đồ án điện tử công suất

đồ án biến tần

Chương I:

Tổng quan về động cơ không đồng bộ.

I Khái niệm chung :

Động cơ không đồng bộ là máy điện xoay chiều , làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ , có tốc độ n của rotor khác với tốc độ từ trường quay trong động cơ n1 Động cơ đồng bộ được

sử dụng rộng rãi trong sản xuất và trong sinh hoạt vì chể tạo đơn giản , giá thành rẻ , độ tin cậy cao , vận hành đơn giản , hiệu suất cao và hầu như không bảo trì Gần đây do kỹ thuật điện tử phát triển , nên động cơ không đồng bộ đã đáp ứng được yêu cầu điều chỉnh tốc độ vì vậy động cơ không đồng bộ càng được sử dụng rộng rãi hơn Dãy công suất của nó rất rộng từ vài W đến hàng ngàn kW Hầu hết là động cơ ba pha , có một số động cơ công suất nhỏ là một pha

II Cấu tạo động cơ không đồng bộ :

Cấu tạo động cơ không đồng bộ gồm hai bộ phận chính là stator

và rotor , ngoài ra còn có vỏ máy , nắp máy và trục máy Trục máy làm bằng thép , trên đó gắn rotor , ổ bi và phía cuối có gắn một quạt gió đẻ làm mát máy doc trục

a.Stator: gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn , ngoài ra còn có vỏ máy và nắp máy

+ Lõi thép : lõi thép có dạng hình trụ , làm bằng các lá thép kỹ thuật điện , được dập rảnh trong rồi ghép lại với nhau tạo thành các rảnh theo hướng trục Lõi thép được ép vào trong vỏ máy

+Dây quấn stator : dây quấn stator thuờng được làm bằng dây đồng có bọc cách điện và đặt trong các rảnh của lõi thép Dòng điện xaoy chiều ba pha chạy qua dây quấn ba pha stator sẽ tạo nên từ trườngquay

+Vỏ máy :vỏ máy gồm thân và nắp làm bằng gang

b.Rotor: rotor gồm lõi thép, dây quấn và trục máy

+Lõi thép : lõi thép rotor gồm các lá thép kỹ thuật điện được lấy từ phần bên trong của lõi thép stator ghép lại , mặt ngoài dập rảnh

để đặt dây quấn , ở giữa có dập lỗ để lắp trục

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

1

+Trục: trục của động cơ không đồng bộ làm bằng thép , trên cógắn lõi thép rotor

+Dây quấn :dây quấn động cơ không đồng bộ có hai kiểu :

rotor ngắn mạch còn gọi là rotor lồng sóc và rotor dây quấn

Rotor lồng sóc gồm các thanh đồng hoặc thanh nhôm đặt trong rảnh và bị ngắn mạch bởi hai vành ngắn mạch ở hai đầu Với động cơ nhỏ, dây quấn rotor được đúc nguyên khối thành thanh dẫn , vành ngắn mạch, cánh tản nhiệt và cánh quạt làm mát Các động cơ công suất trên 100

kW thanh dẫn làm bằng đồng được đặt vào các rãnh rotor và gắn chặt vàovành ngắn mạch

Rotor dây quấn cũng như dây quấn stator và có cùng số đôi cực

từ như dây quấn stator Dây quấn kiểu này luôn đấu kiểu sao và ba đầu

ra đấu vào ba vành trượt , gắn vào trục quay của rotor và cách điện với trục Ba chổi than cố định và luôn tỳ trên vành trượt này để dẫn điện vào một biến trở cũng nối sao nằm ngoài động cơ để khởi động hoặc điều chỉnh tốc độ

III.Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ :

Khi dòng điện ba pha chạy trong dây quấn stator thì trong khe

hở không khí xuất hiện từ trường quay với tốc độ n1=60f1/p ( f1 là tần

số lưới điện , p là số đôi cực từ của máy , n1 là từ trường quay ) Từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch đặt trên lõi sắt rotor , làm cảm ứng trên rotor các sđđ E2 Do rotor kín mạch nên trong dây quấn rotor có dòng điện I2 chạy qua Từ thông do dòng điệnnày sinh ra hợp với từ thông của stator tạo thành từ thông tổng ở khe

hở Dòng điện này trong dây quấn rotor tác dụng với từ thông khe hở sinh ra momen Tác dụng có quan hệ mật thiết với tốc độ n của rotor Trong những phạm vi tốc độ khác nhau thì chế độ làm việc của động

cơ cũng khác nhau

IV Phân loại động cơ không đồng bộ:

a.Phân theo kết cấu vỏ máy :

+ Hệ số công suất định mứccos 

VI Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ :

Trước đây, nếu có yêu cầu điều chỉnh tốc độ caothường dùng động cơ điện một chiều Nhưng ngày naynhờ kỹ thuật điện tử phát triễn nên việc điều chỉnhtốc độ động cơ không đồng bộ không gặp khó khănmấy với yêu cầu phạm vi điều chỉnh, độ bằng phẳngkhi điều chỉnh và năng lượng tiêu thụ

Ta thấy các phương pháp điều chỉnh chủ yếu có thểthực hiện :

+ Trên stato : Thay đổi điện áp U đưa vào dây quấn

stato, thay đổi số đôi cực từ p dây quấn stato và thayđổi tần số f nguồn điện

+ Trên rôto : Thay đổi điện trở rôto, nối cấp hoặc đưa

sđđ phụ vào rôto

a.Điều chỉnh tốc độ bằng câch thay đổi điện âp:

Ta đã biết, hệ số trượt tới hạn sm không phụ thuộcvào điện áp Theo (14.40) và (14.43), nếu r’2 không đổi thìkhi giảm điện áp nguồn U1, hệ số trượt tới hạn sm sẽkhông đổi còn Mmax giảm tỉ lệ với Vậy họ đặc tính thayđổi như hình (14.7) làm cho tốc độ thay đổi theo Phươngpháp nầy chỉ thực hiện khi máy mang tải, còn khi máykhông tải giảm điện áp nguồn, tốc độ gần như khôngđổi

b) Điều chỉnh tốc độ bằng câch thay đổi tần số nguồn:

ĐỒ ÂN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

3

Hình I.1 Điều chỉnh tốc độ bằng câch thay đổi điện âp nguồn

a) Sơ đồ mạch động lực b) Đặc tính cơ theo điện âp

Với điều kiện năng lực quá tải không đổi, có thể tìm

ra được quan hệ giữa điện áp U1, tần số f1 và mômen M.Trong công thức về mômen cực đại, khi bỏ qua điện trởr1 thì mômen cực đại có thể viết thành :

Trong đó C là một hệ số

Giả thiết U’1 và M’ là điện áp và mômen lúc tần số f1’,căn cứ vào điều kiện năng lực quá tải không đổi, ta có :

Tóm lại, khi thay đổi tần số f1, ta phải đồng thời thayđổi U1 đưa vào động cơ Trường hợp U1/f = Cte và tần sốgiảm có đặc tính cơ như hình 14.7b, cách điều chỉnh nàycó các đặc tính thích hợp với loại tải cần MC = Cte khivận tốc thay đổi

c) Thay đổi tốc độ bằng câch điều chỉnh điện trở Roto :

ĐỒ ÂN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

5Hình I.2 Sơ đồ điều chỉnh tốc độ bằng câch thay đổi tần số nguồn

a) Sơ đồ khối .b) Đặc tính U/f không đổi

Thay đổi điện trở dây quấn rôto, bằng cách mắc thêmbiến trở ba pha vào mạch rôto của động cơ rôto dây quấnnhư hình 14.15a

Do biến trở điều chỉnh phải làm việc lâu dài nên cókích thước lớn hơn biến trở khởi động Họ đặc tính cơcủa ĐK rôto dây quấn khi dùng biến trở điều chỉnh tốcđộ trên hình 14.15b Khi tăng điện trở, tốc độ quay củađộng cơ giảm

