đồ án THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ 1 PHA THEO PHƯƠNG PHÁP TẦN SỐ

Hình 1.4 Nguyên lý làm việc của động cơ điện không đồng bộ một phaNếu ta quay roto của động cơ điện theo một chiều nào đó ví dụ quay theo chiều quay của từ trường dây quấn A như Hình b v

GVHD: Đỗ Công Thắng 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG

YÊN KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ 1 PHA THEO

PHƯƠNG PHÁP TẦN SỐ

Giảng viên hướng dẫn : Đỗ Công Thắng

Khoa Điện_Điện Tfí ĐH SPKT Hưng Yên

Yêu cầu :

đm

- Có bảo vệ quá tải và ngắn mạch

Khoa Điện_Điện Tfí ĐH SPKT Hưng Yên

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Hưng Yên, Ngày Tháng Năm 2021 Giáo viên hướng dẫn

Đỗ Công Thắng

Khoa Điện_Điện Tfí ĐH SPKT Hưng Yên

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, điện tfí công suất đã và đang đóng một vai trò rất quan trọng trong quá trình công nghiệp hoá đất nước Sự fíng dụng của điện tfí công suất trong các hệ thống truyền động điện là rất lớn bởi sự nhỏ gọn của các phần tfí bán dẫn và việc dễ dàng tự động hoá cho các quá trình sản xuất Các hệ thống truyền động điều khiển bởi điện tfí công suất đem lại hiệu suất cao Kích thước, diện tích lắp đặt giảm đi rất nhiều so với các hệ truyền động thông thường như: khuếch đại từ, máy phát - động cơ

Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, trong nội dung môn học Điện tfí công suất chúng em

đã được giao thực hiện đề tài: “Thiết kế mạch điều chỉnh tốc độ động cơ 1 pha theo phương pháp điều chỉnh tần số”

Với sự hướng dẫn của thầy Đỗ Công Thắng, chúng em đã tiến hành nghiên cfíu và

thưc hiện đề tài.

Trong quá trình thực hiện đề tài do khả năng và kiến thfíc thực tế có hạn nên không tránh khỏi sai sót, kính mong thầy cô đóng góp ý kiến để đề tài của chúng em được hoàn thiện hơn.

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

Nhóm sinh viên thực hiện : Hoàng Huy Huynh Phạm Đfíc Hải

Khoa Điện_Điện Tfí ĐH SPKT Hưng Yên

MỤC LỤC

BỘ

GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN 1

KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 1

1

ĐỒ ÁN 1

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ 1 PHA THEO PHƯƠNG PHÁP TẦN SỐ 1

