trong khoảng 1 ÷ 2 pha a có thế dương nhất nên Da dẫn. Khi đó có dòng từ ua  D a  Rt  N. Xét trong khoảng 2 ÷ 3 pha b có thế dương nhất nên Db dẫn. Khi đó có dòng từ ub  D b  Rt  N. Tương tự trong khoảng 3 ÷ 4 pha c có thế dương nhất nên Dc . Khi đó có dòng từ uc  D c  Rt  N. Vậy trong một chu kỳ của nguồn 3 pha có 3 lần chuyển mạch. Khi chuyển mạch dòng điện qua tải giảm về không ngay ở điode này và tăng lên ngay ở điode kia. Khi đó tín hiệu đầu ra có dạng như hình bên phải. 1.2.2. Mạch chỉnh lưu 3 pha hình cầu a, Sơ đồ: 10
D1 D3 D5 AI i BI i R C i D4 D6 D2 a b Hình 7 b, Nguyên lý hoạt động: Điện áp pha thứ cấp biến áp: u 2 a  2 .U 2 . sin  u 2b  2 .U 2 . sin   2 / 3 u 2c  2 .U 2 .sin(  4 / 3)  3 Xét trong khoảng ÷ pha a có thế dương nhất, pha b có thế âm nhất 6 6 nên D1, D 6 dẫn. Khi đó có dòng từ ua  D1  Rt  D6  ub. 3 5 Xét trong khoảng ÷ pha a có thế dương nhất, pha c có thế âm nhất 6 6 nên D1, D 2 dẫn. Khi đó có dòng từ ua  D1  Rt  D2  uc. 5 7 7 9 Lập luận tương tự trong khoảng ÷ ; ÷ ;…ta có tín hiệu đầu ra có 6 6 6 6 dạng như hình vẽ. * Chỉnh lưu 3 pha có điều khiển 1.2.3. Mạch chỉnh lưu 3 pha Đồ thị điện áp ud của mạch chỉnh lưu này thể hiện trên hình 8b với góc điều khiển  = 30 0. Đây là góc đặc biệt. + Nếu   300, điện áp ud sẽ có đoạn bằng 0, vì vậy khi tải thuần trở, dòng điện id sẽ gián đoạn, tức là có những đoạn id = 0, và dòng điện qua van luôn kết thúc khi điện áp pha về 0. Đồ thị ud có dạng hình 8a, theo đó có. 11
u2 ua ub uc  ua I G1 ub  I G2  ud Rd I G3 uc  ud  a b Hình 8 + Nếu   300, dạng điện áp ud ở hình b. Ta thấy điện áp ud luôn lớn hơn 0. Như vậy tải thuần trở, dòng điện id sẽ luôn tồn tại và chảy liên tục qua tải, vì vậy dạng dòng điện này gọi là dòng điện liên tục. Ở đây quy luật điện áp ud khác đi, không tuân theo biểu thức. Với lưu ý rằng ba van sẽ thay nhau dẫn trong một chu kỳ, nên mỗi van dẫn một khoảng 23, 1.2.4. Mạch chỉnh lưu cầu 3 pha T3 id a T1 T5 b Rd ud c T4 T6 T2 Hình 9: Để cấp điện cho tải phải đảm bảo có hai van dẫn: một của nhóm lẻ, một của nhóm chẵn. Như vậy khi phát xung mở van cho mạch hoạt động cũng phải đồng thời cho hai tiristo cần dẫn. Trên đồ thị ở hình 10 thể hiện điều này ở chỗ mỗi tiristo được phát hai xung: 12
u  ua  ub  uc  ud 0 1 3 5 7 t 0 2  4 2  6    A nét đậm ud 0 t iT1 0 Id t iT2  2 0 t iT3  2 0 t iT4  2 0 t iT5  0 t iT6  2 0 t  2 Hình 10: Mạch chỉnh lưu 3 pha có điều khiển 2. Mạch nghịch lưu: Nghịch lưu là một dạng mạch phát sinh nguồn xoay chiều nguồn một chiều. Sự phát sinh này có thể khách quan do mạch điện gây ra hay chủ quan do thiết kế tạo nên. Để phân biệt cũng như ứng dụng hiệu quả trong kỹ thuật người ta chia mạch nghịch lưu thành hai loại: nghịch lưu phụ thuộc và nghịch lưu độc lập. 2.1. Mạch nghịch lưu một pha: 2.1.1. Nghịch lưu phụ thuộc: 13