Tần số đóng cắt và điện trở tương đương của mạchBĐX :

Phương pháp nầy gây tổn hao trong biến trở nên làmhiệu suất động cơ giảm Tuy vậy, đây là phương phápkhá đơn giản, tốc độ được điều chỉnh liên tục trongphạm vi tương đối rộng nên được dùng nhiều trong cácđộng cơ công suất cở trung bình

Hình I.3Điều chỉnh tốc độ động cơ roto dđy quấn bằng câch thay đổi điện trở roto.

a) Sơ đồ điều chỉnh.b) Đặc tính c)Sơ đồ mạch hở d)Sơ đồ mạch kín.d) Điều chỉnh tốc độ bằng câch nối cấp trả năng lượng về nguồn:

Năng lượng trượt tần số f2 = sf1 lẽ ra tiêu hao trên điệntrở phụ được chỉnh lưu thành năng lượng một chiều(hình 15.9), sau đó qua bộ nghịch lưu được biến đổithành năng lượng xoay chiều tần số f trả về nguồn Quan hệ giữa hệ số trượt s và góc mở α của thyristor :

 Điện áp ra của chỉnh lưu cầu ba pha :

 Điện áp ra của nghịch cầu

ĐỒ ÂN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

7

Hình I.4 Sơ đồ điều chỉnh tốc độ bằng cách nối cấp trả năng lượng về nguồn

Chương II:

TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

I.ĐIÔT CÔNG SUẤT

1.CẤU TẠO:

Hình a:cấu tạo của Điôt Hình b:kí hiệu của ĐiôtĐiôt công suất là linh kiện bán dẫn công suất có hai cực , được cấu tạo bởi 1 lớp bán dẫn N và 1 lớp bán dẫn P ghép lại

2.NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC

Hình a:sự phân cực thuận Điôt Hình b: sự phân cực ngược ĐiôtKhi đặt Điôt công suất dưới điện áp nguồn U có cực như hình vẽ,chiều của điện trường ngoài ngược chiều với điện trường nội tại E i Thông thường U>

i

E thì dòng điện chạy trong mạch ,tạo nên điện áp rơi trên Điôt khoảng 0.7V khi dòng điện là định mức Vậy sự phân cực thuận hạ thấp barie điện thế Ta nói mặt ghép PN được phân cực thuận

Khi đổi chiều điện áp đặt vào Điôt , điện trường ngoài sẽ tác động cùng chiều với điện trường nội tại E i.Điện trường tổng cản trở sự di chuyển của các điện tích đa số Các điện tử của vùng N di chuyển thẳng về cực dương của nguồn

U làm cho điện thế vùng N đã cao lại càng cao hơn so với vùng P.Vì thế vùng chuyển tiếp ngày càng rộng ra ,không có dòng điện chạy qua mặt ghép P-N.Ta gọi mặt ghép P-N bị phân cực ngược Nếu tiếp tục tăng U, các điện tích được gia tốc, gây nên sự va chạm dây chuyền làm Barie điện thế bị đánh thủng

Đặc tính Vôn-Ampe của Điôt công suất được biểu diễn gần đúng bằng biểu thức : I = IS [ exp (eU/kT) – 1 ]

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

d

N P

( a )

+ U

E i

Trong đó:

-Is :dòng điện rò ,khoảng vài chục mA

- e = 1,59.10- 19 Coulomb

-k = 1,38.10- 23 : hằng số Bolzmann

- T = 273 + t0 : Nhiệt độ tuyệt đối (0 K)

- t0 : Nhiệt độ của môi trường (0 C)

-U: điện áp đặt trên Điôt (V)

Hình 2.3 Đặc tính Vôn-Ampe của Điôt :Gồm 2 nhánh :

