Giáo trình tự động điều chỉnh truyền động điện

1. i
MỤC LỤC
MỤC LỤC.............................................................................................................i
DANH MỤC HÌNH VẼ......................................................................................iii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ..............................................................................viii
MỞ ĐẦU..............................................................................................................1
CHƯƠNG 1. NHỮNG NGUYÊN TẮC CƠ BẢN KHI XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU
CHỈNH TỰ ĐỘNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN............................................................2
1.1 Khái niệm và phân loại...............................................................................3
1.2. Những vấn đề chung khi thiết kế hệ điều chỉnh tự động truyền động điện
.................................................................................................................................6
1.3 Độ chính xác và đáp ứng của hệ điều khiển truyền động điện...................9
1.4 Bộ điều khiển P, PI, PID ..........................................................................12
1.5 Tổng hợp các mạch vòng nối cấp dùng phương pháp hàm chuẩn mô đun
tối ưu, mô đun đối xứng........................................................................................14
2.1. Khái niệm chung......................................................................................21
2.2. Các bộ chỉnh lưu......................................................................................21
2.2.1 Các ứng dụng và phân loại các sơ đồ chỉnh lưu ................................21
2.2.2 Cấu trúc chung của một sơ đồ chỉnh lưu ...........................................23
2.2.3 Các bộ chỉnh lưu ................................................................................24
2.3. Bộ băm xung điện áp một chiều..............................................................44
2.4. Biến tần nguồn áp....................................................................................49
2.5 Ứng dụng các bộ biến đổi trong điều khiển động cơ truyền động...........54
Ứng dụng các bộ biến đổi trong điều khiển truyền động T-Đ đảo chiều ...54
CHƯƠNG 3. ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU......59
3.1. Mô tả toán học của động cơ điện một chiều kích từ độc lập...................59

2. ii
3.2 Thiết kế truyền động điện động cơ một chiều kích từ độc lập.................61
3.2.1. Cấu trúc hệ thống thiết bị..................................................................61
3.2.2 Thiết kế điều khiển.............................................................................62
3.3. Ví dụ minh họa mô phỏng trên phần mềm Matlab Simulink.................65
CHƯƠNG 4. ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ
KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA ....................................................................................68
4.1 Tổng quan hệ thống điều khiển động cơ xoay chiều 3 pha......................68
4.2 Mô hình động cơ xoay chiều 3 pha ..........................................................71
4.3 Điều khiển vô hướng u/f...........................................................................79
4.4. Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha tựa theo từ thông rô to (FOC)
...............................................................................................................................81
4.5 Điều khiển phát xung theo phương pháp điều chế vector không gian–SVM
...............................................................................................................................97
4.6 Thiết kế cấu trúc điều khiển tựa theo từ thông rotor..............................108
4.6.1. Thiết kế mô hình tính toán từ thông................................................108
4.6.2. Thiết kế bộ điều khiển dòng điện Ris ..............................................109
4.6.3 Thiết kế bộ điều khiển từ thông Rψ.................................................112
4.6.4. Thiết kế bộ điều khiển tốc độ..........................................................113
4.7. Điều khiển trực tiếp mô men (DTC) .....................................................114
4.7.1 Phương pháp điều khiển trực tiếp mômen .......................................115
4.7.2 Thiết kế bộ điều khiển tốc độ R𝛚....................................................126
4.8. Tham số hóa hệ thống............................................................................128

3. iii
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Cấu trúc chung của hệ điều chỉnh tự động truyền động điện ....................3
Hình 1.2: Phân loại các động cơ truyền động............................................................4
Hình 1.3: Cấu trúc chung của một mạch vòng điều khiển truyền động điện.............6
Hình 1.4: Đáp ứng của hệ điều khiển truyền động điện ..........................................10
Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý cấu trúc bộ điều khiển PID ...........................................12
Hình 1.6: Đáp ứng của các bộ điều khiển PID.........................................................14
Hình 1.7: Cấu trúc mạch vòng của hệ điều khiển truyền động điện........................15
Hình 1.8: Đặc tính tần cùa hàm truyền kín tối ưu mô-đun ......................................15
Hình 1.9: Đáp ứng của chuẩn mô-đun tối ưu bậc hai ..............................................16
Hình 1.10: Đáp ứng của hàm chuẩn tối ưu mô-đun bậc 3 .......................................17
Hình 1.11: Cấu trúc hệ điều khiển theo hàm tối ưu mô-đun bậc ba có lọc đầu vào
..................................................................................................................................17
Hình 2.1: Các dạng sơ đồ chỉnh lưu cơ bản.............................................................22
Hình 2.2: Cấu trúc của một sơ đồ chỉnh lưu. ...........................................................23
Hình 2.3: Biểu đồ vectơ của hệ thống điện áp ba pha..............................................25
Hình 2.4: Sơ đồ chỉnh lưu hình tia ba pha có điều khiển.........................................26
Hình 2.5: Đồ thị dạng dòng điện, điện áp của các phần tử trên sơ đồ ba pha hình tia,
tải thuần trở...............................................................................................................28

4. iv
Hình 2.6: Đồ thị dạng dòng điện, điện áp của các phần tử trên sơ đồ ba pha hình tia,
tải trở cảm.................................................................................................................29
Hình 2.7: Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển ...............................................30
Hình 2.8: Dạng dòng điện, điện áp của các phần tử trên sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha,
tải thuần trở, 45
  ................................................................................................31
Hình 2.9: Dạng dòng điện, điện áp của các phần tử trên sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha,
tải trở cảm; (a) ; 45 .
L 
   ; (b) ; 75 .
L 
   ...................................................33
Hình 2.10: Chỉnh lưu sáu pha, có cuộn kháng cân bằng.........................................34
Hình 2.11: Cấu tạo của cuộn kháng cân bằng..........................................................35
Hình 2.12: Mạch điện tương đương của sơ đồ khi D1 và D2 cùng dẫn ..................36
Hình 2.13: Dạng dòng điện, điện áp của các phần tử trên sơ đồ chỉnh lưu sáu pha,
có cuộn kháng cân bằng. ..........................................................................................37
Hình 2.14: Dạng điện áp chỉnh lưu và điện áp trên cuộn kháng cân bằng khi 60
 
..................................................................................................................................40
Hình 2.15: Dạng điện áp chỉnh lưu và điện áp trên cuộn kháng cân bằng khi 60
  .
..................................................................................................................................41
Hình 2.16: Đồ thị dạng dòng điện, điện áp của các phần tử trong quá trình chuyển
mạch trong chỉnh lưu cầu.........................................................................................42
Hình 2.17: Sơ đồ cấu trúc bộ biến đổi có đảo chiều. ...............................................43
Hình 2.18: Sơ đồ băm xung áp nối tiếp ...................................................................46

5. v
Hình 2.19 : Dạng dòng điện, điện áp của các phần tử trong sơ đồ XADC nối tiếp.
..................................................................................................................................46
Hình 2.20: Sơ đồ XADC tải có s.p.đ.đ.....................................................................48
Hình 2.21: Dạng dòng điện, điện áp của các phần tử trên sơ đồ XADC, tải có s.p.đ.đ
..................................................................................................................................49
Hình 2.22: Các sơ đồ bộ nghịch lưu nguồn áp;........................................................50
Hình 2.23: Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển SPWM nghịch lưu áp ba pha. ............51
Hình 2.24: Sơ đồ nghịch lưu ba pha như ba sơ đồ nửa cầu. ....................................52
Hình 2.25: Hình Dạng xung điện áp của nghịch lưu ba pha....................................53
Hình 2.26: Sơ đồ mạch lực T-Đ đảo chiều dùng một bộ biến đổi...........................54
Hình 2.27: Sơ đồ mạch lực T-Đ đảo chiều dùng hai bộ biến đổi điều khiển chung57
Hình 2.28: Sơ đồ mạch lực T-Đ đảo chiều bộ biến đổi nối song song ngược điều
khiển riêng................................................................................................................57
Hình 3.1: Sơ đồ thay thế động cơ điện một chiều kích từ độc lập...........................59
Hình 3.2: Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập..61
Hình 3.3: Sơ đồ khối phục vụ quá trình thiết kế......................................................63
Hình 3.4: Xây dựng mô hình bằng Matlab Simulink...............................................67
Hình 4.1: Sơ đồ thay thế dạng biến thế của ĐCKĐB rotor lồng sóc.......................71
Hình 4.2: Biểu diễn ba dòng pha dưới dạng vector phức ........................................74

6. vi
Hình 4.3: Vector dòng stator trên hệ tọa độ cố định αβ và hệ tọa độ dq.................75
Hình 4.4: Mô hình ĐCKĐB trên hệ tọa độ dq.........................................................78
Hình 4.5: Đặc tính cơ và cấu trúc điều khiển tần số vô hướng theo quan hệ US (fS)
..................................................................................................................................80
Hình 4.6: Đặc tính quan hệ U(f)...............................................................................80
Hình 4.7: Vector dòng stator trên hệ tọa độ cố định và hệ tọa độ quay dq .......92
Hình 4.8: Biểu diễn vector dòng stator trên hệ tọa độ dq và 𝛼𝛽. ............................93
Hình 4.9: Xen kênh của hai trục d,q.........................................................................95
Hình 4.10: Sơ đồ điều khiển định hướng theo từ thông rotor..................................96
Hình 4.11: Biểu diễn vector điện áp trong hệ tọa độ αβ..........................................97
Hình 4.12: Sơ đồ mạch nghịch lưu ĐCXCBP .........................................................98
Hình 4.13: Vector chuẩn trên hệ trục tọa độ αβ.....................................................100
Hình 4.14: Mối quan hệ giữa các sector và điện áp tức thời usa, usb, usc ...............101
Hình 4.15: Thuật toán xác định vector điện áp đặt trong mỗi sector.....................101
Hình 4.16: Vector điện áp được điều chế trong sector 1. ......................................102
Hình 4.16: Mẫu xung chuẩn trong sector 1............................................................105
Hình 4.17: Mẫu xung chuẩn trong sector 1, 2........................................................106
Hình 4.18: Mẫu xung chuẩn trong sector 3,4.........................................................106

7. vii
Hình 4.19: Mẫu xung chuẩn trong sector 5,6.........................................................107
Hình 4.20: Sơ đồ mô hình tính toán từ thông ........................................................109
Hình 4.21: Cấu trúc bộ điều khiển dòng isd............................................................110
Hình 4.22: Cấu trúc mạch vòng điều khiển dòng điện ..........................................111
Hình 4.23: Cấu trúc bộ điều khiển từ thông roto '
rd
 ............................................112
Hình 4.24: Cấu trúc bộ điều khiển Rω....................................................................113
Hình 4.25: Sơ đồ vector của ĐC KĐB...................................................................115
Hình 4.26: Điện áp đầu ra biến tần được biểu diễn dưới dạng vector không gian 116
Hình 4.27: Sơ đồ cấu trúc điều khiển phương pháp DTC cho ĐC KĐB...............117
Hình 4.28: Bộ trạng thái trễ hai mức và ba mức....................................................118
Hình 4.29: Các sector trong phương pháp DTC ....................................................120
Hình 4.30: Lựa chọn vector điện áp tối ưu cho vector từ thông stato trong sector 1
................................................................................................................................122
Hình 4.31: Minh họa cho vector từ thông ở sector k bất kì ...................................124
Hình 4.32: Cấu trúc bộ điều khiển tốc độ ..............................................................127
Hình 4.33: Biểu đồ vector đơn giản để tính điện kháng tản Xσ .............................131
Hình 4.34: Biểu đồ vector đơn giản để tính Xσ......................................................134

8. viii
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Mô-đun tối ưu ...........................................................................................18
Bảng 1.2 Mô-đun đối xứng ......................................................................................19
Bảng 3.1: Thông số mô phỏng - Chọn động cơ Pelta 4L 30....................................65
Bảng 4.1: Các vector điện áp ứng với các trạng thái chuyển mạch nghịch lưu.......99
Bảng 4.2: Giá trị điện áp của các vector chuẩn........................................................99
Bảng 4.3: Bảng tổng hợp ma trận Anm trong mỗi sector........................................103
Bảng 4.4: Trạng thái logic của các vector chuẩn trong sector 1............................104
Bảng 4.5: Hệ số điều chế cho nhóm nhánh van của mạch nghịch lưu. .................107
Bảng 4.6: Bảng phân tích khi vector từ thông ở sector 1.......................................122
Bảng 4.7: Bảng phân tích khi vector từ thông ở sector 2.......................................123
Bảng 4.8: Bảng phân tích khi vector từ thông ở sector 3.......................................123
Bảng 4.9: Bảng phân tích khi vector từ thông ở sector 4.......................................123
Bảng 4.10: Bảng phân tích khi vector từ thông ở sector 5.....................................123
Bảng 4.11: Bảng phân tích khi vector từ thông ở sector 6.....................................124
Bảng 4.12: Bảng phân tích khi vector từ thông ở sector k bất kì...........................124
Bảng 4.13: Bảng đóng cắt vecto điện áp theo yêu cầu điều khiển ........................126

9. 1
MỞ ĐẦU
Bài giảng “Tự động điều chỉnh truyền động điện” được biên soạn theo chương trình
đào tạo dành cho sinh viên ngành Kỹ thuật điện, Khoa điện - điện tử, trường Đại học
Giao thông Vận tải. Mục đích của bài giảng cung cấp cho người học những kiến thức
cơ bản về tổng hợp các mạch vòng mô men và tốc độ cho các động cơ điện một chiều
kích từ độc lập, động cơ điện xoay chiều 3 pha rô to lồng sóc.
Bài giảng gồm 4 chương:
Chương 1: Những nguyên tắc cơ bản khi xây dựng hệ điều chỉnh tự động truyền động
điện
Chương 2: Các bộ biến đổi trong truyền động điện
Chương 3: Điều khiển hệ thống truyền động điện một chiều
Chương 4: Điều khiển hệ thống truyền động điện động cơ xoay chiều 3 pha
Các chương mục được sắp xếp theo trình tự phù hợp với nhận thức của người học,
từ những nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động động cơ điện một chiều, hệ
truyền động động cơ điện xoay chiều 3 pha, đến các sơ đồ cấu trúc, mô hình hóa
động cơ, thiết kế điều khiển với các phương pháp điều khiển vô hướng u/f, điều khiển
tựa theo từ thông rô to (FOC), điều khiển trực tiếp mô men (DTC), tham số hóa hệ
thống.
Trong quá trình biên soạn bài giảng không tránh khỏi thiếu sót, tác giả rất mong được
sự đóng góp của các đồng nghiệp và bạn đọc để bài giảng hoàn thiện hơn.