1

1

Năm học : 2022-2023 1

MỤC LỤC 5

CHƯƠNG I : ĐỘNG CƠ 1 PHA 6

1.1 Điều khiển tốc độ quay động cơ xoay chiều 6

1.1.1 Khái quát về động cơ không đồng bộ 6

1.1.2 Động cơ không đồng bộ một pha 11

1.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 14

a Điều chỉnh điện áp đặt vào stator của động cơ 15

b Điều khiển công suất trượt mạch rotor 15

c Điều khiển điện trở mạch rotor 15

d Điều khiển tần số điện áp nguồn cung cấp cho động cơ 16

2.1 Biến tần áp 19

2.1.1 Định nghĩa chung về biến tần 19

Hình 2.2 Sơ đồ biến tần gián tiếp 19

2.2 Mạch nghịch lưu một pha nguồn dòng dùng máy biến áp có điểm giữa 23

a) đồ Sơ nguyên lý 23

b) Nguyên lý làm việc 23

2.3 Mạch nghịch lưu nguồn dòng dùng sơ đồ cầu H 23

b) Nguyên lý làm việc 24

c) Dạng sóng dòng điện, điện áp trong mạch 25

2.4 Nghịch lưu độc lập nguồn áp một pha 26

a) đồ Sơ nguyên lý 26

b) Nguyên lý làm việc 26

c) Dạng sóng dòng điện, điện áp trong mạch 27

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MẠCH NGHỊCH LƯU ÁP 1 PHA 28

Sơ đồ khối toàn mạch 28

28

3.1.Tính chọn máy biến áp 1 pha tần số 50Hz 28

3.2.Mạch động lực 31

3.2.1 MOSFET công suất IRF 3205 31

34

Khoa Điện_Điện Tfí ĐH SPKT Hưng Yên

3.3.1 Sơ đồ chân 34

3.3.2 Tính toán tần số đầu ra của mạch điều khiển 36

3.4.Mạch cách ly 38

CHƯƠNG 4: KHẢO SÁT THỰC TẾ 42

CHƯƠNG I : ĐỘNG CƠ 1 PHA 1.1 Điều khiển tốc độ quay động cơ xoay chiều

1.1.1 Khái quát về động cơ không đồng bộ

Động cơ không đồng bộ được sfí dụng một cách rộng rãi trong công nghiệp

và chiếm tỷ lệ lớn so với các loại động cơ khác Sở dĩ như vậy là do động

cơ không đồng bộ có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vận hành an toàn, sfí dụng nguồn trực tiếp từ lưới điện Trước đây các hệ truyền động có điều chỉnh tốc độ sfí dụng động cơ không đồng bộ chiếm tỷ lệ rất nhỏ do khó khăn trong việc điều chỉnh tốc độ Trong thời gian gần đây với sự phát triển như vũ bão của kỹ thuật điện tfí, động cơ không đồng bộ đã được khai thác triệt để các ưu điểm của nó và dần dần thay thế cho động cơ điện một chiều trong các hệ truyền động

hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý động cơ không đồng bộ

Khoa Điện_Điện Tfí ĐH SPKT Hưng Yên

Động cơ không đồng bộ có cấu tạo gồm hai phần stator và rotor Phần cảm(stator) có các dây quấn được đặt vào các rãnh của lõi thép và được cách điện vớilõi thép Phần fíng (rotor) được chia làm hai loại chính là: rotor dây quấn và rotorlồng sóc Động cơ không đồng bộ rotor dây quấn có kết cấu giống như dây quấnstator Đặc điểm của loại động cơ không đồng bộ rotor

8GVHD: Đỗ Công Thắng

dây quấn là có thể thông qua chổi than đưa điện trở phụ vào mạch điện rotor đểcải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tốc độ hoặc cải thiện hệ số công suất củamáy Động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc thì kết cấu rất khác với dây quấnstator Trong rãnh của lõi thép rotor người ta đặt vào thanh dẫn bằng đồng haynhôm được nối với nhau bằng vòng ngắn mạch Dây quấn lồng sóc không cầncách điện với lõi sắt

Động cơ không đồng bộ làm việc theo nguyên lý từ trường quay Khi ta đưadòng điện xoay chiều vào dây quấn stator của động cơ không đồng bộ thì trongdây quấn stator sẽ sinh ra một từ trường quay với tốc độ n1

trong đó f1 là tần số nguồn cung cấp; p là số đôi cực của stato Từ trường này sẽquét qua dây quấn rotor và cảm fíng trên nó một sfíc điện động cảm fíng e21 Khidây quấn rotor được nối kín mạch nó sẽ sinh ra một dòng điện I2 Từ thông dodòng điện stator và dòng điện rotor tạo nên đó là từ thông khe hở không khí giữastator và rotor Sự tương tác giữa từ thông này và dòng điện rotor tạo ra mômenquay Mq Nếu mômen Mq > Mc thì roto sẽ quay (Mc là mômen cản)

Gọi tốc độ quay của rotor là n thì n luôn nhỏ hơn tốc độ của từ trường quay

n1, ví khi n = n1 lúc đó e21 = 0; I2 = 0; Mq = 0 rotor sẽ giảm tốc độ Để đánh giá sựkhác nhau giữa n và n1 ta đưa ra khái niệm về độ trượt s

n - n

s = 1

n

1

Khi bắt đầu mở máy n = 0 nên s = 0, khi n ≈ n1 độ trượt s ≈ 0 Trong chế độ động

cơ 0 < n < n1 do đó 0 < s < 1 Trong chế độ máy phát ta phải quay rotor với n > n1

do đó - ∞ < s < 0 Ngoài ra khi quay rotor với tốc độ n bất kì nhưng ngược chiều

từ trường n1 lúc đó máy điện không đồng bộ làm việc ở chế độ

hãm điện từ 1 < s < + ∞ Như vậy chế độ làm việc của máy điện không đồng bộ có

Khoa Điện_Điện Tfí ĐH SPKT Hưng Yên

thể biiêủ diễn trên thang độ trượt như hình sau:

Người ta chia động cơ không đồng bộ làm hai loại chính là: động cơ rotordây quấn và động cơ rotor lồng sóc Với kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, cóđặc tính làm việc tốt, song đặc tính mở máy của động cơ rotor lồng sóc lại khôngđược như của động cơ rotor dây quấn Tuy nhiên với sự phát triển mạnh mẽ của

kỹ thuật điện từ bán dẫn đã cho phép thực hiện thành công các kỹ thuật điều khiểnphfíc tạp đối với loại động cơ rotor lồng sóc Vì lý do ấy động cơ không đồng bộrotor lồng sóc ngày nay được sfí dụng một cách rộng rãi trong các hệ truyền độngcông nghiệp

Quan hệ điện từ trong động cơ điện không đồng bộ

Ta có phương trình cân bằng điện áp viết cho dây quấn stator:

Trên dây quấn rotor:

,

.

U 1 E1+I1

là điện trở stator và rotor đã quy đổi về mạch

x1 và x ’ là điện kháng tản stator và rotor đã quy đổi về mạch stator;

5

2

Hình 1.2 Sơ đồ thay thế động cơ không đồng bộ

Công suất điện từ và mô men điện từ

Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ω = f(M)

Từ phương trình mô men của động cơ (1.3) ta xây dựng được đường đặctính cơ của động cơ đó là quan hệ giữa tốc độ và mô men của động cơ như hình

vẽ sau:

Hình 1.3 Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ

Đường đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ đạt cực đại tại điểm có:

Đối với động cơ có công suất lớn r1<<x1+x ’ lúc này ta có thể bỏ qua r1

nghĩa là r1 = asth= 0 suy ra:

Động cơ không đồng bộ một pha thường được sfí dụng trong các dụng cụ,thiết bị sinh hoạt và trong công nghiệp Công suất của động cơ từ vài oát đến vàitrăm oát và nối vào lưới điện xoay chiều một pha Stato động cơ

s

2

s

So với động cơ điện không đồng bộ ba pha cùng kích thước, công suất củađộng cơ điện một pha chỉ bằng 70% công suất của động cơ điện ba pha, nhưng docác động cơ điện một pha có khả năng quá tải thấp nên trên thực tế, trừ động cơđiện kiểu điện dung ra, công suất của động cơ điện một pha bằng 40 ÷50% côngsuất động cơ điện ba pha.

Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ một pha: Khi dây quấn làmviệc nối với điện áp một pha thì dòng điện trong dây quấn sinh ra từ trường đậpmạch Φ Từ trường này có thể phân thành hai từ trường quay ngược chiều nhau

ΦA và ΦB có tốc độ bằng nhau và biên độ bằng một nfía từ trường đập mạch nhưHình 1.4a Như vậy có thể xem động cơ điện một pha tương đương như một động

cơ điện ba pha mà dây quấn stato gồm hai phần giống nhau mắc nối tiếp và tạothành các từ trường quay theo những chiều ngược nhau như Hình 1.4b Tác dụngcủa từ trường quay thuận nghịch đó với dòng điện ở roto do chúng sinh ra tạothành hai mô men ngược nhau MA và MB Khi động cơ đfíng yên (s = 1) thì hai

mô men đó bằng nhau và ngược chiều nhau, do đó mô men quay tổng bằngkhông

Hình 1.4 Nguyên lý làm việc của động cơ điện không đồng bộ một pha

Nếu ta quay roto của động cơ điện theo một chiều nào đó (ví dụ quay theo chiều quay của từ trường dây quấn A như Hình b) với tốc độ n thì tần số của sfícđiện động, dòng điện cảm fíng ở roto do từ trường quay thuận ΦA sinh ra sẽ là:

ở đây (2 - s) chính là hệ số trượt của roto đối với từ trường ΦB

Như vậy, khi 0 < s < 1 đối với từ trường ΦA máy làm việc ở chế độ động cơđiện, còn đối với từ trường ΦB, do hệ số trượt của roto đối với tfí trường đó bằng 2– s > 1, nên máy sẽ làm việc trong chế độ hãm Ngược lại, khi 1 < s < 2 tfíc là khi cho roto quay theo chiều của từ trường dây quấn B thì hệ số trượt đối với từtrường này sẽ là 0 < 2 – s < 1; lúc đó đối với từ trường ΦB, máy làm việc ở chế độ động cơ, còn đối với từ trường ΦA thì ở chế độ hãm

Quy ước rằng các mô men có trị số dương khi chúng tác dụng theo chiềuchiều quay của từ trường ΦA, ta sẽ được các đường cong mô men MA và

9

MB của các dây quấn A, B và mô men tổng theo Hình 1.5 ta, đường đặc tính mô men của máy điện không đồng bộ một pha có tính chất đối xfíng, cho nên động cơ

có thể quay bất cfí chiều nào Chiều quay thực tế của động cơ điện một pha chủ yếu phụ thuộc vào chiều quay của bộ phận mở máy.

Hình1.5 Đặc tính M = f(s) của động cơ điện không đồng bộ một pha

1.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ

Để điều khiển được dòng năng lượng đưa ra trục động cơ ta cần nghiên cfíu

và phân tích đặc tính cơ của động cơ ω = f(M) trong đó ω là tốc độ góc của rotor,

M là mô men của động cơ Từ đó có các phương thfíc để điều chỉnh tốc độ và mômen

Ta có phương trình đặc tính của động cơ không đồng bộ như sau:

m U 2 pr ' /s

1 1 2

M = 2πf [(r + r ' /s) 2 + (x + x ')2

(1.8)

Từ phương trình đặc tính cơ 1.8 ta thấy có nhiều phương pháp điều chỉnhtốc độ động cơ không đồng bộ: điều chỉnh điện áp u1, điều chỉnh điện trở mạchrotor (r2), điều chỉnh công suất trượt, và điều chỉnh tần số nguồn cung cấp chođộng cơ bằng bộ biến đổi tần số thiristor hoặc tranzitor…

Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ và mỗiphương pháp đều có nhưng ưu điểm và nhược điểm của nó Sau đây là một sốphương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ:

a Điều chỉnh điện áp đặt vào stator của động cơ

Từ biểu thfíc (1.8) mô men của động cơ tỷ lệ với bình phương điện áp đặtvào stator do đó ta có thể điều chỉnh được mô men quay và tốc độ động cơ bằngcách điều chỉnh giá trị điện áp stator trong đó giữ nguyên tần số nguồn cấp

Ưu điểm của phương pháp này là nó thích hợp với trường hợp mô men tải

là hàm tăng của tốc độ, tuy nhiên nó lại không thích hợp với loại động cơ rotorlồng

sóc vì sth của loại động cơ này là bé Khi thực hiện điều chỉnh đối với động cơrotor dây quấn thì cần nối thêm điện trở phụ vào mạch rotor để mở rộng dải điềuchỉnh tốc độ và mô men

b Điều khiển công suất trượt mạch rotor

Trong các trường hợp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cáchlàm mềm đặc tính và để nguyên tốc độ không tải lý tưởng thì công suất trượt ΔPs

= sPđt được tiêu tán trên điện trở mạch rotor Ở các hệ thống truyền động côngsuất lớn, tổn hao này là đáng kể Vì thế để vừa điều chỉnh được tốc độ truyềnđộng, vừa tận dụng được công suất trượt người ta sfí dụng các sơ đồ điều chỉnhcông suất trượt, gọi tắt là các sơ đồ nối tầng Có nhiều phương pháp xây dựng hệnối tầng

Phương pháp điều khiển công suất trượt mạch rotor thường được áp dụngcho các hệ truyền động công suất lớn vì khi đó việc tiết kiệm điện năng có ý nghĩalớn nhưng nó có nhược điểm là phạm vi điều chỉnh tốc độ không lớn lắm và mômen của động cơ bị khi tốc độ thấp Một vấn đề nữa đối với các hệ thống côngsuất lớn là vấn đề khởi động động cơ, thường dùng điện trở phụ để khởi độngđộng cơ đến vùng tốc độ làm việc sau đó chuyển sang chế độ điều chỉnh công suấttrượt Vì vậy, nên áp dụng phương pháp này cho các hệ truyền động có số lần khởiđộng, dừng máy và đảo chiều ít nhất

c Điều khiển điện trở mạch rotor

Theo phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ thì ta có thể điềuchỉnh tốc độ của động cơ bằng điều chỉnh điện trở mạch rotor, ưu điểm củaphương pháp này là dễ điều chỉnh, tuy nhiên nhược điểm của nó là gây tổn haotrên điện trở và mạch chuyển đổi van ở điện áp một chiều Mặt khác khi điềuchỉnh điện trở của mạch rotor thì độ trượt tới hạn cũng thay đổi theo, song trongmột dải tốc độ nào đó thì mô men của động cơ tăng lên khi tăng điện trở, nhưngtrong dải khác mô men của động cơ lại giảm đi Trong phương pháp này nếu giữdòng điện rotor không đổi thì mô men cũng không đổi và không phụ thuộc tốc độđộng cơ, vì vậy có thể áp dụng phương pháp này cho hệ truyền động có mô menkhông đổi.

d Điều khiển tần số điện áp nguồn cung cấp cho động cơ

Với mục đích mở rộng dải điều chỉnh và nâng cao chất lượng động hệthống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều nói chung và động cơ không đồng bộnói riêng, phương pháp điều chỉnh tần số động cơ không đồng bộ cho phép mởrộng phạm vi sfí dụng động cơ không đồng bộ trong nhiều nghành công nghiệp.Trước hết đó là fíng dụng cho những thiết bị cần thay đổi tốc độ nhiều động cơcùng một lúc như các hệ truyền động của các nhóm máy dệt, băng tải, băngtruyền Phương pháp này còn được áp dụng trong cả những thiết bị đơn lẻ nhất lànhững thiết bị có công nghệ yêu cầu tốc độ làm việc cao như máy ly tâm, máymài, máy đánh bóng Đặc biệt các hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng các

bộ biến đổi tần số nguồn cung cấp cho động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc cócấu tạo đơn giản, vững chắc, giá thành rẻ và làm việc trong những môi trườngnặng nề, tin cậy Đó là những yêu cầu cần thiết trong hệ thống công nghiệp đangngày càng phát triển

Trong hệ điều khiển tần số động cơ thì thông số điều khiển là tần số củađiện áp đặt và stator Nếu phụ tải có mô men là hằng số thì ta phải điều khiển cảđiện áp để đạt được quy luật U/f = const Nếu phụ tải có công suất là hằng số thì

ta giữ nguyên điện áp đặt vào stator nhưng chỉ làm việc với dải tần

f > fs.

Ưu điểm nổi bật của phương pháp này mà các phương pháp khác không cóđược là có thể điều khiển động cơ phù hợp với mọi loại tải và phát huy được dảiđiều chỉnh ở cả hai vùng tốc độ dưới và trên định mfíc, phù hợp với các hệ truyềnđộng yêu cầu tốc độ cao Song phương pháp này có nhược điểm là hệ thống điềukhiển phfíc tạp Tuy nhiên, với fíngdụng của kỹ thuật vi xfí lý tín hiệu đã chophép giải quyết các thuật toán phfíc tạp điều khiển động cơ trong điều kiện thờigian thực với chất lượng điều khiển cao Chính vì vậy phương pháp này ngàycàng được quan tâm và fíng dụng mạnh mẽ trong các hệ thống công nghiệp

