Đồ án Nghiên cứu biến tần Altiva71 trong công nghệ cầu trục theo phương pháp SPWM

g thức tính momen cơ của động cơ như sau: (2-5) Và momen tới hạn: (2-6) Khi hoạt động ở định mức: (2-7) (2-8) Ta có công thức sau: (2-9) Với f1 – là tần số làm việc của động cơ, f1dm – là tần số định mức. Theo luật U/f= const : (2-10) Ta thu được: (2-11) Phân tích tương tụ, ta cũng thu được ωo = aωodm; X1 = aX1dm; X’2 = aX’2dm . Thay các giá trị trên vào (2-5) và (2-6) ta thu được công thức tính momen và momen tới hạn của động cơ ở tần số khác định mức: (2-12) (2-13) Dựa theo công thức trên ta thấy, các giá trị X1 và X’2 phụ thuộc vào tần số trong khi R1 lại là hằng số. Như vậy khi hoạt động ở tần số cao, giá trị (X1 + X’2) >> 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. Momen 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 của (X1 + X’2) dẫn đến sụt áp nhiều trên điện trở stato khi momen tải lớn. Điều này làm cho E bị giảm, dẫn đến suy giảm từ thông momen cực đại. Để bù lại sự suy giảm từ thông ở tần số thấp, ta sẽ cung cấp thêm cho động cơ điện một điện áp Uo để từ thông của động cơ định mức khi f = 0. Từ đó ta có quan hệ sau: U1 =Uo + Kf1 (2-14) Với K là một hằng số được chọn sao cho giá trị U1 cấp cho động cơ U=Udm tại f = fdm . Khi a > 1 (f > fdm ), 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 thị mối quan hệ giữa momen và điện áp theo tần số trong phương pháp điều khiển U/f=const: Hình 2-1:Đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa momen và điện áp theo tần số theo luật điều khiển U/f=const Từ (hình 2-1) 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. Momen tạo ra bởi động cơ có thể duy trì trong vùng làm việc này. Chúng ta 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 momen giảm. Ở vùng trên vận tốc cơ bản các hệ số ảnh hưởng đến momen trở nên phức tạp. Việc tăng tốc giảm tốc có thể được thực hiện bằng cách điều khiển sự thay đổi của tần số theo thời gian. CHƯƠNG 3:GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ CẦU TRỤC Cầu trục nói chung được sử dụng trong nhiều nghành kinh tế khác nhau như các phân xưởng lắp ráp cơ khí, xí nghiệp luyện kim, công trường xây dựng, cầu cảng... Chúng được sử dụng trong các nghành sản xuất trên để giải quyết các việc nâng bốc vận chuyển tải trọng, phối liệu, thành phẩm ... Có thể nói rằng, nhịp độ làm việc của máy nâng chuyển góp phần quan trọng, nhiều khi có tính quyết định đến năng suất của cả dây chuyền sản xuất ở các nghành nói trên. Vì vậy, thiết kế hệ truyền động cần trục ở cơ cấu nâng hạ cần phải tuân thủ chặt chẽ các quy trình kỹ thuật đồng thời cũng phải đảm bảo tính kinh tế. Trước khi đi vào thiết kế hệ truyền động cho cơ cấu nâng-hạ cầu trục, trong chương này ta đi tìm hiểu một số đặc điểm công nghệ cùng với việc phân tích những nét chính trong yêu cầu truyền động cầu trục 1. Cấu tạo a. Cấu tạo của cầu trục. Hinh3.1 cấú tạo cầu trục Cấu tạo của cầu trục gồm 3 bộ phận chính. + Xe cầu: Gồm hai dầm chính hoặc khung dàn chính được chế tạo bằng thép có độ cứng không gian đặt cách nhau một khoảng tương ứng với khoảng cách bánh xe của xe con. Hai đầu cầu được liên kết cơ khí với hai dầm ngang tạo thành khung hình chữ nhật trong mặt phẳng ngang. Các bánh xe của cầu trục được thiết kế trên các dầm ngang của khung hình chữ nhật tạo điều kiện cho cầu trục chạy dọc suốt nhà xưởng. + Xe con: Trên xe con đặt cơ cấu nâng và cơ cấu di