10. 2
Môn : tự động điều chỉnh truyền động điện (03 TC)
Mục đích: tập trung tổng hợp các mạch vòng điều khiển mô men và tốc độ
Tài liệu : bài giảng cô đã gửi
Tài liệu tham khảo: Điều khiển vector truyền động điện xoay chiều 3 pha
Truyền động điện thông minh
Matlab dành cho sinh viên khối kỹ thuật
Nguyễn PHùng Quang
Điều khiển truyền động điện trong công nghiệp (Bùi Quốc Khánh -2020)
Hình thưc thi:
Điểm thành phần: 30%
1. Điểm danh
2. Bài tập lớn: Điều khiển động cơ điện xoay chiều 3 pha bằng
phương pháp đk FOC, DTC, u/f
3. Thực hành (mô phỏng matlab), thí nghiệm
4. Kiểm tra giữa kỳ
Bài tập lớn: chia nhóm như kỳ 1,
Môn học liên quan: Lý thuyết điều khiển tuyến tính, ĐTCS, có sở
TDD
Thi cuối kỳ: 70% (tự luận)

11. 3
CHƯƠNG 1. NHỮNG NGUYÊN TẮC CƠ BẢN KHI XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU
CHỈNH TỰ ĐỘNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
1.1 Khái niệm và phân loại
a. Khái niệm hệ truyền động điện: Hệ truyền động điện là tập hợp các thiết bị
như: Thiết bị điện, thiết bị điện tử, thiết bị cơ để phục vụ cho việc biến đổi năng
lượng điện - cơ. Biến đổi điện năng từ lưới điện thành cơ năng cấp cho máy sản xuất
khi hệ làm việc trong chế độ động cơ, và biến đổi cơ năng thành điện năng khi hệ
làm việc trong chế độ hãm. Điều khiển truyền động điện thực hiện điều khiển quá
trình biến đổi năng lượng đó theo yêu cầu công nghệ của máy sản xuất.
FX
Bộ
ĐK
Bộ Biến
đổi
Có tín hiệu
Phản hồi
3
Motor
Tín hiệu ĐK
u
i
f
TĐĐ
,M

Tải
Sensor
 M
Bộ phát xung
Hình 1.1: Cấu trúc chung của hệ điều chỉnh tự động truyền động điện
Cấu trúc chung của hệ truyền động điện, bao gồm 3 phần chính:
- Phần cơ truyền động điện là các cơ cấu truyền động của máy sản xuất
- Phần lực truyền động điện là bộ biến đổi và động cơ truyền động
+ Động cơ: Máy điện
+ Bộ biến đổi: Điện tử công suất
Phần điều khiển gồm các cơ cấu đo lường, các bộ điều khiển truyền động và công
nghệ. Ngoài ra còn có các thiết bị điều khiển, đóng cắt phục vụ công nghệ và cho

12. 4
người vận hành. Đồng thời một số hệ truyền động có cả mạch ghép nối với các thiết
bị tự động khác trong một dây truyền sản xuất.
+ Bộ điều khiển
+ Phát xung (FX): Điện tử
+ Sensor: Đo lường (đo dòng điện, điện áp, tốc độ, vị trí...)
b. Phân Loại hệ truyền động điện
Phân loại theo động cơ tham gia truyền động:
- Truyền động động cơ điện một chiều
- Truyền động động cơ xoay chiều đồng bộ
- Truyền động động cơ xoay chiều không đồng bộ
Động cơ
Quay
(Rotating
machines)
Thẳng
(Linear motor)
Một chiều
Xoay chiều
Đồng bộ
Không đồng
bộ
Kích từ độc lập
Kích độc nối tiếp
Kích từ hỗn hợp
Đồng bộ
Không đồng
bộ
Rotor Lồng Sóc
Rotor Dây quấn
Động cơ
khác
Kích từ bằng cuộn dây(PMSU)
Kích từ bằng NCVC Sóng hình Sin
Sóng hình Thang
Động cơ bước
Động cơ từ trở thay đổi
(Động cơ một chiều không chổi than)
Brushless DC Motor
Nam châm bề mặt(SPM)
Nam châm bề chìm(IPM)
-Asynchrouns
-Induction Motor
(IM)
Synchrouns
(SU)
Hình 1.2: Phân loại các động cơ truyền động

13. 5
Phân loại theo hệ điều khiển:
- Truyền động không điều khiển tham số: Thường chỉ có động cơ nối trực tiếp
với lưới điện, quay các máy sản xuất với tốc độ nhất định, mô-men truyền động theo
yêu cầu của tải. Hệ điều khiển loại truyền động này chủ yếu là điều khiển logic.
- Truyền động có điều khiển tham số: Được phân loại theo đại lượng cần điều
khiển như điều khiển tốc độ, điều khiển mô men, điều khiển vị trí. Hệ điều khiển
truyền động có điều khiển tham số có độ chính xác điều khiển cao thường có công
suất không lớn (như các truyền động servo cho máy CNC, rô-bốt...). Truyền động
điều khiển tham số có độ chính xác không cao như các máy bơm, quạt gió, máy nâng
vận chuyển, máy cán.... Hệ điều khiển tham số truyền động bao giờ cũng trang bị bộ
biến đổi điện tử công suất.
Điều khiển tốc độ và điều khiển mô men trong hệ truyền động điện
- điều khiển mo men, tốc độ, vị trí
+ điều khiển vị trí: CNC, robot công nghiệp, quay awngten, ra-đa… điều khiển
chuyển động
* điều khiển tốc độ truyền động: (speed control)
* điều khiển mô men truyền động điện (Torque control): đại lượng cần điều khiển
là mô men điện từ động cơ, đại lượng tác động gồm hai thành phần: dòng điện phần
ứng, và từ thông động cơ, đại lượng nhiễu là mo men cản.
Nguyên lý điều khiển sinh mô-men của động cơ điện
Cấu trúc điều khiển tốc độ của hệ truyền động điện

14. 6
1.2. Những vấn đề chung khi thiết kế hệ điều chỉnh tự động truyền động điện
Mô hình cho một mạch vòng của hệ truyền động điện được chỉ ra trong Hình 1.3,
gồm 3 phần chính:
SV CV
R
F (s) s
F (s)
+
- s
F (s)
PV
u MV
Z
TB đo
Hình 1.3: Cấu trúc chung của một mạch vòng điều khiển truyền động điện
- Đối tượng điều khiển đại diện cho các quá trình được mô tả bởi hàm truyền Fs1
và Fs2
- Thiết bị đó gồm đo các thông số của bộ biến đổi, đo dòng điện động cơ, đo tốc
độ và đo các tham số công nghệ… được mô tả bởi hàm truyền. Thiết bị đo có đầu ra
tỷ lệ với giá trị tức thời của đại lượng cần điều khiển PV.
- Thiết bị điều khiển là các bộ điều khiển được mô tả bởi hàm truyền FR
- Đại lượng tác động vào hệ gồm có đại lượng đặt SP và có giá trị đặt là SV
- Đại lượng nhiễu Z
Lượng đặt cho hệ SP (Set Point) hoặc SV (Set value - giá trị đặt)
- Khi dùng đại lượng cần điều khiển là tốc độ truyền động (Speed Control) lượng
đặt cho hệ truyền động điện là tốc độ thường ký hiệu *
 , về đơn vị có nhiều cách
biểu diến như sau: Khi vận hành tại chỗ dùng tín hiệu analog là điện áp một chiều
(0-10V) tỷ lệ với tốc độ * k
 

 (trong đó  tính theo rad/s, max max
10 / ,
k  

là tốc độ cực đại của vùng làm việc). Khi hệ truyền động nằm trong dây chuyền
thường lượng đặt tốc độ được tính theo phần trăm (%) (dùng truyền thông số)
*
max
( / )%
  


15. 7
- Khi dùng điều khiển mô-men lượng đặt cho hệ là mô-men tính theo % hoặc ký
hiệu M*
=M/MN (MN là mô-men định mức của động cơ truyền động).
- Ngoài ra theo yêu cầu công nghệ lượng đặt cho hệ có thể là tốc độ dài V*
, lực
căng T*
, tính theo phần trăm (%).
Đại lượng cần điều khiển CV- Controlled Variable
Tùy theo đại lượng đặt mà ta có đại lượng cần điều khiển tương ứng, ví dụ khi
điều khiển tốc độ Speed Control ta có đại lượng cần điều khiển là tốc độ. Đại lượng
đo của CV được ký hiệu là PV (Present Value).
Đại lượng tác động MV - Manupulated Variable
Đại lượng tác động ký hiệu là đại lượng vật lý MV, tác động lên đối tượng, với
hệ truyền động đó là momen điện từ động cơ. Đại lượng tác động lên hệ được điều
khiển bởi tín hiệu điều khiển u lấy từ đầu ra của bộ điều khiển.
Đại lượng nhiễu Z
Đại lượng nhiễu chính của hệ điều khiển tốc độ là biến nhiễu tải Mc, ngoài ra hệ
còn có các nhiễu thông số nguồn, nhiễu đo, nhiễu do biến đổi thông số động cơ, bộ
biến đổi và nhiễu tín hiệu tần số cao, thường được ký hiệu chung là Z.
Thiết bị đo (TB đo)
Trong hệ thường được biến đổi từ tín hiệu vật lý sang tín hiệu chuẩn áp (0-10V)
hoặc chuẩn dòng (0(4)- 20mA). Đối với đo tốc độ ngoài dùng máy phát tốc analog,
người ta còn dùng các thiết bị đo xung encorder,… tùy theo yêu cầu độ chính xác.
Do phát triển mạng truyền thông số, nhiều thiết bị đo có cổng truyền thông chuẩn
công nghiệp có khả năng kháng nhiễu cao. Đầu ra thiết bị đo (PV) thể hiện giá trị tức
thời của đại lượng cần điều khiển.
Khi thiết kế điều khiển hệ truyền động điện, cần có đầy đủ thông tin về cấu trúc
phần lực và yêu cầu công nghệ của hệ truyền động. Về phần lực: Động cơ điện đã
được chọn về chủng loại, công suất, tốc độ, mô-men, sơ đồ động học phần cơ. Về
yêu cầu công nghệ, cần có: Đặc tính tải, yêu cầu về khởi động, hãm, dừng, dừng khẩn

