Bộ Biến tần

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 đ−ợc. 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 l−ới cấp vào bộ biến tần. I. PHÂN LOạI BIếN TầN : Bộ biến tần đ−ợc chia làm hai nhóm: + Biến tần máy điện. + Biến tần van. 1. Biến tần máy điện: Trang 25

pdf26 trang | Chia sẻ: tlsuongmuoi | Ngày: 17/07/2013 | Lượt xem: 1199 | Lượt tải: 7download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Bộ Biến tần, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang 25 Ch−¬ng III TæNG QUAN VÒ C¸C LO¹I BIÕN TÇN Bé biÕn ®æi tÇn sè hay cßn gäi lµ c¸c bé biÕn tÇn lµ thiÕt bÞ biÕn ®æi dßng ®iÖn xoay chiÒu ë tÇn sè nµy thµnh dßng ®iÖn xoay chiÒu cã tÇn sè kh¸c mµ cã thÓ thay ®æi ®−îc. §èi víi c¸c bé biÕn tÇn dïng cho viÖc ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ xoay chiÒu th× ngoµi viÖc thay ®æi tÇn sè cña chóng cßn cã thÓ thay ®æi c¶ ®iÖn ¸p ra kh¸c víi ®iÖn ¸p l−íi cÊp vµo bé biÕn tÇn. I. PH¢N LO¹I BIÕN TÇN : Bé biÕn tÇn ®−îc chia lµm hai nhãm: + BiÕn tÇn m¸y ®iÖn. + BiÕn tÇn van. 1. BiÕn tÇn m¸y ®iÖn: Nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang 26 nguyªn lý chung cña lo¹i biÕn tÇn nµy lµ dïng m¸y ®iÖn xoay chiÒu lµm nguån ®iÖn cã tÇn sè biÕn ®æi. ω2 = V f1= const ~ ÂF F  ~ f1= const ÂK1 CKF CK U1 BTK f1 = Var 1 0 20 ffr ω ωω ±= Hçnh 3.1. Så âäö nguyãn lyï bäü biãún táön maïy âiãûn DÊu (+) øng víi tr−êng hîp r«to BTK quay ng−îc chiÒu tõ tr−êng. Lóc nµy fr > f1. DÊu (-) øng víi tr−êng hîp r«to BTK quay cïng chiÒu tõ tr−êng. Lóc nµy fr < f1. Khi r«to ®øng yªn th× fr = f1. Nhê thay ®æi tèc ®é ω2 ta cã thÓ thay ®æi tÇn sè ra. ViÖc sö dông còng nh− ®iÒu khiÓn lo¹i nµy rÊt phøc t¹p v× ph¶i sö dông nhiÒu m¸y ®iÖn, diÖn tÝch l¾p ®Æt lín, hiÖu suÊt lµm viÖc thÊp, g©y ån, nÒn mãng ph¶i kiªn cè nªn gi¸ thµnh cao. 2. BiÕn tÇn van: Nguyªn lý lµm viÖc cña biÕn tÇn van lµ dïng c¸c tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ®Ó ®ãng më c¸c van ( ë ®©y th−êng lµ tiristor hay transisto ) biÕn ®æi n¨ng Nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang 27 l−îng ®iÖn xoay chiÒu ë tÇn sè nµy thµnh n¨ng l−îng ®iÖn xoay chiÒu cã tÇn sè kh¸c. BiÕn tÇn van ®−îc chia lµm 2 lo¹i : + BiÕn tÇn trùc tiÕp. + BiÕn tÇn gi¸n tiÕp. BiÕn tÇn van ®−îc øng dông réng r·i v× cã nhiÒu −u ®iÓm nh−: kÝch th−íc nhá nhÑ, kh«ng g©y ån, hÖ sè khuÕch ®¹i c«ng suÊt lín, hiÖu suÊt cao. II. GIíI THIÖU VÒ BIÕN TÇN VAN : 1. BiÕn tÇn trùc tiÕp: ThiÕt bÞ biÕn tÇn trùc tiÕp lµ lo¹i biÕn tÇn cã tÇn sè vµo f1 ®−îc biÕn ®æi thµnh tÇn sè f2 mét c¸ch trùc tiÕp kh«ng ph¶i qua kh©u trung gian f2 = (0 ÷0,5)f1, th−êng dïng cho truyÒn ®éng cã c«ng suÊt lín, tèc ®é lµm viÖc thÊp. §Ó ®¬n gi¶n tr−íc hÕt ta ph©n tÝch s¬ ®å m¹ch lùc cña biÕn tÇn mét pha: Maûch van U~ U~ f1 Hçnh 3.2. Så âäö khäúi vaì så âäö nguyãn lyï ma vanûch læûc bäü biãún táön Zt Lcb Lcb N P Nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang 28 C¸c nhãm van P, N cã thÓ ®−îc ®iÒu khiÓn riªng hoÆc chung. Khi ®iÒu khiÓn riªng th× kh«ng cÇn cuén kh¸ng c©n b»ng. Khi ®iÒu khiÓn chung th× cuén kh¸ng c©n b»ng dïng ®Ó h¹n chÕ dßng ®iÖn c©n