LỜI MỞ ĐÀU Trong năm gần khoa học kĩ thuật công nghệ phát triển mạnh mẽ, lĩnh vực Điện - Điện tử không nằm trào lưu Chính khả phát triển mạnh mẽ làm nên trình chuyến biến sâu sắc lý thuyết lẫn thực tiễn đời sống khoa học kĩ thuật công nghệ Điều trước hết phải đời ngày hoàn thiện biến đổi công suất Với kích thước nhỏ gọn, tác động nhanh, cao, dễ dàng ghép nối với mạch dùng vi điện tử, vi xử lý máy tính Các hệ truyền động điện tự động ngày thường sử dụng theo nguyên tắc điều khiển mạch vòng nối cấp, mạch điều khiển thích nghi hay nguyên tắc điều khiến vectơ cho động xoay chiều Phần lớn mạch điều khiến dùng biến tầnvới chương trình phần mềm linh hoạt, dễ dàng thay đổi cấu trúc tham số luật điều khiến Vì làm tăng độ tác động nhanh độ xác cao cho hệ truyền động Chính lý mà việc chế tạo chuẩn hóa hệ thống truyền động đại có nhiều đặc tính làm việc khác nhau, dễ dàng đáp ứng theo yêu cầu nhà sản xuất Đe giải vấn đề hiểu rõ biến tần em hoàn thành đồ án với đề tài: “Nghiên cứu biến đối công suất Sỉmovert Masterdrives Siemens ” với hướng dẫn thầy giáo - Thạc sĩ Đặng Hồng Hải Nội dung đồ án gồm chương: Chương 1: Tong quan biến đoi công suất Chương 2: Nghiên cứu biến đoi công suất Simovert MasterDrives Chương 3: Điều khiến động không đồng Chương TỎNG QUAN VÈ CÁC Bộ BIẾN ĐỎI CÔNG SUẤT 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Điện tử công suất công nghệ biến đổi điện từ dạng sang dạng khác phần tử bán dẫn công suất đóng vai trò trung tâm Bộ biến đổi điện tử công suất gọi biến đổi tĩnh (static converter) để phân biệt với máy điện truyền thống (electric machine) biến đổi điện dựa nguyên tắc biến đổi điện từ trường Theo nghĩa rộng, nhiệm vụ điện tử công suất xử lý điều khiến dòng lượng điện cách cung cấp điện áp dòng điện dạng thích họp cho tải Tải định thông số điện áp, dòng điện, tần số, số pha ngõ biến đổi Thông thường, điều khiển có hồi dõi ngõ biến đổi cực tiếu hóa sai lệch giá trị thực ngõ giá trị mong muốn (hay giá trị đặt) Trong biến đổi phần tử bán dẫn công suất sử dụng khóa bán dẫn, gọi van bán dẫn, mở dẫn dòng nối tải vào nguồn, khóa không cho dòng điện chạy qua Khác với phần tử có tiếp điếm, van bán dẫn thực đóng cắt dòng điện mà không gây nên tia lửa điện,không bị mài mòn theo thời gian.Tuy đóng ngắt dòng điện lớn phần tử bán dẫn công suất lại điều khiển tín hiệu điện công suất nhỏ, tạo mạch điện tử công suất nhỏ Quy luật nối tải vào nguồn phụ thuộc vào sơ đồ biến đổi phụ thuộc vào cách thức điều khiển van biến đối Như trình biến đổi lượng thực với hiệu suất cao tổn thất biến đổi tổn thất khóa điện tử, không đáng kế so với công suất điện cần biến đối.Không đạt hiệu suất cao mà biến đổi có khả cung cấp cho phụ tải nguồn lượng với đặc tính theo yêu cầu, đáp ứng trình điều chỉnh, điều khiển thời gian ngắn nhất, với chất lượng phù hợp hệ thống tự động tự động hóa Đây đặc tính mà biến đổi có tiếp điểm kiểu điện từ có Úng dụng: Điện tử công suất ứng dụng rộng rãi hầu hết ngành công nghiệp đại Có thể kể đến ngành kỹ thuật mà có ứng dụng tiêu biểu biến đổi bán dẫn công suất truyền động điện, giao thông đường sắt, nấu luyện thép, gia nhiệt cảm ứng, điện phân nhôm từ quặng mỏ,các trình điện phân công nghiệp hóa chất, nhiều thiết bị công nghiệp dân dụng khác Trong năm gần công nghệ chế tạo phần tử bán dẫn công suất có tiến vượt bậc ngày trở nên hoàn thiện dẫn đến việc chế tạo biến dổi ngày nhỏ gọn, nhiều tính sử dụng ngày dễ dàng Phân loại: Ta phân loại hệ thống biến đổi điện tử công suất dựa vào tín hiệu vào xoay chiều hay chiều: • Bộ chỉnh lưu (AC - DC) • Bộ nghịch lưu (DC - AC) • Bộ biến đổi điện xoay chiều (AC - AC) • Bộ biến đổi điện chiều (DC - DC) • Biến tần 1.2 1.2.1 Bộ CHỈNH LƯU (AC - DC) [1] Cấu trúc mạch chỉnh lưu Chỉnh lưu trình biến đổi