16. 8
cấp, vùng điều chỉnh tốc độ, mô-men, độ chính xác điều khiển ...; các yêu cầu liên
quan tới dây chuyền công nghệ.
Nhiệm vụ thiết kế điều khiển truyền động điện gồm:
- Bộ biến đổi được chọn theo tiêu chí: Yêu cầu về khởi động, hãm, dừng, đảm
bảo công suất khi vận hành, khả năng quá tải... Yêu cầu về vùng điều chỉnh và độ
chính xác điều khiển... Khi chọn được bộ biến đổi trong công nghiệp ta đã có: Các
mạch vòng điều khiển bộ biến đổi và động cơ, điều khiển lo-gic của bộ biến đổi và
động cơ, được tích hợp trong điều khiển bộ biển đổi.
- Thiết kế điều khiển mạch vòng điều khiển công nghệ của hệ truyền động (mạch
vòng tốc độ hoặc mô-men). Cần quan tâm tới thiết bị đo tốc độ có độ chính xác theo
yêu cầu công nghệ. Xây dựng động lực học các quá trình điện tử, điện cơ và cơ. Tiến
hành tổng hợp hệ, mô hình hóa mô phỏng để đánh giá kiểm tra.
-Thiết kế điều khiển lô-gic cho tổng thể hệ truyền động
Về lý thuyết điều khiển tự động, ta có bốn bài toàn tổng hợp:
- Tổng hợp cấu trúc hệ điều khiển: Ta đã biết động học đối tượng, lượng đặt và
yêu cầu điều khiển, cần phải xác định cấu trúc điều khiển.
- Tổng hợp tham số bộ điều khiển: Dựa trên cấu trúc đã có lượng đặt đã định
trước, xác định hàm và tham số bộ điều khiển.
- Tổng hợp chức năng: Dựa trên cấu trúc và tham số hệ điều khiển, cần xác định
lượng đặt điều khiển.
- Tổng hợp kết hợp ba bài toán tổng hợp trên.
Đối với hệ điều khiển truyền động điện, thường phải tiến hành giải ba bài tổng
hợp nêu trên, tùy theo yêu cầu công nghệ. Về cầu trúc điều khiển hệ truyền động
thường dùng hệ nhiều mạch vòng nối tầng. Tiến hành tổng hợp từ mạch vòng trong
(mô-men) đến mạch vòng ngoài (tốc độ và vị trí). Đối với mạch vòng mô-men cần
thiết kế cả cấu trúc tách kênh giữa mạch vòng từ thông và mạch vòng dòng phần ứng,
khử các nhiễu tác động lên mạch vòng. Đối với mạch vòng tốc độ cần thiết kế khử

17. 9
nhiễu tải, tổng hợp tín hiệu đặt..., khi động lực học cơ có tham số thay đổi cần thiết
kế cấu trúc điều khiển thích nghi.
Khi tổng hợp các mạch vòng điều khiển, ta có thể dùng các phương pháp tổng
hợp thông dụng khác nhau như: Phương pháp đặc tính tần, phương pháp phân bổ
nghiệm, phương pháp tối ưu mô-dun... Các bộ điều khiển hiện nay đều thực hiện trên
môi trường số, nên khi tiến hành tổng hợp thường thực hiện trong môi trường tín
hiệu liên tục sau đó chuyển sang môi trường tín hiệu số hoặc có thể tổng hợp trực
tiếp trong môi trường số. Ngày nay với sự phát triển các vi điều khiển, có khả năng
tính toán nhanh nên đã có thể ứng dụng các thuật điều khiển hiện đại vào hệ điều
khiển truyền động điện.
1.3 Độ chính xác và đáp ứng của hệ điều khiển truyền động điện
Ngoài các chỉ tiêu đánh giá chung đối với hệ truyền động điện như: Vùng điều
chỉnh, độ trơn điều chỉnh, độ ổn định tốc độ, tổn thất điều chỉnh,.. Hệ truyền động
còn quan tâm nhiều tới đáp ứng của hệ và độ chính xác điều khiển.
Về đáp ứng ta quan tâm tới đáp ứng của hệ khi tác động của lượng đặt và đáp
ứng của hệ khi tác động của tải. Độ chính xác của hệ được xác định trong trạng thái
xác lập và tựa xác lập. Xét hệ điều khiển truyền động điện có cấu trúc phản hồi đầu
ra dùng bộ điều khiển PID, trên Hình 1.4 là đáp ứng bước nhảy của đại lượng cần
điều chỉnh, có hai giai đoạn: Quá độ và xác lập.
Trong giai đoạn quá độ có các chỉ tiêu đánh giá như:
- Thời gian gia tốc Ta là thời gian để đại lượng cần điều khiển đạt giá trị bằng
lượng đặt nhưng chưa ổn định.
- Lượng quá điều chỉnh
max %
PV SV
SV


 (1.1)
Trong đó: SV là giá trị đặt (Set Value); PV là đại lượng đo (Present Value) của
đại lượng cần điều khiển CV (Controlled Variable)

18. 10
Ví dụ: Tùy theo đại lượng đặt mà ta có đại lượng cần điều khiển tương ứng, khi
điều khiển tốc độ Speed Control ta có đại lượng cần điều khiển là tốc độ
- Số lần dao động n.
- Thời gian điều chỉnh Tr.
y
sp
y
max

e
a
T r
T t
Hình 1.4: Đáp ứng của hệ điều khiển truyền động điện
Bốn tham số của đặc tính quá độ có liên quan với nhau và quyết định bởi đặc tính
của đối tượng, hàm lượng đặt và tham số bộ PID. Khi gia tốc của hệ lớn (Tα nhỏ), sẽ
gây ra quá điều chỉnh lớn và ngược lại. Khi quá điều chỉnh lớn sẽ gây ra số lần dao
động nhiều và ngược lại. Khi gia tốc lớn, quá điều chỉnh lớn số lần dao động nhiều
dẫn đến hệ sẽ lâu về ổn định, tức là thời gian điều chỉnh Tr dài. Vì vậy khi chỉnh định
hệ cần quan tâm tới đặc tính đối tượng, hàm lượng đặt và chọn tham số PID sao cho
phù hợp, để hệ có quá điều chính nhỏ, số lần dao động tối thiếu và thời gian điều
chỉnh ngắn, người ta gọi đó là đặc tính tối ưu.
1.3.1 Các tiêu chuẩn tối ưu về sai lệch
Lý thuyết điều khiển tự động dùng tiêu chuẩn tối ưu theo sai lệch để đánh giá
chất lượng, gồm:
- Tiêu chuẩn tích phân bình phương sai lệch (Intergral of the Square of the Error)
(ISE)

19. 11
2
min
0
( )
J e t dt

  (1.2)
- Tiêu chuẩn tích phân của tích trị tuyệt đối sai lệch nhân với thời gian sai lệch
(lntergral of Time multiplicd by the Absolute Value of the Error) (ITAE)
min
0
( )
J t e t dt

  (1.3)
- Tiêu chuẩn tích phân của tích bình phương sai lệch nhân với thời gian sai lệch
(Intergral of Time multiplied by the Square of the Error) (ITSE)
2
min
0
( )
J te t dt

  (1.4)
Tiêu chuẩn ISE có hàm tổi thiếu Jmin là giá trị trung bình của sai lệch trong thời
gian đáp ứng, như vậy giai đoạn gia tốc (0 – Ta) có sai lệch lớn nên chiếm tỷ lệ lớn
nhất. Vì vậy áp dụng tiêu chuẩn tối ưu này để thiết kế điều khiển, hệ sẽ có thời gian
gia tốc nhanh nhất, nhưng lại không chú ý tới thời gian điều chỉnh.
Tiêu chuẩn ITEA và ITSE hàm tối thiểu Jmin đánh giá thêm về thời gian tồn tại
sai lệch. Giai đoạn gia tốc (0-Ta) có sai lệch lớn nhưng thời gian nhỏ, ngược lại khi
sai lệch nhỏ có thời gian từ Ta đến Tr, lớn, nên hai tiêu chuẩn này lại quan tâm nhiều
tới thời gian điều chỉnh và cực tiểu hóa các dao động.
1.3.2 Độ chính xác giai đoạn xác lập và tựa xác lập
Giai đoạn xác lập là giai đoạn đại lượng cần điều khiển đạt giá trị lượng đặt, tuy
nhiên do hệ có sai số nên đại lượng cần điều khiển không thể bằng lượng đặt, người
ta định nghĩa giai đoạn tựa xác lập là hệ đã ổn định và đại lượng cần điều khiển của
hệ gần bằng lượng đặt nằm trong sai số cho phép. Đặc trưng cho quá trình xác lập và
tựa xác lập là sai lệch của hệ. Sai lệch của hệ được tính là hiệu của lượng đặt với đại
lượng cần điều khiến thực, ta gọi đó là sai lệch tĩnh là ε:

20. 12
.100%
sp
sp
y y
y


 (1.5)
Trong đó: ε đặc trưng cho độ chính xác của hệ trong chế độ xác lập (tính theo
%), nó phụ thuộc vào hai yếu tố chính là: độ chính xác của thiết bị và đặc tính đối
tượng, thiết kế điều khiển.
1.4 Bộ điều khiển P, PI, PID
Do tính chất động học đối tượng như phân tích ở trên, nên các hệ truyền động
trong thực tế đều áp dụng điều khiển phản hồi tuyến tính với bộ điều khiển là PID.
Lý thuyết về bộ điều khiển PID đã được giới thiệu kỹ trong giáo trình lý thuyết điều
khiển, trong phần này sẽ đi phân tích tác dụng điều khiển của PID đối với hệ truyền
động điện.
Nhiệm vụ của bộ điều khiển là phát hiện sai lệch giữa lượng đặt và lượng thực,
tạo hàm điều khiển đảm bảo hệ ổn định và có đặc tính quá độ đáp ứng yêu cầu. Hàm
điều khiển bộ điều khiển là sự phối hợp ba hàm điều khiển: tỷ lệ (P), tích phân (I),
đạo hàm (D). Thường ta có bộ điều khiển P, bộ điều khiển I, bộ điều khiển PI, bộ
điều khiển PD, bộ điều khiển PID... Mặc dù vậy người ta vẫn gọi chung là bộ điều
khiển PID. Trên Hình 1.5 là nguyên lý cấu trúc bộ điều khiển PID.
p
k
l
1
s

Ds

+
+
+
U(s)
E(s)
Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý cấu trúc bộ điều khiển PID

21. 13
Hàm truyền tổng quát bộ điều khiển PID:
( ) 1
( )
( )
R p D
l
U s
F s k s
E s s


    (1.6)
Hàm truyền bộ điều khiển PI:
1
( ) R
R R
R
s
F s K
s



 (1.7)
Trong đó: R p
K k
 ; R l p
k
 

Hàm truyền của bộ điều khiển PD:
( ) (1 )
R R R
F s K s

  (1.8)
Trong đó: R p
K k
 ; /
R r p
k
 

Trên Hình 1.6 biểu diễn đáp ứng của các bộ điều khiển PID. Hình 1.6a đáp ứng
của bộ điều khiển P, Hình 1.6b đáp ứng của bộ điều khiển I, Hình 1.6c đáp ứng của
bộ điều khiển PI, Hình 1.6d đáp ứng của bộ điều khiển PD và Hình 1.6e đáp ứng của
bộ điều khiển PID
Từ đặc tính động của bộ điều khiển PID ta có nhận xét tác động của từng bộ điều
khiển.
- Bộ điều khiển P tác động nhanh và sẽ làm giảm sai lệch e.
- Bộ điều khiển I sẽ làm dịu tốc độ tăng trưởng và khử sai lệch e;
- Bộ điều khiển D sẽ làm tăng độ nhạy điều khiển nhưng không khử sai lệch e;
- Các bộ điều khiển PI, PD và PID được phối hợp để đảm bảo hệ ổn định, có đáp
ứng quá độ tối ưu và sai lệch tĩnh bằng không.

22. 14
a)
t
u(t)
e(t)
b)
t
u(t)
e(t)
c)
t
u(t)
e(t)
e)
t
t
u(t)
e(t)
d)
t
u(t)
e(t)
Hình 1.6: Đáp ứng của các bộ điều khiển PID
1.5 Tổng hợp các mạch vòng nối cấp dùng phương pháp hàm chuẩn mô đun tối
ưu, mô đun đối xứng
Trên Hình 1.7 mô tả cấu trúc chung một mạch vòng của hệ điều khiển truyền
động điện. Ta đã biết lượng đặt y' được giả thiết là hàm nhảy cấp 1(t), hàm truyền
của đối tượng Fs(s) đã xác định, như vậy bài toán tổng hợp ở đây là tìm chức năng
và tham số bộ điều khiển FR(s) sao cho hệ kín Fk(s) tối ưu.
Hàm truyền kín của hệ được tính:
0
,
0
( ) ( ) ( ) ( )
( )
( ) 1 ( ) 1 ( ) ( )
R s
k
R s
y s F s F s F s
F s
y s F s F s F s
  
 
(1.9)
Tinh thần của phương pháp tổng hợp theo tối ưu mô-đun là định trước hàm truyền
chuẩn đạt tối ưu theo mô-đun, từ đó tính ngược lại hàm truyền bộ điều khiển FR(s)
theo (1.9)
Tối ưu mô-đun hệ kín được phát biểu như sau: Mô-đun hàm truyền kín của hệ là
một hàm không tăng, không cộng hưởng và bằng một trong dài tần số sao cho rộng
nhất.

