Bộ Biến tần

[email protected] 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: [email protected] 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 [email protected] 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 [email protected] 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 [email protected] 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 [email protected] 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 [email protected] 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 [email protected] Trang 32 H×nh 3.9 S¬ ®å ph©n phèi xung cho c¸c Thyristor [email protected] 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: [email protected] 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 . [email protected] 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 [email protected] 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 [email protected] 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 : [email protected] 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 [email protected] 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 [email protected] 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: [email protected] 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 [email protected] 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 [email protected] 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 [email protected] 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. [email protected] Trang 45 [email protected] 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 [email protected] 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 [email protected] 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. [email protected] 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. [email protected] 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