-nhánh thuận-nhánh ngược Khi Điôt được phân cực thuận dưới điện áp U thì Barie điện thế E i giảm xuống gần bằng 0.Tăng ,lúc đầu dòng tăng từ từ cho đến khi U lớn hơn khoảng 0.1V thì I tăng một cách nhanh chóng , đường đặc tính có dạng hàm mũ

Tương tự ,khi phân cực ngược cho Điôt ,tăng U ,dòng điện ngược tăng từ

từ khi U lớn hơn 0.1V dòng điện ngược dừng lại cỡ vài chục mA và được kí hiệu là I s dòngI s là do các hạt dẫn thiểu số tạo nên Nếu tiếp tục tăng U thì các hạt dẫn thiểu số di chuuyển càng dể dàng hơn ,tốc độ di chuyển tỉ lệ thuận với điện trường tổng hợp , động năng của chúng tăng lên Khi U  = U z thì sự

va chạm giữa các điện tích thiểu số di chuyển với tốc độ cao sẽ bẻ gãy các liên kết nguyên tử silic trong vùng chuyển tiếp xuất hiện các điện tử tự do mới Rồi những điện tích tự do mới này chịu sự tăng tốc của điện trường tổng hợp lại tiếp tục bắn phá các nguyên tử silic kết quả tạo phản ứng dây chuyền tạo làm cho dòng điện ngược tăng lên ào ào và sẽ phá hỏng Điôt.Do đó để bảo vệ Điôt ta chỉ cho chúng làm việc với giá trị điện áp :U=(0.7-0.8) U z

Các thông số kỉ thuật để chọn Điôt :

-Dòng điện định mức I dm(A)-Điện áp ngược cực đại : Ungmax ( V )

- Đi ện áp rơi trên Điôt U ( V )

Transitor công suất có cấu trúc và ký hiệu như sau:

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

( a )

E B

C

N P P

N

C B E

( b )

( b ) ( a )

E

I C B

U BE

I E

C I

B

U CE

E   B

C

a.cấu trúc b.ký hiệu

2.Nguyên lý hoạt động

Điện thế U BE phân cực thuận là nguyên nhân làm cho vùng phát E phóngđiện tử vào vùng P (cực B) Hầu hết các điện tử (electron) sau khi qua vùng B rồiqua tiếp mối nối thứ hai phía bên phải hướng tới vùng N (cực thu),khoảng 1% được giữ lại ở vùng B Các lỗ trống vùng nền di chuyển vào vùng phát

Dòng điện đo được trong vùng phát gọi là dòng phát I E

Dòng I Cgồm 2 thành phần:

- Thành phần thứ nhất (thành phần chính )là tỉ lệ của hạt electron từ cựcphát tới cực thu Tỷ lệ này phụ thuộc cấu trúc của transitor và là hằng

số được tính trước đối với từng transitor riêng biệt Hằng số đã được định nghĩa là  Vậy thành phần chính của I C= I E

- Thành phần thứ hai là thành phần qua mối nối B-C ở chế độ phân cực ngược lại khi I E=0.Dòng này được gọi là dòng I CBO dòng này rất nhỏ

Vậy dòng qua cực thu I C = I E+I CBO

*Các thông số của transitor công suất :

-I C:dòng colectơ mà transitor chịu được

-U CES:điện áp U CE khi transitor dẫn bão hoà

-U CEO: điện áp U CE khi mạch Bazơ để hở

-U CEX:điện áp U CEkhi mach bazơ bị khoá bởi điện áp âm

-t on :thời gian cần thiết để điện áp U CE giảm từ U xu ống giá trịUCESat  0

- tf: thời gian cần thiết để iC từ giá trị IC giảm xuống 0

- tS: Thời gian cần thiết để UCE từ giá trị UCESat tăng đến giá trị điện áp nguồn U

- P: Công suất tiêu tán bên trong transitor P = UBE.IB + UCE.IC

I C

I

E

Colecto r Emiter

C

C E

E N

- Khi transitor ở trạng thái mở: IB = 0, IC = 0 nên P = 0.