23. 15
y (s)
y(s)
R
F (s) s
F (s)
+
-
Hình 1.7: Cấu trúc mạch vòng của hệ điều khiển truyền động điện
Biểu diễn dạng toán học của tối ưu mô-đun hàm truyền kín như sau:
2
2
2 2
2 2
2
0
( )
0
( )
0
lim ( ) 1
k
k
k
F
F
F


















 



(1.10)
Mô-đun hàm truyền kín dạng tối ưu theo phát biểu (1.10) được mô tả trên Hình
1.8
1
Hình 1.8: Đặc tính tần cùa hàm truyền kín tối ưu mô-đun
Tìm hàm chuẩn tối ưu mô-đun bậc hai
Ta có hàm bậc hai tổng quát:
1 0
2
2 1 0
( )
k
b s b
F s
a s a s a


 
(1.11)

24. 16
Áp dụng (1.10) vào (1.11) tính toán ta có:
0 1
2
0 1 2
1, 0
1, 2 , 2
b b
a a a
 
 
 


  

(1.12)
Hàm truyền kín của tối ưu mô-đun bậc hai được xác định:
2 2
1
( )
1 2 2
k
F s
s s
 
 

 
(1.13)
Đặc tính quá độ được trình bày trên Hình 1.8 ta có: thời gian gia tốc 4,7
T 


thời gian điều chỉnh 10,8
dk
T 

 lượng quá điều chỉnh 4,3%
m
  .
Tìm hàm chuẩn tối ưu mô-đun bậc ba
Ta có hàm truyền bậc ba tổng quát:
2
0 1 2
2 3
0 1 2 3
( )
k
b b s b s
F s
a a s a s a s
 

  
(1.14)
Áp dụng (1.10) vào (1.14) tính toán ta có:
0 1 2
2 3
0 1 2 3
1, 4 , 0
1, 4 , 8 , 8
b b b
a a a a

  

  
  


   

(1.15)
Hàm truyền chuẩn bậc ba theo phương pháp tối ưu mô-đun:
2 2 3 3
1 4
( )
1 4 8 8
k
s
F s
s s s

  

  


  
(1.16)
m 4,3%
 
y(t)
y*
t
a
T 4,7 
  dc
T 10.8 
 
Hình 1.9: Đáp ứng của chuẩn mô-đun tối ưu bậc hai

25. 17
Đáp ứng của hệ theo chuẩn tối ưu mô-đun bậc ba là đường yl(t) được trình bày
trên Hình 1.9.
Ta thấy hệ có gia tốc lớn 3,1.
T 

 nên lượng quả điều chỉnh cao 43,4%
m
 
và thời gian điều chỉnh kéo dài 18
dk
T 

 với đặc tính động thu được như vậy không
đạt tối ưu. Nguyên nhân gây quá điều chỉnh lớn là do hệ có gia tốc lớn với gây ra bởi
hàm truyền hệ kín có thành phần đạo hàm trên từ số  
1 4 s


 . Khi gia tốc lớn sẽ
dẫn đến lượng quá điều chỉnh cao, nên thời gian điều chỉnh kéo dài. Để cải thiện đặc
tính động người ta đưa thêm vào bộ lọc đầu vào có hàm truyền:
1
( )
1 4
l
F s
s




(1.17)
3,1 
 7,8 
 13,3 
 18 
 t
y1(t)
m
43,4%


m
8,1%


*
y
y
Hình 1.10: Đáp ứng của hàm chuẩn tối ưu mô-đun bậc 3
L
F (s) k
F (s)
y*(s) y* s) y(s)
Hình 1.11: Cấu trúc hệ điều khiển theo hàm tối ưu mô-đun bậc ba có lọc đầu vào
Khi thiết kế thêm bộ lọc đầu vào ta có đặc tính động của hệ là đường y2(t) trên
Hình 1.10, với lượng quá điều chỉnh được giảm xuống còn 8,1%
m
  và thời gian
điều chính rút ngắn còn 13,3
dk
T 

 . Điều này được giải thích là khi đưa thêm bộ
lọc đầu vào gia tốc của hệ được giảm, thực tế người ta gọi nó là khâu hạn chế gia tốc

26. 18
(dN/dt - Ramp). Cấu trúc hệ điều khiển được thiết kế theo hàm tối ưu mô-đun bậc ba
có lọc đầu vào được trình bày trên Hình 1.11.
Đặc tính tần số logarit của hàm chuẩn tối ưu mô-đun bậc ba có dạng đối xứng
qua trục, vì vậy người ta còn gọi tối ưu mô-đun bậc ba là mô-đun đối xứng và gọi tối
ưu mô-đun bậc hai là mô- đun tối ưu.
Lập bảng tra cho phương pháp tổng hợp theo tối ưu mô-đun:
Phương pháp tổng hợp theo tối ưu mô-đun là với hàm tối ưu mô-đun được định
trước (bậc hai hoặc bậc ba) và biết hàm truyền đối tượng Fs(s) ta tìm được hàm truyền
điều khiển FR(s). Vì vậy người ta lập bảng để tiện tra cứu sử dụng như trên Bảng 1.1
và Bảng 1.2
Bảng 1.1 Mô-đun tối ưu 2 2
1
( )
1 2 2
k
F s
s s
 
 

 
STT Hằng số
thời gian
Hàm truyền đối tượng
Fs(s)
Bộ điều khiển FR(s)
Chức
năng
Hàm truyền
1 -
1
s
k
s



I 1 1
.
2 s
k s


2 1
T 


1
(1 )(1 )
s
k
T s s


 
PI 1 1
1
1
2 s
T T s
k T s



3 1
T 


1 (1 )
s
k
T s s



P 1
2 s
T
k 

4 2 1
T T 

 
2 1
(1 )(1 )(1 )
s
k
T s T s s


  
PID 1 1 2
1
(1 )(1 )
2 s
T T s T s
k T s


 
5 2 1
T T 

 
2 1
(1 )(1 )(1 )
s
k
T s T s s


  
PD 1
2
(1 )
2 s
T
T s
k 



27. 19
Bảng 1.2 Mô-đun đối xứng 2 2 3 3
1 4
( )
1 4 8 8
k
s
F s
s s s

  

  


  
STT Hằng số thời
gian
Hàm truyền đối
tượng Fs(s)
Bộ điều khiển FR(s)
Chức năng Hàm truyền
1 1
T 


1
(1 )(1 )
s
k
T s s


 
PI 1 1 4
2 4
s
T s
k s

 

 

2 1
T 


1 (1 )
s
k
T s s



PI 1 1 4
2 4
s
T s
k s

 

 

3 2 1
T T 

 
1 2
(1 )(1 )
s
k
T s T s s


 
PID 1 2
(1 4 )(1 )
2 4
s
T s T s
k s

 

 
 
4 2 1
T T 

 
2
2 1 (1 )
s
k
T T s s



PD 1 2
(1 4 )
2 s
TT
s
k





Áp dụng phương pháp tổng hợp theo tối ưu mô-đun để tổng hợp các mạch vòng
điều khiển của hệ truyền động điện
Như phần trên đã phân tích hệ điều khiển truyền động điện có cấu trúc theo các
mach vòng nối tầng: Mạch vòng trong cùng là mạch vòng điều khiển động cơ gồm
quá trình điện tử của bộ biển đổi, quá trình điện tử động cơ (làm việc ở vùng tần số
cao và trung tần), kế tiếp là mạch vòng điều khiển truyền động (điều khiển công
nghệ, làm việc ở vùng tần số thấp). Việc tổng hợp thực hiện hệ sẽ thực hiện từ mạch
vòng trong ra ngoài.
Hàm truyền đối tượng của các mạch vòng trong (điều khiển động cơ) bao gồm:
Hàm truyền của bộ biến đổi, hàm truyền của quá trình điện từ và hàm truyền của cơ
cấu đo. Như vậy ta sẽ có hàm truyền đối tượng của mạch vòng trong tối thiếu có bậc
3.

28. 20
Đối với mạch vòng ngoài sẽ có hàm truyền hệ sẽ gồm: Hàm truyền kín của mạch
vòng trong, hàm truyền quá trình điện cơ, quá trình công nghệ (của tải) và hàm truyền
cơ cấu đo. Như vậy tối thiểu ta cũng có hàm truyền đối tượng mạch vòng ngoài là
bậc 4.
Với bậc của hàm truyền có bậc cao như vậy khó áp dụng tra bảng để tìm hàm
truyền bộ điều khiển, vì vậy ta cần đơn giản để hạ bậc hàm truyển. Thông thường
người ta gộp tất cả các hàm truyền có hằng số thời gian nhỏ thành hàm truyền đẳng
trị, cụ thể:
1
1
1 1 1
1 .
1
(1 . )
n n
l
l
n
s
s
s 






 


 

(1.18)
Với :
1
n
l
l
 
 

  là hằng số thời gian nhỏ đẳng trị
Khi tổng hợp mạch vòng ngoài ta có thể sấp xỉ hàm truyền kín của mạch vòng
trong bằng khâu quán tính bậc 1, do mạch vòng trong được tổng hợp theo tối ưu mô-
đun, cụ thể:
( )
1 2
k
k
F s
s




khi dùng tối tưu mô-đun;
( )
1 4
k
k
F s
s




khi dùng tối ưu đối xứng;
Hằng số thời gian 2 ,4
 
  thuộc loại hằng số thời gian nhỏ của mạch vòng ngoài.
Ưu điểm của phương pháp tối ưu mô-đun khi dùng để tổng hợp các mạch vòng hệ
truyền động điện là thực hiện đơn giản và dễ dàng nhận dạng tham số (Off- Line) để
tính ra tham số bộ điều khiển. Tuy nhiên đối với hệ có tham số đối tượng thay đổi thì
hệ không còn tối ưu và hệ có cấu trúc thay đổi hệ có thể sẽ mất ổn định.

29. 21
CHƯƠNG 2. CÁC BỘ BIẾN ĐỔI TRONG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
2.1. Khái niệm chung
Bộ biến đổi là thiết bị điện - điện tử nhằm biến đổi và điều khiển năng lượng điện
sao cho phù hợp với yêu cầu của phụ tải. Truyền động điện là một trong những lĩnh
vực ứng dụng rộng rãi các bộ biến đổi, nhất là để điều chỉnh tốc độ các động cơ điện.
Trong chương này tập trung vào các bộ chỉnh lưu, bộ băm xung-áp một chiều và
nghịch lưu nguồn áp để làm việc với tải chủ yếu là động cơ điện một chiều và xoay
chiều.
2.2. Các bộ chỉnh lưu
2.2.1 Các ứng dụng và phân loại các sơ đồ chỉnh lưu
Chỉnh lưu là thiết bị dùng để biến đổi nguồn điện xoay chiều thành nguồn điện
một chiều, cung cấp cho nhiều loại phụ tải một chiều khác nhau. Một số các thiết bị
điện hoặc các quy trình công nghệ yêu cầu nguồn điện một chiều như sau:
- Các động cơ điện một chiều.
- Hệ thống cung cấp kích từ cho các máy điện đồng bộ, máy phát hoặc động
cơ.
- Các quá trình công nghệ điện hoá yêu cầu nguồn một chiều dòng điện rất lớn
như mạ, điện phân, xử lý hoá học bề mặt, anôt hoá, …
- Các hệ thống nạp điện cho ăcqui.
- Các loại bộ nguồn một chiều cho các thiết bị điều khiển, viễn thông.
- Trong hệ thống truyền tải điện một chiều với công suất rất lớn.
Ngoài ra, chỉnh lưu còn là khâu biến đổi năng lượng điện đầu vào, lấy từ lưới
điện, trong các bộ biến đổi bán dẫn khác như các bộ biến tần.
Chỉnh lưu đuợc phân loại theo số pha của nguồn xoay chiều đầu vào, là chỉnh
lưu một pha, ba pha hoặc n-pha. Nếu dòng xoay chiều đầu vào chạy giữa dây pha và

30. 22
dây trung tính thì chỉnh lưu gọi là hình tia. Nếu dòng chỉ chạy giữa các dây pha với
nhau thì chỉnh lưu là sơ đồ cầu.
Chỉnh lưu gọi là không điều khiển, có điều khiển, bán điều khiển tuỳ theo sơ đồ
dùng toàn điôt hay dùng tiristo, hoặc dùng cả hai loại van.
Theo các cách phân loại trên, chỉnh lưu được gọi tên theo sơ đồ sau:
Chỉnh lưu
1- pha
3- pha
…..
n- pha
- Hình tia
- Hình cầu
- Không điều khiển.
- Điều khiển hoàn toàn.
- Bán điều khiển
Ví dụ: Sơ đồ chỉnh lưu một pha hình tia không điều khiển, sơ đồ chỉnh lưu 3 pha
hình cầu điều khiển hoàn toàn.
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
Hình 2.1: Các dạng sơ đồ chỉnh lưu cơ bản.

