Chương Phân tích lựa chọn phương án biến tần Chu'O'ng PHÂN TÍCH LựA CHỌN PHƢƠNG ÁN BÔ BIỂN TẨN 3.ỉ Phân tích lựa chọn biến tần cho động • • • ế o Biến tần biến đồi dùng đế biến đồi nguồn điện áp xoay chiều có tần số,số pha, thứ tự điện áp không đồi thành nguồn điện xoay chiều có thông thay đổi Thông thường biến tần làm việc với nguồn đầu vào lấy từ lƣới điện, vê nguyên tắc, làm việc với Biến • biến tần nguồn điện xoay chiều tần đƣợc phân loại nhƣ sau: Biến tầu trực tiếo: Bộ biến đổi trực tiến từ tần số,điện áp lưới sang điện áp tải • Biến tần gián tiếp: Bộ lưới thành điện áp biến đồi từđiện áp chiều(chinh lƣu), sau lại biến từ điện áp chiều thành xoaychiều (nghịch lƣu) Biến tần gián tiếp đƣợc chia thành loại chính: Biến tần dùng nghịch lƣu độc lập nguồn dòng điện I Biến tần dùng chinh lưu điều khiển đầu vào nghịch lưu nguồn áp I Biến tần dùng chỉnh lưu không điều khiển đầu vào nghịch lưu làm việc điều chế (SPWM) 3.1.1 Biến tần trực tiếp Tạo điện áp tải phần điện áp lƣới, lần nối tài vào nguồn phần từ đóng cắt, không qua kho lƣợng trung gian Biến tần trực tiếp có trao đối lƣợng với lƣới theo hai chiều Đây đặc tính tru việt cùa biến tần trực tiếp so với biến tần gián tiếp, hệ điện cồng suất lớn, từ hàng trăn KW đến vài MW Ngoài tồn hao công suất biến tần trực tiếp phụ tải nối với nguồn qua phần từ đóng cắt, không thông qua khâu trung gian Tuy nhiên số lƣợng van biến tần trực tiếp lớn hệ thống điều khiển phức tạp nhiều, tần số điện áp bị giới hạn phần hai tần số lƣới Ngoài biến tần trực tiếp thừa hƣởng nhƣợc điểm sơ đồ chinh lƣu dòng đầu vào Chương Phân tích lựa chọn phương án biến tần không sin, hệ số công suất thấp Khi phụ tái có công suất lớn từ 1000 đến 30000 KW sử dụng biên tân phù hợp số lƣợng van sừ dụng độ phức tạp hệ thống điều khiển không trờ ngại, vấn đề khả điều chỉnh công suất hiệu suất biến đồi Do phạm vi đồ án với tái có công suất trung bình nhƣ ta không chọn biến tằn loại trực tiếp 3.1.2 Biến tần gián tiếp Hay gọi biến tần có khâu trung gian chiều, dùng chỉnh lƣu để biến nguồn điện áp xoay chiều thành nguồn điện chiều, tích trữ kho từ (đùng cuộn cảm), kho điện (dùng tụ điện) sau lại dùng nghịch lƣu để biến _ _ -2-, - _ „Ị, là,, T-H- — r~: - £ Ị -1.: 2,- „ÍỊ Ị.Ị.S,, 4P _ ĩìguưn mụĩ oiìĩcu ĩiiâitii nglìũĩỉ xoay Ciììcu iviiaiì II ưng gìãii ĩiĩỌĩ Ciiícu ĩậO rã Iiiụĩ Kiiãũ uỌc lập định, biến đồi chậm, tách phần phụ tải khòi lƣới điện Sơ đồ khối I ID 17? F? Hình 3.1: Sơ đô khôi biên tân gián tiêp Nhƣ để biến đổi tần số cần thông qua khâu trung gian chiều có tên gọi biến tần gián tiếp Chức cùa khối nhƣ sau: Khối chỉnh lƣu: Chức cùa khâu chỉnh lƣu biến đối điện áp xoay chiều thành điện áp chiều Chỉnh lƣu không điều khiển có điều khiển Ngày đa số chỉnh lƣu không điều khiển, điều chỉnh điện áp chiều phạm vi rộng làm tăng kích thƣớc lọc làm giảm hiệu suất biến đổi Nói chung chức biến đổi điện áp tần số đƣợc thực nghịch lƣu thông qua luật điều khiển