b»ng xuÊt hiÖn do sù chªnh lÖch ®iÖn ¸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 nöa chu kú d−¬ng cña ®iÖn ¸p t¶i, nhãm van N t¹o nöa chu kú ©m cña ®iÖn ¸p t¶i. Trong m¹ch ®iÒu khiÓn, ng−êi ta sö dông dÊu cña dßng ®iÖn t¶i ®Ó quyÕt ®Þnh nhãm van nµo ph¶i lµm viÖc. Khi mét nhãm van ®· ®−îc chØ ®Þnh lµm viÖc th× nã lµm viÖc ë chÕ ®é chØnh l−u vµ chÕ ®é nghÞch l−u phô thuéc. U,I t4 t t3 t2 t1 t0 I U Nhoïm NNhoïm P Hçnh 3.3. Caïc giai âoaûn laìm viãûc cuïa caïc nhoïm van bäü biãún táön træûc tiãúp. CL CL Thêi ®iÓm ph¸t xung më cho c¸c Thyristor trong mçi nhãm ph¶i cã ph©n bè sao cho ®iÖn ¸p trªn t¶i lµ phÇn h×nh sin nhÊt vµ gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p ®Çu ra lu«n t−¬ng thÝch víi gi¸ trÞ tøc thêi cña ®iÖn ¸p mong muèn (U=Umsinω2t ). §Ó ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn xoay chiÒu ta dïng bé biÕn tÇn ba pha gåm ba bé biÕn ®æi song song ng−îcS¬ ®å biÕn tÇn trùc tiÕp cã −u ®iÓm lµ hiÖu suÊt cao kh«ng dïng tô chuyÓn m¹ch. Zc ZbZa Hçnh 3.4. Så âäö nguyãn lyï maûch læûc bäü biãún táön træûc tiãúp ba pha cho âäüng cå âiãûn xoay chiãöu ba pha Nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang 29 Nh−îc ®iÓm cña s¬ ®å lµ gam tÇn sè hÑp f2 < 20Hz, ph¶i dïng nhiÒu Thyristor vµ nh¹y c¶m víi biÕn ®éng cña l−íi ®iÖn. 2. BiÕn tÇn gi¸n tiÕp: S¬ ®å cÊu tróc cña m¹ch: Nghëch læu Loü c Chènh læu f1 f1~ ,u1 = = f2 ,f2u2~ H×nh 3.5 : S¬ ®å cÊu tróc cña bé biÕn tÇn gi¸n tiÕp Trong biÕn tÇn nµy ®iÖn ¸p xoay chiÒu ®Çu tiªn ®−îc chuyÓn thµnh mét chiÒu nhê m¹ch chØnh l−u, qua bé läc råi míi biÕn trë l¹i ®iÖn ¸p xoay chiÒu víi tÇn sè f2. §iÖn ¸p ®Çu ra ®−îc ®iÒu chØnh nhê sù thay ®æi gãc th«ng cña c¸c van trong nhãm chØnh l−u hoÆc ®iÒu chÕ ®é réng xung. ViÖc ph¶i biÕn ®æi n¨ng l−îng hai lÇn lµm gi¶m hiÖu suÊt biÕn tÇn song bï l¹i lo¹i biÕn tÇn nµy cho phÐp thay ®æi dÔ dµng tÇn sè f2 kh«ng phô thuéc f1 mµ nã chØ phô thuéc m¹ch ®iÒu khiÓn. Bé biÕn tÇn gi¸n tiÕp nh− ®· nªu ë trªn cã s¬ ®å chøc n¨ng nh− h×nh sau : ~ u1,f1 Chènh læu F ÂK ~ u2,f2 §iÒu khiÓn Nghëch læu Loü c Nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang 30 H×nh 3.6 : S¬ ®å chøc n¨ng bé biÕn tÇn gi¸n tiÕp. Tïy theo tÝnh chÊt cña bé chØnh l−u vµ d¹ng tÝn hiÖu ®Çu ra mµ bé biÕn tÇn ®éc lËp l¹i ®−îc chia ra lµm 2 lo¹i : *Bé biÕn tÇn nguån ¸p (hay lµ bé nghÞch l−u nguån ¸p) *Bé biÕn tÇn nguån dßng (hay lµ bé nghÞch l−u nguån dßng ) III. C¸C PH¦¥NG PH¸P BIÕN TÇN GI¸N TIÕP : A. Bé NGHÞCH L¦U DßNG : 1. Bé nghÞch l−u dßng mét pha: Bé nghÞch l−u nguån dßng th−êng dïng cho c¸c hÖ thèng c«ng suÊt lín, trong ®ã c¸c van b¸n dÉn ®iÒu khiÓn hoµn toµn khi t¶i mang tÝnh c¶m kh¸ng th× cÇn c¸c Diod t¹o thµnh cÇu ng−îc ®Ó cho dßng ®iÖn ph¶n kh¸ng ®i qua khi dÊu cña dßng t¶i ng−îc víi ®iÖn ¸p cuén d©y Ld cã ®iÖn id Ld + - T3 T2 T4 T1 D4 D1 D2 D3 Ii ωt H×nh 3.7. S¬ ®å nguyªn lý m¹ch nghÞch l−u dßng mét pha vµ d¹ng dßng t¶i Nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang 31 c¶m lín ®Ó san b»ng dßng chØnh l−u vµ läc c¸c thµnh phÇn sãng hµi bËc cao. Ld Ho¹t ®éng s¬ ®å: Gi¶ sö T2 vµ T ang dÉn dßng ch¶y tõ B sang A. 