31. 23
(1) Sơ đồ chỉnh lưu một pha, nửa chu kỳ; (2) Sơ đồ chỉnh lưu một pha hình tia;
(3) Sơ đồ chỉnh lưu một pha cầu; (4) Sơ đồ chỉnh lưu ba pha hình tia; (5) Sơ
đồ chỉnh lưu cầu ba pha; (6) Sơ đồ chỉnh lưu sáu pha có cuộn kháng cân bằng.
Các sơ đồ chỉnh lưu cơ bản được biểu diễn trên Hình 2.1. Từ các sơ đồ cơ bản
này có thể xây dựng nên tất cả các sơ đồ chỉnh lưu phức tạp khác với công suất yêu
cầu lớn bất kỳ.
2.2.2 Cấu trúc chung của một sơ đồ chỉnh lưu
Phụ tải
một chiều
Mạch đo
lường
MBA CL Lọc
Ud, Id
(1) (2) (3)
(4)
(5)
Mạch
điều
khiển
Lưới
điện
Hình 2.2: Cấu trúc của một sơ đồ chỉnh lưu.
Cấu trúc chung của một sơ đồ chỉnh lưu cho trên hình 2.2, bao gồm các thành
phần chính sau đây:
1) MBA: máy biến áp dùng để phối hợp mức điện áp giữa lưới điện và điện áp ở
đầu vào chỉnh lưu. MBA là bộ phận bắt buộc đối với các sơ đồ hình tia nhưng không
bắt buộc đối với các sơ đồ hình cầu.
2) CL: Sơ đồ van chỉnh lưu. Đây là bộ phận gồm các van bán dẫn được nối theo
sơ đồ cầu hoặc sơ đồ hình tia, thực hiện chức năng biến đổi điện áp xoay chiều thành
điện áp một chiều.
3) Khâu lọc: gồm các phần tử phản kháng như tụ điện, cuộn cảm có chức năng
san bằng điện áp chỉnh lưu, giảm thành phần đập mạch của điện áp ra một chiều đến

32. 24
một mức độ cho phép. Trong nhiều ứng dụng, nhất là với công suất lớn, bản thân phụ
tải đã có tính chất lọc nên khâu lọc không nhất thiết phải có.
4) Mạch đo lường: gồm các khâu tạo ra tín hiệu về dòng điện, điện áp, phục vụ
cho các chức năng về điều chỉnh, các chức năng theo dõi, hiển thị và bảo vệ của cả
hệ thống.
5) Mạch điều khiển: đây là khâu quan trọng trong sơ đồ chỉnh lưu. Mạch điều
khiển có nhiệm vụ tạo ra các xung điều khiển với góc pha điều khiển điều chỉnh
được, đồng pha với điện áp lưới xoay chiều, đưa đến cực điều khiển của tiristo trong
các khoảng thời gian mà điện áp anôt-catôt trên van đang dương. Mạch điều khiển
phải có khả năng thay đổi góc điều khiển  trong toàn bộ dải điều chỉnh, về lý thuyết
là từ 0 đến 180, qua đó điều chỉnh được điện áp chỉnh lưu trong toàn bộ dải yêu
cầu. Mạch điều khiển cũng thực hiện các chức năng của các mạch vòng điều chỉnh
tự động, các chức năng bảo vệ và tín hiệu hoá cho toàn hệ thống.
2.2.3 Các bộ chỉnh lưu
Nội dung phần này tập trung giới thiệu các bộ chỉnh lưu được sử dụng để cấp
điện cho động cơ điện một chiều, cho truyền động T-Đ có đảo chiều.
- Chỉnh lưu tia 3 pha, chỉnh lưu cầu
- Các bộ biến đổi điều khiển chung, điều khiển riêng để đảo chiều động cơ
2.2.3.1 Sơ đồ tia ba pha tiristo
Chỉnh lưu hình tia ba pha là sơ đồ cơ bản, từ đó có thể xây dựng nên các sơ đồ
chỉnh lưu nhiều pha khác, phức tạp hơn, có công suất lớn hơn, bằng cách nối nối tiếp
hoặc song song sơ đồ này. Vì vậy, tuy thực tế thì chỉnh lưu tia ba pha ít được ứng
dụng nhưng về phân tích lý thuyết thì đây là sơ đồ rất quan trọng.

33. 25
UA
UC
UB UAC
UAB
UCB
UBA
UCA
0
120
120
120
Hình 2.3: Biểu đồ vectơ của hệ thống điện áp ba pha.
Trước hết cần nhắc lại một số khái niệm cơ bản về hệ thống điện áp ba pha. Hệ
thống điện áp ba pha bao gồm ba điện áp một pha, có cùng biên độ, cùng tần số
nhưng lệch pha nhau một góc 120. Đây là hệ thống điện áp do máy phát đồng bộ
đưa ra và là hệ thống điện áp truyền trên lưới điện. Lưới điện nói chung bao gồm ba
đường dây truyền tải ba điện áp pha với trung tính thường là đất nên không cần dây
trung tính. Hệ thống điện áp ba pha, bốn dây, bao gồm cả dây trung tính chỉ có ở lưới
hạ áp, nơi thường có các phụ tải một pha.
Hệ thống điện áp ba pha có thể mô tả dưới dạng biểu thức như sau:
1
1
1
sin ,
2
sin ,
3
2
sin .
3
m
A
m
B
m
C
u U
u U
u U






 
 
 
 
 
 
 
 
(2.1)
Trong đó, 1 1
2
m
U U
 : giá trị biên độ [V]; U1: giá trị hiệu dụng [V]; t
 
 : góc
pha [rad]; 2 f
 
 : tần số góc [rad/s]; f: tần số [Hz]; t: thời gian [s].
Hệ thống điện áp ba pha còn được mô tả dưới dạng biểu đồ vectơ như trên hình
2.3. Các vectơ điện áp pha UA, UB, UC cách nhau 120 theo chiều quy ước ngược

34. 26
chiều kim đồng hồ. Mỗi vectơ có độ dài bằng giá trị biên độ của điện áp. Trên đồ thị
vectơ cũng chỉ ra các vectơ điện áp dây, UAB, UAC, UBC, UBA, UCA, UCB, với góc pha
tương ứng và độ dài bằng giá trị biên độ của điện áp dây, 1, 1
3
m m
l
U U
 . Bằng các
phép toán vectơ có thể xác định các điện áp dây:
;
;
AB A B
BC B C
U U U
U U U
 
 
Trên hình 2.4 các vectơ điện áp dây cũng được đưa về cùng gốc tọa độ để có thể
thấy được mối quan hệ về góc pha. Ví dụ vectơ AB
U vượt trước vectơ A
U một góc
bằng 30.
Chỉnh lưu hình tia ba pha, sơ đồ biểu diễn trên hình 2.4, cấu tạo từ máy biến áp
và tiristor. Máy biến áp đấu dây kiểu Y/Y, tuy nhiên có thể dùng cách đấu /Y, miễn
là phía thứ cấp phải đấu sao để có điểm trung tính.
V1
V2
a
b
c ud
id
i1
Zt
V3
A
B
C
N
R
R
L
(a) (b)
Hình 2.4: Sơ đồ chỉnh lưu hình tia ba pha có điều khiển.
(a) Tải thuần trở; (b) Tải trở cảm
1. Xét tải thuần trở
Dạng dòng điện, điện áp của các phần tử trên sơ đồ cho trên đồ thị hình 2.5, với
góc điều khiển 30
  .

35. 27
Trong khoảng 1 2
  
  điện áp pha a đang dương nhất. Nếu tiristo V1 nhận
được tín hiệu điều khiển tại thời điểm 1
 
 , V1 sẽ mở thông, nối tải vào pha xoay
chiều ua, nên ud=ua.
Trong khoảng 2 3
  
  điện áp pha b đang dương nhất. Nếu tiristo V2 nhận
được tín hiệu điều khiển tại thời điểm 2
 
 , V2 sẽ mở thông, nối tải vào pha xoay
chiều ub, nên ud=ub. Khi V2 mở sẽ đặt điện áp ngược lên V1 khoá V1 lại vì lúc đó
uab<0. Tương tự như vậy có thể xét các khoảng van dẫn còn lại.
Với tải thuần trở dòng tải sẽ lặp lại như dạng điện áp. Do đó với góc điều khiển
30
  dòng tải có dạng liên tục. Khi 30
  dòng tải bằng 0 tại 180
  . Tiristo
khoá tự nhiên ở 180
  nên sơ đồ làm việc trong chế độ dòng gián đoạn.
Biểu thức tính giá trị điện áp chỉnh lưu trung bình khác nhau giữa hai chế độ
dòng điện.
Với 30
  , dòng tải liên tục nên điện áp chỉnh lưu được biểu diễn bởi biểu thức
chung là:
0 cos
d d
U U
 
 . (2.2)
Với 30
  ,
2 2
6
3 3
sin cos 1
2 2 6
m m
d
U U d U





  
 

 
 
   
 
 
 
 
 (2.3)
Khi
5
150
6
hay

 
  ta có 0
d
U   .
Vậy với tải thuần trở đặc tính điều chỉnh điện áp của chỉnh lưu tia ba pha là:
0
5
0 , 0
6
d d
U U


     .

36. 28
ud
U2
m ua
uV1
id
0 

Ung,max
0


Id
m
0
0
uab

ub uc
1 2 4
3

uac
iV1
iV2
iV3
0
30
 
Hình 2.5: Đồ thị dạng dòng điện, điện áp của các phần tử trên sơ đồ ba pha hình tia,
tải thuần trở.
2. Xét tải trở cảm
Dạng dòng điện, điện áp của các phần tử trên sơ đồ cho trên đồ thị hình 2.6, với
góc điều khiển 45
 

37. 29
U2
m
ud
ua
id
0

0

Id
ub uc
1 2 4
3
uV1
Ung,max
0
uab
uac
45
 
iV1 iV2 iV3
iV3
Hình 2.6: Đồ thị dạng dòng điện, điện áp của các phần tử trên sơ đồ ba pha hình tia,
tải trở cảm.
Khi điện cảm tải coi là vô cùng lớn, dòng tải được là phẳng hoàn toàn, các tiristo
sẽ tiếp tục dẫn dòng khi điện áp pha đã đổi cực tính tại  
 . Góc dẫn của mỗi van
sẽ bằng nhau và bằng 2 / 3
 
 . Khi góc điều khiển 30
  trên đường điện áp ud
xuất hiện phần điện áp âm.
Điện áp chỉnh lưu trung bình được biểu diễn bởi biểu thức chung là:
0 cos
d d
U U
 
 .
Đặc tính điều chỉnh điện áp của sơ đồ là:
0
0 , 0
2
d d
U U


     .

38. 30
2.2.3.2 Chỉnh lưu cầu ba pha
Chỉnh lưu cầu ba pha là sơ đồ quan trọng nhất trong các sơ đồ chỉnh lưu vì nó có
ứng dụng thực tế rộng rãi. Lý do là vì sơ đồ này có chất lượng điện áp ra tốt, dòng
đầu vào có dạng đối xứng, khai thác tốt công suất huy động từ lưới hay là từ máy
biến áp. Sơ đồ cũng thường được dùng để nối trực tiếp với lưới điện ba pha mà không
cần dùng máy biến áp.
Có thể coi chỉnh lưu cầu ba pha như một dạng mắc nối tiếp của hai sơ đồ chỉnh
lưu tia ba pha. Như đã nói đến ở trên, các sơ đồ chỉnh lưu nhiều pha đều được cấu
tạo từ các dạng nối khác nhau của sơ đồ nhiều pha cơ bản nhất, đó là chỉnh lưu tia ba
pha.
Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển có sơ đồ trên hình 2.7, với hai loại tải
tiêu biểu là thuần trở và trở cảm.
V3
V2
ud
id
V6
V5
a
b
c
iA
A
B
C
V1
V4
P
Q
Z
ia
R
R
L
(a) (b)
Hình 2.7: Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển
1. Xét tải thuần trở
Dạng dòng điện, điện áp trên các phần tử trên sơ đồ cho trên hình 2.8, tại góc
điều khiển 45
  . Trên đồ thị điện áp pha ta biểu diễn riêng rẽ quá trình điều khiển
cho các van thuộc nhóm catôt chung và các van thuộc nhóm anôt chung.

39. 31
U2
m
ud
ua
0

Ung,max
0
uab
ub uc
1 3 7
5

uac
uac ubc uba ucb uca
uab
2 4 6
uab
ud
0

V6
V1
V1
V2
V2
V3
V3
V4
V4
V5
V5
V6

uV1
V5
V6
Hình 2.8: Dạng dòng điện, điện áp của các phần tử trên sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha,
tải thuần trở, 45
 
Đường bao phía trên các đường điện áp pha cho thấy hình dạng thế của điểm ra
tải P khi V1, V3, V5 được điều khiển với góc  so với các điểm chuyển mạch tự
nhiên.
Đường bao phía dưới các đường điện áp pha cho thấy hình dạng thế của điểm ra
tải Q khi V2, V4, V6 được điều khiển với góc  so với các điểm chuyển mạch tự
nhiên.