Trong nhiều trường hợp các cơ cấu sản xuất không yêu cầu phải

Do đó khi thay đổi số đôi cực thì n1 sẽ thay đổi, vì vậy tốc độ của động cơ

sẽ thay đổi Để thay đổi số đôi cực p ta thay đổi cách đấu dây và cũng là cách thayđổi chiều dòng điện đi trong các cuộn dây mỗi pha stato động cơ Khi thay đổi sốđôi cực chú ý rằng số đôi cực ở stato và roto là như nhau Nghĩa là khi thay đổi sốđôi cực ở stato thì ở roto cũng phải thay đổi theo nên rất khó thực hiện cho động

cơ roto dây quấn Phương pháp này chủ yếu dùng cho động cơ không đồng bộroto lồng sóc và loại động cơ này có khả năng tự biến đổi số đôi cực ở roto để phùhợp với số đôi cực ở stato Đối với động cơ có nhiều cấp độ, mỗi pha stato phải có

ít nhất là hai nhóm bối dây trở nên hoàn toàn giống nhau Do đó càng nhiều cấp

độ thì kích thước, trọng lượng và giá thành càng cao vì vậy trong thực tế thườngdùng tối đa là bốn cấp độ

13

1

Kết luận

Từ các phương pháp trên ta thấy phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơbằng biến tần là phương pháp có nhiều ưu điểm hơn cả Vì nó có thể điều khiểnđược nhiều loại động cơ khác nhau trong đó có cả động cơ điện một chiều, dảiđiều chỉnh tốc độ rộng và liên tục Nó còn được áp dụng nhiều trong các hệ truyềnđộng chất lượng cao Hơn nữa phương pháp điều khiển tốc độ bằng biến tần điềukhiển tốc độ của động cơ xoay chiều một pha đơn giản và thích hợp nhất Nênphương pháp này sẽ được áp dụng trong đề tài này để điều khiển tốc độ gió cho hệthống sấy nông sản trong phòng thí nghiệm

f 1

Bộ biến đổi

CHƯƠNG 2: BIẾN TẦN 2.1 Biến tần áp

2.1.1 Định nghĩa chung về biến tần

Biến tần là các bộ biến đổi điện dùng để biến đổi nguồn điện áp với cácthông số không đổi, thành nguồn điện (nguồn áp hoặc nguồn dòng) với tần số

có thể thay đổi được Thông thường biến tần làm việc với nguồn điện đầu vào làlưới điện nhưng về nguyên tắc chung thì biến tần có thể làm việc với bất kỳnguồn điện áp xoay chiều nào

Bộ biến tần phải thoả mãn các yêu cầu sau:

- Có khả năng điều chỉnh tần số theo giá trị tốc độ đặt mong muốn

- Có khả năng điều chỉnh điện áp theo tần số để duy trì từ thông khe hởkhông đổi trong vùng điều chỉnh mômen không đổi

- Có khă năng cung cấp dòng điện định mfíc ở mọi tần số

Tuỳ theo yêu cầu kinh tế - kỹ thuật mà có thể xác định được cấu trúc của hệ biến tần động cơ Về cơ bản chúng ta có thể chia thành hai loại : Biến tần trực tiếp, biến tần gián tiếp

một khâu biến đổi trung gian nào cả Nên hiệu suất của bộ biến đổi tần số loại nàycao, khối lượng và kích thước của chúng nhỏ.

Nhược điểm của biến tần trực tiếp dùng khoá điện tfí là: hệ số công suất phíanguồn cung cấp thấp, tồn tại một tỷ lệ lớn các sóng hài bậc cao ở điện áp ra, hệthống điều khiển phfíc tạp và tần số ở đầu ra thấp

Tần số ra lớn nhất của bộ biến tần trực tiếp thấp hơn tần số lưới, số pha m1 ởmạch lực của bộ biến tần phía nguồn cung cấp càng ít bao nhiêu thì tần số ra càngthấp bấy nhiêu Để có tần số f2 = 50 Hz cần phải hoặc là nâng cao tần số cung cấplên 150  200 Hz hoặc là tăng số pha m1 lên đến 24 pha Điều này không dễ dàngđối với việc biến đổi năng lượng bổ xung trong khi tần số nguồn cung cấp là tiêuchuẩn và làm giảm đáng kể các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật, làm giảm tính ưu việt của

bộ biến tần trực tiếp dùng khoá điện tfí

Như vậy bộ biến tần trực tiếp dùng khoá điện tfí được xây dựng trên cơ sở các

bộ chỉnh lưu có điều khiển Sự chuyển mạch của các khoá điện tfí công suấtthường được thực hiện nhờ điện áp lưới mà đặc trưng tiêu biểu cho các bộ biến tầnloại này là chuyển mạch tự nhiên, nhưng cũng có các bộ biến tần trực tiếp dùngchuyển mạch ngoài Sfí dụng chuyển mạch ngoài trong các bộ biến tần loại này chophép làm tăng đáng kể giá trị lớn nhất của tần số đầu ra và mở rộng khả năng sfídụng của chúng