lượng dòng điện xoay chiều thành lượng dòng điện chiều Chỉnh lưu thiết bị điện tử công suất sử dụng rộng rãi thực tế Sơ đồ cấu trúc thường gặp mạch chỉnh lưu hình vẽ Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc mạch chỉnh lưu Trong sơ đồ có máy biến áp làm hai nhiệm vụ là: • Chuyển từ điện áp quy chuẩn lưới điện xoay chiều u sang điện áp Ư2 thích hợp với yêu cầu tải Tùy theo tải mà máy biến áp tăng áp giảm áp • Biến đổi số pha nguồn lưới sang số pha theo yêu cầu mạch van Thông thường số pha lớn lưới pha, song mạch van cần số pha 6, 12 Trường hợp tải yêu cầu mức điện áp phù họp với lưới điện mạch van đòi hỏi số pha lưới điện bỏ máy biến áp Mạch van van bán dẫn mắc với theo cách để tiến hành trình chỉnh lưu Mạch lọc nhằm đẩm bảo điện áp (hoặc dòng điện) chiều cấp cho tải phang theo yêu cầu 1.2.2 Phân loại Chỉnh lưu phân loại theo số cách sau đây: a) Phân loại theo số pha nguồn cấp cho mạch van: pha, hai pha, ba pha, pha b) Phân loại theo mạch van bán dẫn mạch van Hiện chủ yếu dùng hai loại van Diode Tiristor với loại mạch: • Mạch van dùng toàn Diode, gọi chỉnh lưu không điều khiến • Mạch van dùng toàn Tiristor, gọi chỉnh lưu điều khiến • Mạch chỉnh lưu dùng Diode Tiristor, gọi chỉnh lưu bán đièu khiển c) Phân loại theo sơ đồ mắc van Có hai kiểu mắc van: • Sơ đồ hình tia: Ở sơ đồ số lượng van số pha nguồn cấp cho mạch van Tất van đấu chung đầu với catôt chung, anôt chung • Sơ đồ cầu: Ở sơ đồ số lượng van nhiều gấp đôi số pha nguồn cấp cho mạch van Trong nửa số van mắc chung catôt, nửa lại mắc chung anôt 1.3 1.3.1 Bộ NGHỊCH LƯU (DC - AC) [2] Chức năng, ứng dụng phân loại a) Chức năng: Nghịch lưu thiết bị biến đổi dòng điện chiều thành dòng điện xoay chiều có tần số thay đổi làm việc với phụ tải độc lập Nguồn chiều thông thường điện áp chỉnh lưu, ắcquy nguồn chiều độc lập khác b) Úng dụng: nghịch lưu sử dụng rộng rãi lĩnh vực cung cấp điện, hệ truyền động xoay chiều, truyền tải điện năng, luyện kim, giao thông c) Phân loại: - Theo sơ đồ: nghịch lưu pha, nghịch lưu ba pha -Theo trình điện từ xảy nghịch lưu: nghịch lưu áp, nghịch lưu dòng, nghịch lưu cộng hưởng - Theo trình chuyến mạch: + Quá trình chuyến mạch cưỡng bức: linh kiện có khả kích đóng ngắt (MOSFET, JBT, TGBT, CiTO) + Quá trình chuyển mạch phụ thuộc: linh kiện kích đóng, trình ngắt phụ thuộc nguồn tải 1.3.2 Bộ nghịch lưu áp Cấu tạo bản: - Nguồn điện áp chiều: Có thể ắcquy, pin điện, từ nguồn điện áp xoay chiều chỉnh lưu lọc phang - Linh kiện nghịch lưu: Có khả kích đóng ngắt trình chuyến mạch cưỡng bức, Tiristor trình chuyển mạch phụ thuộc + Công suất nhỏ vừa: sử dụng khóa BJT, MOSFET, IGBT + Công suất lớn: IGBT, GTO, Tiristor + chuyển mạch (chuyển mạch cưỡng bức) Tiristor thường trình chuyến mạch phụ thuộc - Diode mắc song song: Tạo thành mạch chỉnh lưu cầu không điều khiển có chiều dẫn ngược lại, cho phép trao đổi công suất ảo tải xoay chiều với nguồn chiều hạn chế áp kích ngắt linh kiện (chức bảo vệ linh kiện) - Điện áp giữ không đổi thay đổi tần số cố định thay đổi - Điện áp lý tưởng nghịch lưu phải có dạng sin Tuy nhiên dạng sóng nghịch lưu thực tế dạng sin chuẩn (do linh kiện nghịch lưu khóa làm việc chế độ đóng cắt) chứa sóng hài bậc cao Các dạng sóng hài gây nhiễu dạng lan truyền cáp dẫn dạng tia xạ sóng điện từ, gây ảnh hưởng không tốt đến tải, nguồn mạng viễn thông Vì biện pháp sử dụng đế chống nhiễu cần thiết: lọc nguồn, thiết bị nghịch lưu đặt tủ kim loại, sử dụng cáp bọc Nghịch lưu áp pha Trên hình vẽ 1.2 trình bày sơ đồ nghịch lưu điện áp pha Hình 1.2 Bộ nghịch ỉưu điện áp pha Các tiristor Ti - T4 nối theo sơ đồ cầu điều khiến cặp (Ti, T T2, T3) Các tụ điện Ci, c2 làm nhiệm vụ chuyển mạch Ví dụ Ti, T mở cho dòng điện chạy qua tụ điện Ci, c2 nạp tới giá trị điện áp nguồn Khi