40. 32
Dạng thế của P và Q so với điểm trung tính của nguồn giống với dạng điện áp ra
của một chỉnh lưu hình tia ba pha. Nếu đo điện áp giữa các điểm P và Q ta có dạng
điện áp ra của chỉnh lưu cầu ba pha biểu diễn trên hệ thống điện áp dây uab, uac, ubc,
...
Với tải thuần trở, dòng tải lặp lại giống như dạng điện áp. Vì vậy với góc điều
khiển 0 60

  dòng ra tải là liên tục, điện áp chỉnh lưu bằng:
0 cos
d d
U U
 
 .
Khi 60
  dòng id sẽ bằng 0 ở góc  trên đường điện áp dây khi điện áp này
bắt đầu đổi cực tính, vì vậy dòng tải sẽ là gián đoạn. Điện áp chỉnh lưu được xác định
như sau:
 
2, 2
2,
3
3
3
3 3 6
sin cos 1 cos
3
m
l
m
d l
U U
U U d



 



   
  


 
 
     
 
 
 
 
 (2.4)
Đặc tính điều chỉnh điện áp của chỉnh lưu cầu ba pha tải thuần trở là:
0
2
0 , 0
3
d d
U U


     .
2. Xét tải trở cảm
Xét tải trở cảm RL với giả thiết điện cảm tải là vô cùng lớn, L  . Với giả thiết
này dòng tải là liên tục và được coi là phẳng hoàn toàn.
Dạng dòng điện, điện áp trên các phần tử trên sơ đồ cho trên hình 2.9. Hình 2.9.a
là đồ thị tại góc điều khiển 45
  , hình 2.9.b là đồ thị tại góc điều khiển 75
  .
Tại góc điều khiển 45
  dạng điện áp chỉnh lưu ra không khác gì so với trường
hợp tải thuần trở vì với cả hai trường hợp dòng tải đều liên tục. Dạng thế của P và Q
so với điểm trung tính của nguồn giống với dạng điện áp ra của một chỉnh lưu hình
tia ba pha. Nếu đo điện áp giữa các điểm P và Q ta có dạng điện áp ra ud của chỉnh
lưu cầu ba pha biểu diễn trên hệ thống điện áp dây uab, uac, ubc, ...

41. 33
Do dòng tải được là phẳng hoàn toàn nên mỗi tiristo dẫn dòng trong các khoảng
bằng nhau và bằng 2 / 3
 
 . Khi góc điều khiển 60
  xuất hiện phần điện áp
âm trên đường cong điện áp chỉnh lưu. Khi góc điều khiển 90
  phần điện áp âm
trên điện áp chỉnh lưu bằng phần điện áp dương nên giá trị trung bình của điện áp
chỉnh lưu bằng 0.
(a)
U2
m
ud
ua
0

Ung,max
0
uab
ub uc
1 3 7
5

uac
uac ubc uba ucb uca
uab
2 4 6
uab
ud
0

V6
V1
V1
V2
V2
V3
V3
V4
V4
V5
V5
V6

uV1
V5
V6
U2
m
ud
ua
0

Ung,max
0
uab
ub uc
1 3 7
5

uac
uac ubc uba ucb uca
uab
2 4 6
uab
ud
0

V6
V1
V1
V2
V2
V3
V3
V4
V4
V5
V5
V6

uV1
V5
V6
V4
V5
(b)
Hình 2.9: Dạng dòng điện, điện áp của các phần tử trên sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha,
tải trở cảm; (a) ; 45 .
L 
   ; (b) ; 75 .
L 
  
Vì dòng tải là liên tục nên điện áp chỉnh lưu luôn được tính bằng công thức:

42. 34
0 cos
d d
U U
 
 .
Đặc tính điều chỉnh điện áp của chỉnh lưu cầu ba pha trong trường hợp này là:
0
0 , 0
2
d d
U U


     .
2.2.3.3 Chỉnh lưu sáu pha có cuộn kháng cân bằng
Chỉnh lưu sáu pha có cuộn kháng cân bằng chính là một dạng mắc song song của
hai sơ đồ hình tia ba pha. Nếu như chỉnh lưu cầu là một dạng mắc nối tiếp, cho lợi
thế về điện áp trên van thì cách mắc song song sẽ cho lợi thế về dòng điện qua van.
a. Sơ đồ dùng điôt
Sơ đồ chỉnh lưu sáu pha có cuộn kháng cân bằng biểu diễn trên hình 2.10 (a), có
cấu tạo gồm máy biến áp động lực, cuộn kháng cân bằng Lcb, sáu điôt chia làm hai
nhóm, D1, D3, D5 và D2, D4, D6.
i1
A B C
*
*
*
a b c
*
*
*
*
*
*
D1 D3 D5 D2
D6
D4
a b c
P Q
M
N
Zt
a
a
c
c
b
b
0
(a)
(b)
(a) Sơ đồ nguyên lý; (b) Hệ thống điện áp thứ cấp máy biến áp.
Hình 2.10: Chỉnh lưu sáu pha, có cuộn kháng cân bằng.

43. 35
P
Q
M
Hình 2.11: Cấu tạo của cuộn kháng cân bằng.
Máy biến áp có cấu tạo Y/YY hoặc /YY, có hai hệ thống cuộn dây thứ cấp, ua,
ub, uc và ua’, ub’, uc’, nối trung tính riêng biệt tại điểm P và điểm Q. Trên mỗi pha hai
cuộn thứ cấp có số vòng như nhau nhưng đầu nối chụm trung tính có cực tính ngược
nhau nên điện áp ngược pha nhau 180. Hệ thống điện áp ua, ub, uc và ua’, ub’, uc’ có
thể coi là một hệ thống điện áp 6-pha, với biểu đồ vectơ thể hiện trên hình 2.10 (b).
Tuy nhiên hai trung tính P và Q chỉ được nối với nhau thông qua cuộn kháng cân
bằng Lcb.
Cuộn kháng cân bằng, có cấu tạo mạch từ và dây cuốn như được biểu diễn trên
hình 2.11, cấu tạo như một biến áp tự ngẫu. Mạch từ cấu tạo hình chữ O, mỗi nửa
cuộn dây được phân bổ đều trên hai trụ của mạch từ tạo nên mối liên kết từ chặt chẽ,
giảm thiểu tổn hao trên mạch từ và giảm được tiếng ồn sinh ra do các lực điện động.
Theo sơ đồ cấu tạo có thể chứng tỏ được rằng dòng id đi vào từ điểm M sẽ được chia
làm đôi và sức từ động tổng trong mạch từ bằng 0. Vì vậy cuộn kháng hoạt động như
một máy biến áp.
Các điôt chia làm hai nhóm, mỗi nhóm làm việc độc lập như một sơ đồ tia ba
pha. Sự chênh lệch về giá trị tức thời ở đầu ra của hai chỉnh lưu sẽ rơi trên cuộn

44. 36
kháng Lcb. Cuộn kháng có tác dụng hạn chế dòng cân bằng móc vòng giữa hai cuộn
dây nào đó của máy biến áp.
P Q
M
N
Z
ua uc
icb
Lcb
Hình 2.12: Mạch điện tương đương của sơ đồ khi D1 và D2 cùng dẫn
Dạng dòng điện, điện áp của các phần tử trên sơ đồ biểu diễn trên hình 2.12.
Để thấy được vai trò của cuộn kháng cân bằng ta hãy xét một thời điểm nào đó,
ví dụ khi D1, D2 cùng dẫn. Khi đó sơ đồ trở nên có mạch điện tương đương như trên
hình 2.12. Từ đây viết được các phương trình cân bằng điện áp như sau:
'
,
.
NP a NM MP
NQ c NM MQ
u u u u
u u u u
  
  
(2.5)
Cộng hai vế của phương trình trên ta có:
   
'
2 NM a c MP MQ
u u u u u
    (2.6)
Do cuộn kháng làm việc như một biến áp tự ngẫu nên:
MP QM MQ
u u u
   (2.7)
Về giá trị tức thời ta có:
'
'
;
2
.
a c
NM d
PQ Lcb PN NQ a c
u u
u u
u u u u u u

 
     
(2.8)

45. 37
Các biểu thức trên cho thấy, về giá trị tức thời, điện áp chỉnh lưu ở đầu ra bằng
trung bình cộng của hai điện áp chỉnh lưu tia ba pha, còn chênh lệch về điện áp giữa
hai chỉnh lưu này lại rơi hoàn toàn trên cuộn kháng cân bằng.
Từ đó có thể xây dựng được dạng điện áp chỉnh lưu ud như trên đồ thị hình 2.13.
Điện áp ra đập mạch 6 lần một chu kỳ, giá trị trung bình bằng:
2 2
3 6
1,17
2
d
U U U

  (2.9)
U2
m
ud ua
0

ub uc
uPQ
0

ua’
uc’
ub’
1/2Id
1/2Id
1/2Id/kba
0
0
0
iD1
iD2
iA



1/2U2
m iL,cb
-1/2U2
m
ia
Hình 2.13: Dạng dòng điện, điện áp của các phần tử trên sơ đồ chỉnh lưu sáu pha,
có cuộn kháng cân bằng.

46. 38
Dạng điện áp trên cuộn kháng cân bằng uL,cb=uPQ có dạng gần như các xung răng
cưa, tần số lặp lại bằng ba lần tần số điện áp lưới, biên độ bằng 2
1
2
m
U . Một cách gần
đúng có thể coi điện áp này là hình sin với cùng biên độ, dòng cân bằng cũng có dạng
sin, chậm pha so với điện áp 90 , như biểu diễn trên đồ thị hình 2.13.
Do tác dụng của cuộn kháng cân bằng, dòng tải một chiều Id coi như được lọc
phẳng và được chia đôi cho mỗi cầu chỉnh lưu. Vì vậy dòng một chiều qua mỗi điôt
có giá trị biên độ bằng 1/2Id. Dòng qua mỗi cuộn dây thứ cấp máy biến áp là tổng
của dòng qua điôt và dòng cân bằng, ví dụ có dạng như dòng ia, biểu diễn trên đồ thị
hình 2.13.
Một cách gần đúng, có thể tính được giá trị của dòng cân bằng như sau:
, 2
3 6
L cb
cb
cb cb
U U
I
L L
 
  (2.10)
Trong thực tế cần hạn chế dòng cân bằng ở mức 5 – 10 % dòng tải định mức.
Nếu chọn Icb=0,1Id, có thể xác định giá trị điện cảm cân bằng:
 
2
6 0,1
cb
d
U
L
I

 (2.11)
Dòng hiệu dụng thứ cấp máy biến áp bằng:
2 0,29
6
d
d
I
I I
  (2.12)
Dòng sơ cấp có dạng các xung chữ nhật đối xứng. Vì vậy:
1
1 1
0,4
6
d
d
ba ba
I
I I
k k
 
(2.13)
Công suất tính toán máy biến áp bằng:
1 1 1
1
3 3 0,4 1,03
1,17
d
ba d d
ba
U
S U I k I P
k
   (2.14)

47. 39
2 2 2
6 6 0,29 1,49
1,17
d
d d
U
S U I I P
   (2.15)
1 2
1,26
2
ba d
S S
S P

  (2.16)
Dòng trung bình qua điôt bằng:
1
6
D d
I I
 .
Điện áp ngược lớn nhất trên van, giống như ở sơ đồ tia ba pha, bằng giá trị biên
độ của điện áp dây thứ cấp máy biến áp:
,max 2
6
ng
U U
 (2.17)
Bỏ qua dòng từ hoá có thể coi dòng qua cuộn kháng cân bằng bằng Id/2, vậy công
suất của cuộn kháng tính gần đúng bằng:
, 2
( / 2)( / 2) 0,21
L cb d d
S U I P
  (2.18)
Khi dòng tải nhỏ hơn 10 % dòng định mức, các điôt sẽ không cho phép dòng từ
hoá chạy qua cuộn kháng cân bằng. Nói cách khác là cuộn kháng cân bằng mất dụng
gánh chịu chênh lệch điện áp giữa hai sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha. Trên sơ đồ khi đó
thế của điểm P và Q sẽ bằng nhau và sơ đồ trở thành một sơ đồ 6 pha thông thường.
Điện áp chỉnh lưu khi đó tính được theo công thức tổng quát cho chỉnh lưu n-pha
như sau: 2 2
6
sin 1,35
6
m
d
U U U


  (2.19)
Điện áp này lớn hơn giá trị 1,17U2 trước đó, khi có tác dụng của cuộn kháng.
Điều này cần lưu ý khi thiết kế nếu sơ đồ phải làm việc với phụ tải thay đổi trong
phạm vi rộng và không có khả năng chịu quá áp.
Mặc dù sơ đồ 6 pha thông thường có điện áp ra đập mạch 6 lần một chu kỳ, dòng
qua van bằng 1/6 dòng tải nhưng sơ đồ này không có ứng dụng thực tế. Lý do là vì
sơ đồ 6 pha sử dụng van kém hiệu quả khi biên độ dòng qua van bằng Id nhưng
khoảng dẫn chỉ trong 1/6 chu kỳ. Hơn nữa, trong sơ đồ 6 pha có hiện tượng từ hoá