4 ® T¹i t = 0 cho më T1 vµ T3 th× T2 vµ T4 bÞ khãa bëi thiÕt bÞ chuyÓn m¹ch. V× dßng kh«ng thÓ thay ®æi ®ét ngét nªn dßng vÉn ch¶y theo chiÒu cò. D1 vµ D3 dÉn, T1 vµ T3 vÉn bÞ khãa. Tõ t1÷t2 th× T1 vµ T3 dÉn nÕu cßn xung ®iÒu khiÓn. Tõ t2÷t4 cho xung më T2 vµ T4, T1, T3 bÞ khãa nh−ng tõ t2÷t3 th× D2, D4 dÉn cßn t3÷t4 th× T2, T4 míi dÉn dßng ®iÖn ¸p ra trªn t¶i cã d¹ng sin ch÷ nhËt "Sinus" nã lµ hµm lÎ chu kú... 2. Bé nghÞch l−u dßng ba pha: Khèi nghÞch l−u dßng dïng ®Ó biÕn ®æi dßng ®iÖn mét chiÒu sau bé läc thµnh dßng ®iÖn xoay chiÒu ®Ó cung cÊp cho ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ba pha . Trong c¸c hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn ®iÒu chØnh th× nghÞch l−u dßng th−êng dïng cho c¸c hÖ thèng c«ng suÊt lín vµ cã s¬ ®å cÇu ba pha, trong ®ã c¸c van b¸n dÉn lµ c¸c van ®iÒu khiÓn hoµn toµn . ë ®©y ta dïng c¸c tiristor . Nguån ®iÖn mét chiÒu Ud th«ng qua cuén d©y cã ®iÖn c¶m lín cung cÊp cho cÇu biÕn tÇn dßng ®iÖn h»ng Id . id + E T1 T3 T Trong cÇu biÕn tÇn , mçi tiristor ®−îc nèi thªm mét diode , gäi lµ diode chÆn. C¸c tiristor ®−îc ®iÒu khiÓn më theo tr×nh tù : 1, 2, 3, 4, 5, 6, 1, ... T4 T6 T D1 D D D4 D6 D R S T C1 C2 C3 C4 C5 C6 - H×nh 3.8 S¬ ®å nguyªn lý bé biÕn tÇn nguån dßng 3 pha A Nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang 32 H×nh 3.9 S¬ ®å ph©n phèi xung cho c¸c Thyristor Nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang 33 T¹i bÊt kú thêi ®iÓm nµo, trõ giai ®o¹n trïng dÉn , chØ cã hai tiristor dÉn dßng . Dßng ®iÖn t¶i cã d¹ng sãng” gÇn sin ch÷ nhËt” gåm hai khèi. C¸c khèi c¸ch nhau mét kho¶ng , tr−êng hîp lý t−ëng , b»ng π /3, trong kho¶ng nµy dßng ®iÖn pha t¶i b»ng 0. C¸c pha stator cña ®éng c¬ lÇn l−ît nhËn c¸c dßng ®iÖn “ sin ch÷ nhËt” lÖch nhau gãc 2 π/3 , t¹o ra tõ tr−êng quay mµ tèc ®é cña nã quyÕt ®Þnh bëi nhÞp ®iÖu cÊp xung ®iÒu khiÓn cÇu biÕn tÇn. §éng c¬ ®iÖn s¶n sinh ra ë c¸c pha c¸c søc ®iÖn ®éng t−¬ng øng tsinU2uR ω= ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −= 3 22 πωtsinUuS ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −= 3 42 πωtsinUuT • Ho¹t ®éng cña bé nghÞch l−u dßng ba pha: Nguån cung cÊp cho nghÞch l−u lµ nguån dßng ®iÖn, nguån ®iÖn mét chiÒu kh«ng phô thuéc vµo tæng trë cña t¶i. §Ó thùc hiÖn ®−îc ®iÒu nµy th−êng th× ®iÖn c¶m Ld ph¶i cã gi¸ trÞ ®ñ lín vµ ph¶i sö dông c¸c m¹ch vßng ®iÒu chØnh dßng ®iÖn . Dßng ®iÖn t¶i cã d¹ng h×nh ch÷ nhËt vµ do tr×nh tù ®ãng c¾t cña c¸c van tõ T1 ®Õn T6 quyÕt ®Þnh. Gi¸ trÞ hiÖu dông cña dßng ®iÖn t¶i: 3 2 ds II = Gi¸ trÞ hiÖu dông cña thµnh phÇn sãng c¬ b¶n dßng ®iÖn trong ph©n tÝch Fourie lµ: π 6 1 ds II = Tõ ®©y ta suy ra: Nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang 34 1 1 cos63 ϕ π d s U U = Khi nghÞch l−u nguån dßng lµm viÖc víi t¶i lµ ®éng c¬ ®iÖn xoay chiÒu th× trªn ®å thÞ ®iÖn ¸p t¶i cã xuÊt hiÖn c¸c xung nhän t¹i c¸c thêi ®iÓm chuyÓn m¹ch dßng ®iÖn gi÷a c¸c pha. Trong thùc tÕ kü thuËt th−êng dïng c¸c van ®iÒu khiÓn kh«ng hoµn toµn v× vËy cÇn cã c¸c m¹ch khãa c−ìng bøc c¸c van ®ang dÉn , ®¶m b¶o chuyÓn m¹ch gi÷a c¸c pha mét c¸ch ch¾c ch¾n