chuyển xe con. Tuỳ theo công dụng của cầu trục mà trên xe con có một hoặc hai cơ cấu nâng. Xe con có thể di chuyển dọc trên xe cầu tạo điều kiện cho cầu trục có thể di chuyển được trong suốt chiều ngang phân xưởng. + Cơ cấu nâng hạ: Thường có tang cắt thành rãnh xoắn hai chiều để cuộn cáp nâng và hạ. Cuối hai đầu dây cáp mắc palăng kép để đảm bảo nâng hạ tải trọng theo phương thẳng đứng. Toàn bộ cơ cấu tang, hộp biến tốc, động cơ được đặt trên xe con. Gph 3 2 1 Nc + Cơ cấu phanh hãm Hình 3.2 Cơ cấu phanh hãm Phanh hãm là bộ phận không thể thiếu trong cơ cấu chính của cầu trục. Phanh dùng trong cầu trục thường có 3 loại: Phanh guốc, phanh đĩa và phanh đai. Nguyên lý hoạt động cơ bản giống nhau mô tả cơ cấu phanh đai gồm 1.Má phanh, 2.Cuộn dây nam châm phanh ( hoặc dùng động cơ bơm thuỷ lực tạo lực đóng mở); 3.Đối trọng phanh. Khi động cơ của cơ cấu đóng vào lưới điện thì đồng thời động cơ phanh cũng có điện bơm thuỷ lực mở má phanh giải phóng trục động cơ để động cơ làm việc. Khi động cơ ngừng làm việc thì động cơ phanh mất điện ép chặt má phanh vào trục động cơ để hãm. Đối với cơ cấu nâng hạ cầu trục loại nặng thường người ta dùng 2 phanh để đảm bảo an toàn. *Nhờ đặc điểm cấu tạo như trên cầu trục có thể di chuyển phụ tải theo 3 phương phủ kín mặt bằng nhà xưởng. - Chuyển động theo phương thẳng đứng là chuyển động chính nhờ có cơ cấu nâng hạ đặt trên xe con. - Chuyển động dọc theo phân xưởng là nhờ hệ thống chuyển động đặt trên xe cầu. - Chuyển động ngang theo phân xưởng nhờ hệ thống truyền động trên xe con (xe trục). b. Đặc điểm chung của cơ cấu nâng-hạ cầu trục. Cần trục thường có ba chuyển động: Chuyển động nâng hạ (của bộ phận nâng tải ). Chuyển động ngang của xe trục. Chuyển động dọc của xe cầu. Trong khuôn khổ đồ án này chỉ tập chung thiết kế hệ truyền động cho riêng cơ cấu nâng hạ. Để có thể đưa ra những phương án hợp lý cho hệ truyền động cơ cấu nâng hạ, trước hết ta đi phân tích khát quát những điểm cơ bản về yêu cầu trong truyền động của cơ cấu nâng hạ cần trục. Thứ nhất, về loại phụ tải: Đặc điểm của các động cơ truyền động trong cơ cấu cần trục nói chung là đều làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại, có số lần (tần số) đóng điện lớn. Thứ hai, về yêu cầu đảo chiều quay: Động cơ truyền động cần trục, nhất là cơ cấu nâng hạ, phải có khả năng đảo chuyền quay, có mômen thay đổi theo tải trọng rất rõ rệt. Theo khảo sát từ thực tế thì khi không có tải trọng (không tải) mômen động cơ không vượt quá (15 ¸ 20)%Mđm; đối với cơ cấu nâng của cần trục ngoặm đạt tới 50% Mđm¼ Thứ ba, yêu cầu về khởi động và hãm: Trong các hệ truyền động các cơ cấu của máy nâng, yêu cầu quá trình tăng tốc và giảm tốc phải êm, đặc biệt đối với thang máy và thang chuyên chở khách. Bởi vậy, mômen động trong quá trình hạn chế quá độ phải được hạn chế theo yêu cầu của kỹ thuật an toàn. ở các máy nâng tải trọng, gia tốc cho phép thường được quy định theo khả năng chịu đựng phụ tải động của các cơ cấu. Đối với cơ cấu nâng hạ cần trục, máy xúc gia tốc phải nhỏ hơn khoảng 0,2 m/s2 để không giật đứt dây cáp. Ngoài ra, động cơ truyền động trong cơ cấu này phải có phạm vi điều chỉnh đủ rộng và có các đường đặc tính cơ thoả mãn yêu cầu công nghệ. Đó là các yêu cầu về dừng máy chính xác, nên đòi hỏi các đường đặc tính cơ thấp, có nhiều đường đặc tính trung gian để mở hãm máy êm. Thứ tư, phạm vi điều chỉnh không lớn, ở các cần trục