Nghịch lưu phụ thuộc là một chế độ làm việc của các sơ đồ chỉnh lưu, trong đó năng lượng từ phía một chiều được đưa trả về lưới điện xoay chiều. Đây là chế độ làm việc rất phổ biến của các bộ chỉnh lưu, đặc biệt đối với các hệ thống truyền động điện một chiều. Khi một máy điện một chiều được điều khiển bằng một bộ chỉnh lưu, máy điện có thể là động cơ tiêu thụ năng lượng điện từ lưới điện đồng thời cũng có thể đóng vai trò là nguồn phát năng lượng, ví dụ trong chế độ hãm tái sinh. Trong chế độ hãm tái sinh động năng tích luỹ trong phần quay của động cơ được đưa trở về lưới điện. Tuy nhiên vấn đề trả năng lượng từ phía một chiều về xoay chiều và cung cấp năng lượng từ phía xoay chiều đến một chiều xảy ra luân phiên là chế độ làm việc bình thường trong hệ thống truyền tải điện. Trước hết, các yêu cầu để có thể thực hiện được chế độ nghịch lưu phụ thuộc, trong đó năng lượng từ phía một chiều được đưa trả về phía xoay chiều, là: a, Trong mạch một chiều phải có sức điện động một chiều Ed có cực tính tăng cường dòng Id, nghĩa là dòng điện một chiều của bộ biến đổi phải đi vào cực âm và đi ra cực dương của sức điện động một chiều Ed. b, Góc điều khiển á phải lớn hơn 900. Điều này dẫn đến Ud = Ud0. Cos  < 0. Như vậy, đầu ra của bộ chỉnh lưu không thể là nguồn cấp năng lượng vì dòng một chiều Id sẽ đi ra ở cực âm và đi vào cực dương của Udo. c, Điều kiện thứ ba rất quan trọng vì liên quan đến bản chất quá trình khoá của các Điôt nắn điện trong sơ đồ, đó là phải đảm bảo góc khoá  phải lớn hơn hoặc bằng  tr , trong đó tr là thời gian phục hồi tính chất khoá của van. Sơ đồ mạch nghịch lưu một pha được trình bày ở Hình10. 14
La V1 L1 Ud U21 U22 Ud Rt U21 U1 0 U22 U ï 2ï La V2 Ed ó Hình 11: Nghịch lưu phụ thuộc một pha UV Rt Id ă Xa/ï L1 Id 0 - Ed Udocos  U + Hình13:Dạng dòng, điện điện áp Hình 12: Sơ đồ thay thế tương đương  Trong sơ đồ nếu tăng dần góc điều khiển  cho đến khi   thì 2 U d  U do cos   0 , có nghĩa là không thể duy trì được dòng Id theo chiều cũ. Tuy nhiên nếu như trong mạch một chiều có sức điện động Ed sao cho Ed  U d thì dòng Id có thể đựơc duy trì. Nếu thay thế sơ đồ chỉnh lưu bằng nguồn sức điện động Udá ở sơ đồ Hình1.14 , có thể thấy chiều dòng điện Id đi ra ở cực âm và đi vào ở cực dương. Như vậy Udá đóng vai trò là phụ tải. Đối với Ed dòng Id đi ra ở cực dương và đi vào ở cực âm. Như vậy Ed là máy phát. Về bản chất ở đây phụ tải chính là phía xoay chiều vì trong phần lớn thời gian nửa chu kỳ của điện áp lưới thì dòng điện đi vào đầu có cực tính âm và đi ra ở đầu có cực tính dương. 2.1.2. Nghịch lưu độc lập: a, Định nghĩa: Nghịch lưu độc lập là những bộ biến đổi nguồn điện một chiều thành nguồn điện xoay chiều, cung cấp cho phụ tải xoay chiều, làm việc độc lập. Làm việc độc lập có nghĩa là phụ tải không có liên hệ trực tiếp với lưới điện. Như vậy, bộ nghịch lưu có chức năng ngược lại với chỉnh lưu. Khái niệm độc lập nhằm để phân biệt với các bộ biến đổi phụ thuộc như chỉnh lưu hoặc các bộ biến đổi xung áp xoay chiều, trong đó các van chuyển mạch dưới tác dụng của điện áp lưới xoay chiều. 15