trong ph¹m vi ®iÒu chØnh tÇn sè vµ dßng ®iÖn ®ñ réng . Trong s¬ ®å cÇu nµy ngoµi c¸c tiristor lùc T1 ÷T6 cßn sö dông c¸c diode c¸ch ly hay diode chÆn tõ D1 ÷ D6 nh»m ®Ó c¸ch ly gi÷a c¸c tô ®iÖn chuyÓn m¹ch vµ d©y quÊn c¸c pha cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé §K ®Ó chóng kh«ng t¹o thµnh m¹ch céng h−ëng lµm ¶nh h−ëng ®Õn qu¸ tr×nh chuyÓn m¹ch . §Ó xÐt sù ho¹t ®éng cña bé nghÞch l−u dßng ba pha nµy ta xÐt qu¸ tr×nh chuyÓn dßng ®iÖn tõ pha R sang pha S , vµ tõ pha T sang pha R . Nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang 35 H×nh 3.11 S¬ ®å chuyÓn m¹ch tõ pha R sang pha S SU T 1 D 1 D 4 T 4 C 1 C 2 C 3 A I d T 3 D 3 D 6 T 6 T 5 D 5 D 2 C' T 2 C 4 C 6 B C A' B' C 5 U R U T R S T ~ ~~ t π 2π 2π 2π_ π/3 t t E d i R 0 i S 0 i T 0 Nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang 36 * ChuyÓn dßng ®iÖn tõ pha R sang pha S: Gi¶ thiÕt T1, D1, D2 vµ T2 ®ang më cho dßng ch¶y qua. Dßng ®iÖn Id ch¶y vµo t¶i pha R vµ tõ t¶i pha T ch¶y ra. Lóc nµy , ®iÖn ¸p trªn c¸c tô ®iÖn nh− sau: 01 Uuu BAC == 02 == BCC uu 03 Uuu CAC −== Khi t = t1 , cho xung ®iÒu khiÓn më T3 .Tiristor nµy më , ®Æt ®iÖn ¸p uBA=-U0 lªn T1 ®Ó kho¸ T1 . Dßng ®iÖn Id , tõ nguån , lËp tøc chuyÓn qua T3 , råi rÏ thµnh hai nh¸nh . Nh¸nh thø nhÊt , IC1 = 2 Id / 3 , n¹p ®iÖn cho C1 ; nh¸nh thø hai , IC2 = IC3 = Id /3 n¹p ®iÖn cho C2 nèi tiÕp C3 . Dßng ®iÖn hai nh¸nh hîp l¹i ch¶y qua D1 ®Ó vµo t¶i pha R råi ra ra t¶i pha T qua D2 vµ T2 ®Ó trë vÒ nguån .Tô ®iÖn C1 vµ C3 ®−îc n¹p ng−îc so víi tr−íc ®ã. Lóc nµy (t=t1) ,D3 vÉn ch−a dÉn dßng . Trong m¹ch vßng BARSB ta cã ph−¬ng tr×nh: RSCD uuu += 13 Khi t≥ t2, uD3≥0, diode D3 b¾t ®Çu dÉn dßng . Dßng Is tõ zero t¨ng dÇn ®Õn trÞ Id cßn dßng IR tõ trÞ Id gi¶m dÇn xuèng zero .Khi t = t3 , kÕt thóc qu¸ tr×nh chuyÓn m¹ch . Lóc nµy T3 vµ T2 dÉn dßng : UBA= -U0 , UCB= U0 , UCA=0. • ChuyÓn dßng ®iÖn tõ pha T sang pha R Lóc nµy T2 vµ T3 ®ang dÉn dßng , ta cã : UA’B’=0 , UB’C’=U0 , UC’A’= -U0 . Khi t=t4 , cho xung ®iÒu khiÓn më T4 . Tiristor nµy ®Æt ®iÖn ¸p - U0 lªn T2 ®Ó kho¸ T2 . Dßng ®iÖn Id ch¶y qua D2 , chia thµnh hai nh¸nh .Nh¸nh Nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang 37 thø nhÊt IC5= IC4 =Id /3 n¹p ®iÖn cho C5 vµ C4 . Nh¸nh thø hai ,IC6=2 Id /3 n¹p ®iÖn cho C6 Lóc nµy (t=t4), D4 vÉn ch−a dÉn dßng . Trong m¹ch vßng A’C’TRA’ ta cã ph−¬ng tr×nh : RTCD uuu += 64 Khi t≥ t5 , uD4 ≥ 0, diode D4 b¾t ®Çu dÉn dßng . Dßng IR t¨ng dÇn ®Õn trÞ Id , cßn dßng IT tõ trÞ Id gi¶m xuèng zero .Khi t = t6 , kÕt thóc qu¸ tr×nh chuyÓn m¹ch. Lóc nµy T3 vµ T4 dÉn dßng: UB’A’ = U0 , UC’B’ = 0 , UC’A’ = U0 . Khi sö dông s¬ ®å biÕn tÇn dßng ba pha ®Ó ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ kh«ng ®ång bé, trÞ cùc ®¹i cña mæi tô ®iÖn chuyÓn m¹ch cã thÓ ®−îc tÝnh theo c«ng thøc sau: 2 20209106660 ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ −⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ +≈ L I.f U,L. f.U f.I,,C mn m maxm nm max trong ®ã : fn- tÇn sè ®Þnh møc; fmax -tÇn sè cùc ®¹i ; Im- dßng ®iÖn tõ ho¸ , [ ]21 ϕcos.II nm −= In- dßng ®iÖn ®Þnh møc cña ®éng