- Khi transistor ở trạng thái đĩng: UCE = UCESat

Trong thực tế transitor thường được cho làm việc ở chế độ khố IB = 0,

IC = 0,transitor được coi như hở mạch Nhưng với giá trị gốc ở trạng thái cĩ giá trị bão hồ., thì transitor về trạng thái đĩng hồn tồn Transitor là linh kiện phụ thuộc nên cần phối hợp dịng điện gốc và dịng điện gĩp Ở trạng thái bão hồ để duy trì khả năng điều khiển và để tránh điện tích ở cực gốc quá lớn,dịng điện gốc ban đầu phải cao để chuyển sang trạng thái dẫn nhanh chĩng , Ở trạng thái khố dịng diện gốc phải giảm cùng quy luậtvới dịng điện gĩp để tránh hiện tượng chọc thủng thứ cấp

Hinh 2.7: a) Trạng thái ngắn mạch hay đĩng mạch I B lớn, I C do tải giới hạn

b) Trạng thái hở mạch I B = 0.

Các tổn hao chuyển mạch của transitor cĩ thể lớn Trong lúc chuyển mạch , điện

áp trên các cực và dịng điện của transitor cùng lớn Tích của dịng điện và điện

áp cùng với thời gian chuyển mạch tạo nên tổn hao năng lượng trong quá trình chuyển mạch Cơng suất tổn hao chính xác do chuyển mạch là hàm số của các

thơng số của mạch phụ tải và dạng biến thiên của dịng điện gốc

*Đặc tính tĩnh của transitor: UCE = f (IC).

Để cho khi transitor đĩng , điện áp sụt bên trong cĩ giá trị nhỏ ,người ta phải cho nĩ làm việc ở chế độ bão hồ , tức là IB ph ải đủ lớn để IC cho điện áp UCE nhỏ nhất

Ở chế độ bão hồ điện áp sụt trong transitor cơng suất bằng 0.5 đến 1V trong khi

đĩ của tiristo là 1.5V

3 Ứng dụng của transitor cơng suất

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT

13

( b ) ( a )

I C

U CE b

Vùng bão hồ hòa

U CE

I C

Transitor công suất dùng để đóng cắt dòng điện một chiều có cường độ lớn Tuy nhiên trong thực tế Transitor thường cho làm việc ở chế độ khoá

IB = 0, IC = 0: transitor coi như hở mạch

III.TRANSITOR MOS CÔNG SUẤT

Transitor trường FET được chế tạo theo công nghệ MOS (metal semiconductor) thường được sử dụng như những chuyển mạch có công suất lớn.Khác với transitor lưỡng cực được điều khiển bằng dòng điện ,transitor MOSđược điều khiển bằng điện áp Transitor MOS gồm các cực chính :cực máng (drain ),cực nguồn (source)và cửa Gate(G).Dòng điện máng - nguồn được điều khiển bằng điện áp cửa - nguồn

–oxid- Transitor MOS công suất

Hình2.10 a)Họ đặc tính ra

b)ký hiệu thông thường kênh NTransitor MOS là loại chuuyển mạch nhanh Với điện áp 100V tổn hao dẫn ở chúng lớn hơn ở transitor lưỡng cực và tiristo ,nhưng tổn hao chuyển mạch nhỏ hơn nhiều Hệ số nhiệt điện trở của transitor MOS là dương Dòng điện và điện

áp cho phép của transitor MOS lớn hơn transitor lưỡng cực và tiristo

IV.TRANSITOR TRƯỜNG LƯỠNG CỰC CỔNG CÁCH LY IGBT

Transitor trường lưỡng cực cổng cách ly IGBT là một linh kiện bán dẫn công suất trong đó phối hợp hai transitor lưỡng cực PNP,NPN và một MOSFET có cấu trúc như hình vẽ:

điện

máng

Điện trở hằng số

Điện áp máng - nguồn

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

15

Q2 NPN

Q1 PNP

ge

V

C

EG

Vùng N nhận các điện tử của êmitơ và lỗ của colectơ , điện trở suất của nó sẽ giảm đi và điện trở biểu kiến của nó nhỏ hơn điên trở của MOSFET ,do vậy vùng N sẽ không được bơm thêm các lỗ.

b)Dập tắt IGBT

việc dẫn bằng các hạt thiểu số có ưu điểm làm giảm điện áp rơi ở trạng thái dẫn ,nhưng có nhược điểm làm tăng thời gian dập tắt ,do đó hạn chế tần số làm việc cho phép của IGBT

Khi triệt tiêu tính hiệu điều khiển trên cổng ,dòng điện I C được tắt theo hai giai đoạn :

-Đầu tiên các kênh biến mất và MOSFET bị khoá một cách nhanh chóng ,điều này làm cho i cbước đầu giảm đi Tiếp theo các hạt dư thừa của vùng N

sẽ tái hợp dần và dòng điện i c sẽ giảm chậm

-Chuyển tiếp côlectơ-Bazơ của transitor này có một điện dung ký sinh làm cho cực của nó có một điện áp gần bằng điện áp máng-nguồn của MOSFET đầu vào

H2.11 Đặc tính tĩnh của IGBT

c I

t0

GE V

t0

Ở thời điểm dập tắt ,nếu điện áp máng - nguồn này giảm quá nhanh dòng điện qua điện dung kí sinh gửi tới R sẽ phóng và có thể đưa transitor vào trạng thái dẫn

Để IGBT có thể được điều khiển lại bằng cổng G thì i c phải giảm dưới mức duy trì thác Việc giảm hệ số khuyếch đại của các transitor NPN và PNP có thê tránh được hiện tượng này Giảm hệ số khuyếch đại cua transitor PNP làm tăng điện áp rơi thuận của IGBT do đó tốt hơn là nên giảm hệ số khuyếch đại của transitor NPNbằng cách sử dụng lớp đệm và khuyếch tán sâu P

2.Các thông số của IGBT

-Điện áp khoá côlectơ – êmitơ V CES:là điện áp côlectơ-êmitơ cực đại ở trạng thái khoá khi cổng và êmitơ ngắn mạch

-Điện áp cổng –êmitơ V GES:là điện áp cổng –êmitơ cho phép khi côlectơ ngắn mạch với êmitơ

-Dòng điện côlectơ một chiều i c

-Dòng điện đỉnh côlectơ lặp lại I CM :là dòng điện cực đại quá độ

mà IGBT có thể chịu được ,có trị số cao hơn i c

-Công suất tiêu tán cực đại P M

-Nhiệt độ chuyển tiếp T j:là nhiệt độ cho phép của chuyển tiếp khilàm việc

-Thời gian trễ mở t doff

-Thời gian giảm t f

-Điện dung vào C ies

- Điện dung ra C res

- Điện dung truyền đạt ngược : C res

-Diện tích làm việc an toàn SOA

về nguyên tắc biến tần có thể làm việc với bất kỳ nguồn điện áp xoay chiều nào

II Phân loại biến tần :

Dựa vào nguyên lý hoạt động của nó người ta chia làm hai loại : Biến tần trực tiếp và biến tần gián tiếp

là chuyển ngay ra tải U(f2) vì vậy hiệu suất của bộ biến tần này lớn

Tuy nhiên cấu trúc trúc của bộ biến tần này phức tạp ,gồm nhiều van nên vấn

đề điều khiển gặp nhiều khó khăn , nó chỉ thích hợp cho truyền động điện có công suất lớn ,tốc độ làm việc thấp ,vì việc tần số f2 ở đầu ra phụ thuộc và f1

H3.1 Sơ đồ nguên lý biến tần trực tiếp dùng Thyristo

2.Biến tần gián tiếp :