b, Phân loại: Tuỳ vào chế độ làm việc của nguồn một chiều cung cấp mà nghịch lưu độc lập được phân loại là nghịch lưu độc lập nguồn áp, nghịch lưu độc lập nguồn dòng. Phụ tải của nghịch lưu độc lập có thể là một tải xoay chiều bất kỳ. Tuy nhiên có một dạng phụ tải đặc biệt cấu tạo từ một vòng dao động, trong đó điện áp hoặc dòng điện có dạng Hình sin yêu cầu một dạng nghịch lưu riêng, gọi là nghịch lưu cộng hưởng. Nghịch lưu cộng hưởng có thể là loại nguồn áp và cũng có thể là nguồn dòng. 2.2. Mạch nghịch lưu ba pha: Tương tự như mạch nghịch lưu một pha, mạch nghịch lưu ba pha cũng được chia làm hai loại nghịch lưu phụ thuộc và nghịch lưu độc lập. Sau đây lần lượt nghiên cứu các loại nghịch lưu ba pha. 2.2.1. Nghịch lưu phụ thuộc . Tương tự như nghịch lưu một pha, nghịch lưu phụ thuộc ba pha cũng được phát sinh trong quá trình làm việc của mạch điện có tải dùng nguồn dòng một chiều trả về nguồn và chúng cũng có các điều kiện tương tự như các mạch điện một pha. Sơ đồ nghịch lưu phụ thuộc sơ đồ cầu ba pha được trình bày ở Hình16 La V1 V3 V5 Ua La L= Ub La Rt Uc - Ed V4 V6 V2 + Hình14: Mạch nghịch lưu phụ thuộc ba pha 2.2.2. Nghịch lưu độc lập ba pha: Cũng giống như nghịch lưu phụ thuộc, nghịch lưu độc lập ba pha có hai loại đó là nghịch lưu độc lập ba pha nguồn dòng và nghịch lưu độc lập ba pha nguồn áp. Mạch nghịch lưu độc lập nguồn dòng ba pha:(hình15) 16
+ L V1 V3 V5 Za E Zb C1 C2 A Zc C3 B C - V4 V6 V2 Hình15: Mạch nghịch lưu nguồn dòng ba pha Dạng cơ bản của nghịch lưu nguồn dòng ba pha được thể hiện ở sơ đồ Hình17. Trên sơ đồ các SCR từ V 1 đến V6 được điều khiển để dẫn dòng trong khoảng 1200, mỗi van cách nhau 600 như trên Hình18. 600 1200 180 0 240 0 3000 3600 V1 V2  V3 θ V4 θ V5  V6  0 Hình16: Dạng tín hiệu điều khiển Mạch nghịch lưu độc lập nguồn áp ba pha: Sơ đồ mạch nghịch lưu độc lập nguồn áp ba pha được trình bày ở Hình19. Sơ đồ gồm 06 van điều khiển hoàn toàn gồm V 1, V2, V3, V4, V 5, V6 và các điôt ngược D1, D 2, D3, D4, D 5, 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. 17
+ D1 D3 D5 V1 V3 V5 E C D6 D2 D4 _ V6 V4 V2 IA IB IC Za Zb Zc Hình17: 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. 3. Biến tần. 3.1. Khái niệm, phân loại. 3.1.1. Khái niệm cơ bản: Biến tần là thiết bị điện công nghiệp được sử dụng rộng rãi trong các mạng điện công nghiệp, nhà máy, xí nghiệp, là thiết bị có tác dụng làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn dây bên trong động cơ và thông qua đó biến tần có thể điều khiển tốc độ động cơ của các máy móc, dây chuyền một cách vô cấp không cần dùng đến các hộp số cơ khí thông thường. Biến tần làm việc với điện áp đầu 18
vào là điện áp lưới nhưng về nguyên tắc biến tần có thể làm việc với bất cứ nguồn điện áp xoay chiều nào. 3.1.2. Phân loại: Về nguyên lý biến tần chia làm hai loại: biến tần gián tiếp và biến tần trực tiếp. Biến tần gián tiếp, hay còn gọi là biến tần có khâu trung gian một chiều, dùng bộ chỉnh lưu biến đổi nguồn điện xoay chiều thành dòng điện một chiều, sau đó lại dùng bộ nghịch lưu biến đổi nguồn một chiều thành nguồn xoay chiều. Khâu trung gian một chiều đóng vai trò làm khâu tích trữ năng lượng điện dưới dạng nguồn áp, dùng tụ điện, hoặc