48. 40
cưỡng bức một chiều, làm tăng tổn thất trong máy biến áp, giống như ở sơ đồ tia ba
pha hay các sơ đồ hình tia nói chung.
U2
m
ud ua
0

ub
uc
uPQ
0
ua
uc
ub

U2
m
iL,cb
-U2
m
60
  60
   
'
1
2
a c
u u

Hình 2.14: Dạng điện áp chỉnh lưu và điện áp trên cuộn kháng cân bằng khi
60
 
b. Sơ đồ dùng tiristo
Khi thay các điôt trong sơ đồ hình 2.10(a) bằng các tiristo ta sẽ có sơ đồ chỉnh
lưu 6 pha, có cuộn kháng cân bằng, có điều khiển. Do tác dụng của cuộn kháng cân
bằng hai sơ đồ tia ba pha sẽ làm việc song song nhưng độc lập với nhau. Sử dụng
mạch điện tương đương như hình 2.12 suy ra các biểu thức tính giá trị tức thời ud,
uL,cb=uPQ như sau:
1 2
, 1 2
,
2
d d
d L cb d d
u u
u u u u

    (2.20)

49. 41
Trong đó ud1, ud2 là giá trị tức thời của điện áp chỉnh lưu của hai sơ đồ tia ba pha
thành phần. Dựa trên các biểu thức này có thể vẽ được dạng điện áp chỉnh lưu và
điện áp trên cuộn kháng như trên các đồ thị hình 2.15.
Có thể thấy rằng khi góc điều khiển  tăng lên, biên độ điện áp cân bằng tăng lên
đáng kể, đạt giá trị lớn nhất khi 90
  , bằng biên độ của điện áp thứ cấp máy biến
áp. Vì vậy trong sơ đồ có điều khiển công suất của cuộn kháng phải được tính toán
với dòng Id định mức, điện áp với biên độ 2
m
U , tần số bằng 3 lần tần số điện áp nguồn.
U2
m
ud ua
0

ub
uc
uPQ
0
ua
uc
ub

U2
m
iL,cb
-U2
m
60
  60
   
'
1
2
a c
u u

Hình 2.15: Dạng điện áp chỉnh lưu và điện áp trên cuộn kháng cân bằng khi
60
  .
2.2.3.3 Bộ biến đổi có đảo chiều
Một số phụ tải một chiều yêu cầu nguồn điện cung cấp có thể đảo được cực tính.
Ví dụ, trong hệ truyền động điện một chiều, điện áp đặt lên mạch phần ứng của động
cơ phải đảo cực tính khi có yêu cầu đảo chiều quay động cơ.

50. 42
U2
m
ud
ua
0

Ung,max
0
uab
ub uc

uac
uac ubc uba uca ucb
uab uab
ud
0

uV1
 g (ua+ub)/2
Ug
 (ub+uc)/2
(uab+ucb)/2
(uab+uac)/2
ucb
(uab+uac)/2
ubc
0
Id 
iV1
Hình 2.16: Đồ thị dạng dòng điện, điện áp của các phần tử trong quá trình chuyển
mạch trong chỉnh lưu cầu.
Quá trình đảo cực tính điện áp một chiều cũng để nhằm mục đích trao đổi năng
lượng giữa phần một chiều và phần lưới xoay chiều. Như vậy, nói chung các bộ biến
đổi có đảo chiều cần làm việc được ở cả chế độ chỉnh lưu lẫn chế độ nghịch lưu phụ
thuộc.
Nguồn một chiều có thể đảo cực tính bằng cách dùng cặp tiếp điểm của công-
tắc-tơ. Tuy nhiên nếu quá trình đảo chiều yêu cầu diễn ra rất nhanh và nhiều lần thì
các phần tử có tiếp điểm không thể đáp ứng được. Trong hệ thống truyền động một

51. 43
chiều, các chế độ động cơ hoặc hãm tái sinh có thể xảy ra liên tục khi động cơ phải
làm việc với phụ tải động, do đó nguồn một chiều cung cấp phải đảo chiều liên tục.
Về nguyên tắc, bộ biến đổi có đảo chiều cấu tạo từ hai bộ chỉnh lưu CL1, CL2,
thuận và ngược, cùng được cung cấp bởi một nguồn xoay chiều, như được chỉ ra trên
hình 2.17.
Các bộ biến đổi có đảo chiều được điều khiển bằng một trong hai phương pháp,
điều khiển chung hoặc điều khiển riêng.
CL1 CL2
Lcb
Lcb
Zt
(a) (b)
CL1 CL2
Zt
(a) Điều khiển chung; (b) Điều khiển riêng.
Hình 2.17: Sơ đồ cấu trúc bộ biến đổi có đảo chiều.
a. Điều khiển chung
Theo phương pháp điều khiển chung hai bộ chỉnh lưu CL1, CL2 làm việc song
song đồng thời ở mọi thời điểm. Điều kiện để hai bộ biến đổi làm việc song song là
giá trị trung bình của điện áp trên đầu ra của chúng phải bằng nhau. Do hai bộ chỉnh
lưu có cực tính điện áp ra ngược nhau nên nếu CL1 làm việc ở chế độ chỉnh lưu với
góc điều khiển 1 90
  thì bộ thứ hai phải làm việc trong chế độ nghịch lưu phụ
thuộc, với góc điều khiển 2 90
  . Khi đó ta có:
1 0 1 2 0 2
cos ; cos
d d d d
U U U U
 
 
  (2.21)
Để 1 2
d d
U U
 
 , mà 1 2
 
 và hai bộ chỉnh lưu có cực tính điện áp ra ngược
nhau, suy ra 1 2
  
  .

52. 44
Tuy bằng nhau về giá trị trung bình nhưng điện áp hai đầu ra chỉnh lưu sẽ khác
nhau về giá trị tức thời. Do đó cần có cuộn kháng cân bằng Lcb mắc giữa hai đầu ra
của các bộ biến đổi để hạn chế dòng cân bằng. Khái niệm về hai bộ biến đổi làm việc
song song và vai trò của cuộn kháng cân bằng đã được đề cập đến ở chương 2, trong
sơ đồ chỉnh lưu 6 pha, có cuộn kháng cân bằng.
Cấu trúc điều khiển chung có ưu điểm là độ tác động nhanh cao, không hề có trễ
khi cần đảo cực tính điện áp ra tải. Nhược điểm của cấu trúc này là cuộn kháng cân
bằng có kích thước lớn, làm tăng công suất lắp đặt của bộ biến đổi. Cuộn kháng cũng
làm chậm lại quá trình điện từ diễn ra trong mạch tải, dẫn đến giảm độ tác động
nhanh của hệ thống nói chung.
b. Điều khiển riêng
Trong cấu trúc điều khiển riêng các bộ biến đổi sẽ làm việc độc lập. Tại mỗi một
thời điểm, chỉ có một bộ biến đổi làm việc, đảm bảo một cực tính điện áp ra tải. Nhờ
đó không cần đến cuộn kháng cân bằng, công suất lắp đặt giảm đến mức tối thiểu,
gọn nhẹ, hiệu suất cao. Đây là cấu trúc được áp dụng cho phần lớn các bộ biển đổi
có đảo chiều hiện đại.
Vấn đề chính trong thực hiện phương pháp điều khiển riêng là đảm bảo quá trình
đảo chiều diễn ra sao cho thời gian trễ là ngắn nhất mà không để xảy ra ngắn mạch.
Mạch điện tử điều khiển quá trình đảo chiều này gọi là mạch lôgic đảo chiều.
2.3. Bộ băm xung điện áp một chiều
Các bộ biến đổi xung áp một chiều (ký hiệu xung áp DC – XADC) dùng cho các
ứng dụng biến đổi mức điện áp một chiều. Nguyên lý biến đổi xung áp là dùng một
khoá điện tử nối tải vào nguồn trong những khoảng thời gian nhất định tx, lặp lại theo
chu kỳ Ts. Điện áp ra thay đổi nhờ thay đổi tx = 0 ÷ Ts. Ưu điểm cơ bản của các bộ
biến đổi xung áp một chiều là với tần số đóng cắt cao, từ vài kHz đến vài trăm kHz,

53. 45
phụ thuộc vào loại van sử dụng, kích thước của các phần tử phản kháng như tụ điện,
điện cảm sẽ rất nhỏ.
Phần tử khoá trong XADC là các van điều khiển hoàn toàn như BJT, GTO, IGBT,
MOSFET.
Tuỳ theo vị trí của phần tử khoá trong sơ đồ mà XADC phân loại thành:
- XADC nối tiếp,
- XADC song song,
- XADC nối tiếp, song song.
XADC được sử dụng, có thể chỉ cần để điều chỉnh được điện áp một chiều đập
mạch ở đầu ra, tải mang tính chất của nguồn dòng, như trong ứng dụng điều khiển
động cơ một chiều hay các bộ nạp ăcquy, gọi là các bộ băm xung áp (Chopper).
Trong một loạt các ứng dụng quan trọng, XADC được sử dụng như các bộ biến
đổi DC-DC, với yêu cầu điện áp đầu ra được là phẳng hoàn toàn gọi là các bộ biến
đổi nguồn. Đặc trưng của các sơ đồ này là phía một chiều đầu ra có mắc tụ san bằng,
có giá trị đủ lớn, vì vậy có thể coi điện áp đầu ra là không đổi hoặc thay đổi chậm.
Phân biệt XADC theo chế độ làm việc dẫn đến các phương pháp phân tích khác
nhau, như sẽ trình bày dưới dây.
a. Bộ băm xung áp một chiều nối tiếp
Sơ đồ XADC nối tiếp cho trên hình 2.18. Trên sơ đồ phần tử cơ bản là khoá điện
tử V, là một van điều khiển hoàn toàn nào đó (GTO, IGBT, MOSFET, BJT), được
mắc nối tiếp giữa tải và nguồn. Từ đó sơ đồ có tên gọi là XADC nối tiếp. Điôt D0 có
vai trò quan trọng trong sự hoạt động của sơ đồ, gọi là điôt không. Điôt này sẽ dẫn
dòng tải khi V khoá.
Sơ đồ hoạt động theo nguyên lý sau:
Từ 0 đến tx: V thông, nối tải vào nguồn, Ut = E;

54. 46
Từ tx đến T: V khoá lại, tải bị cắt khỏi nguồn. Nếu tải có tính cảm, do năng lượng
tích luỹ trong điện cảm tải, dòng tải phải tiếp tục duy trì qua điôt D0, Ut = 0.
V
D0 iD
iV
i
E
0
0
tx T 2T
t
t
E
ut
Imax
Imin
I

i
iV iD
t
0
i
Imax
(a)
(b)
tx t0 T 2T
Hình 2.18: Sơ đồ băm xung áp nối tiếp Hình 2.19 : Dạng dòng điện, điện áp
của các phần tử trong sơ đồ XADC nối
tiếp.
(a) Dòng liên tục; (b) Dòng gián đoạn.
Xét trường hợp tải trở cảm
Tải trở cảm tiêu biểu trong ứng dụng bộ băm xung áp một chiều là mạch kích từ
cho các máy phát điện đồng bộ công suất nhỏ, dưới 30 kW. Trong những hệ máy
phát công suất vừa, dưới 300 kW, nếu mạch kích từ là hệ máy phát kích công suất
nhỏ thì bộ băm xung được dùng để điều chỉnh kích từ cho máy phát kích.
Ta có hệ phương trình mô tả hoạt động của sơ đồ hình 2.18 là:
Khi V thông:
di
iR L E
dt
  (2.22)
Khi V không thông: 0
di
iR L
dt
  (2.23)

55. 47
Các phương trình vi phân này có nghiệm tổng quát dạng :
t
i Ae 

 , (2.24)
trong đó
L
R
  , có đơn vị là giây [s], gọi là hằng số thời gian mạch tải.
Nghiệm tổng quát thoả mãn phương trình khi V thông có dạng:
t
E
i Be
R


  . (2.25)
Các hằng số A và B trong (2.24), (2.25) có thể xác định được trong chế độ xác
lập, khi dòng điện ở đầu mỗi chu kỳ phải bằng dòng điện ở cuối chu kỳ. Ngoài ra
dòng điện còn phụ thuộc chế độ dòng liên tục hay gián đoạn như sẽ phân tích sau
đây. Dạng dòng điện, điện áp của các phần tử trên sơ đồ, trong các chế độ làm việc
khác nhau, thể hiện trên đồ thị hình 2.19.
Xét chế độ dòng liên tục
Trong chế độ này dòng điện bắt đầu từ một giá trị lớn hơn 0 và bằng giá trị kết
thúc ở cuối chu kỳ, như trên đồ thị hình 2.19(a). Viết lại các biểu thức dòng điện như
sau:
Trong khoảng 0 x
t t
  :
t
E
i Be
R


  (2.26)
Trong khoảng x
t t T
  :
x
t t
i Ae 


 (2.27)
Với các điều kiện đầu: i(t=0)=i(t=T) ta sẽ xác định được A và B trong phương
trình trên. Do đó dòng điện qua van và qua điôt D0 có dạng:
1 1
;
1 1
x x
x
T t t
t t
t
V D
T T
E E e E e
i e i e
R R R
e e
 
 
 

  
 
 
 
  
 
(2.28)
Độ đập mạch của dòng tải là ( ) ( 0)
x
I i t t i t
     nên:

56. 48
1
1
1
x
x
T t
t
T
E e
I e
R
e







 

  
 
 

(2.29)
Xét trường hợp tải có sức phản điện động
Tải có s.p.đ.đ có thể là phần ứng của động cơ điện một chiều hoặc một ăcquy
trong quá trình nạp. Trong thực tế XADC rất thường được dùng để điều khiển tốc độ
các động cơ một chiều bằng phương pháp thay đổi điện áp mạch phần ứng.
V
D0
iD
iV
i
L
R
E
Ed
Hình 2.20: Sơ đồ XADC tải có s.p.đ.đ
Theo sơ đồ hình 2.20, hệ phương trình mô tả mạch điện có dạng:
Khi V thông: d
di
iR L E E
dt
   . (2.30) Khi V khóa: d
di
iR L E
dt
   . (2.31)
Để xác định dòng điện ta cần giải hệ hai phương trình này bằng phương pháp
tương tự như ở trên. Nghiệm có dạng giống như trường hợp tải trở cảm nhưng có
thêm tác dụng của Ed và cũng phân biệt cho hai chế độ dòng điện, dòng gián đoạn và
dòng liên tục. Đồ thị dạng dòng điện, điện áp của các phần tử trên sơ đồ XADC, tải
có s.p.đ.đ, cho trên hình 2.21.

