Đồ án Tìm hiểu và thiết kế bộ biến tần truyền thống ba pha điều khiển động cơ không đồng bộ theo phương pháp U/f = const

p U/f =const thì tỷ số U1/f1 được giữ không đổi và bằng tỷ số này ở định mức. Cần lưu ý khi mômen tải tăng, dòng động cơ tăng làm sụt áp trên điện trở stator dẫn đến E1 giảm, nghĩa là từ thông động cơ giảm. Do đó động cơ không hoàn toàn làm việc ở chế độ từ thông không đổi. Ta có công thức tính mômen của động cơ như sau: 2 ' 1 2 ' 2 ' 22 0 1 1 2 3 / ( ) ( ) U R sM Rr X X s w = é ù + + +ê ú ë û (2-20) Và mômen tới hạn: Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Đoàn Quang Vinh SVTH:Tề Minh Tri Trang 27 2 1 2 ' 2 0 1 1 1 2 3 2 ( ( ) th UM R R X Xw = é ù+ + + ë û (2-21) Khi hoạt động ở định mức: 2 ' 1 2 ' 2 ' 22 0 1 1 2 3 / ( ) ( ) dm dm dm dm dm U R sM Rr X X s w = é ù + + +ê ú ë û (2-22) 2 1 2 ' 2 0 1 1 1 2 3 2 ( ( ) dm thdm dm dm dm UM R R X Xw = é ù+ + + ë û (2-23) Ta có công thức: 1 dm fa f = Với f1 là tần số làm việc của động cơ, fđm là tần số định mức. Theo luật U/f =const: 11 1 1 1 1 1 1 dm dm dm dm UU U f a f f U f = Þ = = Ta thu được: U1=aU1đm f1=af1đm Phân tích tương tự ta cũng thu được w0=aw0đm, X1=aX1đm, X’2=a '2dmX . thay các giá trị trên vào (2-20) và (2-21) ta được công thức tính mômen và mômen tới hạn của động cơ ở tần số khác định mức: 2 2 ' ' 1dm 2 21 2o 1 2 ' 3 R R ) X ) a a. RU a.sM ( (X s = w é ù ê ú ê ú ê +êë û + ú+ ú (2-24) 2 1dm th 2 o 21 1 ' 1 2 3 2 R R X ) a a UM (X = w æ ö+ +ç ÷ è ø + (2-25) Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Đoàn Quang Vinh SVTH:Tề Minh Tri Trang 28 Dựa trên công thức trên ta thấy các giá trị X1 và '2X phụ thuộc vào tần số trong khi R1 lại là hằng số. Như vậy khi hoạt động ở tần số cao giá trị X1+ '2X >>R1/a, sụt áp trên R1 rất nhỏ nên giá trị E suy giảm rất ít dẫn đến từ thông được giữ gần như không đổi. Mômen cực đại của động cơ gần như không đổi. Tuy nhiên khi hoạt động ở tần số thấp thì giá trị điện trở R1/a sẽ tương đối lớn so với giá trị (X1+ '2X ) dẫn đến sụt áp nhiều trên điện trở stato khi mômen tải lớn. Điều này làm cho E bị giảm, dẫn đến suy giảm từ thông mômen cực đại. Để bù lại sự suy giảm từ thông ở tần số thấp, ta sẽ cấp thêm cho động cơ điện một điện áp một chiều U0 để từ thông của động cơ định mức khi f = 0 từ đó ta có quan hệ sau: U1=U0+Kf1 Với K là một hằng số được chọn sao cho giá trị U1 cấp cho động cơ U=Uđm tại f=fđm. Khi a>1 (f>fđm) điện áp được giữ không đổi và bằng định mức. Khi đó động cơ hoạt động ở chế độ suy giảm từ thông. Sau đây là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa mômen và điện áp theo tần số trong phương pháp điều khiển U/f=const. Hình 2-10: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa mômen và tần số theo quy luật điều khiển U/f=const Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Đoàn Quang Vinh SVTH:Tề Minh Tri Trang 29 Từ hình (2-10) ta có nhận xét sau: - Dòng điện khởi động yêu cầu thấp hơn. - Vùng làm việc ổn định của động cơ tăng lên. Thay vì chỉ làm việc ở tốc độ định mức, động cơ có thể làm việc từ 5% của tốc độ đồng bộ đến tốc độ định mức. Mômen tạo ra bởi động cơ có thể duy trì trong vùng làm việc này. - Có thể điều khiển động cơ ở tần số lớn hơn tần số định mức bằng cách tiếp tục tăng tần số. Tuy nhiên do điện áp đặt không thể tăng trên điện áp định mức. Do đó chỉ có thể tăng tần số dẫn đến mômen giảm. Ở vùng trên vận tốc cơ bản các hệ số ảnh hưởng đến mômen trở nên phức tạp. - Việc tăng tốc và giảm tốc có thể thực hiện bằng cách điều khiển sự thay đổi của tần số theo thời gian. 2.2.5 Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phương pháp cuộn kháng bão hòa: Cuộn kháng bão hòa là thiết bị điện từ có trị số điện kháng có thể biến đổi được, về mặt cấu tạo cuộn kháng gồm ba bộ phận chính: * Lõi sắt: được chia thành hai lõi giống nhau, để khử ảnh hưởng của từ thông xoay chiều đối với cuộn một chiều. * Cuộn làm việc Wlv được nối tiếp với phụ tải zpt, cuộn làm việc có điện kháng thay đổi được. * Cuộn khống chế Wkc: Cuộn kháng có ba đến bốn cuộn khống chế. Trong đó có một cuộn khống chế chủ đạo, các cuộn còn lại dùng làm phản hồi trong hệ thống truyền động. Quấn lên hai lõi sắt được đặt vào điện áp một chiều tạo ra dòng khống chế Ikc. Để điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cuộn kháng bão hòa, người ta dùng cuộn kháng bão hòa ba pha hoặc cuộn kháng bão hòa một pha có điều khiển đồng thời, mắc ở mạch stato hay rôto theo sơ đồ nguyên lý: Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Đoàn Quang Vinh SVTH:Tề Minh Tri Trang 30 Hình 2-11: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cuộn kháng bão hòa. a) mắc ở mạch stato b) mắc ở mạch rôto. Ta thấy cả hai trường hợp khi mắc vào mạch rôto hay stato đều có chung một ý nghĩa là đưa thêm vào mạch của động cơ một điện kháng Xdk làm cho mômen tới hạn và độ trượt tới hạn giảm nhỏ theo phương trình sau: 2 1 1 3 2 ( ) 9,55 t n ck UM n X Xp = + (2-26). ' 2 th n ck rS X X ± = + (2-27). Trong đó: U1 là điện áp pha của lưới đặt vào động cơ Xck điện kháng của cuộn kháng bão hòa. Xn điện kháng ngắn mạch của động cơ. '2r điện trở rôto quy đổi về stato. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Đoàn Quang Vinh SVTH:Tề Minh Tri Trang 31 Mt mômen tới hạn của động cơ. St độ trượt tới hạn của động cơ. Trong thực tế khi mắc cuộn kháng bão hòa vào mạch stato của động cơ có các ưu điểm sau: + Giảm được tổn thất động cơ. + Hệ số công suất lớn. Khi mắc cuộn kháng bão hòa vào mạch rôto, mặc dù có giảm chỉ tiêu năng lượng nhưng vẫn có những khuyết điểm như: quán tính hệ thống lớn làm cho hệ số công suất cosφ giảm sinh ra tổn hao trên điện trở phụ. a) Hệ thống cuộn kháng bão hòa - động cơ dùng khâu phản hồi âm tốc độ. Để tăng khả năng điều chỉnh tốc độ động cơ ta dùng sơ đồ nguyên lý phản hồi âm tốc độ như hình (2-11). Đây là hệ thống trong đó lượng phản hồi được thực hiện bằng máy phát tốc. Hình 2-12: Sơ đồ nguyên lý dùng khâu phản hồi âm tốc độ. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Đoàn Quang Vinh SVTH:Tề Minh Tri Trang 32 * Nguyên lý làm việc: Ta có: Suất điện động của máy phát: EFT =Ufh=KEFFTnĐ (2-28). Dòng điện khống chế: kckc kc UI R = (2-29). Điện áp khống chế: Ukc=Uss -Ufh (2-30). Trong đó: Uss điện áp so sánh do nguồn ngoài đặt vào dùng để thay đổi dòng khống chế. Ufh : điện áp phản hồi âm tốc độ do máy phát tốc cung cấp. Muốn điều chỉnh tốc độ động cơ n, thay đổi trị số điện trở điều chỉnh. Khi giảm Rđc thì Uss giảm, Ukc giảm, do đó Ikc giảm, lúc này cuộn kháng làm việc ở trạng thái kém bão hòa nên m= dB/dH tăng, xck tăng, Ukc tăng do vậy tốc độ động cơ nĐ giảm và khi Rđc tăng thì diễn ra quá trình ngược lại. * Khả năng tự ổn định điều chỉnh tốc độ Chẳng hạn khi cơ cấu sản suất yêu cầu tốc độ không đổi (nyc =const) nhưng vì một lý do nào đó đột nhiên phụ tải Mc giảm xuống, tốc độ động cơ tăng lên, Ufh tăng, Ukc giảm, Ikc giảm, m tăng, xck tăng nên UĐ = U-Uck giảm và nĐ giảm về vị trí ban đầu. b) Hệ thống cuộn kháng bão hòa – động cơ dùng khâu phản hồi dương dòng và âm điện áp. Sơ đồ trên hình 2-13 dùng ba cuộn kháng bão hòa. Trong đó: Wck1 : cuộn kháng chủ đạo tạo ra từ trường H1 Wck2 : Cuộn phản hồi dương dòng điện được cung cấp nguồn điện một chiều thông qua máy biến dòng BD và bộ chỉnh lưu CL1 tạo ra từ trường H2 cùng chiều với H1. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Đoàn Quang Vinh SVTH:Tề Minh Tri Trang 33 Wck3 Cuộn phản hồi âm điện áp được cung cấp điện nhờ máy biến áp BA và bộ chỉnh lưu CL2 tạo ra từ trường H3 ngược chiều với H1. BA: Máy biến áp. BD: Máy biến dòng. Sơ đồ nguyên lý: Hình 2-13: Sơ đồ cuộn kháng bão hòa dùng khâu phản hồi dương dòng điện và âm điện áp * Nguyên lý làm việc: Ở trường hợp này ta cũng thay đổi Rđc để điều chỉnh tốc độ, ta có: Từ trường tổng của cuộn kháng: H = H1+H2-H3 (2-30) Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Đoàn Quang Vinh SVTH:Tề Minh Tri Trang 34 Khi ta giảm Rđc thì Ukc giảm khi đó Ikc giảm, cuộn kháng làm việc ở trạng thái bão hòa, xck tăng, Uck tăng, tốc độ động cơ giảm khi tăng Rđc thì quá trình diễn ra ngược lại. Ở sơ đồ hình 2-12, khi ta muốn thay đổi hệ số phản hồi dương dòng điện thì thay đổi trị số R1 và thay đổi hệ số phản hồi âm điện áp thì ta thay đổi trị số R2. * Khả năng tự ổn định tốc độ của hệ thống: Hệ thống có khả năng tự ổn định tốc độ khi phụ tải thay đổi nhờ có khâu phản hồi dương dòng điện và âm điện áp. Giả sử khi cần tốc độ không đổi nĐ= nyc= const. Đột nhiên phụ tải Mc giảm xuống làm tốc độ nĐ tăng lên hơn tốc độ yêu cầu khi Mc giảm thì I1 giảm nên H2 giảm. Mặc khác, khi I1 giảm, Uck giảm, UĐ tăng vì vậy H3 tăng. Mà từ trường tổng: H=H1+H2-H3 giảm lúc đó cuộn kháng làm việc ở trạng thái kém bão hòa, hệ số từ thẩm m tăng nên xck tăng và điện áp rơi trên cuộn kháng Uck tăng do đó điện áp đặt vào động cơ UĐ giảm làm cho tốc độ động cơ về tốc độ yêu cầu. Ta có dạng đặc tính cơ nhu hình vẽ: Hình 2-14: Dạng đặc tính cơ khi dùng cuộn kháng bão hòa có khâu phản hồi Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Đoàn Quang Vinh SVTH:Tề Minh Tri Trang 35 Nhận xét và ứng dụng trong công nghiệp · Ưu điểm: + Phạm vi điều chỉnh tốc độ động cơ rộng Đmax =8. + Quá trình điều chỉnh tốc độ bằng phẳng vì tốc độ động cơ phụ thuộc vào dòng điện khống chế mà Ikc lại phụ thuộc vào Rđc. + Làm việc chắc chắn, giá thành thấp và không gây tiếng ồn. · Nhược điểm: Đối với khâu phản hồi âm tốc độ: + Cần phải có máy phát tốc để nối với động cơ điện làm cho sơ đồ phức tạp hơn. + Phụ thuộc vào vị trí xung quanh vì chiếm chỗ lớn. Đối với khâu phản hồi dương dòng điện và âm điện áp: + Có sai số điện áp đặt vào động cơ do mắc biến áp vào động cơ. + Cần phải có máy biến dòng. * Ứng dụng trong công nghiệp: Phương pháp này thường dùng trong các hệ thống truyền động như: cần trục, máy xúc và nhất là những nơi dễ cháy nổ như mỏ dầu, mỏ than … Hệ thống cuộn kháng bão hòa động cơ ngày càng được ứng dụng rộng rải trong điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ và khi sử dụng cuộn kháng bão hòa để điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ rôto dây quấn, người ta kết hợp cuộn kháng bão hòa với điện trở phụ trong mạch rôto nhằm mở rộng phạm vi điều chỉnh. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Đoàn Quang Vinh SVTH:Tề Minh Tri Trang 36 CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BỘ BIẾN TẦN 3.1 BIẾN TẦN VÀ TẦM QUAN TRỌNG CỦA BIẾN TẦN TRONG CÔNG NGHIỆP. Hình 3.1: Biến tần SIEMENS Với sự phát triển như vũ bão về chủng loại và số lượng của các bộ biến tần, này càng có nhiều thiết bị điện – điện tử sử dụng các bộ biến tần. Trong đó một bộ phân đáng kể sử dụng biến tần phải kể đến chính là bộ biến tần điều khiển động cơ điện. Trong thực tế có rất nhiều hoạt động trong công nghiệp có liên quan đến tốc độ động cơ điện. Đôi lúc có thể xem sự ổn định tốc độ mang yếu tố sống còn của chất lượng sản phẩm, sự ổn định của hệ thống … ví dụ máy ép nhựa làm đế giày, cán thép, hệ thống tự động pha trộn nguyên liệu, máy ly tâm định hình khi đúc… Vì thế, việc điều khiển và ổn định tốc độ động cơ được xem như vấn đề chính yếu của các hệ thống điều khiển trong công nghiệp. Điều chỉnh tốc độ động cơ là dùng các biện pháp nhân tạo để thay đổi các thông số nguồn như điện áp hay các thông số mạch như điện trở phụ, thay đổi từ Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Đoàn Quang Vinh SVTH:Tề Minh Tri Trang 37 thông… Từ đó tạo ra các đặc tính cơ mới để có những tốc độ làm việc mới phù hợp với yêu cầu của phụ tải cơ. Có hai phương pháp để điều chỉnh tốc độ của động cơ: + Biến đổi các thông số của bộ phận cơ khí tức là biến đổi tỷ số truyền chuyển tiếp từ trục động cơ đến cơ cấu máy sản xuất. +Biến đổi tốc độ góc của động cơ điện, phương pháp này làm giảm tính phức tạp của cơ cấu và cải thiện được đặc tính điều chỉnh, đặc biệt linh hoạt khi ứng dụng các hệ thống điều khiển bằng điện tử. Vì vậy bộ biến tần được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ theo phương pháp này. Khảo sát thực tế cho thấy: · Chiếm 30% thị trường biến tần là các bộ điều khiển mômen. · Trong các bộ điều khiển mônmen động cơ chiến 55% là các ứng dụng quạt gió, trong đó phần lớn là các hệ thống HAVC (điều hòa không khí trung tâm), chiếm 45% là các ứng dụng bơm, chủ yếu là trong công nghiệp nặng. · Nâng cấp cải tạo các hệ thống bơm và quạt từ hệ điều khiển tốc độ không đổi lên hệ tốc độ có thể điều chỉnh được trong công nghiệp với lợi nhuận to lớn thu về từ việc giảm năng lượng điện