mở T2, T3 Ci phóng điện qua Ti, T C2 phóng qua T3, T4 Như dòng qua Ti, T4 giảm tới không, tiristor bị ngắt Các diode Di - D ngăn tụ chuyến mạch với tải để loại trừ ảnh hưởng tụ lên tải Các diode D D8 tạo thành cầu ngược cho dòng phản kháng qua tụ Co Ví dụ: Neu trước Ti - T4 mở, dòng tải chạy theo chiều mũi tên (trên hình vẽ) cho xung mở T - T3 dòng tải tác dụng sức điện động tự cảm mạch tải, không đổi chiều đột ngột mà giữ chiều cũ khoảng thời gian t2 đến t3 Trong khoảng thời gian t2, t3 dòng chạy qua D6 Co - D7 Các điện kháng Li, L2 dùng để hạn chế dòng điện phóng Ci, c không qua tiristor cần khóa (vì Ci phóng điện mạch Di - D Li - T2, c mạch T3 - L - D - D4) Nếu 2 Li, L2 dòng điện phóng theo mạch vừa nói lớn trình chuyển mạch gặp khó khăn Điện áp tải có dạng chữ nhật hình vẽ: Đe tìm biếu thức it(t) qua tải dùng phương pháp biến đổi Laplace biến đổi ngược Khi mở Ti, tác động cuộn sơ cấp biến áp (như biến áp tự ngẫu) nên tụ c nạp tới điện áp gần bang 2E Khi mở T2, tiristor Ti bị ngắt điện tụ điện c-T c Ở hệ thống (hình a) tụ nạp chuyển đổi cộng hưởng mạch - L - Di tới điện áp 2E với dấu âm Áp tụ không vượt giá trị 2E bất kế có cộng hưởng mạch tải có phóng ngược tụ qua diode tương ứng nguồn nạp Thời gian để ngắt tiristor 1/4 chu kỳ dao động riêng mạch L - c Xung dòng điện chuyến nạp cộng hưởng tụ điện có biên độ tương đối lớn, điều ảnh hưởng tới việc xuất tổn hao phụ phần tử chuyến mạch Đe giảm tổn hao người ta sử dụng sơ đồ có biến áp tự ngẫu Neu diode Di, D2 nối vào đầu cuộn sơ cấp biến áp mạch chuyển nạp tụ điện nối tới đầu tận cuộn sơ cấp Trong trường hợp lượng phản kháng tích tụ L đoạn cuối trình chuyến mạch không bị dồn ứ mạch đế tự tiêu hao biến đổi mà gửi nguồn qua diode phần cuộn dây thích hợp Hệ thống cho phép đưa trả phần lượng phản kháng nguồn Dạng điện áp sóng chữ nhật, việc sử dụng điện áp chữ nhật nhiều trường họp gây hậu xấu thực tế người ta đưa thêm phin lọc (filter) đế đường cong điện áp có dạng gần hình sin 1.3.3 Bộ nghịch lưu dòng Nghịch lưu dòng thiết bị biến đối nguồn dòng chiều thành dòng xoay chiều có tần số tùy ý Nghịch lưu dòng có đặc điếm sau đây: - Dòng gồm dòng tải dòng chuyển mạch tiristor tụ điện có dạng chữ nhật, điện áp phụ thuộc vào thông số tải - Nguồn điện cung cấp làm việc nguồn dòng phải mắc nối tiếp với cuộn kháng lớn - Khi tải có tính cảm kháng, cân công suất kháng thực tụ điện chuyển mạch tải tổng hợp thiết phải có đặc tính dung kháng - Đặc tính tải có dạng đường thắng nghiêng 1.4 Bộ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU (DC - DC) [1] 1.4.1 Khái quát chung biến đổi điện áp chiều Bộ biến đổi điện áp chiều hay gọi đầy đủ biến đổi xung điện áp chiều, sử dụng ngắt điện bán dẫn sơ đồ thích hợp đế biến đổi ápnguồn chiều thành chuỗi xung áp, nhờ thay đổi giá trị trung bình áp Vì biến đổi điện áp chiều gọi băm điện áp Đe đóng cắt điện áp nguồn người ta thường dùng khóa điện tử công suất chúng có đặc tính tương ứng với khóa lý tưởng, tức khóa dẫn điện (đóng) điện trở không đáng kể; khóa bị ngắt (mở ra) điện trở lớn vô (điện áp tải không) Nguyên lý biến đối điện áp chiều mô tả hình 1.4 + R ĩ Ur Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý đồ thị biến đối xung áp Trong khoảng thời gian -r 11, khóa K đóng lại, điện áp tải URsẽcó giá trị điện áp nguồn (ƯR = E); khoảng thời gian t\ 4- T, khóa K mở ƯR = Như giá trị trung bình điện áp tải là: UR = - Ỉ^Edt = E - = E.Ỵ ^TJ T X - thời gian khóa K đóng; y - hệ số điều chỉnh; T - chu kỳ đóng cắt khóa K; 10 Im - dòng điện từ hóa ù)s - tần số góc nguồn stato Các biểu thức cho thấy từ thông khe hở tỉ lệ với tỉ số Es/cos, tỉ lệ với tích số LmIm Do điều khiếnt từ thông khe hở không đổi đồng nghĩa với điều chỉnh tỉ số E s/cos không đổi Neu mạch từ động không bão hòa Lm số, từ thông khe hở tỉ lệ với dòng từ hóa Trong thực tế dòng điện từ hóa trì trị số định mức (tương ứng với điện áp, tần số định mức phụ tải định mức) Ở chế độ non tải, dòng điện từ hóa có giá trị lớn tương đối so với giá trị chế độ làm việc bình thường động Theo sơ đồ thay hình T, dòng điện rôto động Ir xác định theo biểu thức: (3.3) với x rơ = cos.Lrơ - điện kháng tản mạch rôto quy đổi stato Phương trình 3.3 viết lại dạng sau: (3.4) Biểu thức (3.4) cho thấy điều khiển từ thông khe hở không đổi, tức tỉ số Es/cos không đổi, dòng điện rôto hàm tốc độ trượt cosỉ không phụ thuộc vào tần số nguồn cung cấp b) Điều khiến từ thông khe hở điều khiển điện áp — tần số Với phương pháp điều khiến điện áp - tần số, động làm việc hai vùng tốc độ: vùng tốc độ +) Vùng tốc độ Khi làm việc với từ thông khe hở không đổi, động sinh momen định mức Do vùng làm việc tốc độ gọi vùng momen số Trong vùng làm việc tần số trượt f số ứng với phụ tải định mức Tổn hao công suất điện trở rôto số Tuy nhiên, điều kiện làm việc thực tế vùng tốc độ thấp, động tự làm mát mức độ làm mát đi, động không làm việc với phụ tải định mức nên momen động giảm +) Vùng tốc độ bản: Tăng tần số nguồn điện stato lớn định mức, tốc độ động tăng lớn định mức, điện áp động trì giá trị định mức Do tỉ số ƯA giảm dần đến từ thông khe hở giảm Momen động tỉ lệ nghịch với bình phương tần số stato động cơ: pEs20ủci ĩs Từ (3.7) ta thấy momen động lớn tỉ lệ nghịch tần số đường nét đứt hình 3.8, công suất lớn không đổi công suất định mức Vì vùng điều chỉnh tốc độ gọi vùng công suất không đổi Như minh họa hình 3.8, giới hạn tốc độ động vùng công suất không đổi ứng với điếm tần số rôto đạt đến điếm tới hạn momen động tương ứng với momen tới hạn Trong thực tế, thông thường phải hạn chế tần số rôto giới hạn nhỏ trị số ứng với điểm tới hạn động làm việc gần điếm tới hạn, dòng điện động tăng tổn hao đồng lớn momen không tăng Đồng thời, tốc độ cao, từ thông khe hở giảm, dòng từ hóa nhỏ Khi trì dòng điện stato gần định mức, dòng điện rôto lớn định mức Do động sinh momen công suất lớn giá trị định mức Mặt khác, dòng điện từ hóa giảm nên tổn hao công suất giảm điều kiện làm mát tốc độ cao cải thiện tốt +) Sơ đồ khối hệ thống điều khiển điện áp - tần số Hình 3.9 sơ đồ khối hệ thống điều khiển kín điện áp - tần số với điều khiển tần số độ trượt hạn chế momen Hình 3.9 Hệ thống điều khiến điện áp — tần sổ với điều khiến tần số trượt Sai số tốc độ đặt corđ tốc độ thực đặt vào điều chỉnh tốc độ có cấu trúc PI, đầu điều chỉnh tốc độ tín hiệu tốc độ trượt (D S1* Tín hiệu tốc độ trượt Cösl* cộng với tín hiệu phản hồi tốc độ từ máy phát tốc tạo tín hiệu đặt tần số góc stato C0sđ (hoặc tần số stato fs*) tín hiệu điều khiển tần số chuyến mạch nghịch lưu Đồng thời tín hiệu đặt điện áp stato us* tạo nhờ khâu “tạo hàm Khâu tạo hàm thực tính hàm số Ư s (fs) đảm bảo từ thông khe hở không đổi Do độ trượt tỉ lệ với momen động nên sơ đồ coi mạch vòng điều chỉnh momen bên mạch vòng tốc độ Khi tín hiệu đặt tốc độ thay đổi nhảy cấp đầu điều chỉnh tốc độ hạn chế giá trị tương ứng với tần số trượt lớn nhất, dòng điện momen động hạn chế mức cho phép trình gia tốc Động gia tốc nhanh lên tốc độ đặt, tần số trượt giảm xuống tới giá trị tương ứng với momen phụ tải Khi tín hiệu đặt tốc độ giảm nhảy cấp, tín hiệu tần số trượt đầu điều chỉnh tốc độ mang dấu ( - ) , động làm việc chế độ hãm, lượng tái sinh tiêu tán điện trở hãm mạch chiều hay trở lưới điện nhờ chỉnh lưu điều khiển ngược 3.I.I.3 Điều khiển từ thông khe hở điều khiển dòng điện - tần số trượt Sơ đồ hệ thống điều khiển dòng điện - tần số trượt: sơ đồ thực tế sử dụng nghịch lưu dòng điện trình bày hình vẽ Hình 3.11 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiến dòng điện - tần số trượt Hệ thống gồm mạch vòng điều chỉnh dòng điện tốc độ Mạch vòng điều chỉhn tốc độ mạch tạo tín hiệu tần số stato tương tự sơ đồ điều khiển điện áp - tần số với đầu tín hiệu tốc độ trượt cosid Dòng điện đặt Iđ mạch vòng điều chỉnh dòng điện tính từ khối tạo hàm đảm bảo trì từ thông khe hở không đổi Với điều khiến từ thông khe hở định mức, nâng cao độ ổn định phản ứng trình độ hệ thống truyền động điện Ở chế độ làm việc độ trượt động không, momen động không, dòng điện stato động có trị số nhỏ đủ đế tạo từ thông khe hở độ trượt tăng, dòng điện Id tăng đế trì từ thông khe hở không đổi, tương đương với điều khiển điện áp - tần số không đổi Đặc tính I s (cosi) đối xứng qua trục tung, hệ thống truyền động điện có khả làm việc bốn góc phần tư Một dạng khác sơ đồ điều khiến từ thông khe hở thông qua điều khiển tần số - tần số trượt trình bày hình 3.12 Hình 3.12 Hệ thống truyền động điện điều khiến độ trượt sử dụng nghịch lưu dòng điện Sơ đồ gồm hai mạch vòng điều khiển kinh điển: mạch vòng điều chỉnh tốc độ dòng điện Bộ điều chỉnh dòng điện có chức điều khiển dòng điện mạch chiều Id thông qua chỉnh lưu điều khiển Tín hiệu đặt mạch vòng dòng điện Idđ đầu mạch vòng điều chỉnh tốc độ Tín hiệu đặt độ trượt co SỊd tính từ dòng điện mạch chiều nhờ khâu tạo hàm Tín hiệu điều khiển tần số stato tạo cách cộng hai tín hiệu tốc độ trượt cOsid tốc độ động cor Như từ thông khe hở điều khiến gián tiếp giá trị định mức cách thay đổi tần số trượt hàm dòng điện chiều chỉnh lưu Id Khi động làm việc không tải, co SỊd xấp xỉ không, dòng điện chiều có trị số tối thiếu tương ứng với dòng điện từ hóa động Giá trị nhỏ dòng điện cần thiết cho điều kiện chuyến mạch nghịch lưu dòng điện Biến tần nghịch lưu dòng điện có ưu việt so với nghịch lưu điện áp khả hãm tái sinh Chế độ hãm tái sinh sơ đồ hình 3.12 xảy tốc độ trượt âm thực nhờ khâu “cảm biến dấu Khâu “cảm biến dấu ” phát thay đổi dấu sai lệch tốc độ làm thay đổi dấu C0si* dòng điện Idđ luôn không thay đổi dấu Trong chế độ hãm tái sinh, tốc độ trượt có trị số lớn giá trị tới hạn, động giảm tốc độ với momen hãm lớn Khi đảo thứ tự phát xung (chuyển mạch) nghịch lưu, động đảo chiều hệ truyền động điện làm việc bốn góc phần tư Tương tự sơ đồ điều khiển điện áp - tần số, khâu tạo hàm I d (cosi) C0si (Id) tính sẵn dựa vào thông số động mạch phần ứng tương tự thiết bị tính vi xử lý Quan hệ Id (cOsi) phụ thuộc vào tham số điện trở điện cảm động Trong trình làm việc, điện trở thay đổi theo nhiệt độ, điện cảm thay đổi theo độ lớn dòng điện mạch từ bão hòa cục phân bố từ thông tản Do khó trì từ thông khe hở không đổi Khi hàm số Id (cosl) tính sẵn theo thông số định mức động 3.1.1.4 Điều khiển momen Hệ thống điều khiến momen từ thông Trên hình 3.14 sơ đồ khối hệ thống truyền động điện biến tần nguồn áp dạng PWM điều khiển tốc độ với điều khiến độc lập momen từ thông Hệ thống gồm hai kênh điều khiển độc lập: từ thông khe hở momen động Kênh điều khiển từ thông tạo tín hiệu đặt biên độ điện áp stato U sd Kênh điều khiến momen gồm hai mạch vòng điều chỉnh tốc độ momen tạo tín hiệu đặt tần số stato Mạch vòng điều chỉnh momen bên mạch vòng điều chỉnh tốc độ làm cho phản ứng mạch vòng điều chỉnh tốc độ nhanh ổn định Hình 3.14 Sơ đồ khối hệ thống điều khiến momen Từ hai tín hiệu đặt biên độ dòng điện số, khối phát sóng hình sin tạo ba tín hiệu đặt dòng điện xoay chiều ba pha đối xứng Dòng điện ba pha đo nhờ cảm biến dòng điện đưa phản hồi cho ba mạch vòng điều chỉnh dòng điện xoay chiều với điều chỉnh dòng có dạng trễ Các tín hiệu đầu điều chỉnh dòng điện tín hiệu điều biến mạch nghịch lưu dòng điện PWM 3.I.I.5 Điều khiển độ trưọt Nguyên lý điều chỉnh Khi động làm việc với độ trượt nhỏ độ trượt tới hạn, hệ số công suất coscp hiệu suất cao Ngược lại độ trượt động lớn độ trượt tới hạn, hệ số công suất hệ số momen/dòng điện thấp Trạng thái làm việc với độ trượt lớn xảy động khởi động trực tiếp với điện áp định mức, dòng điện động gấp - lần định mức, momen khởi động nhỏ định mức Ớ hệ thống điều khiển tần số, luật điều khiến tần số phải đảm bảo cho động làm việc với độ trượt nhỏ Như động làm việc ổn định với hệ số công suất tỉ số momen/dòng điện lớn giảm nhỏ tối đa dòng điện cho nghịch lưu Có hai phương pháp điều khiến độ trượt: điều khiển trực tiếp điều khiển gián tiếp Ở phương pháp điều khiển gián tiếp, độ trượt điều khiển thông qua điều khiển dòng điện stato từ thông khe hở Phương pháp yêu cầu phải có cảm biến từ thông loại cảm biến khó chế tạo giá thành đắt, khả ứng dụng thực tế bị hạn chế Phương pháp điều khiển trực tiếp tỏ ưu việt phương pháp điều khiển gián tiếp độ xác cao Ở hệ thống điều khiến trực tiếp, phản hồi tốc độ thực từ máy phát tốc độ Nội dung phương pháp điều khiển độ trượt tốc độ góc nguồn điện stato tính từ tốc độ trượt tốc độ rôto động cơ, tốc độ trượt điều chỉnh: cos = (Osd + G)r cos, cosd, cor tương ứng tốc độ từ trường quay, tốc độ trượt tốc độ rôto động tính theo đại lượng điện (rad/s) Hoặc tần số nguồn điện stato tính theo: fs = fsi + pn/60 (3.10) với n tốc độ quay động (vòng/phút) Công thức (3.10) cho thấy hệ thống điều khiển xây dựng với tín hiệu đặt tần số trượt f sl (hoặc tốc độ trượt cosi), tốc độ phản hồi pn/60 lấy từ máy phát tốc tần số chuyển mạch nghịch lưu fsd (hoặc CDS) tổng tần số trượt thành phần tỉ lệ tốc độ động Sơ đồ khối hệ thống điều khiển trực tiếp độ trượt trình bày hình vẽ 3.18 Hình 3.18 Sơ đồ điều khiến độ trượt tín hiệu đặt độ trượt cosid cộng với tốc độ động tạo tín hiệu đặt tần số góc stato cosd Sơ đồ hệ thống điều khiển hoàn chỉnh với hai mạch vòng điều chỉnh tốc độ dòng điện tham khảo giáo trình truyền động điện Do tốc độ quay động lớn, nên để đạt độ xác cao, cần sử dụng máy phát tốc có độ xác cao máy phát tốc kiếu xung Khi CGsid âm, tốc độ góc cosd nhỏ cor lượng CGsid, động không đồng làm việc với độ trượt làm việc trạngt hái hãm tái sinh trả lượng biến đổi công suất Với biến tần nguồn dòng biến tần trực tiếp, động tích lũy hệ thống tái sinh trả lưới điện Ở biến tần có chỉnh lưu không điều khiến, lượng dư thừa tiêu tán điện trở hãm nối mạch chiều Trị số độ trượt lớn hạn chế cho động làm việc với độ trượt nhỏ trị số tới hạn trạng thái động máy phát Như chế độ làm việc ổn định động gần điểm tới hạn để động đạt tỉ số momen ampe lớn đặc tính động tốt tốc độ thay đổi tức thời 3.1.2 Điều khiển vectơ động không đồng [4] Động không đồng sử dụng hàng trăm năm So với động điện chiều, động không đồng có nhiều ưu điếm mặt cấu tạo, giá thành, độ tin cậy, tốc độ cực đại Tuy nhiên việc điều khiển động không đồng phức tạp nhiều ta so sánh với việc điều khiển động điện chiều Mô hình động tổng quát động không đồng phương trình không gian trạng thái bậc sáu, đầu vào stato điện áp tần số, đầu tốc độ quay rôto, vị trí rôto, momen điện từ, từ thông móc vòng stato hay rôto, tò thông từ hóa, dòng stato, dòng rôto Tương tự động đồng bộ, người ta sử dụng phương pháp điều khiển vectơ để điều khiển động không đồng Chúng ta biết sử dụng hệ trục tọa độ gắn với vectơ không gian từ thông từ hóa, từ thông stato hay từ thông rôto biểu thức xác định momen điện từ tương tự biếu thức xác định momen điện từ động điện chiều kích từ độc lập Như momen điện từ điền khiển cách điều khiển riêng rẽ hai thành phần: thành phần tạo từ thông thành phần tạo momen dòng điện stato Điều khiển vectơ thực với hệ thống động không đồng - biến tần nguồn áp động không đồng - biến tần nguồn dòng lẫn động không đồng - biến tần trực tiếp Bằng phương pháp điều khiển vectơ xây dựng hệ thống truyền động điện