57. 49
0
0
tx T 2T
t
t
E
ut
Imax
Imin
I

i
iV iD t
0
i
Imax
(a) (b)
tx t0 T 2T
0 tx T 2T
t
E
ut
Ed
Hình 2.21: Dạng dòng điện, điện áp của các phần tử trên sơ đồ XADC, tải có
s.p.đ.đ
(a) Chế độ dòng liên tục; (b) Chế độ dòng gián đoạn.
Có thể thấy rằng dòng điện có dạng giống như trường hợp tải trở cảm thông
thường, chỉ khác là dòng qua van và điôt đều có thêm thành phần dòng một chiều
d
E
R
 do tác dụng của s.p.đ.đ Ed. Dạng dòng tải cho trên đồ thị hình 2.25(a).
Độ đập mạch của dòng tải không thay đổi khi trong mạch có Ed, nên:
1
1
1
x
x
T t
t
T
E e
I e
R
e







 

  
 
 

(2.32)
2.4. Biến tần nguồn áp
Nghịch lưu nguồn áp là các bộ biến đổi DC-AC với nguồn một chiều là nguồn
áp. Trong nghịch lưu nguồn áp các van bán dẫn luôn đặt dưới điện áp một chiều nên
van đều là điều khiển hoàn toàn như IGBT, GTO, MOSFET hoặc BJT. Do nguồn
một chiều là nguồn áp nên sau điện áp đầu ra nghịch lưu có dạng xung chữ nhật, giá
trị và hình dạng không phụ thuộc tải và tính chất của tải.

58. 50
C
V1
V2
V3
V4
D1 D3
D4 D2
Zt
E
C
V1
V2
D1
D2
Zt
E
C
C
ZA
E
V1
V4
D1
D4
V3
V6
D3
D6
V5
V2
D5
D2
ZC
ZB
(a) (b)
(c)
Hình 2.22: Các sơ đồ bộ nghịch lưu nguồn áp;
(a) Sơ đồ nửa cầu; (b) Sơ đồ cầu một pha; (c) Sơ đồ cầu ba pha.
Các kỹ thuật điều chế PWM cho nghịch lưu nguồn áp
Điều chế nghịch lưu: Từ nguồn một chiều sử dụng các qui luật đóng cắt các van
để tạo ra dạng điện áp xoay chiều mong muốn với các chỉ tiêu về chất lượng theo
yên cầu thiết kế.
Các phương pháp điều chế hay dùng:
- Điều chế SPWM (Sine Pulse Width Modullation): có hai phương pháp phổ biến
để điều chế độ rộng xung SPWM là điều chế đơn cực, và điều chế lưỡng cực. Chất
lượng điều chế bằng phương pháp đơn cực tốt hơn điều chế bằng phương pháp lưỡng
cực. Nhưng việc thiết kế kênh PWM cho phương pháp đơn cực lại phức tạp hơn.
- Điều chế SVM (Space Vector Modulation): điều chế vecto không gian

59. 51
Điều chế hai cực, điều chế đơn cực
a. Phương pháp điều chế độ rộng xung SPWM
Nội dung của phương pháp điều chế độ rộng xung là so sánh một sóng điều chế
có tần số bằng tần số của điện áp ra nghịch lưu mong muốn f với một điện áp răng
cưa (sóng mang). Đầu ra của khâu so sánh tạo nên dãy xung có độ rộng thay đổi, dãy
xung này được đưa ra điều khiển các van trong mạch lực bộ biến đổi.
Có hai phương pháp điều chế sóng mang:
- Dịch pha sóng mang (phase-shifted)
- Dịch mức (Level- shifted)
Máy phát
sin chuẩn
Máy phát
xung răng
cưa






sinA
sinB
sinC
V1
V4
V3
V6
V5
V2
Hình 2.23: Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển SPWM nghịch lưu áp ba pha.
Cấu trúc mạch điều khiển SPWM nghịch lưu áp ba cho trên hình 2.23, trong đó
tín hiệu sin chuẩn ba pha so sánh với cùng một tín hiệu răng cưa. Mạch so sánh có
ngưỡng có tác dụng tăng khả năng chống nhiễu của sơ đồ. Đầu ra của mỗi mạch so
sánh và tín hiệu nghịch đảo của nó dùng để điều khiển một nhánh van nửa cầu trong
sơ đồ nghịch lưu ba pha. Mỗi mạch nửa cầu hoạt động như một pha độc lập. Bởi vậy

60. 52
ta thể hiện sơ đồ nghịch lưu ba pha tương đương như ba sơ đồ nửa cầu như trên hình
2.24.
Sơ đồ hình 2.24 thể hiện các van là các khóa lý tưởng. Phía một chiều có hai tụ
lọc đủ lớn để phân áp, tạo điểm giữa n cho nguồn. Điện áp giữa các pha đầu ra so
với điểm giữa nguồn một chiều UAn, UBn, UCn là ba hệ thống điện áp ra của ba sơ đồ
nửa cầu. Gọi Upn là điện áp giữa điểm trung tính của tải với điểm giữa nguồn một
chiều.
A
B
C
1
2
d
U
1
2
d
U
UAn
UBn
UCn
Upn
Zt
S1 S3 S5
S6
S4
S2
n
Hình 2.24: Sơ đồ nghịch lưu ba pha như ba sơ đồ nửa cầu.
Điện áp đầu ra nghịch lưu khi điều khiển ba sơ đồ nửa cầu thể hiện trên hình
2.25.a, cho thấy UAn, UBn,UCn có dạng chữ nhật đối xứng, biên độ +/-1/2UDC, lệch
pha nhau 120.
Điện áp trên các pha tải bằng:
,
,
.
A An pn
B Bn pn
C Cn pn
U U U
U U U
U U U
 
 
 
(2.33)
Điện áp trên các pha tải thỏa mãn điều kiện: UA + UB + UC = 0. Do đó từ (2.33)
rút ra:
 
1
3
pn An Bn Cn
U U U U
   (2.34)

61. 53
Từ (2.34) ta có dạng điện áp Upn thể hiện trên đồ thị hình 2.25.b, dòng dưới cùng,
có dạng xung chữ nhật, biên độ
1
/
6
DC
U
 
  
 
, tần số bằng 3f, f là tần số điện áp ra.
Thực hiện các phép tính (2.33) ta thấy được dạng điện áp trên các pha tải UA, UB,
UC có dạng bậc thang 6 xung như trên hình 2.25b, giống như kết quả đã phân tích ở
hình 2.25.
2
d
U
2
d
U

2
d
U
2
d
U

3
d
U
2
d
U
2
d
U

0
0
0
0
0
0






 2
2
3
d
U
(a)
(b)
6
d
U
uAn
uBn
uCn
uA
uB
uC
upn
Hình 2.25: Hình Dạng xung điện áp của nghịch lưu ba pha
b. Điều chế vector không gian (SVM)
Phương pháp điều chế SinPWM, như đã nói đến ở trên, có cấu trúc đơn giản, tuy
nhiên còn có một số hạn chế. Ngày nay, phương pháp điều chế vectơ không gian

62. 54
(Space Vector Modulation – SVM) đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi hơn.
SVM là phương pháp dùng kỹ thuật số, đảm bảo độ chính xác cao, dễ dàng thực hiện
trên các bộ vi xử lý hiện đại.Khi sử dụng SVM chất lượng điện áp ra tốt hơn, độ đập
mạch sóng hài nhỏ hơn, tận dụng điện áp một chiều tốt hơn, giảm tổn thất đóng cắt
so với phương pháp SinPWM. Chi tiết điều chế SVM được trình bày trong chương
4.
2.5 Ứng dụng các bộ biến đổi trong điều khiển động cơ truyền động
Ứng dụng các bộ biến đổi trong điều khiển truyền động T-Đ đảo chiều
M
T
T
N
N
M
a) b)
+
-
+
-
-
+
Hình 2.26: Sơ đồ mạch lực T-Đ đảo chiều dùng một bộ biến đổi
Về nguyên lý ta có bốn sơ đồ T-Đ đảo chiều được trình bày trên Hình 2.26 và
Hình 2.27, có thể tóm lược nguyên ý làm việc như sau:
- Sơ đồ một bộ biến đổi đảo chiều phần ứng dùng công tắc tơ (xem hình 2.26a),
được sử dụng trong ứng dụng ít đảo chiều (chỉ đảo chiều để lắp ráp hoặc sửa chữa).
Vì dùng một bộ biến đổi tirito nên điện áp phần ứng không thay đổi dấu, người ta
dùng hai công tắc tơ để đảo chiều điện áp cấp cho phần ứng động cơ. Công tắc tơ
thuận T đóng động cơ chạy chiều thuận và công tắc tơ N ngược đóng động cơ chạy
chiều ngược. Đảo chiều thực hiện bằng hai cách: Chủ động dừng và dừng sự cố.
Dừng chủ động tốc độ động cơ giảm về không, sau đó khởi động theo chiều ngược
lại (hệ thống không có hãm tái sinh), dừng sự cố khi đang chạy khi có sự cố hệ đảo
chiều (hệ cần hãm tái sinh) ta cần mạch logic đảo chiều.

63. 55
- Sơ đồ một bộ biến đổi đảo chiều mạch kích từ (xem hình 2.26b), được ứng dụng
trong hệ truyền động công suất lớn rất ít khi đảo chiều và phần lớn thực hiện đảo
chiều khi động cơ đã dừng (đảo chiều tĩnh). Mạch phần ứng có điện áp cấp không
đổi dấu, người ta dùng hai công tắc tơ để đảo chiều kích từ hoặc có thể dùng hai bộ
tiristor để đảo chiều điện áp cấp cho kích từ. Động cơ chạy theo chiều ngược được
do từ thông đổi dấu và tốc độ đổi chiều nên sức điện động không đổi dấu
. .
dc f
E k 
 
 . Do đảo chiều kích từ, từ thông động cơ đổi từ dương sang âm sẽ qua
điểm không, bộ biến đổi cần khóa chặt tránh gây sự cố ngắn mạch phần ứng, chính
vì vậy để an toàn cho truyền động cần đảm bảo quá trình đảo chiều từ thông đã ổn
định rồi mới cho phép hệ khởi động theo chiều ngược lại. Từ lý do này mà hệ thường
thiết kế đảo chiều trong quá trình tĩnh, không thiết kế đảo chiều động (có hãm tái
sinh). Khi thiết kế đảo chiều động cần có mạch logic đảo chiều chặt chẽ.
Sơ đồ hai bộ biến đổi điều khiển chung có hai sơ đồ: Sơ đồ đấu chéo Hình 2.26a
và sơ đồ đấu song song ngược có cuộn kháng cân bằng Hình 2.26b được sử dụng
phổ biến vào những năm 60 và những năm 70 của thế kỉ 20 (lúc đó phần điều khiển
được thực hiện bằng mạch analog). Đặc điểm chung của hai sơ đồ này là hai bộ biến
đổi luôn làm việc đồng thời bộ thứ nhất làm việc trong chế độ chỉnh lưu còn bộ thứ
hai làm việc trong chế độ nghịch lưu và ngược lại. Mạch điều khiển được thiết kế có
chung một giá trị nhưng ngược dấu, vì vậy về giá trị điện áp đầu ra của hai bộ biến
đổi là bằng nhau.
Sơ đồ đấu chéo (Hình 2.27a), bắt buộc phải có biến áp đầu vào và có ba cuộn
dây: một cuộn sơ cấp hai cuộn thứ cấp. Sơ đồ có hai bộ biến đổi nối song song ngược
(Hình 2.27b), do điều khiển chung nên bắt buộc phải có cuộn kháng cân bằng, lý do
là vì giá trị điện áp trung bình của hai hệ biến đổi bằng nhau nhưng giá trị tức thời
thì khác nhau, do vậy nhờ cuộn kháng cân bằng để đảm bảo giá trị trung bình điện
áp chỉnh lưu và nghịch lưu bằng nhau.