Trong biến đồi công suất lớn, ngƣời ta thƣờng dùng chỉnh luu bán điều khiển với chức làm nhiệm vụ bảo vệ cho toàn hệ thống tải Tùy theo nghịch lƣu yêu cầu nguồn dòng hay nguôn áp mà chỉnh lƣu tạo nguồn dòng điện hay nguồn điện áp tƣơng ứng phù hợp 30 Chương Phân tích lựa chọn phương án biến tần Khối lọc: Bộ lọc có nhiệm vụ san phẳng điện áp (đối với nguồn áp) dòng điện (đối với nguồn dòng) sau chỉnh ỉƣu Khối nghịch ỉƣu: I Nghịch lƣu nguồn áp: dạng điện áp tải đƣợc định dạng trƣớc (thƣờng có dạng xung chữ nhật) dạng dòng điện phụ thuộc vào tính chất tải Nguồn điện áp cung cấp cho nghịch lƣu phải nguồn sức điện động có nội trở nhỏ Trong ứng dụng điều kiến động cơ, thƣờng sử dụng nghịch lƣu nguồn áp Nghịch lƣu nguồn dòng điện: dạng dòng điện tải đƣợc định hình trƣớc, dạng điện áp phụ thuộc vào tải Nguồn cung cấp cho nghịch lƣu phải nguồn dòng đề đảm bảo giữ dòng chiều ổn định, nguồn sức điện động phải có điện cảm đầu vào đủ lớn đảm bảo điều kiện theo nguyên tắc điều khiển ôn định dòng điện - Nghịch lƣu cộng hƣởng: Loại dùng nguyên tắc cộng hƣờng mạch hoạt động, dạng dòng điện (hoặc điện áp) thƣờng có dạng hình sin Cả điện áp dòng điện tải phụ thuộc vào tính chất tải a Biến tần gián tiếp nguồn dòng Trong trƣờng hợp này, nguồn cung cấp nguồn dòng tức dòng chiều vào nghịch lƣu không phụ thuộc vào tồng trở tải Điều dẫn đến dạng sóng dòng điện pha sau nghịch lƣu có dạng chữ nhật bỏ qua giai đoạn chuyển mạch, điện áp có dạng sin nhƣng mang đỉnh nhọn thời điểm chuyên mạch Biên tần loại sử dụng cuộn dây, cuộn dây ngăn biến thiên đột ngột dòng điện nên truyền động thích hợp nơi cần tránh biến thiên đột ngột mômen tiên trục động Hơn nữa, nghịch lƣu nguồn dòng ngấn mạch đầu cực động không gây hƣ hỏng nghịch lƣu dòng điện có xu hƣớng giữ không đổi Một điểm quan trọng biến tần nguồn dòng ta thực hãm tái sinh động với mạch lực đơn giản Bộ biến tần nguồn dòng làm tăng đƣợc công suất đơn vị động nên thích hợp cho truyền động có đảo chiều, công suất động truyền động lớn 31 Chương Phân tích lựa chọn phương án biến tần Nhƣợc điểm biến tần nguồn dòng hệ số công suất thấp phụ thuộc vào tải Với công suất nhỏ sơ đồ hiệu vi kích thƣớc cồng kềnh nliƣng với công suất lớn 100 KW biến tần nguồn dòng giải pháp thích hợp Nhƣ ta címg không chọn phƣơng án sừ dụng biến tần nguồn dòng phụ tải động thang máy có công suất thuộc loại trung bình b Biển tần gián tiếp nguồn áp Đặc điểm loại biến tần nguồn cấp cho BBĐ nguồn sức điện động với nội trờ nhỏ Hiện với phƣơng pháp (biến điệu độ rộng xung) áp dụng cho nghịch lƣu điện áp, cho phép dạng sóng gần sin nâng cao đƣợc chất lƣợng điều chỉnh Những đặc điểm đƣa đến khả ứng dụng biến tần nguôn áp truyền động yêu cầu cao độ xác điều chỉnh, chiếm ƣu truyên động công suất nhỏ truyền động nhiều động hoạt động xác đông Từ phân tích biến tần nguồn dòng biên tân nguôn áp trên, kết hợp VỚI yêu cầu cụ thể phụ tải đồ án này, em định chọn biên tân nguồn áp đề điều khiển tải động Sau phân tích cụ thê phƣơng án biến tần nguồn áp 3.2 Phân tích lựa chọn sơ đồ biến tần gián tiếp nguồn áp 3.2.1 Biến tần gián tiếp nguồn áp vói nguồn chiều đầu vào có điều chỉnh Biến tần nguồn áp loại dùng nghịch lƣu nguồn áp với đầu vào chiêu điêu khiển đƣợc Điện áp phía chiều điều chỉnh đƣợc nhờ chinh lƣu thyristo Sơ đồ nguyên lý: r \■ * I■ V X # Hình 3.2 Biên tân nguôn áp với phân chiêu dùng chinh lƣu thyristo Chương Phân tích lựa chọn phương án biến tần Ta khảo sát chỉnh lƣu với chế độ làm việc nặng nề tải tải có L=oo Chế độ làm việc chinh lira: X” 4v Vó Tacó: ưd = ư7 cos a (3.1) n Ü có liai m ~NT chế độ làm việc: ’ : giá trị điện áp chiều nguồn cung cấp cho mạch nghịch lưu Công thức chi đƣợc sử dùng trƣờng họp điều khiển phần tuyến tính (mal) công thức không xác Điện áp điều biến đƣợc đƣa vào mạch điều khiển điện áp hình sin chuẩn có tần số tằn số mong muốn điện áp đầu Tần số có giá trị = 0)j / 271 điện áp sóng điều biến là: điều kiện ưdtn < um Chương Phân tích lựa chọn phương án biến tần TrỊ số sóng điện áp sóng đầu tính theo công thức: (3.20) Biên độ điện áp sóng đầu ra: ( U AO m \ (3.21) Ta thấy điện áp sóng tỉ lệ tuyến tính với hệ số điều biến biên độ, dải điều biến ma ÁU'\ [KỊ s 0.22) Chương Phân tích lựa chọn phương án biến tần Biên điện tàn số bản:tần Chương Phânđộ tích lựa áp chọndây phương án biến (3.23) Trị số điện áp hiệu dụng điện áp sóng đâu ra: ■■■BBKHBầmÉIÌIBỄ (3.24) M f)ãt = : f=.m ta có bảng giá trị giá trị ma sóng hài nhƣ sau: 2v2 Bảng 3.1 Thành phần sóng hài điện áp dây IU um 0.2 0.4 0.6 0,8 1.0 u 0,122 0,245 0,367 0,490 0,612 39±2 39 ±4 0,101 ,w 0,037 0,080 0,135 0,005 0,195 0,011 ó 39+ ị 0,116 0,200 0,227 0,192 0,008 0,111 0,020 0,027 0,085 0,007 1 ** 0,029 0,064 0,096 0,096 0 0,005 0021 0,064 0,051 0,010 0,042 0,073 0,030 'md •«/ / mSmm 3.39 ±2 2.39±5 3.39+4 439± 4.39±5 4.39 ±7 0,100 0 Chương Phân tích lựa chọn phương án biến tần Đối với PWM, luật điều khiển tối ƣu đƣợc thực nhƣ sau: Các van nhóm đƣợc mở lúc thời điềm ban đầu chu kỳ T s Nhƣng van đƣợc đóng lạĩ thời điềm khác tƣơng ứng với luật điều biến ( tƣơng ứng với độ rộng Á£>) Ngoài chu kỳ tần số chuyển mạch nhƣ tất pha Điều đảm bảo chu kỳ tần số chuyền mạch có đoạn mà điện áp băng không Do dạng điện áp không phụ thuộc vào đặc tính tải sóng điều hòa bậc cao bội số tần số chuyển mạch không tồn điện áp cùa nghịch lƣu Đồ thị điện áp nghịch lƣu ba pha đƣợc mô tả hình 3.12 Đồ thị đƣợc xây dựng với ma=12 Hình 3.12 Dạng tín hiệu điều khiển van điện áp nghịch lƣu Tính toán chọn van nghich lƣu Để lựa chọn van động lực cúng nhƣ van điot, cần xác định giá trị trung bình dòng qua van điện áp lớn nhât đặt lên van Chương Phân tích lựa chọn phương án biến tần Khi thực phƣơng pháp PWM, dòng qua van động lực (ír) qua điot (ÍD) tập họp xung có độ rộng khác Nếu = /H.0 giá trị tức thời dòng tải đầu chu kỳ thứ n (chu kỳ tần sô mang) fxm 271 C = A«sin—n m + _ J (3.25) Giá trị tức thời dòng tài thời điềm khóa van động lực ứng với chu kỳ thứ n Ể = h, sin(— n + ÍÌA/ ) m (3.26) A/ - thời gian van động lực dẫn điện chu kỳ thứ n Theo luật điều biến ta có T (2n A + ma sin —;i + (p l M )_ (3.27) Giá trị trung bình qua van động lực chu kỳ thứ n fi m ị — m in (3.28) Và dòng trung bình qua động lực chu kỳ điện áp 2nn 271/7 71 + 7?! sin + T íá 2m m m I mỉ2-1 J III/2-1 2TÍII — + [...]... biến tần số Hệ số điều biến tần số là ti số giữa tần số sóng mang và tần số sóng điều biến Chương 3 Phân tich lựa chọn phương án bộ biến tần Trong đó: f5 là tần số chuyền mạch F là tần số ra cùa nghịch lƣu Hệ số điều biến tần số có ý nghĩa rất quan trọng trong phƣơng pháp nghịch lƣu PWM Việc chọn hệ số điều biến sẽ quyết định chất lƣợng và giá thành của bộ nghịch lƣu Các cơ sở đề chọn hệ số điều biến: ... sóng cơ bản tỉ lệ tuyến tính với hệ số điều biến biên độ, chính vì vậy dải điều biến ma ÁU'\ [KỊ s 1 0.22) 2 Chương 3 Phân tích lựa chọn phương án bộ biến tần Biên điện tàn số bản :tần Chương 3 Phân ộ tích lựa áp chọndây phương án cơ bộ biến (3.23) Trị số điện áp hiệu dụng điện... lƣu bán điều khiển; (d) Dùng cầu chinh lƣu tiristo Các biện pháp nhƣ trên đƣợc áp dụng cho các dải công suất từ nhỏ đến lớn theo 39 Chương 3 Phân tích lựa chọn phương án bộ biến tần thứ tự từ (a) đến (d) Với công suất rất lớn việc dùng tiếp điểm công-tăc-tơ đề loại bỏ điện trờ khởi động không thề áp dụng đƣợc mà phải dùng đến mạch không tiếp điểm 40 Chương 3 Phân tích lựa chọn phương án bộ biến tần. .. cầu công suất đẩu ra tƣơng đối lớn và thƣờng dùng cấp cho động cơ đồng bộ Trong bộ nghịch lƣu ra chọn hệ số điều biến biên độ ma/6 ìmÊỂ ÊẾ (3.12) 71 Chọn van: u = V6.Ơ, = 7 T / 3 U neDngD maxmax / =/ TBD í/max ' i vỵ 2 0 (3.13) /3 Hình 2.7 Đồ thị dòng điện, điện áp sau chinh lƣu Chương 3 Phân tích lựa chọn phương án bộ biến tần Công suất máy biến áp ina x S^=7T/3.P, d niax (3.14) cos (pba = 1 Hệ Số... Chương 3 Phân tích lựa chọn phương án bộ biến tần Phƣơng pháp nghịch lƣu PWM lƣỡng cực Hình 3.10 Nguyên lí và dạng điện áp của PWM lƣỡng cực Nội dung của phƣơng pháp là so sánh một sóng sin chuẩn, có tần số băng tân sô của điện áp ra nghịch lƣu mong muốn, với một điện áp răng cƣa tân sô cao Điện áp ra sẽ là +E khi sin chuẩn cao hơn xung răng cƣa và là —E khi sin chuẩn thấp hơn xung răng cƣa So sánh hai ... đồ án này, em định chọn biên tân nguồn áp đề điều khiển tải động Sau phân tích cụ thê phƣơng án biến tần nguồn áp 3.2 Phân tích lựa chọn sơ đồ biến tần gián tiếp nguồn áp 3.2.1 Biến tần gián... pháp: Hệ số điều biến tần số Hệ số điều biến tần số ti số tần số sóng mang tần số sóng điều biến Chương Phân tich lựa chọn phương án biến tần Trong đó: f5 tần số chuyền mạch F tần số cùa nghịch... thị hình Góc lệch pha điện Chương Phân ích lựa chọn phương ánbg biếntần áp dòng điện sóng tải góc (p dòng qua nhƣ hình Chương Phân tích lựa chọn phương án biến tần vẽ, suy (p < 60° dòng đầu vào