nguồn dòng, dùng cuộn cảm, tạo ra một khâu cách li nhất định giữa tải và nguồn điện áp lưới. Biến tần trực tiếp, khác với biến tần gián tiếp, tạo ra điện áp trên tải bằng các phần của điện áp lưới, mỗi lần nối tải vào nguồn bằng một phần tử đóng cắt duy nhất trong một khoảng thời gian nhất định không thông qua một kho trung gian chứa điện. Do khác nhau về mặt nguyên lí như vậy, trong biến tần trực tiếp phụ tải có thể trao đổi với lưới điện một cách liên tục. Đây chính là đặc tính ưu việt của biến tần trực tiếp so với biến tần gián tiếp, nhất là đối với các hệ thống điện có công suất lớn và cực lớn. Ngoài ra tổn hao công suất của biến tần trực tiếp cũng ít hơn vì tải chỉ nối với nguồn thông qua thiết bị đóng cắt, không phải qua hai phần tử và khâu trung gian như ở biến tần gián tiếp. Tuy nhiên sơ đồ van và qui luật điều khiển ở biến tần trực tiếp sẽ phức tạp hơn nhiều so với biến tần gián tiếp. Với kỹ thuật điện tử và kỹ thuật vi xử lý phát triển thì vấn đề nay hoàn toàn có thể khắc phục được. a, Biến tần gián tiếp: Biến tần gián tiếp được cấu tạo từ bộ chỉnh lưu, khâu lọc trung gian và bộ nghịch lưu là các bộ biến đổi đã được giới thiệu ở các phần trước. Vì vậy trong nội dung này chỉ giới thiệu một sơ đồ căn bản để thấy một số điểm đặc biệt ở sơ đồ thực tế. Tuỳ thuộc khâu trung gian một chiều làm việc trong chế độ nguồn dòng hay nguồn áp biến tần chia làm ba loại chính: - Biến tần nguồn dòng. - Biến tần nguồn áp với nguồn có điều khiển. - Biến tần nguồn áp không điều khiển (sử dụng nghịch lưu áp biến điệu độ rộng xung) b, Biến tần trực tiếp: 19
Nguyên lý tạo điện áp ra cho biến tần trực tiếp ở đây dùng cho các SCR chuyển mạch tự nhiên. Do đó tần số điện áp ra phải thấp hơn nhiều so với điện áp lưới, Cỡ 10 - 25 hz. tuy nhiên nếu sử dụng các van bán dẫn điều khiển hoàn toàn thì có thể đạt được tần số cao hơn. Trong các mạch chỉnh lưu ba pha góc điều khiển được tính từ các điểm chuyển mạch tự nhiên, ứng với góc 300 theo các đường điện áp pha. Như vậy mỗi điện áp pha sớm pha hơn 600 so với điện áp pha tương ứng sẽ có điện áp cao nhất sau 900, đó chính là điện áp có dạng cosin đối với tín hiệu điều khiển. Theo nguyên tắc điều khiển riêng các bộ biến đổi chỉ đảo chiều khi dòng điện về đến 0 và sau một thời gian trễ an toàn. Vì vậy nếu tải là trở cảm mỗi bộ biến đổi sẽ luân phiên làm việc ở chế độ chỉnh lưu và chế độ nghịch lưu phụ thuộc. Chế độ nghịch lưu phụ thuộc ở mỗi bộ biến đổi sẽ xảy ra khi góc điều khiển  >90 0. 3.2. Giới thiệu biến tần Biến tần Siemens: Siemens một tập đoàn của Đức hoạt động trong các lĩnh vực về điện, điện tử và tự động hóa,… Thương hiệu biến tần Siemens nổi tiếng trên khắp thế giới được sản xuất theo dây chuyền và tiêu chuẩn chất lượng châu Âu. Biến tần Siemens được biết đến với các ưu điểm là giải pháp hữu hiệu nhất cho các giải pháp truyền động đơn giản với chi phí hợp lý, dễ dàng vận hành, bền bỉ, tiết kiệm và thường có dải công suất hoạt động từ 0.12kW đến 15kW (1/6hp đến 20hp). Biến tần Siemens Biến tần Schneider 20