c¬ ®iÖn ; L - ®iÖn c¶m t¶n mét pha (stator + roto); Um -biªn ®é cùc ®¹i cña ®iÖn ¸p d©y. B. NGHÞCH L¦U NGUåN ¸P : Nguyenvanbientbd47@gmail.com Bé biÕn tÇn nguån ¸p hay lµ bé nghÞch l−− ®iÖn ¸p cã ®Æt ®iÓm lµ d¹ng ®iÖn ¸p ra t¶i ®−îc ®Þnh h×nh s½n, cßn d¹ng dßng ®iÖn t¶i l¹i phô thuéc tÝnh chÊt t¶i. Nguån cÊp ®iÖn cho bé biÕn tÇn ph¶i lµ nguån søc ®iÖn ®éng víi néi trë nhá. NÕu sö dông chØnh l−u lµm nguån cho bé nghÞch l−u ®éc lËp th× cÇn ph¶i m¾c thªm mét tô ®iÖn C0 ë ®Çu vµo nghÞch l−u ®Ó mét mÆt ®¶m b¶o ®iÖn ¸p nguån Ýt bÞ thay ®æi, mÆt kh¸c ®Ó trao ®æi n¨ng l−îng ph¶n kh¸ng víi ®iÖn c¶m t¶i ( víi t¶i R hoÆc ®éng c¬ ®iÖn ) . §iÖn ¸p ra cña bé nghÞch l−u ®éc lËp kh«ng cã d¹ng h×nh sin nh− mong muèn mµ ®a sè lµ d¹ng xung ch÷ nhËt . §Ó ®¸nh gi¸ sãng hµi cña ®iÖn ¸p ra ng−êi ta th−êng dïng hÖ sè sau: 1U U K qq = trong ®ã Uq , U1 lµ trÞ hiÖu dông cña sãng hµi bËc q vµ bËc 1 ( sãng c¬ b¶n ) . C¸c van b¸n dÉn dïng trong bé nghÞch l−u ®éc lËp cã thÓ lµ tiristor hoÆc c¸c transisto ( bipolar , MOSFET, IGBT) , nh−ng phï hîp vµ −u viÖc h¬n c¶ lµ dïng transisto do ®ã ng−êi ta tr¸nh dïng tiristor . C¸c s¬ ®å nghÞch l−u ®éc lËp phÇn lín cã d¹ng t−¬ng tù nh− ë m¹ch chØnh l−u , th«ng dông nhÊt lµ c¸c s¬ ®å cÇu . V× vËy d−íi ®©y chØ xem xÐt s¬ ®å bé nghÞch l−u ®éc lËp lo¹i cÇu dïng van ®iÒu khiÓn khoa 1. Bé nghÞch l−u ¸p cÇu mét pha: Trang 38 + - i d Zt U T1 c i t D1 D4 D2 D3 T1 T1 T3 U BE T1,T3 U BE T2,T4 U tit iT i id t t t t t t 0 C 42TT31TT Nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang 39 S¬ ®å nghÞch l−u ®iÖn ¸p mét pha nh− h×nh gåm cã 4 van T1,T2,T3 ,T4 vµ c¸c diode chÆn t−¬ng øng D1,D2 ,D3,D4 .C¸c van T1 ÷ T4 ®−îc ®iÒu khiÓn theo cÆp T1,T3 vµ T2, T4 lÖch pha nhau mét gãc 180 0 . ë n÷a chu kú ®Çu ®iÒu khiÓn më T1,T3 , ®iÖn ¸p nguån sÏ ®Æt lªn t¶i víi cùc tÝnh nh− trªn h×nh (dÊu trªn) .Ta cã : ut = EN Dßng ®iÖn ch¶y tõ cùc d−¬ng nguån qua T1 - Zt - T3 vÒ cùc ©m cña nguån. §Õn thêi ®iÓm T/2 hoÆc π ta ®¶o tr¹ng th¸i ®iÒu khiÓn cho T1 T3 vµ T2 T4 dÉn. Nh−ng do t¶i cã tÝnh c¶m nªn dßng ®iÖn kh«ng ®¶o chiÒu ngay ®−îc. N¨ng l−îng lÝch lòy ë ®iÖn c¶m sÏ duy tr× dßng ®iÖn theo chiÒu cò , lóc ®ã dßng ®iÖn buét ph¶i tho¸t qua c¸c diode D2 , D4 vÒ nguån theo ®−êng D2 , cùc d−¬ng EN , qua nguån EN xuèng cùc ©m ( hoÆc qua tô Co ) -D4 ( mét phÇn dßng t¶i sÏ qua T2, T4 theo chiÒu ng−îc) . Nh− vËy , do D2 , D4 vµ T2 , T4 dÉn , ®iÖn ¸p ra t¶i ®¶o cùc tÝnh ngay ( dÊu d−íi ) nªn lóc nµy ut = - EN , song dßng ®iÖn it vÉn duy tr× chiÒu cò cho ®Õn thêi ®iÓm t2 míi ®¶o chiÒu. §Õn ®iÓm 2π l¹i ®¶o tr¹ng th¸i, qu¸ tr×nh diÓn ra t−¬ng tù , dßng sÏ duy tr× chiÒu cò mét ®o¹n b»ng t1 nhê c¸c van D1, D3 , T1, T3 råi míi ®¶o chiÒu . Qua mét chu kú t¶i nhËn ®−îc ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn lµ xoay chiÒu , ®©y chÝnh lµ nguyªn lý nghÞch l−u . §Ó x¸c ®Þnh quy luËt biÕn thiªn cña dßng t¶i ta cã thÓ sö dông c¸c ph−¬ng ph¸p gi¶i m¹ch t−¬ng tù khi ph©n tÝch c¸c bé ®iÒu chØnh xung ¸p mét chiÒu : Víi hµm ¶nh Laplace t¸c ®éng trong m¹ch lµ : ( ) 2/ 2/ 1 1 1 1)( pT pT NpT tpT e e p Edtetu e pU − − − − + −=−= ∫ Ta suy ra biÓu thøc dßng ®iÖn t¶i : ( ) ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ +−= − − τ τ 2/ / 1 21 T t N t e e R E ti víi τ =L/R .BiÓu thøc nµy hay ®−îc viÕt d−íi d¹ng : ( ) ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ + −−= 30 1 /21 a QeItit θ Nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang 40 trong ®ã R EI N=0 gäi lµ dßng c¬ së. R LQ .