Biến tần gián tiếp

Việc biến đổi điện áp lưới cung cấp được cung cấp hai lần Đầu tiên, điện áp xoaychiều được nắn nhờ bộ chỉnh lưu thành điện áp một chiều, sau đó điện áp một chiều nhờ bộnghịch lưu được biến đổi thành điện áp xoay chiều Sơ đồ khối được biểu diễn trên Hình2.2

Hình 2.2 Sơ đồ biến tần gián tiếp

Bộ nghịch lưu có thể là độc lập hay phụ thuộc tùy theo phụ tải ở mạngtiêu thụ với tần số ấn định Giữa bộ chỉnh lưu và bộ nghịch lưu thường là bộlọc để san bằng sự đập mạch của điện áp hay dòng điện chỉnh lưu

Bộ chỉnh lưu và bộ nghịch lưu có thể làm việc độc lập với nhau và cóthể thực hiện chuyển mạch tự nhiên hay nhân tạo, bao gồm các nhóm:

1- Các bộ biến đổi tần số với chuyển mạch hỗn hợp: bộ biến đổi đảochiều dùng nghịch lưu phụ thuộc với chuyển mạch tự nhiên, còn nghịch lưuđộc lập, dùng chuyển mạch nhân tạo

2- Các bộ biến đổi tần số với chuyển mạch tự nhiên hoàn toàn: trườnghợp thiết bị điện một chiều, động cơ đồng bộ làm việc ở chế độ bù và với cácphụ tải khác có hệ số công suất cao và trong trường hợp truyền động điện nốitầng van không đồng bộ

3- Các bộ biến đổi tần số với chuyển mạch nhân tạo hoàn toàn Khi đó

cả bộ chỉnh lưu và bộ nghịch lưu đều được thực hiện chuyển mạch nhân tạo

Ưu điểm chính của bộ biến đổi tần số dùng khoá điện tfí có khâu trunggian dòng điện một chiều là có thể nhận được ở đầu ra của nó nhờ nghịch lưuđộc lập, tần số có thể thay đổi được trong dải rộng, không phụ thuộc vào tần

số nguồn cung cấp

Nhược điểm cơ bản của bộ biến đổi loại này là biến đổi năng lượng hailần nên làm giảm hiệu suất của bộ biến đổi và làm tăng kích thước và khốilượng của nó

Bộ biến tần dùng van bán dẫn có khâu trung gian dòng điện xoay chiều

một pha tần số cao.

Để nhận được tần số 50 Hz ở cfía ra của bộ biến tần khoá điện tfí nàythì tần số điện áp của khâu trung gian dòng điện xoay chiều không được nhỏhơn 450 Hz Bộ biến tần với khâu trung gian dòng điện một pha có chuyểnmạch hỗn hợp Bộ biến tần loại này dẫn dòng cả hai phía, đảm bảo trao đổi

năng lượng phản kháng giữa nguồn và phụ tải Khi động cơ làm việc ở chế độmáy phát, có thể trả lại năng lượng tác dụng về lưới cung cấp Giá trị cực đạicủa tần số ra của bộ biến tần khoá điện tfí này được giới hạn bởi giá trị tần sốđiện áp ở khâu trung gian dòng điện một pha và thường vào khoảng 50 – 60