có chất lượng điều khiển cao bốn góc phần tư Các phương pháp điều khiển vectơ động không đồng bộ: - Điều khiến vectơ động không đồng tựa theo từ thông rôto Mục đích điều khiển vectơ tựa theo từ thông roto điều khiển độc lập hai thành phần: thành phần tạo từ thông roto thành phần tạo mô men Bộ biến đổi sử dụng phương pháp điều khiển biến tần áp, nguồn dòng, biến tần trực tiếp nối tầng - Điều khiến vectơ động không đồng tựa theo từ thông stato - Điều khiến vectơ động không đồng tựa theo từ thông từ hóa 3.2 HỆ THỐNG ĐIÈU KHIỂN BỘ BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤT SIMOVERT MASTERDRIVES Hệ thống biến đổi biến đổi công suất Simovert MasterDrives hình 3.19 3.20 (phụ lục) bao gồm điều khiển có phản hồi tốc độ điều khiển phản hồi tốc độ Hệ thống điều khiến phần bao gồm hai mạch vòng, mạch vòng dòng điện bên mạch vòng tốc độ bên Mạch vòng dòng điện xây dựng hệ dq, với hai kênh độc lập, kênh d điều khiển từ thông, kênh q điều khiến mô men, kênh sử dụng điếu khiến tỷ lệ tích phân PI, với tham số chỉnh định từ người vận hành điều khiển tự tính toán chế độ đặc biệt Tín hiệu đặt cho kênh điều khiến q lấy từ tín hiệu điều khiển tốc độ Bộ điều khiển tốc độ biến đổi tỷ lệ tích phân PI, tham số PI đặt người vận hành tính toán điều khiển chế độ đặc biệt Hệ thống điều khiến hoạt động chế độ có phản hồi tốc độ phản hồi tốc độ Các thiết bị sử dụng đế phản hồi tốc độ Encoder kênh, hai kênh, có không phát chiều quay, máy phát tốc Khi không sử dụng thiết bị phản hồi tốc độ điều khiển tự tính tốc độ quay động thông qua khâu nhận dạng tốc độ Ngoài điều khiến biến đổi có khâu điều khiển giới hạn mô men KÉT LUẬN Trong thời gian tháng thực làm tốt nghiệp em hoàn thành đề tài : “Nghiên cứu biến đoi công suất Simovert Masterdrives Siemens ” với công việc sau: • Tìm hiếu, nghiên cứu biến đổi công suất • Tìm hiểu, nghiên cứu biến tần Simovert Masterdrives Siemens • Một số ứng dụng biến tần dùng điều khiển truyền động điện cung cấp điện • Các phương pháp điều khiển động không đồng Trong thời gian thực nghiên cứu tiến hành làm đồ án, hướng dẫn nhiệt tình tận tụy thầy giáo - Thạc sĩ Đặng Hồng Hải em hoàn thành nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp Đây đề tài mang tính chất ứng dụng khoa học kỹ thuật, việc khảo sát nghiên cứu đối tượng phải tỉ mỉ, xác Tuy nhiên khối lượng công việc lớn, vốn kiến thức thực tế chưa sâu, việc trình bày đồ án tránh khỏi thiếu sót Em kính mong bảo, giúp đỡ thầy cô đế em hiếu rõ vấn đề nghiên cứu mình, tiếp cận tốt với thực tế ngày nắm kĩ chuyên môn Cuối em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo môn: Điện tự động công nghiệp trường Đại học dân lập Hải Phòng, đặc biệt thầy giáo - Thạc sĩ Đặng Hồng Hải nhiệt tình tận tụy giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn Hải Phòng, ngày thảng năm 2010 Sinh viên thực Nguyễn Tiến Lực TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh (2006), Điện tử công suất, Nhà xuất khoa học kỹ thuật [2] GS TSKH Thân Ngọc Hoàn, TS Nguyễn Tiến Ban (2007), Điều khiển tự động hệ thong truyền động điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật [3] Nguyễn Phùng Quang (2008), Truyền động điện thông minh, Nhà xuất khoa học kỹ thuật [4] Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Mạnh Tiến, Đoàn Quang Vinh (2006), Điều khiến động xoay chiều cấp từ biến tần bán dân, Nhà xuất khoa học kỹ thuật [...]... các bộ nguồn (dòng, áp) theo mong muốn Nhược điểm của bộ biến tần gián tiếp là hiệu suất thấp (vì qua hai lần biến đổi) Công suất cũng như kích thước của bộ biến đổi lớn Do tính chất của bộ lọc nên biến tần gián tiếp được chia làm 2 loại: biến tần nguồn dòng và biến tần nguồn áp 19 L Hình 1.11 Biến tần nguồn áp ba pha Trên hình 1.11 là biến tần nguồn áp ba pha Bộ lọc sử dụng tụ c lớn ở đầu vào của bộ. .. SUẤT SIMOVERT MASTERDRIVES 2.1 TỐNG QUAN VỀ Bộ BIẾN ĐỐI SIMOVERT MASTERDRIVES Bộ biến đổi công suất SIMOVERT MASTERDRIVES là bộ biến đổi gián tiếp, có sơ đồ khối được chỉ ra trên hình vẽ 2.1 Hình 2.1 Sơ đồ khối của bộ biến đối Theo sơ đồ này bộ biến đổi được chia thành ba khâu như sau: Khâu chỉnh lưu, khâu lọc, khâu nghịch lưu - Khâu chỉnh có nhiệm vụ biến đối điện áp xoay chiều ba pha thành điện áp... chỉnh thường gặp trong các bộ điều chỉnh liên tục • Chất lượng điện áp tốt hơn so với các bộ điều chỉnh liên tục • Kích thước gọn nhẹ Nhược điểm của bộ biến đổi xung áp: • Cần có bộ lọc đầu ra, do đó làm tăng quán tính của bộ biến đổi khi làm việc trong hệ thống kín • Tần số đóng cắt lớn sẽ tạo ra nhiễu cho nguồn cũng như các thiết bị điều khiển Đối với các bộ biến đổi công suất trung bình (hàng chục... rộng sẽ làm tăng kích thước của bộ lọc và làm giảm hiệu suất của bộ biến đổi Nói chung chức năng biến đổi tần số và điện áp được thực hiện bởi nghịch lưu thông qua luật điều khiển Trong các bộ biến tần công suất lớn, người ta dùng chỉnh lưu bán điều khiển với chức năng làm nhiệm vụ bảo vệ cho toàn hệ thống khi bị quá tải Ngày nay biến tần gián tiếp được sử dụng khá phổ biến vì có thể điều chỉnh tần... vụ biến đối từ điện áp một chiều thành điện áp xoay chiều ba pha với tần số và điện áp mong muốn để cung cấp cho tải MẠCH Lực CỦA Bộ BIẾN ĐỔI 2.2 Sơ đồ khối mạch lực của bộ biến đổi được chỉ ra trên hình 2.2 Điện áp xoay chiều tần số công nghiệp (50Hz) được chỉnh lưu thành nguồn một chiều nhờ bộ chỉnh lưu (CL) không điều khiến hoặc bộ chỉnh lưu điều khiển, sau đó được lọc và bộ nghịch lưu (NL) sẽ biến. .. số f2 Trong bộ biến tần trực tiếp chức năng chỉnh lưu và nghịch lưu nằm trên cùng bộ biến đổi, không sử dụng tụ chuyến mạch mà chỉ chuyển đối một lần nên hiệu suất cao Nhưng thực tế mạch van rất phức tạp với số lượng van lớn, nhất là với mạch 3 pha Việc thay đổi tần số f2 khó khăn và phụ thuộc vào fị Biến tần được sử dụng với phạm vi điều chỉnh f2 < fi Chương 2 NGHIÊN CỨU Bộ BIÉN ĐỎI CÔNG SUẤT SIMOVERT... hợp công suất lớn (vài trăm kw trở lên) người ta sử dụng GTO hoặc Tiristor 1.4.2 Phân loại Có nhiều cách phân loại các bộ biến đổi điện áp một chiều: - Theo cách mắc khóa điện tử song song hay nối tiếp ta có: bộ biến đổi xung áp nối tiếp và song song 11 -Theo điện áp ra: bộ biến đổi xung áp có điện áp ra nhỏ hơn điện áp vào và bộ biến đổi xung áp có điện áp ra lớn hơn điện áp vào -Theo dấu điện áp: bộ. .. đổi (X = const) Như vậy bộ biến đổi xung áp một chiều có khả năng điều chỉnh và ổn định điện áp ra trên phụ tải Nó có những ưu điếm cơ bản sau: • Hiệu suất cao vì tốn hao công suất trong bộ biến đổi không đáng kế so với bộ biến đổi liên tục • Độ chính xác cao cũng như ít chịu ảnh hưởng của môi trường, vì yếu tố điều chỉnh là thời gian đóng khóa K chứ không phải giá trị điện trở của các phần tử điều chỉnh... được tốc độ động cơ Đe thực hiện được vấn đề này ta dùng bộ biến tần cung cấp tần số phù hợp với động cơ điều chỉnh tốc độ Ở bộ biến tần làm nguồn cung cấp cho động cơ điều khiển, yêu cầu bộ này có khả năng biến đổi tần số và điện áp sao cho tỉ số : u/f = const Biến tần được chia làm 2 loại: Biến tần trực tiếp và biến tần gián tiếp Các loại biến tần dùng van được sử dụng rộng rãi vì chúng có ưu điểm:... giá thành hạ hơn nhiều so với dùng máy biến áp Nhược điểm cơ bản của phương pháp này là chất lượng điện áp không được tốt và cần sử dụng thêm bộ lọc xoay chiều đế khắc phục nhược điểm này Việc điều khiển thời điếm đóng mở của tiristor sẽ tạo ra các xung áp trên tải nên bộ biến đổi còn được gọi là bộ điều chỉnh xung áp xoay chiều Sơ đồ bộ biến đổi một pha gồm một bộ tiristor đấu song song ngược (Ti và