thông thường D £ 3:1;ở các cần trục lắp ráp (D= 10 ¸ 1) hoặc lớn hơn. Độ chính xác điều chỉnh không yêu cầu cao, thường trong khoảng ±5%. Thứ năm, yêu cầu về bảo vệ an toàn khi có sự cố: Các bộ phận chuyển động phải có phanh hãm điện từ, để giữ chặt các trục khi mất điện, bảo đảm an toàn cho người vận hành và các bộ phận khác trong hệ thống sản xuất. Để đảm bảo an toan cho người và thiết bị khi vận hành, trong sơ đồ không chế có các công tắc hành trình để hạn chế chuyển động của cơ cấu khi chúng đi đến các vị trí giới hạn. Đối với cơ cấu nâng-hạ thì chỉ cần hạn chế hành trình lên mà không cần hạn chế hành trình hạ. Thứ sáu, yêu cầu về nguồn và trang bị điện: Điện áp cung cấp cho cần trục không vượt quá 500V. Mạng điện xoay chiều hay dùng là 220V, 380V; mạng một chiều là 220V, 44V. Điện áp chiếu sáng không vượt quá 220V. Không được dùng biến áp tự ngẫu để cung cấp cho mạng chiếu sáng sửa chữa. Do đa số đều làm việc trong môi trường nặng nề, đặc biệt ở các hải cảng, nhà máy hoá chất, xí nghiệp luyện kim , sửa chữa...Nên các khí cụ điện trong hệ thống truyền động và trang bị điện của các cơ cấu nâng hạ cần trục yêu cầu phải làm việc tin cậy, bảo đảm về năng suất, an toàn trong mọi điều kiện khắc nghiệt của môi trường, hơn nữa lại phải đơn giản trong thao tác. Năng suất của máy nâng quyết định bởi hai yếu tố: tải trọng của thiết bị và số chu kỳ bốc, xúc trong một giờ. Số lượng hàng bốc xúc trong mỗi chu kỳ không như nhau và nhỏ hơn tải định mức, cho nên phụ tải đối với động cơ chỉ đạt (60 ¸ 70%) công suất định mức của động cơ. Trên đây là một số những đặc điểm và yêu cầu cơ bản nhất của cơ cấu nâng hạ cần trục. Quá trình thiết kế sau này sẽ đi sát vào các đặc điểm đó. 2. Khảo sát đặc tính phụ tải. Khảo sát đặc tính của phụ tải hay của cơ cấu mà động cơ truyền động có ý nghĩa quan trọng trong việc đưa ra những lựa chọn hợp lý giữa phương án truyền động cũng như cân nhắc khi lựa chọn động cơ. Vì trạng thái làm việc của truyền động phụ thuộc vào momen quay (Mđ) do động cơ sinh ra và momen cản tĩnh (Mc) của phụ tải của máy quyết định. Khảo sát cơ cấu nâng hạ người ta thấy rằng: Momen cản của cơ cấu sản xuất luôn không đổi cả về độ lớn và chiều bất kể chiều quay của động cơ có thay đổi thế nào. Nói cách khác momen cản của cơ cấu nâng hạ thuộc loại momen cản thế năng có đặc tính Mc=const và không phụ thuộc vào chiều quay. Điều này có thể giải thích dễ dàng là momen của cơ cấu do trọng lực của tải trọng gây ra. Khi tăng dự trữ thế năng (nâng tải) momen thế năng có tác dụng cản trở chuyển động; tức là hướng ngược chiều quay động cơ. Khi giảm thế năng (hạ tải), momen thế năng lại là momen gây ra chuyển động, nghĩa là nó hướng theo chiều quay động cơ. Dạng đặc tính cơ của cơ cấu nâng hạ như sau: w M H3-4: Dạng đặc tính cơ của cơ cấu nâng-hạ MC Từ đặc tính cơ của cơ cấu phụ tải ta có một số nhận xét sau: + Khi hạ tải ứng với trạng thái máy phát của động cơ thì Mđ là mômen hãm, Mc là mô men gây chuyển động. + Khi cần trục hạ tải dụng lực: cả hai mômen đều gây chuyển động. Như vậy, trong mỗi giai đoạn nâng, hạ tải thì động cơ cần phải được điều khiển để làm việc đúng với các trạng thái làm việc ở chế độ máy phát hay động cơ sao cho phù hợp với đặc tính tải. Phụ tải của cần trục có thể biến đổi từ 0 (khi hạ hoặc nâng móc câu không tải) đến những giá trị rất lớn. Phức tạp lớn hơn cả là các điều kiện hạ tải. Khi hạ không tải, trọng