Hz, nhưng về nguyên tắc thì có thể đạt giá trị lớn hơn

Bộ biến tần khoá điện tfí có khâu trung gian dòng điện xoay chiều tần

số cao sfí dụng nhiều sơ đồ phfíc tạp, được xây dựng trên cơ sở các bộ chỉnhlưu hình tia ba pha và chỉnh lưu đảo chiều dùng sơ đồ cầu ba pha Ở đây việcbiến đổi điện áp tần số cao thành điện áp có tần số thấp điều chỉnh được,thường được thực hiên nhờ bộ biến tần trực tiếp một pha đến ba pha dùngchuyển mạch tự nhiên Những bộ biến đổi loại này không mang lại fíng dụngthực tiễn trong truyền động điện vì sơ đồ mạch lực và hệ thống điều khiển kháphfíc tạp

Các nguyên tắc biến đổi dòng điện một chiều thành xoay chiều trongcác bộ biến đổi dùng khoá điện tfí Các bộ nghịch lưu và tính chất của chúng

Phần quan trọng cấu thành các bộ biến tần khoá điện tfí có khâu trunggian dòng điện một chiều cùng với các bộ chỉnh lưu là các bộ nghịch lưu

Nghịch lưu là quá trình biến đổi dòng điện một chiều thành xoay chiều

Đó là quá trình biến đổi hệ thống điện áp một chiều sang mạch xoay chiềunhờ các khóa điều khiển (thyristor hay transitor)

Thiết bị thực hiện quá trình này được gọi là nghịch lưu Các bộ nghịchlưu thường được chia ra theo loại phụ tải và theo tương quan công suấtchuyển mạch và mạch tiêu thụ là độc lập hay phụ thuộc

là nghịch lưu làm việc với tải độc lập, ở đó không chfía sẵn nguồn nănglượng tác dụng, có cùng điện áp và tần số với đầu ra nghịch lưu Vì vậy tần số,dạng điện áp được xác định do chế độ làm việc đó đến các thông số ở đầu ranghịch lưu

là nghịch lưu trả lại năng lượng cho lưới điện xoay chiều có điện áp, tần

số cố định và công suất tác dụng lớn hơn đáng kể so với công suất mà nghịchlưu trả lại Khi này những thông số về điện áp, tần số ở đầu ra của nghịch lưuphụ thuộc không ảnh hưởng đến chế độ làm việc của nó, những thông số nàyhoàn toàn được xác định bởi các thông số của lưới mà nghịch lưu trả nănglượng lại

Tuỳ theo kiểu chuyển mạch nghịch lưu mà được chia ra làm hai nhóm:

- Các bộ nghịch lưu chuyển mạch tự nhiên

- Các bộ nghịch lưu chuyển mạch cưỡng bfícNghịch lưu phụ thuộc được đặc trưng bằng chuyển mạch tự nhiên của các khoá điện tfí, hệ thống điều khiển các khóa điện tfí của bộ nghịch lưu này thường là phụ thuộc (được đồng bộ hoá) như ở bộ chỉnh lưu

Nghịch lưu độc lập được đặc trưng bằng chuyển mạch cưỡng bfíc vàviệc điều khiển các thysistor hay transitor đều từ bên ngoài (không phụ thuộc

cả mạng cung cấp lẫn tải tiêu thụ) Nhưng nghịch lưu độc lập có thể có chế độlàm việc với chuyển mạch tự nhiên cho các khoá điện tfí (khi làm việc vớiđộng cơ đồng bộ quá bù, phụ tải điện dung v.v…) Chẳng hạn, ở chế độ máyđiện một chiều, việc chuyển mạch của các khoá điện tfí trong nghịch lưu phụthuộc vào vị trí góc và tốc độ góc của roto động cơ, nghĩa là hệ thống điềukhiển nghịch lưu đó cần phải được đồng bộ hoá và bị phụ thuộc vào vị tríroto Tuy nhiên, điều này không có nghĩa là biến nghịch lưu độc lập thànhnghịch lưu phụ thuộc, bởi vì việc xác định nghịch lưu độc lập dựa trên cơ sởtần số, biên độ điện áp, dạng điện áp ở đầu ra và chế độ làm việc của nghịchlưu này có phụ thuộc vào năng lượng tác dụng cũng như tần số của nguồncung cấp hay không

Do tính độc lập về chế độ làm việc của nguồn điện một chiều và sự duy trìnghiêm ngặt các quá trình điện từ trong nghịch lưu độc lập, người ta chia ra