ω= víi ω lµ tÇn sè gãc vµ T πω 2= ; Qea 3/1−= Khi ®· cã biÓu thøc dßng ®iÖn t¶i it ta x¸c ®Þnh c¸c ®−îc tham sè kh¸c cña s¬ ®å Dßng ®iÖn t¶i cùc ®¹i ®−îc x¸c ®Þnh : 3 3 0max 1 1 2 a aITiI t + −=⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= trÞ hiÖu dông cña dßng t¶i ®−îc x¸c ®Þnh : ( ) ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ + −+=⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡= ∫ 112121 3 3 0 0 a aQIdiI tt πθθπ π Thêi ®iÓm dßng t¶i vÒ ®Õn 0 t−¬ng øng víi ( ) 01 =θti lµ : 31 1 2ln. a Q +=θ Tõ ®©y cã dßng trung b×nh qua van ®iÒu khiÓn : ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ + −−== ∫ QaaIdiI tT 3 3 1 0 1 1 1 2 )( 2 1 θππθθθπ π TrÞ hiÖu dông cña dßng nµy lµ : ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ + −−−= ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡= ∫ Qa aaIdiI thdT )1(2 2321).(21 3 63 10 2 θππθθπ C¸c trÞ sè t−¬ng øng cña dßng qua diode : ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −+ −== ∫ 13301 0 1 1 2 )( 2 1 θπθθ θ π Qa aIdiI tD ( ) ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −+ −+= 13 63 0 12 321 2 1 θπ Qa aaII hdD Dßng ®iÖn tiªu thô tõ nguån EN lµ: Nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang 41 ( ) ( )( ) ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ + −+== ∫ 11211 3 3 0 a aQIdiI td πθθπ C«ng suÊt höu Ých t¶i tiªu thô tõ nguån : ( )( ) ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ + −+== 1 121 3 3 0 a aQIEIEP NdNd π C«ng suÊt biÓu kiÕn lÊy tõ nguån : ( )( ) ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ + −+== 1 121 3 3 0 a aQIEIUS Ntt π Suy ra hÖ sè c«ng suÊt : ( )( ) ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ + −+= 1 121 3 3 a aQ S P π Ph©n tÝch d¹ng ut thµnh d·y Fourier ta cã trÞ sè hiÖu dông cña sãng hµi bËc q lµ : ( )[ ]qNq qEU 11−= π Nh− vËy sãng hµi chØ cã c¸c bËc lÏ vµ cã hÖ sè : qU U K qq 1 1 == Tr−êng hîp dïng m¹ch chØnh l−u lµm nguån cho bé nghÞch l−u ®iÖn ¸p ,do tÝnh chÊt chØ cho dßng ®iÖn ch¹y theo chiÒu x¸c ®Þnh , ®Ó ®¶m b¶o qu¸ tr×nh phãng ®iÖn vÒ nguån cÇn cã mét tô ®iÖn Co ë ®Çu vµo bé nghÞch l−u ®iÖn ¸p. XuÊt ph¸t tõ quy ®Þnh vÒ ®é æn ®Þnh ®iÖn ¸p nguån vµ ®é qu¸ ¸p cho phÐp trªn tô ΔUc kh«ng nªn qu¸ 10 % vµ cho r»ng toµn bé ®é dao ®éng dßng ®iÖn t¶i do tô Co g¸nh chÞu , ta rót ra ®−îc trÞ sè ®iÖn dung cÇn cã : ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ +−+ − ∆≥ −− − ττ ττ 2/2/ 2/ 0 1 2ln 1 1 . TT T C N ee e UR E C BiÓu thøc trªn cho thÊy víi tÇn sè lµm viÖc cµng thÊp cÇn cã Co lín h¬n gi¸ trÞ gi¸ trÞ Co lín nhÊt khi tÇn så f → 0 vµ b»ng : ( ) C d C d UR E UR E C ∆≈−∆= . . 293,02ln1 .max0 ττ Qua biÓu thøc Uq vµ Kq ta thÊy biªn ®é c¸c sãng hµi bËc thÊp kh¸ lín so víi sãng hµi c¬ b¶n .§èi víi t¶i lµ ®éng c¬ ®iÖn th× ®iÒu nµy hoµn toµn Nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang 42 kh«ng mong muèn .V× vËy ng−êi ta cè g¾ng lo¹i trõ c¸c sãng hµi bËc thÊp. 2. NghÞch l−u ¸p ba pha: a.S¬ ®å nguyªn lÝ : Ho¹t ®éng cña s¬ ®å: Nguyªn t¾t ho¹t ®éng cña bé nghÞch l−u ¸p ba pha dùa trªn nguyªn lÝ ho¹t ®éng cña bé nghÞch l−u ¸p mét pha. ë bé nghÞch l−u ¸p ba pha cã tÊt c¶ s¸u van c¸c van lÎ S1, S3, S5 n»m ë phÝa trªn cßn c¸c van ch½n S2, S4, S6 n»m ë phÝa d−íi, hai van trong cïng mét pha th× kh«ng ®ång thêi dÉn nghÜa lµ van nµy dÉn th× van kia sÏ khãa vµ ng−îc l¹i. §Ó cã dßng ch¹y qua t¶i th× nÕu cã mét nhãm van cã chØ sè lÎ b¾t buét ph¶i cã Ýt nhÊt mét van thuéc nhãm ch½n dÉn.. H×nh 3. 14 : S¬ ®å nguyªn lý m¹ch nghÞch l−u ¸pba pha NÕu van cã chØ sè thuéc nhãm lÎ th«ng hoÆc Diod ng−îc ®i kÌm nã th«ng th× ®iÖn ¸p ®Çu ra t−¬ng øng cña pha ®ã víi ®iÓm kh«ng lµ Ud/2. Ng−îc l¹i nÕu van cã chØ sè ch½n th«ng hoÆc Diod ®i kÌm víi nã dÉn th× ®iÖn ¸p ®Çu ra cña pha ®ã ®èi víi ®iÓm kh«ng lµ -Ud/2. Ta cã: U10 - U30 UZ31 U30 - U20 UZ23 = = U20 - U10 UZ12 = 0321 1331 3223 2112 =++ −= −= −= ZZZ ZZZ ZZZ ZZZ UUU UUU UUU UUU + VR1 S1 VR3 3 S VR5 S5 - VR4 S4 V S V S1 UZ31 2 3 UZ12 Nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang 43 ( ) ( ) ( )23313 12132 31131 31 31 31 ZZZ ZZZ ZZZ UU/U UU/U UU/U −= −= −= ⇒ T Ud 2Ud/3 Ud/3 T/ 2 Uz1 Uz2 Uz3 Uz1 H×nh 3. 15 : D¹ng ®iÖn ra trªn t¶i sau bé nghÞch l−u. §iÖn ¸p d©y vµ ®iÖn ¸p pha nh− sau: Khai triÓn Furie ®iÖn ¸p d©y vµ ®iÖn ¸p pha: ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +++= ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −−−= tSintSintSintSinuu tSintSintSintSinuu dA dAB ωωωωπ ωωωωπ 11 11 1 7 7 1 5 5 12 11 11 1 7 7 1 5 5 132 Nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang 44 TÇn sè ®iÖn ¸p ra cã thÓ ®−îc thay ®æi b»ng c¸ch thay ®æi nhÞp ®iÖu ®ãng c¾t cña c¸c van trong bé nghÞch l−u. IV. C¸C PH¦¥NG PH¸P §IÒU CHØNH §IÖN ¸P TR£N T¶I : Khi ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ b»ng c¸ch thay ®æi tÇn sè th× ph¶i thay ®æi c¶ ®iÖn ¸p ®Æt vµo ®éng c¬. §iÖn ¸p cã thÓ ®−îc ®iÒu chØnh b»ng c¸c ph−¬ng ph¸p sau: + §iÒu chØnh biªn ®é ®iÖn ¸p mét chiÒu b»ng bé chØnh l−u cã ®iÒu khiÓn hoÆc b»ng bé b¨m xung. + §iÒu chØnh thêi gian ®ãng, më cña c¸c van. 1. §iÒu chØnh biªn ®é cña ®iÖn ¸p mét chiÒu b»ng chØnh l−u cã ®iÒu khiÓn hoÆc b»ng bé b¨m xung: a. §iÒu chØnh biªn ®é cña ®iÖn ¸p mét chiÒu b»ng chØnh l−u cã ®iÒu khiÓn: §Ó ®iÒu chØnh ®−îc gi¸ trÞ trung b×nh ®iÖn ¸p cña bé chØnh l−u ta thay ®æi gãc më α cña c¸c van. Do ®ã thay ®æi ®−îc Uf. + Khi t¨ng α th× Ud gi¶m vµ ng−îc l¹i. VÝ dô s¬ ®å chØnh l−u cã ®iÒu khiÓn h×nh cÊu b»ng c¸c Thyristor ®−îc cho xung më theo thø tù T1, T2, T3, T4, T5, T6, T1.Mçi thêi ®iÓm cã 2 Thyristor më c¸c xung ®iÒu khiÓn lÖch nhau π/3. Kho¶ng dÉn cña c¸c van lµ 2π/3. Trong mçi nhãm (T1,T3, T5 vµ T2, T4, T6) khi mét Thyristor më nã sÏ khãa ngay Thyristor dÉn dßng tr−íc ®ã. απ cosVUd 2 63= Gi¸ trÞ trung b×nh ®iÖn ¸p trªn t¶i: nÕu α = π/2 th× Ud = 0. Nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang 45 Nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang 46 H×nh 3.16. S¬ ®å nguyªn lý vµ d¹ng sãng chØnh l−u cÇu 3 pha cã ®iÒu khiÓn a) S¬ ®å b) D¹ng sãng khi gãc më nhá c) D¹ng sãng khi gãc më lín Nguyenvanbientbd47@gmail.com DrZt Lc Dc Ta TpC - +b. §iÒu chØnh biªn ®é ®iÖn ¸p mét chiÒu b»ng bé b¨m xung: Bé b¨m ®iÖn ¸p mét chiÒu gåm cã: Tp: Thyristor chÝnh; Thyristor phô; Lc ®iÒu chØnh; C lµ phÇn tö chuyÓn m¹ch; Dr lµ Diod hoµn n¨ng l−îng. Khi Tp më th× Uf = V, tô C phãng ®iÖn vµ ®−îc n¹p theo chiÒu ng−îc víi cùc tÝnh nh− h×nh vÏ. Hçnh 3.17. Så âäö nguyãn lyï maûch bàm âiãûn aïp Khi ta më th× Tp bÞ khãa Uf = 0. Ut V t T1 THçnh 3.18. Chu kyì xung âiãöu khiãøn måí Thyristor Gäi T lµ chu k× b¨m T = T1 + T2. T1 = αT lµ thêi gian ®ãng m¹ch cña Tp. T2=T-T1 lµ thêi gian hë m¹ch. α = T1/T lµ tØ sè chu k×. Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p t¶i: Uf = αV. VËy b»ng c¸ch biÕn ®æi tØ sè chu k× α (T = Const) cã thÓ ®iÒu chØnh ®−îc gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p ra. 2. §iÒu chØnh thêi gian ®ãng ng¾t cña c¸c van ®Ó thay ®é réng xung: §Ó lµm ®−îc ®iÒu nµy ng−êi ta t×m c¸ch x©y dùng trong nghÞch l−u nh÷ng chuyÓn m¹ch phô sao cho ®iÖn ¸p t¶i sÏ cã mét ®o¹n b»ng kh«ng. VÝ dô ®èi víi bé nghÞch l−u ¸p ba pha: trong mét kho¶ng θ = π/3 ta chia thµnh hai kho¶ng α vµ β. Trong kho¶ng th× hai van ë nhãm nµy vµ mét van ë nhãm kia dÉn nh− b×nh th−êng, nh−ng trong kho¶ng β th× c¶ ba Trang 47Hçnh 3.19. Giaín âäö âiãû ï t íi 2π π 2π/ Ufa T4 T5 T6 T3 T4 T5 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T6 T1 T2 α T5 T6 T1 Nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang 48 van trong mét nhãm cïng dÉn ®Ó ®iÖn ¸p pha t¶i trong kho¶ng nµy b»ng kh«ng. 3. §iÒu biÕn ®é réng xung (PWM): Ph−¬ng ph¸p ®iÒu biÕn ®é réng xung cho phÐp võa ®iÒu chØnh ®−îc ®iÖn ¸p ra võa gi¶m nhá ®−îc ¶nh h−ëng cña c¸c sãng hµi bËc cao. §Ó x¸c ®Þnh kho¶ng ph¸t xung chïm ®iÒu khiÓn c¸c van, ta t¹o ra mét sãng d¹ng Sin Ur cã tÇn sè b»ng tÇn sè mong muèn gäi lµ sãng ®iÒu biÕn. Dïng mét kh©u so s¸nh Ur vµ Up , c¸c giao ®iÓm cña hai sãng nµy x¸c ®Þnh kho¶ng ph¸t xung. TØ sè gi÷a biªn ®é sãng ®iÒu biÕn vµ biªn ®é sãng mang gäi lµ tØ sè ®iÒu biªn. M = Ar/Ap §Ó ®iÒu chØnh ®é réng xung tøc lµ ta ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p ra trªn t¶i ta ®iÒu chØnh Ar. §iÒu biÕn ®é réng xung ®−îc chia thµnh hai lo¹i: - §iÒu biÕn ®é réng xung ®¬n cùc. - §iÒu biÕn ®é réng xung l−ìng cùc. a. §iÒu biÕn ®é réng xung ®¬n cùc (h×nh 3.20a). §iÖn ¸p ra trªn t¶i lµ mét chuæi xung, ®é réng kh¸c nhau, cã trÞ sè 0 vµ ± E. Nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang 49 Ut Ur U π 2π θ a θ a2π π H×nh 3.20a. D¹ng ®iÖn ¸p ra cña ®iÒu chÕ ®é réng xung®¬n cùc b. §iÒu biÕn ®é réng xung l−ìng cùc (h×nh3.20b). §iÖn ¸p ra trªn t¶i lµ mét chuçi xung, ®é réng kh¸c nhau, cã trÞ sè ± E. Nguyenvanbientbd47@gmail.com Trang 50 π 2π θ a θ a 2π π E- u E+ Ut Ur U H×nh 3.20b. D¹ng ®iÖn ¸p ra cña ®iÒu chÕ ®é réng xung l−ìng cùc

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfBộ Biến tần.pdf
Tài liệu liên quan