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
23 trang |
Chia sẻ: aloso | Lượt xem: 2624 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Giáo trình Biến tần - Chương 3: Tổng quan về các loại biến tần, để xem tài liệu hoàn chỉnh 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 Â
~
f1=
const
BTK
ÂK1
U1
CKF CKÂ
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
iÂ
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:
- Giáo trình biến tần.pdf