Đang tải... (xem toàn văn)
Các khái niệm cơ bản: Bộ Biến tần là thiết bị dùng để Biến đổi nguồn điện có tần số f1 cố định thành nguồn điện có tần số fr thay đổi được nhờ các khóa bán dẫn.
Nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang 25 Chơng III TổNG QUAN Về CáC LOạI BIếN TầN Bộ biến đổi tần số hay còn gọi là các bộ biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này thành dòng điện xoay chiều có tần số khác mà có thể thay đổi đợc. Đối với các bộ biến tần dùng cho việc điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều thì ngoài việc thay đổi tần số của chúng còn có thể thay đổi cả điện áp ra khác với điện áp lới cấp vào bộ biến tần. I. PHÂN LOạI BIếN TầN : Bộ biến tần đợc chia làm hai nhóm: + Biến tần máy điện. + Biến tần van. 1. Biến tần máy điện: Nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang 26nguyên lý chung của loại biến tần này là dùng máy điện xoay chiều làm nguồn điện có tần số biến đổi. 2 = V f1= const ~ F F ~ f1= const K1 CKF CK U1 BTK f1 = Var1020ffr=Hỗnh 3.1. Sồ õọử nguyón lyù bọỹ bióỳn tỏửn maùy õióỷn Dấu (+) ứng với trờng hợp rôto BTK quay ngợc chiều từ trờng. Lúc này fr > f1. Dấu (-) ứng với trờng hợp rôto BTK quay cùng chiều từ trờng. Lúc này fr < f1. Khi rôto đứng yên thì fr = f1. Nhờ thay đổi tốc độ 2 ta có thể thay đổi tần số ra. Việc sử dụng cũng nh điều khiển loại này rất phức tạp vì phải sử dụng nhiều máy điện, diện tích lắp đặt lớn, hiệu suất làm việc thấp, gây ồn, nền móng phải kiên cố nên giá thành cao. 2. Biến tần van: Nguyên lý làm việc của biến tần van là dùng các tín hiệu điều khiển để đóng mở các van ( ở đây thờng là tiristor hay transisto ) biến đổi năng Nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang 27lợng điện xoay chiều ở tần số này thành năng lợng điện xoay chiều có tần số khác. Biến tần van đợc chia làm 2 loại : + Biến tần trực tiếp. + Biến tần gián tiếp. Biến tần van đợc ứng dụng rộng rãi vì có nhiều u điểm nh: kích thớc nhỏ nhẹ, không gây ồn, hệ số khuếch đại công suất lớn, hiệu suất cao. II. GIớI THIệU Về BIếN TầN VAN : 1. Biến tần trực tiếp: Thiết bị biến tần trực tiếp là loại biến tần có tần số vào f1 đợc biến đổi thành tần số f2 một cách trực tiếp không phải qua khâu trung gian f2 = (0 ữ0,5)f1, thờng dùng cho truyền động có công suất lớn, tốc độ làm việc thấp. Để đơn giản trớc hết ta phân tích sơ đồ mạch lực của biến tần một pha: Maỷch van U~ U~ f1 Hỗnh 3.2. Sồ õọử khọỳi vaỡ sồ õọử nguyón lyù ma vanỷch lổỷc bọỹ bióỳn tỏửnZt LcbLcbNP Nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang 28C¸c nhãm van P, N cã thĨ ®−ỵc ®iỊu khiĨn riªng hc chung. Khi ®iỊu khiĨn riªng th× kh«ng cÇn cn kh¸ng c©n b»ng. Khi ®iỊu khiĨn chung th× cn kh¸ng c©n b»ng dïng ®Ĩ h¹n chÕ dßng ®iƯn c©n b»ng xt hiƯn do sù chªnh lƯch ®iƯn ¸p tøc thêi lóc ®ãng nhãm nµy më nhãm kia mµ qu¸ tr×nh qu¸ ®é kh«ng x¶y ra tøc thêi. Nhãm van P t¹o nưa chu kú d−¬ng cđa ®iƯn ¸p t¶i, nhãm van N t¹o nưa chu kú ©m cđa ®iƯn ¸p t¶i. Trong m¹ch ®iỊu khiĨn, ng−êi ta sư dơng dÊu cđa dßng ®iƯn t¶i ®Ĩ qut ®Þnh nhãm van nµo ph¶i lµm viƯc. Khi mét nhãm van ®· ®−ỵc chØ ®Þnh lµm viƯc th× nã lµm viƯc ë chÕ ®é chØnh l−u vµ chÕ ®é nghÞch l−u phơ thc. U,It4 tt3 t2 t1 t0 IUNhọm NNhọm PHçnh 3.3. Cạc giai âoản lm viãûc cụacạc nhọm van bäü biãún táưn trỉûc tiãúp.CL CL Thêi ®iĨm ph¸t xung më cho c¸c Thyristor trong mçi nhãm ph¶i cã ph©n bè sao cho ®iƯn ¸p trªn t¶i lµ phÇn h×nh sin nhÊt vµ gi¸ trÞ trung b×nh cđa ®iƯn ¸p ®Çu ra lu«n t−¬ng thÝch víi gi¸ trÞ tøc thêi cđa ®iƯn ¸p mong mn (U=Umsinω2t ). §Ĩ ®iỊu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iƯn xoay chiỊu ta dïng bé biÕn tÇn ba pha gåm ba bé biÕn ®ỉi song song ng−ỵcS¬ ®å biÕn tÇn trùc tiÕp cã −u ®iĨm lµ hiƯu st cao kh«ng dïng tơ chun m¹ch. Zc ZbZa Hçnh 3.4. Så âäư ngun l mảch lỉûc bäü biãún táưn trỉûc tiãúp ba pha cho âäüng cå âiãûn xoay chiãưu ba pha Nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang 29Nhợc điểm của sơ đồ là gam tần số hẹp f2 < 20Hz, phải dùng nhiều Thyristor và nhạy cảm với biến động của lới điện. 2. Biến tần gián tiếp: Sơ đồ cấu trúc của mạch: Nghởch lổuLoỹcChốnh lổuf1 f1~ ,u1 = =f2 ,f2u2~ Hình 3.5 : Sơ đồ cấu trúc của bộ biến tần gián tiếp Trong biến tần này điện áp xoay chiều đầu tiên đợc chuyển thành một chiều nhờ mạch chỉnh lu, qua bộ lọc rồi mới biến trở lại điện áp xoay chiều với tần số f2. Điện áp đầu ra đợc điều chỉnh nhờ sự thay đổi góc thông của các van trong nhóm chỉnh lu hoặc điều chế độ rộng xung. Việc phải biến đổi năng lợng hai lần làm giảm hiệu suất biến tần song bù lại loại biến tần này cho phép thay đổi dễ dàng tần số f2 không phụ thuộc f1 mà nó chỉ phụ thuộc mạch điều khiển. Bộ biến tần gián tiếp nh đã nêu ở trên có sơ đồ chức năng nh hình sau : ~ u1,f1Chốnh lổuF K~ u2,f2Điều khiểnNghởch lổuLoỹc Nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang 30 Hình 3.6 : Sơ đồ chức năng bộ biến tần gián tiếp. Tùy theo tính chất của bộ chỉnh lu và dạng tín hiệu đầu ra mà bộ biến tần độc lập lại đợc chia ra làm 2 loại : *Bộ biến tần nguồn áp (hay là bộ nghịch lu nguồn áp) *Bộ biến tần nguồn dòng (hay là bộ nghịch lu nguồn dòng ) III. CáC PHƯƠNG PHáP BIếN TầN GIáN TIếP : A. Bộ NGHịCH LƯU DòNG : 1. Bộ nghịch lu dòng một pha: Bộ nghịch lu nguồn dòng thờng dùng cho các hệ thống công suất lớn, trong đó các van bán dẫn điều khiển hoàn toàn khi tải mang tính cảm kháng thì cần các Diod tạo thành cầu ngợc để cho dòng điện phản kháng đi qua khi dấu của dòng tải ngợc với điện áp cuộn dây Ld có điện id Ld + - T3 T2 T4 T1 D4 D1 D2 D3 Iit Hình 3.7. Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lu dòng một pha và dạng dòng tải Nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang 31cảm lớn để san bằng dòng chỉnh lu và lọc các thành phần sóng hài bậc cao. Ld Hoạt động sơ đồ: Giả sử T2 và T ang dẫn dòng chảy từ B sang A. 4 đTại t = 0 cho mở T1 và T3 thì T2 và T4 bị khóa bởi thiết bị chuyển mạch. Vì dòng không thể thay đổi đột ngột nên dòng vẫn chảy theo chiều cũ. D1 và D3 dẫn, T1 và T3 vẫn bị khóa. Từ t1ữt2 thì T1 và T3 dẫn nếu còn xung điều khiển. Từ t2ữt4 cho xung mở T2 và T4, T1, T3 bị khóa nhng từ t2ữt3 thì D2, D4 dẫn còn t3ữt4 thì T2, T4 mới dẫn dòng điện áp ra trên tải có dạng sin chữ nhật "Sinus" nó là hàm lẻ chu kỳ . 2. Bộ nghịch lu dòng ba pha: Khối nghịch lu dòng dùng để biến đổi dòng điện một chiều sau bộ lọc thành dòng điện xoay chiều để cung cấp cho động cơ không đồng bộ ba pha . Trong các hệ thống truyền động điện điều chỉnh thì nghịch lu dòng thờng dùng cho các hệ thống công suất lớn và có sơ đồ cầu ba pha, trong đó các van bán dẫn là các van điều khiển hoàn toàn . ở đây ta dùng các tiristor . Nguồn điện một chiều Ud thông qua cuộn dây có điện cảm lớn cung cấp cho cầu biến tần dòng điện hằng Id . id + E T1 T3TTrong cầu biến tần , mỗi tiristor đợc nối thêm một diode , gọi là diode chặn. Các tiristor đợc điều khiển mở theo trình tự : 1, 2, 3, 4, 5, 6, 1, . T4 T6T D1 D DD4 D6 DRSTC1 C2C3 C4 C5C6 - Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý bộ biến tần nguồn dòng 3 pha A Nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang 32 Hình 3.9 Sơ đồ phân phối xung cho các Thyristor Nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang 33 Tại bất kỳ thời điểm nào, trừ giai đoạn trùng dẫn , chỉ có hai tiristor dẫn dòng . Dòng điện tải có dạng sóng gần sin chữ nhật gồm hai khối. Các khối cách nhau một khoảng , trờng hợp lý tởng , bằng /3, trong khoảng này dòng điện pha tải bằng 0. Các pha stator của động cơ lần lợt nhận các dòng điện sin chữ nhật lệch nhau góc 2 /3 , tạo ra từ trờng quay mà tốc độ của nó quyết định bởi nhịp điệu cấp xung điều khiển cầu biến tần. Động cơ điện sản sinh ra ở các pha các sức điện động tơng ứng tsinU2uR= =322tsinUuS =342tsinUuT Hoạt động của bộ nghịch lu dòng ba pha: Nguồn cung cấp cho nghịch lu là nguồn dòng điện, nguồn điện một chiều không phụ thuộc vào tổng trở của tải. Để thực hiện đợc điều này thờng thì điện cảm Ld phải có giá trị đủ lớn và phải sử dụng các mạch vòng điều chỉnh dòng điện . Dòng điện tải có dạng hình chữ nhật và do trình tự đóng cắt của các van từ T1 đến T6 quyết định. Giá trị hiệu dụng của dòng điện tải: 32dsII = Giá trị hiệu dụng của thành phần sóng cơ bản dòng điện trong phân tích Fourie là: 61 dsII = Từ đây ta suy ra: Nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang 3411cos63dsUU = Khi nghịch lu nguồn dòng làm việc với tải là động cơ điện xoay chiều thì trên đồ thị điện áp tải có xuất hiện các xung nhọn tại các thời điểm chuyển mạch dòng điện giữa các pha. Trong thực tế kỹ thuật thờng dùng các van điều khiển không hoàn toàn vì vậy cần có các mạch khóa cỡng bức các van đang dẫn , đảm bảo chuyển mạch giữa các pha một cách chắc chắn trong phạm vi điều chỉnh tần số và dòng điện đủ rộng . Trong sơ đồ cầu này ngoài các tiristor lực T1 ữT6 còn sử dụng các diode cách ly hay diode chặn từ D1 ữ D6 nhằm để cách ly giữa các tụ điện chuyển mạch và dây quấn các pha của động cơ không đồng bộ ĐK để chúng không tạo thành mạch cộng hởng làm ảnh hởng đến quá trình chuyển mạch . Để xét sự hoạt động của bộ nghịch lu dòng ba pha này ta xét quá trình chuyển dòng điện từ pha R sang pha S , và từ pha T sang pha R . [...]... 3.6 : Sơ đồ chức năng bộ biến tần gián tiếp. Tùy theo tính chất của bộ chỉnh lu và dạng tín hiệu đầu ra mà bộ biến tần độc lập lại đợc chia ra làm 2 loại : *Bộ biến tần nguồn áp (hay là bộ nghịch lu nguồn áp) *Bộ biến tần nguồn dòng (hay là bộ nghịch lu nguồn dòng ) III. CáC PHƯƠNG PHáP BIếN TầN GIáN TIếP : A. Bộ NGHịCH LƯU DòNG : 1. Bộ nghịch lu dòng một pha: Bộ nghịch lu nguồn dòng... chiều ở tần số này thành năng lợng điện xoay chiều có tần số khác. Biến tần van đợc chia làm 2 loại : + BiÕn tÇn trùc tiÕp. + BiÕn tần gián tiếp. Biến tần van đợc ứng dụng rộng rÃi vì có nhiều u điểm nh: kích thớc nhỏ nhẹ, không gây ồn, hệ số khuếch đại công suất lín, hiƯu st cao. II. GIíI THIƯU VỊ BIÕN TÇN VAN : 1. Biến tần trực tiếp: Thiết bị biến tần trực tiếp là loại biến tần có tần số... biÕn trë l¹i điện áp xoay chiều với tần số f2. Điện áp đầu ra đợc điều chỉnh nhờ sự thay đổi góc thông của các van trong nhóm chỉnh lu hoặc điều chế độ rộng xung. Việc phải biến đổi năng lợng hai lần làm giảm hiệu suất biến tần song bù lại loại biến tần này cho phép thay đổi dễ dàng tần số f 2 không phụ thuộc f 1 mà nó chỉ phụ thuộc mạch điều khiển. Bộ biến tần gián tiếp nh đà nêu ở trên có sơ...Nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang 29 Nhợc điểm của sơ đồ là gam tần số hẹp f 2 < 20Hz, phải dùng nhiều Thyristor và nhạy cảm với biến động của lới điện. 2. Biến tần gián tiếp: Sơ đồ cấu trúc của m¹ch: Nghëch lỉu L c Chènh lỉu f1 f1 ~ ,u1 = = f2 , f2 u2 ~ H×nh 3.5 : Sơ đồ cấu trúc của bộ biến tần gián tiếp Trong biến tần này điện áp xoay chiều đầu tiên đợc chuyển thành... khiĨn Nghëch lỉu L c Nguyenvanbientbd47@gmail.com Bộ biến tần nguồn áp hay là bộ nghịch l điện áp có đặt điểm là dạng điện áp ra tải đợc định hình sẵn, còn dạng dòng điện tải lại phụ thuộc tính chất tải. Nguồn cấp điện cho bộ biến tần phải là nguồn sức ®iƯn ®éng víi néi trë nhá. NÕu sư dơng chØnh lu làm nguồn cho bộ nghịch lu độc lập thì cần phải mắc thêm một tụ điện C 0 ở đầu... có điện cảm lớn cung cấp cho cầu biến tần dòng điện hằng I d . i d + E T 1 T 3 T Trong cầu biến tần , mỗi tiristor đợc nối thêm một diode , gọi là diode chặn. Các tiristor đợc điều khiển mở theo trình tự : 1, 2, 3, 4, 5, 6, 1, T 4 T 6 T D 1 D D D 4 D 6 D R S T C 1 C 2 C 3 C 4 C 5 C 6 - H×nh 3.8 Sơ đồ nguyên lý bộ biến tần nguồn dòng 3 pha A Nguyenvanbientbd47@gmail.com... để điện áp pha tải trong khoảng này bằng không. 3. Điều biến độ rộng xung (PWM): Phơng pháp điều biến độ rộng xung cho phép vừa điều chỉnh đợc điện áp ra vừa giảm nhỏ đợc ảnh hởng của các sóng hài bậc cao. Để xác định khoảng phát xung chùm điều khiển các van, ta tạo ra một sóng dạng Sin Ur có tần số bằng tần số mong muốn gọi là sóng điều biến. Dùng một khâu so sánh Ur và Up , các giao điểm của... này xác định khoảng phát xung. Tỉ số giữa biên độ sóng điều biến và biên độ sóng mang gọi là tỉ số điều biên. M = A r /A p Để điều chỉnh độ rộng xung tức là ta điều chỉnh điện áp ra trên tải ta điều chỉnh Ar. Điều biến độ rộng xung đợc chia thành hai loại: - Điều biến độ rộng xung đơn cực. - Điều biến độ rộng xung lỡng cực. a. Điều biến độ rộng xung đơn cực (hình 3.20a). Điện áp ra trên tải... b. Điều biến độ rộng xung lỡng cực (hình3.20b). Điện áp ra trên tải là một chuỗi xung, độ rộng khác nhau, có trị số E. Nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang 44 Tần số điện áp ra có thể đợc thay đổi bằng cách thay đổi nhịp điệu đóng cắt của các van trong bộ nghịch lu. IV. CáC PHƯƠNG PHáP ĐIềU CHỉNH ĐIệN áP TRÊN TảI : Khi điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi tần số thì phải... Điều chỉnh biên độ điện áp một chiều bằng bộ chỉnh lu có điều khiển hoặc bằng bộ băm xung. + Điều chỉnh thời gian đóng, mở của các van. 1. Điều chỉnh biên độ của điện áp một chiều bằng chỉnh lu có điều khiển hoặc bằng bộ băm xung: a. Điều chỉnh biên độ của điện áp một chiều bằng chỉnh lu có điều khiển: Để điều chỉnh đợc giá trị trung bình điện áp của bộ chỉnh lu ta thay đổi góc mở của các . áp lới cấp vào bộ biến tần. I. PHÂN LOạI BIếN TầN : Bộ biến tần đợc chia làm hai nhóm: + Biến tần máy điện. + Biến tần van. 1. Biến tần máy điện:. LOạI BIếN TầN Bộ biến đổi tần số hay còn gọi là các bộ biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này thành dòng điện xoay chiều có tần