lượng của móc câu không đủ để bù lại các lực ma sát trong truyền động, nên động cơ phải sinh ra một momen nhỏ theo chiều hạ. Khi hạ những tải trọng lớn, không những các lực ma sát được khắc phục hết mà động cơ còn bị tải trọng kéo quay theo chiều tác dụng của nó. Khi đó, muốn hạn chế và điều chỉnh tốc độ, ta phải sử dụng các phương tiện nhất định. 3. Xây dựng các công thức cần thiết cho tính toán cơ cấu nâng. Như đã tìm hiểu ở trên, động cơ truyền động trong cơ cấu nâng làm việc với phụ tải ngắn hạn lặp lại, mở máy và hãm máy nhiều. Do đó, khi chọn công suất động cơ cần xét đến phụ tải tĩnh và động. Sau đây ta sẽ khảo sát các đặc tính phụ tải khi nâng và hạ tải trọng. a.Xác định phụ tải tĩnh. Phụ tải tĩnh của cơ cấu nâng chủ yếu do tải trọng của bản thân cơ cấu và vật nâng gây ra. Thường có thể chia làm hai loại cơ cấu: loại có dây cáp một đầu và loại có dây cáp hai đầu. Trong khuôn khổ đồ án này chỉ đề cập tới loại dùng cáp một đầu được sử dụng rộng rãi trong các cần trục, palăng trong các phân xưởng lắp ráp. *Phụ tải tĩnh khi nâng tải. Giả sử có cơ cấu nâng hạ như sau: H3-5. Sơ đồ cơ cấu nâng-hạ cần trục Xét một cơ cấu nâng có palăng với bội số u; hiệu suất hP ; bộ truyền trung gian có tỷ số truyền chung là i và hiệu suất h0. Khi động cơ quay theo chiều tương ứng, vật được nâng lên với vận tốc vn. Lực căng của các nhánh dây nếu không tính mất mát: T0’ = T1’ = T2’ = ¼ = Thực tế, do có các lực cản phụ, lực căng trong các nhánh dây cuốn lên tang nên: Momen do vật nâng gây ra trên tang: Momen trên trục cuối cùng của bộ truyền trung gian (trục III) là: (ht: là hiệu suất của tang, hệ số này tính đến do việc: muốn nâng vật lên ta phải đặt vào trục III (trục tang) một momen lớn hơn momen Mn trên tang , vì còn phải thắng lực cản trên tang do độ cứng của dây và do ma sát trong ổ trục). Tương tự, momen trên trục II sẽ là; và momem trên trục I: Tổng quát: Ta đặt: i=i1i2¼in : là tỷ số truyền chung của bộ truyển. h=h1h2¼hn: là hiệu suất chung của bộ truyền hc=hPhth là hiêu suất chung của cơ cấu. (N.m) Vậy muốn nâng được vật lên, động cơ phải phát ra momen nâng khắc phục được momem trên trục động cơ. (N.m) (1) Công suất của động cơ cần thiết để nâng vật: (kW) (2) Trong các công thức (1), (2) thì: G - trọng lượng của tải trọng (kg). G0 – trọng lượng bản thân cơ cấu nâng (kg). Rt – bán kính tang nâng (m). hc – hiệu suất của cơ cấu nâng. u – bội số của ròng rọc (palăng) i – Tỉ số truyển chung của cơ cấu truyền trung gian. n – Tốc độ động cơ (v/phút) vn – tốc độ nâng tải (m/phút) Từ (1) & (2) dễ dàng suy ra momen và công suất của động cơ phát ra lúc nâng không tải: (3) (4) *Phụ tải tĩnh khi hạ tải. Có thể có hai trạng thái hạ tải. + Hạ động lực + Hạ hãm. Hạ động lực được dùng khi hạ những tải trọng nhỏ. Khi đó momen do tải trọng sinh ra không đủ để thắng lực ma sát trong cơ cấu. Máy điện làm việc ở chế độ động cơ. Hạ hãm được dùng khi hạ những tải trọng lớn. Khi đó momen do tải trọng sinh ra lớn hơn mô men ma sát nên gây ra chuyển động của hệ thống. Máy điện phải làm việc ở chế độ hãm để giữ cho tải trọng rơi với vận tốc ổn định (tức là chuyển động không có gia tốc). Gọi momen trên trục động cơ do tải trọng sinh ra khi không có mất mát là momen tải trọng: Khi hạ tải, năng lượng được truyền từ phía tải trọng về phía cơ cấu truyền và động cơ, nên: trong đó: Mh – momen trên trục động cơ khi hạ tải. DM – mất mát trong cơ cấu truyền. hh – hiệu suất của cơ cấu khi hạ tải. Nếu Mt > DM ta có trạng thái hạ hãm; còn nếu Mt < DM ta có trạng thái hạ động lực. Nếu coi mất mát trong cơ cấu khi nâng và khi hạ tải là như nhau thì: Þ (6) So sánh (5) và (6) Þ Đối với những tải trọng tương đối lớn (tương ứng với hc > 0,5), ta có hh >0, Mh >0. Điều này có nghĩa là momen động cơ ngược chiều với momen phụ tải, động cơ làm việc ở trạng thái hãm (hạ hãm). Khi tải trọng tương đối nhỏ hc <0,5 thì hh < 0; Mh <0. Điều này có nghĩa là momen động cơ cùng chiều với momen phụ tải để cùng khắc phục lực ma sát trong cơ cấu truyền lực. Từ (6) ta suy ra momen hạ không tải: (7) Từ đó tính được công suất trên trục động cơ khi hạ tải: (kW) (9) (kW) (10) A.Tổng kết các công thức cần thiết dùng trong tính toán cơ cấu nâng-hạ: Từ phân tích đặc điểm công nghệ của cơ cấu cần trục nâng-hạ, ta nhận thấy chu kỳ làm việc của cơ cấu nâng thường bao gồm các giai đoạn: Hạ không tải, nâng tải, hạ tải và nâng không tải. Giữa các gia đoạn đó có những thời gian nghỉ. Dựa vào nhiệm vụ cụ thể của cơ cấu mà xác định chu kỳ làm việc. Dưới đây xin tổng kết lại các công thức cần thiết trong tính toán cơ cấu này. Giai đoạn hạ không tải: (N.m) (kW). Giai đoạn nâng có tải: (N.m); (kW) Giai đoạn hạ có tải: (N.m) (kW) Giai đoạn nâng không tải: (N.m) (kW) PHẦN II:BIẾN TẦN CHƯƠNG 1: BIẾN TẦN 1. Biến tần và tầm quan trọng của biến tần trong công nghiệp Với sự phát triển như vũ bão về chủng loại và số lượng của các bộ biến tần, ngày càng có nhiều thiết bị điện – điện tử sử dụng các bộ biến tần, trong đó một bộ phận đáng kể sử dụng biến tần phải kể đến chính là bộ biến tần điều khiển tốc độ 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 của tốc độ động cơ mang yếu tố sống còn của chất lượng sản phẩm, sự ổn định của hệ thống… Ví dụ: máy ép nhựa làm đế giầy, 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 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 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 khiển tốc độ động cơ theo phương pháp này. Khảo sát cho thấy: Chiếm 30% thị trường biến tần là các bộ điều khiển moment. Trong các bộ điều khiển moment động cơ chiếm 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 tiết giảm nhiên liệu 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 điều chỉnh góc mở của van. Giảm tiếng ồn công nghiệp. Năng lượng sử dụng tỉ 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 nhiều phương thức khác, không dùng mạch điện tử. Trước kia, khi công nghệ chế tạo linh kiện 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 dạng này là sóng dạng điện áp ngõ ra rất 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 công suất lớn. Tổn thất 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 hoà 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 êm (Ramp start hay Soft start), tính chất tải … mà chỉ có bộ biến tần sử dụng các thiết bị bán dẫn là thích hợp nhất trong trường hợp này. 2. Phân loại biến tần Biến tần thường được chia làm hai loại: Biến tần trực tiếp Biến tần gián tiếp Biến tần trực tiếp Biến tần trực tiếp là bộ biến đổi tần số trực tiếp từ lưới điện xoay chiều không thông qua khâu trung gian một chiều. Tần số ra được điều chỉnh nhảy cấp và nhỏ hơn tần số lưới ( f1 < flưới ). Loại biến tần này hiện nay ít được sử dụng. 2.2. Biến tần gián tiếp Các bộ biến tần gián tiếp có cấu trúc như sau: Hình 4-1: Sơ đồ cấu trúc của biến tần