Biến tần gián tiếp hay còn gọi là biến tần có khâu trung gian một chiều Gồm

bộ chỉnh lưu để biến đổi nguồn xoay chiều thành một chiều sau đó lại dùng

bộ chỉnh lưu để biến đổi nguồn một chiều thành nguồn xoay chiều Khâu trung gian một chiều đóng vai trò một kho tích lũy năng lượng dưới dạng nguồn áp dùng tụ điện hoặc nguồn dòng dùng cuộn cảm ,tạo ra một khâu cách ly nhất định giữa phụ tải và nguồn điện áp lưới

Tùy thuộc khâu trung gian làm việc trong chế độ nguồn dòng hay nguồn áp

mà biến tần được chia ra làm ba loại chính :

- Biến tần nguồn dòng

- Biến tần nguồn áp với nguồn có điều khiển

- Biến tần nguồn áp với nguồn không điều khiển (sử dụng nghịch lưu áp biến điệu bề rộng xung)

a biến tần nguồn dòng :

Biến tần nguồn dòng dùng chỉnh lưu có điều khiển ,nghịch lưu thyristo

H3.2 Sơ đồ nguyên lý biến tần nguồn dòng

Trên sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển cùng với cuộn cảm tạo nên nguồn dòng cung cấp nghịch lưu Nghịch lưu ở đây là sơ đồ nguồn dòng song song Hệ thống tụ chuyển mạch được cách ly với tải qua hệ thống điôt cách ly Dòng ra

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

19

Ztải

M

nghịch lưu có dangjxung chữ nhật ,điện áp ra có dạng tương đối sin nếu phụ tải là động cơ.

chiều Với công suất nhỏ thì sơ đồ này không phù hợp vì hiệu suất kém và cồng kềnh nhưng với công suất trên 100kW thì đây là một phương án hiệu quả

Nhược điểm :

Có hệ số công suất nhỏ và phụ thuộc vào tải nhất là khi tải nhỏ

b Biến tần nguồn áp :với nguồn có điều khiển

a)

b)

h3.3 sơ đồ nguyên lý biến tần nguồn áp với nguồn có điều khiển

a)Chỉnh lưu có điều khiển

b)Dùng chỉnh lưu không điều khiển và bộ biến đổi xung áp một chiều

Biến tần nguồn áp loại này dùng nghịch lưu nguồn áp với đầu vào một chiều điều khiển được Điện áp một chiều cung cấp có thể dùng chỉnh lưu có điều khiển hoặc không điều khiển sau đó điều chỉnh nhờ bộ biến đổi xung áp một chiều Với phương án 2 thì hệ số công suất của sơ đồ sẽ không đổi ,không phụ thuộc vào tải Tuy nhiên khi đó sơ đồ sẽ qua nhiều khâu biến đổi và hiệu suất sẽ kém do đó chỉ phù hợp với tải nhỏ dưới 30kW

Biến tần nguồn áp có dạng điện áp ra xung chữ nhật ,biên độ được điều chỉnhnhờ thay đổi điện áp một chiều Hình dạng và giá trị điện áp ra không phụ thuộc vào tải ,dòng điện do tải xác định Điện áp ra có độ méo phi tuyến lớn ,có thể không phù hợp với 1 số loại tải

c Biến tần nguồn áp biến điệu bề rộng xung :

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

21

H3.4 sơ đồ nguyên lý biến tần nguồn áp biến điệu bề rộng xung

Biến tần loại này dùng chỉnh lưu không điều khiển ở đầu vào Điện áp và tần

số ở đầu ra sẽ hoàn toàn do phần nghịch lưu xác định nghịch lưu thường sử dụng các van điều khiển hoàn toàn như GTO ,IGBT,BJT công suất …IGBT và BJT công suất được sử dụng cho biến tần công suất tới 300kW ,điện

áo lưới đầu vào đến 690V.Tần số sóng mang thường đến 12 kHz đối với công suất đến 55kW ,với công suất lớn hơn tần số này bị giới hạn dưới 3kHz ( IGBT sẽ được giới thiệu kỹ hơn ở phần sau).