năng tiêu thụ. Tính hữu dụng của biến tần trong các ứng dụng bơm và quạt. · Điều chỉnh lưu lượng tương ứng với điều chỉnh tốc độ bơm và quạt. · Điều chỉnh áp suất tương ứng với việc điều chỉnh góc mở của van. · Giảm tiếng ồn công nghiệp. · Năng lượng sử dụng tỷ lệ thuận với lũy thừa bậc ba của tốc độ động cơ. · Giúp tiết kiệm điện năng tối đa. Như tên gọi, bộ biến tần sử dụng trong hệ truyền động, chức năng chính là thay đổi tần số nguồn cung cấp cho động cơ để thay đổi tốc độ động cơ nhưng nếu chỉ thay đổi tần số nguồn cung cấp thì có thể thực hiện việc biến đổi này theo các phương thức khác nhau, không dùng mạch điện tử. Trước kia khi công nghệ chế tạo bán dẫn chưa phát triển, người ta chủ yếu sử dụng các nghịch lưu dùng máy biến áp. Ưu điểm chính của các thiết bị chính dạng này là sóng dạng điện áp ngõ ra rất Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Đoàn Quang Vinh SVTH:Tề Minh Tri Trang 38 tốt (ít hài) và công suất lớn (so với biến tần hai bậc dùng linh kiện bán dẫn) nhưng còn nhiều hạn chế như: - Giá thành cao do phải dùng máy biến áp với công suất lớn. - Tổn thất công suất trên biến áp chiếm đến 50% tổng tổn thất trên hệ thống nghịch lưu. - Chiếm diện tích lắp đặt lớn, dẫn đến khó khăn trong việc lắp đặt, duy tu, bảo trì cũng như thay mới. - Điều khiển khó khăn, khoảng điều khiển không rộng và dễ bị quá điện áp ngõ ra do có hiện tượng bão hòa từ của lõi thép máy biến áp. Ngoài ra các hệ truyền động còn nhiều thông số khác cần được thay đổi, giám sát như: điện áp, dòng điện, khởi động mềm, tính chất tải… mà chỉ có bộ biến tần sử dụng các thiết bị bán dẫn là thích hợp nhất trong trường hợp này. 3.2 PHÂN LOẠI BIẾN TẦN. Biến tần thường được chia làm hai loại: + Biến tần trực tiếp. + Biến tần gián tiếp. 3.2.1 Biến tần trực tiếp: Hình 3.2: Sơ đồ cấu trúc của bộ biến tần gián tiếp. Trong bộ biến tần trực tiếp chức năng chỉnh lưu và nghịch lưu cùng nằm trên một bộ biến đổi, không sử dụng tụ chuyển mạch và chỉ chuyển đổi một lần nên hiệu suất cao. Nhưng thực tế mạch van khá phức tạp do số lượng van lớn, nhất là đối với mạch ba pha. Việc thay đổi tần số f2 khó khăn và phụ thuộc vào f1. Biến tần được sử dụng với phạm vi điều chỉnh f2<f1. Trong thực tế ít được sử dụng. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Đoàn Quang Vinh SVTH:Tề Minh Tri Trang 39 3.2.2 Biến tần gián tiếp: Các bộ biến tần gián tiếp có cấu trúc như sau: Hình 3.3: Sơ đồ cấu trúc của bộ biến tần gián tiếp. Như vậy để biến đổi tần số cần qua một khâu trung gian một chiều vì vậy có tên gọi là biến tần gián tiếp. Do tính chất của bộ lọc nên biến tần loại này còn được phân làm hai loại: + Biến tần dùng nghịch lưu áp. + Biến tần dùng nghịch lưu dòng. a) Biến tần dùng nghịch lưu áp: Hình 3.4: Sơ đồ biến tần dùng nghịch lưu áp Bộ lọc sử dụng tụ C lớn ở đầu vào của bộ nghịch lưu nên điện áp đặt vào bộ nghịch lưu xem như nguồn áp, cùng với điện cảm L tụ C làm phẳng điện áp chỉnh lưu. Chỉnh Lưu Bộ Lọc Bộ Băm Nghịch Lưu Bộ Điều Khiển U1,f1 U2,f2 + + - - + - Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Đoàn Quang Vinh SVTH:Tề Minh Tri Trang 40 Ngoài ra tụ C còn nhiệm vụ trao đổi công suất phản kháng Q giữa tải với bộ nghịch lưu và mạch một chiều, bằng cách cho phép sự thay đổi nhưng trong thời gian ngắn dòng vào bộ nghịch lưu mà không phụ thuộc vào bộ chỉnh lưu. Khi sử dụng bộ băm điện áp hay phương pháp điều biên độ rộng xung thì có thể sử dụng bộ chỉnh lưu không điều khiển (dùng diode). Do tác dụng của diode ngược nên đầu vào của bộ nghịch lưu luôn luôn dương. Đối với loại này thì yêu cầu của bộ biến tần là năng lượng được truyền hai chiều tức là động cơ thực hiện hãm tái sinh thì bộ chỉnh lưu làm việc được cả bốn góc phần tư. Đối với động cơ công suất nhỏ thì việc hãm tái sinh động cơ trả năng lượng về nguồn là không cần thiết. b) Biến tần dùng nghịch lưu dòng : Hình 3.5: Sơ đồ biến tần dùng nghịch lưu dòng. Bộ lọc có cuộn san bằng có cảm kháng lớn có tác dụng như nguồn dòng cấp cho bộ nghịch lưu. Dòng điện trong mạch một chiều được san phẳng bởi L, dòng điện này không thể đảo chiều. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Đoàn Quang Vinh SVTH:Tề Minh Tri Trang 41 Ngoài ra cuộn san bằng L còn có tác dụng đảo chiều công suất phản kháng của tải trong mạch một chiều, cuộn kháng này cho phép đảo chiều điện áp đặt vào bộ nghịch lưu mà không phụ thuộc vào bộ chỉnh lưu, do vậy rất phú hợp với việc hãm tái sinh động cơ. Tuy nhiên chỉ điều chỉnh được dòng và áp của tải theo phương pháp biên độ nên chỉnh lưu phải sử dụng linh kiện bán dẫn có điều khiển. 3.3 CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA MỘT BIẾN TẦN: Hình 3.6: Cấu trúc của một biến tần Tín hiệu vào là điện áp xoay chiều một pha hoặc ba pha. Bộ chỉnh lưu có nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều thành một chiều. Bộ lọc có nhiệm vụ san phẳng điện áp một chiều sau chỉnh lưu. Nghịch lưu có nhiệm vụ biến đổi điện áp một chiều thành điện áp xoay chiều có tần số có thể thay đổi được. Điện áp một chiều được biến thành xoay chiều nhờ vào việc mở hoặc khóa các van công suất theo một quy luật nhất định. ĐC Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Đoàn Quang Vinh SVTH:Tề Minh Tri Trang 42 Bộ điều khiển có nhiệm vụ tạo tín hiệu điều khiển theo một quy luật điều khiển nào đó đưa đến các van công suất trong bộ nghịch lưu. Ngoài ra có con một số chức năng sau: + Theo dõi sự cố lúc vận hành. + Xử lý thông tin từ người sử dụng. + Xác định thời gian tăng tốc, giảm tốc hay hãm. + Xác định đặc tính – mômen tốc độ. + Xử lý thông tin từ mạch thu thập dữ liệu. + Kết nối với máy tính…… Mạch kích là bộ phận tạo tín hiệu phù hợp để điều khiển trực tiếp các van công suất trong mạch nghịch lưu. Mạch cách ly có nhiệm vụ cách ly giữa mạch công suất với mạch điều khiển để bảo vệ mạch điều khiển. Màn hình hiển thị và điều khiển có nhiệm vụ hiển thị thông tin hệ thống như: tần số, dòng điện, điện áp…, để người sử dụng có thể đặt lại thông số cho hệ thống. Các mạch thu thập tín hiệu như dòng điện, điện áp, nhiệt độ, biến đổi chúng thành những tín hiệu thích hợp để mạch điều khiển có thể xử lý. Ngoài ra còn có các mạch bảo vệ khác như bảo vệ chống quá áp hay thấp quá áp ở đầu vào. Các mạch điều khiển, thu thập dữ liệu đều cần cấp nguồn các nguồn này thường là điện áp một chiều 5V, 12V, 15VDC yêu cầu điện áp cấp phải ổn định. Bộ nguồn có nhiệm vụ tạo ra nguồn điện thích hợp đó. Sự ra đời của các bộ vi xử lý có tốc độ tính toán nhanh có thể thực hiện các thuật toán phức tạp thời gian thực, sự phát triển của các lý thuyết điều khiển. công nghệ sản xuất IC có mức độ tích hợp ngày càng cao cùng với giá thành của các linh kiện ngày càng giảm dẫn đến sự ra đời của các bộ biến tần ngày càng thông minh có khả năng điều chỉnh chính xác, đáp ứng nhanh và giá thành rẻ. 3.3.1 Chỉnh lưu. Chức năng của khâu chỉnh lưu là biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều. Chỉnh lưu có thể là có điều chỉnh hoặc không điều chỉnh. Ngày nay đa Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Đoàn Quang Vinh SVTH:Tề Minh Tri Trang 43 số chỉnh lưu là không điều chỉnh, vì điều chỉnh điện áp một chiều trong phạm vi rộng sẽ làm tăng kích thước của bộ lọc và làm giảm hiệu suất bộ biến đổi. Nói chung chức năng của biến đổi điện áp và tần số được thực hiện bởi nghịch lưu thông qua luật điều khiển. Trong các bộ biến đổi công suất lớn người ta thường dùng chỉnh lưu bán điều khiển với chức năng làm nhiệm vụ bảo vệ cho hệ thống khi quá tải. Tùy theo tầng nghịch lưu yêu cầu nguồn dòng hay nguồn áp mà bộ chỉnh lưu sẽ tạo ra dòng điện hay điện áp tương đối ổn định. Đối với mạch chỉnh lưu có các cách mắc như sau: + Sơ đồ hình tia ba pha Sơ đồ hình tia một pha + Sơ đồ hình cầu ba pha Sơ đồ hình cầu một pha Hình 3.7: Các sơ đồ mạch chỉnh lưu Tùy thuộc vào mức độ yêu cầu về chất lượng điện áp DC nào cho phù hợp, dạng sóng điện áp ra như sau: Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Đoàn Quang Vinh SVTH:Tề Minh Tri Trang 44 Hình 3.8: Các dạng sóng điện áp ra của bộ chỉnh lưu. Đối với chỉnh lưu một pha 1/2 chu kỳ: Ta thấy dạng sóng ra nhấp nhô, do đó muốn ít nhấp nhô cần phải có bộ lọc tốt. 2d fU Up = , 2d fI URp = Đối với chỉnh lưu cầu một pha : Dạng sóng ra đỡ nhấp nhô hơn chỉnh hình tia một pha, do đó vận hành sẽ kinh tế hơn. 2 2d fU Up = , 1 2 2 dm II p= Đối với chỉnh lưu hình tia ba pha: Dạng sóng điện áp ra ít nhấp nhô hơn chỉnh lưu một pha. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Đoàn Quang Vinh SVTH:Tề Minh Tri Trang 45 2 3 6 2d U U p = Đối với chỉnh lưu cầu ba pha : cho điện áp và dòng chỉnh lưu tốt hơn so với chỉnh lưu ba pha hình tia. Giá trị trung bình của điện áp ra đối với sơ đồ hình cầu như sau : 2 3 6 d fU Up = 3.3.2) Lọc: Có nhiệm vụ sang phẳng điện áp sau khi chỉnh lưu. Hình 3.9: Sơ đồ mạch lọc. Mạch lọc được dùng cả tụ điện C và cuộn kháng L dẫn đến biên độ sóng hài được giảm nhỏ và điện áp ra tải ít bị đập mạch hơn. Vì vậy bộ lọc LC thường được sử dụng nhiều nhất. 3.3.3) Nghịch lưu. Chức năng của khâu nghịch lưu là biến đổi dòng một chiều thành dòng xoay chiều có tần số có thể thay đổi được và làm việc với phụ tải độc lập. Nghịch lưu có thể là một trong ba loại sau: + Nghịch lưu nguồn áp: Trong dạng này, dạng điện áp ra tải được định dạng trước (thường có dạng xung chữ nhật) còn dạng dòng điện phụ thuộc vào tính chất tải. Nguồn điện áp cung cấp phải là nguồn suất điện động có nội trợ nhỏ. Trong các ứng dụng điều khiển động cơ, thường sử dụng nghịch lưu áp. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Đoàn Quang Vinh SVTH:Tề Minh Tri Trang 46 Hình 3.10: Sơ đồ nghịch lưu áp ba pha Các transistor mở lần lượt T1 ¸ T6 với góc lệch pha giữa các transistor là 600. Như vậy ở bất kỳ thời điểm nào cũng có ba transistor dẫn (hai của nhóm này và một của nhóm kia) cho dòng chảy qua. Ở mỗi thời điểm sơ đồ đều có một pha mắc nối tiếp với hai pha đấu song song, do vậy điện áp trên tải chỉ có hai giá trị hoặc Ed/3 (khi pha đó đấu song song với một pha khác) hoặc 2Ed/3 (khi nó đấu nối tiếp với hai pha khác đấu song song. Giả thiết tải đối xứng ZA=ZB=ZC theo dạng điện áp ra ta có trị số hiệu dụng của nó. 2 2 3 3 2 2 2 0 0 3 2 21 1 1( ) ( ) 2 3 3 3 n n n pha pha E E EU U d d d p p p p q q q p p p é ù ê ú= = + =ê ú ê úë û ò ò ò (3.1) Ta có biểu đồ điện áp ra của tải theo thời gian như hình 3.11. + Nghịch lưu nguồn dòng: Ngược với dạng trên, dạng dòng điện ra tải được định hình trước, còn dạng điện áp phụ thuộc vào tải. Nguồn cung cấp phải là nguồn dòng để đảm bảo giữ dòng một chiều ổn định. Vì vậy nếu nguồn là suất điện động thì phải có điện cảm đầu vào đủ lớn hoặc đảm bảo điều kiện trên theo nguyên tắc điều khiển ổn định dòng điện. + Nghịch lưu cộng hưởng: Loại này dùng nguyên tắc cộng hưởng khi mạch hoạt động, do đó dạng dòng điện hoặc điện áp thường có dạng hình sin. Cả điện áp và dòng điện ra phụ thuộc và tính chất tải. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Đoàn Quang Vinh SVTH:Tề Minh Tri Trang 47 Hình 3.11: Giản đồ xung thời gian của điện áp ra của tải theo thời gian Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Đoàn Quang Vinh SVTH:Tề Minh Tri Trang 48 3.3.4 Điều biến độ rộng xung (Khối băm) Phương pháp điều biến độ rộng xung cho phép vừa điều chỉnh được điện áp ra vừa giảm nhỏ được ảnh hưởng của các sóng hài bậc cao. Để xác định khoảng cách xung chùm điều khiển các van, ta tạo ra sóng dạng sin Ur có tần số bằng tần số mong muốn gọi là sóng điều biên. Dùng một khâu so sánh là Ur và Up, các giao điểm của hai sóng hài này xác định khoảng phát xung. Tỷ số giữa biên độ sóng điều biên và biên độ sóng mang gọi là tỷ số điều biên. M=Ar/Ap Để điều chỉnh độ rộng xung tức là điều chỉnh điện áp ra trên tải ta điều chỉnh Ar. Điều biến độ rộng xung được chia thành hai loại: + Điều biến độ rộng xung đơn cực. + Điều biến độ rộng xung lưỡng cực. a) Điều biến độ rộng xung đơn cực. Điện áp ra trên tải là một chuổi xung, độ rộng khác nhau, có trị số 0 và E. Hình 3.12: Điều biến độ rộng xung đơn cực. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS Đoàn Quang Vinh SVTH:Tề Minh Tri Trang 49 b) Điều biến độ rộng xung lưỡng cực. Điện áp ra trên tải là một chuổi xung, độ rộng khác nhau và có trị số là ±E Hình 3.13: Điều biến độ rộng xung lưỡng cực. 3.4 NGUYÊN LÝ VÀ PHƯƠNG THỨC ĐIỀU CHỈNH KHI THAY ĐỔI TẦN SỐ. 3.4.1 Nguyên lý làm việc. Đầu tiên nguồn diện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn điện một chiều bằng phẳng. Công đoạ