gián tiếp Như vậy để biến đổi tần số cần thông qua một khâu trung gian một chiều vì vậy có tên gọi là biến tần gián tiếp. Chức năng của các khối như sau: a) 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 không điều chỉnh hoặc có điều chỉnh. Ngày nay đa 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 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 toàn 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. b) Lọc: Bộ lọc có nhiệm vụ san phẳng điện áp sau chỉnh lưu. c) 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 sức điện động có nội trở nhỏ. Trong các ứng dụng điều kiển động cơ, thường sử dụng nghịch lưu nguồn áp. 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 sức 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 tải phụ thuộc vào tính chất tải. 3. Cấu trúc cơ bản của một bộ biến tần Hình 4-2 Cấu trúc cơ bản của một bộ biến tần Tín hiệu vào là điện áp xoay chiều một pha hoặc ba pha. Bộ chỉnh lưu có nhiệm 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 điện áp xoay chiều nhờ việc điều khiển mở hoặc khóa các van công suất theo một quy luật nhất định. Bộ điều khiển có nhiệm vụ tạo tín hiệu điều khiển theo một luật điều khiển nào đó đưa đến các van công suất trong bộ nghịch lưu. Ngoài ra nó còn có 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 – momen tốc độ Xử lý thông tin từ các 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,… và 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 tín hiệu thích hợp để mạch điều khiển có thể xử lý được. Ngài ra còn có các mạch làm nhiệm vụ bảo vệ khác như bảo vệ chống quá áp hay thấp áp đầu vào… Các mạch điều khiển, thu thập tín hiệu đều cần cấp nguồn, các nguồn này thường là nguồn điện một chiều 5, 12, 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 khiển chính xác, đáp ứng nhanh và giá thành rẻ. 4. Phương thức điều khiển 4.1. Phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) Nội dung của phương pháp điều chế độ rộng xung là tạo ra một tín hiệu sin chuẩn có tần số bằng tần số ra và biên độ tỷ lệ với biên độ điện ra nghịch lưu. Tín hiệu này sẽ được so sánh với một tín hiệu răng cưa có tần số lớn hơn rất nhiều tần số của tín hiệu sin chuẩn. Giao điểm của hai tín hiệu này xác định thời điểm đóng mở van công suất. Điện áp ra có dạng xung với độ rộng thay đổi theo từng chu kỳ. Hình 4-3: Dạng sóng đầu ra theo phương pháp điều chế độ rộng xung (vo1 là thành phần sin cơ bản, v ilà điện một chiều vào bộ nghịch lưu, vo là điện áp ra ) Trong quá trình điều chế, người ta có thể tạo xung hai cực hoặc một cực, điều biến theo độ rộng xung đơn cực và điều biến theo độ rộng xung lưỡng cực. Trong đề tài này em sử dụng phương điều chế độ rộng xung đơn cực. Có hai phương pháp điều chế cơ bản là: Điều chế theo phương pháp sin PWM (SPWM) Điều chế vectơ Điều chế theo phương pháp SPWM Để tạo ra điện áp xoay chiều bằng phương pháp SPWM, ta sử dụng một tín hiệu xung tam giác vtri (gọi là sóng mang) đem so sánh với một tín hiệu sin chuẩn vc (gọi là tín hiệu điều khiển). Nếu đem xung điều khiển này cấp cho bộ nghich lưu một pha, thì ở ngõ ra sẽ thu được dạng xung điện áp mà thành phần điều hòa cơ bản có tần số bằng tần số tín hiệu điều khiển vc và biên độ phụ thuộc vào nguồn điện một chiều cấp cho bộ nghịch lưu và tỷ số giữa biên độ sóng sin mẫu và biên độ sóng mang. Tần số sóng mang lớn hơn rất nhiều tần số tín hiệu điều khiển. Hình