GTO được sử dụng cho các biến tần công suất trên 300kW ,điện áp lưới đến 690V ,tần số sóng mang 1 kHz

Tần số đóng cắt cao hơn trong biến điệu bề rộng xung tạo ra điện áp đầu ra gần như sin hoặc chỉ cần những lọc LC đơn giản là có thể tạo ra điện áp hình sin tuyệt đối

Vì sử dụng chỉnh lưu không điều khiển ở đầu vào nên hệ số công suất của sơ

đồ gần như bằng 1( cỡ 0,98) và không phụ thuộc vào phụ tải Tuy nhiên ở thời điểm đóng điện ban đầu dòng nạp cho tụ một chiều có thể có giá trị rất lớn ,cần phải được hạn chế

3.Các phương pháp thông dụng điều khiển bộ nghịch lưu áp :

Có nhiều phương pháp để điều chế tạo ra điện áp và tần số mong muốn để điều khiển động cơ Trong chương này ta khái quát 2 phương pháp thường dùng nhất là :

-Phương pháp điều chế độ rộng xung (SinPWM)

-Phương pháp điều chế vector không gian (Space Vector)

a.Phương pháp điều chế độ rộng xung (SinPWM)

Để tạo ra một điện áp xoay chiều bằng phương pháp SINPWM, ta sử dụng một tín hiệuxung tam giác tần số cao đem so sánh với một điện áp sin chuẩn

có tần số f Nếu đem xung điều khiển này cấp cho một bộ biến tần một pha thì đó ngõ ra sẽ thu được một dạng điện áp dạng điều rộng xung có tần số bằng với tần số nguồn sin mẫu và biên độ hài bậc nhất phụ thuộc vào nguồnđiện một chiều cung cấp và tỉ số giữa biên độ sóng sin mẫu và sóng

mang.Tần số sóng mang phải lớn hơn tần số của sóng sin mẫu Sau đây là hình vẽ miêu tả nguyên lý

của phương pháp điều rộng sin một pha:

H2.5 Nguyên lý của phương pháp điều chế độ rộng xung

Khi Vcontrol>Vtri thì VAO = Vdc/2

Khi Vcontrol< Vtri thì VAO = -Vdc/2

Như vậy, để tạo ra nguồn điện 3 pha dạng điều rộng xung, ta cần có nguồn sin 3 pha mẫu và giãn đồ kích đóng của 3 pha sẽ được biểu diển như hình

vẽ dưới đây:

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

23

Ta cần tính được biên độ hài bậc nhất của điện áp ngõ ra từ tì số biên

độ giữa sóng mang và sóng tam giác Ta có công thức sau tính biên độ của hài bậc nhất:

2

DC t

U k

I-BỘ NGHỊCH LƯU:

Như đã giới thiệu trong phần tổng quan về biến tần ,đối với những động cơ có

công suất nhỏ dưới 30kW (động cơ của ta có công suất là 1kW ) phù hợp nhất ta dùng bộ biến tần nguồn áp với nguồn có điều khiển(dùng chỉnh lưu không điều khiển ,điện áp một chiều cấp cho nghịch lưu điều khiển nhờ bộ băm) ,điều khiển theo phương pháp biến điệu bề rộng xung Van bán dẫn dùng trong bộ nghịch

lưu có thể là BJT công suất ,IGBT, GTO Ở đây ta dùng IGBT

1.Sơ đồ nguyên lý và quá trình chuyển mạch :

H4.1 Sơ đồ nguyên lí của bộ nghịch lưu

Tụ C0 đảm bảo nguồn là nguồn áp và để tiếp nhận năng lượng phản kháng từ tải.Phương pháp điều khiển các van IGBT thông thường nhất là điều khiển cho góc

mở của van là   180ovà   120o Ở đây ta xét góc dẫn với tải đấu sao như

thiết băng cách xác định điện áp trên tải trong từng khoản thời gian 600 (vì cứ 600

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT