Giáo trình Biến tần - Chương 3: Tổng quan về các loại biến tần

Ph-ơng pháp điều biến độ rộng xung cho phép vừa điều chỉnh đ-ợc điện áp ra vừa giảm nhỏ đ-ợc ảnh h-ởng 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 sốmong muốn gọi làsóng điều biến. Dùng một khâu so sánh Ur vàUp , các giao điểm của hai sóng này xác định khoảng phát xung. Tỉ số giữa biên độ sóng điều biến vàbiên độ sóng mang gọi làtỉ số điều biên. M = A r/A p Để điều chỉnh độ rộng xung tức làta điều chỉnh điện áp ra trên tải ta điều chỉnh Ar. Điều biến độ rộng xung đ-ợc chia thành hai loại: - Điều biến độ rộng xung đơn cực. - Điều biến độ rộng xung l-ỡng cực. a. Điều biến độ rộng xung đơn cực (hình 3.20a). Điện áp ra trên tải làmột chuổi xung, độ rộng khác nhau, có trị số 0 và ± E

pdf23 trang | Chia sẻ: aloso | Ngày: 27/02/2014 | Lượt xem: 1782 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Giáo trình Biến tần - Chương 3: Tổng quan về các loại biến tần, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
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: Nguyªn lý chung cña lo¹i biÕn tÇn nμy lμ dïng m¸y ®iÖn xoay chiÒu lμm nguån ®iÖn cã tÇn sè biÕn ®æi. 1 0 20 ffr ω ωω ±= ω2 = Var f1= const ~ ÂF F  ~ f1= const BTK ÂK1 U1 CKF CK f1 = Var 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. Trang 25 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 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: P N L cb L cb Zt Maûch van U~ U~ f1 f Hçnh 3.2. Så âäö khäúi vaì så âäö nguyãn lyï maûch læûc bäü biãún táön van Trang 26 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. Nhoïm NNhoïm P U I t0 t1 t2 t3 t4 t U,I CL CL NL Hçnh 3.3. Caïc giai âoaûn laìm viãûc cuïa caïc nhoïm van bäü biãún táön træûc 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−îc. Trang 27 S¬ ®å biÕn tÇn trùc tiÕp cã −u ®iÓm lμ hiÖu suÊt cao kh«ng dïng tô chuyÓn m¹ch. 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. Z a Zb Zc Hçnh 3.4. Så âäö nguyãn lyï maûch læûc bäü biãún táön træûc tiãúp ba pha cho âäüng cå âiãûn xoay chiãöu ba pha 2. BiÕn tÇn gi¸n tiÕp: S¬ ®å cÊu tróc cña m¹ch: f1 f1 ~ ,u1 = = f2 ,u2 ~ f2 Chènh Nghëch Loü 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 : læu læuc Trang 28~ uB1B,f B1B F ~ u B2B,f B2B Chènh læu Loü c Nghëch læu ÂK 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 c¶m lín ®Ó san b»ng Ld id D1 D4 T1 T4 T2 T3 D2 D3 + - ωt i I Trang 29 H×nh 3.7. S¬ ®å nguyªn lý m¹ch nghÞch l−u dßng mét pha vμ d¹ng dßng t¶i dßng chØnh l−u vμ läc c¸c thμnh phÇn sãng hμi bËc cao. Ho¹t ®éng s¬ ®å: Gi¶ sö T2 vμ T4 ®ang dÉn dßng ch¶y tõ B sang A. T¹i t = 0 cho më T1 vμ T3 th× T2 vμ T4 bÞ khãa bëi thiÕt bÞ chuyÓn m¹ch. V× dßng kh g thÓ thay ®æi ®ét ngét nªn dßng vÉn ch¶y theo chiÒu cò. D L «n 1 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 . 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, ... + E d i T T d 1 3 T T T4 6 T D 1 D D D D 4 6 D R 1 2 3 C4 C5 6 - S T C C C C H×nh 3.8 S¬ ®å nguyªn lý bé biÕn tÇn nguån dßng 3 pha Trang 30 A H×nh 3.9 S¬ ®å ph©n phèi xung cho c¸c Thyristor Trang 31 H×nh 3.10 S¬ ®å dßng ®iÖn trªn c¸c pha t¶i 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 = Trang 32 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: 1 1 cos63 ϕ π d s UU = 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 . Trang 33 H×nh 3.11 S¬ ®å chuyÓn m¹ch tõ pha R sang pha S T 1 D 1 D 4 T 4 C 1 C 2 C 3 A I d E d T 3 D 3 D 6 T 6 T 5 D 5 D 2 T 2 C 4 C 6 B C A' B' C' C 5 U S U R U T R S T ~ ~ ~ i R i S i T 0 0 0 2π 2π_ 2π π π/3 t t t Trang 34 H×nh 3.12 S¬ ®å ®iÖn ¸p vμ dßng ®iÖn ®i qua c¸c phÇn tö cña m¹ch vμ c¸c . pha trong qu¸ tr×nh chuyÓn m¹ch * 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 Trang 35 Khi t t≥ 2, 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 : UAB=0 , UBC=U0 , UCA= -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 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 ACTRA ta cã ph−¬ng tr×nh : RTCD uuu += 64 Khi t t≥ 5 , uD4 0, diode D≥ 4 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: UBA = U0 , UCB = 0 , UCA = 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 ; Trang 36 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 : 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: + - i d Zt Uc i t D1 D4 D2 D3 T1 T1 T1 T3 U BE T1,T3 U BE T2,T4 U t , it iT i t t t t t Trang 37 T1T3 T2T4 C 0 H×nh 3 .13 : S¬ ®å bé nghÞch l−u ®iÖn ¸p mét pha vμ d¹ng sãng ®iÖn ¸p , dßng ®iÖn 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 1800 . 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 E dtetu 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 : Trang 38 ( ) ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ + −−= 30 1 /21 a QeItit θ 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: ( ) ( )( ) ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ + −+== ∫ 11211 3 3 0 a aQIdiI td πθθπ Trang 39 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 Δ Uc 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 : ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ +−+ − Δ≥ −− − 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 EC Δ≈−Δ= . . 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 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 Trang 40 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.. + VR1 S1 VR3 S3 VR5 S5 - VR4 S4 VR6 S6 VR2 S2 1 UZ31 2 3 UZ12 U 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 ( ) ( ) ( )23313 12132 31131 31 31 31 ZZZ ZZZ ZZZ UU/U UU/U UU/U −= −= −= ⇒ U z1 U z2 U z3 UB z1 2Ud/3 Ud/3 UBdB T/ 2 T Trang 41 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 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. Gi¸ trÞ trung b×nh ®iÖn ¸p trªn t¶i: Trang 42 απ cosVUd 2= 63 nÕu α = π/2 th× Ud = 0. Trang 43 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 Trang 44 + - C Tp T a D c L c Zt Dr Hçnh 3.17. Så âäö nguyãn lyï maûch bàm âiãûn aïp 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. Khi ta më th× Tp bÞ khãa Uf = 0. Ut V t T1 Gäi T lμ chu k× b¨m T = T1 + T2. T1 = αT lμ thêi gian ®ãng m¹ch cña Tp. THçnh 3.18. Chu kyì xung âiãöu khiãøn måí Thyristor 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 van trong mét nhãm cïng dÉn ®Ó ®iÖn ¸p pha t¶i trong kho¶ng nμy b»ng kh«ng. U T1 T2 T3 T2 T3 T4 T3 T4 T5 T4 T5 T6 α T5 T6 T1 T6 T1 T2 Trang 45 fa 2π/ π 2π Hçnh 3.19. Giaín âäö âiãûn aïp taíi 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. Ut Ur U π 2π θ a π 2π θ a Trang 46 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. Ut Ur U π 2π θ a π 2π θ a E+ u E- H×nh 3.20b. D¹ng ®iÖn ¸p ra cña ®iÒu chÕ ®é réng xung l−ìng cùc Trang 47

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfGiáo trình biến tần.pdf
Tài liệu liên quan