hệ thống biến tần - động cơ xoay chiều

So với tất cả các động cơ điện dùng trong công nghiệp động cơ không đồng bộ được dùng nhiều hơn cả, với kiểu dáng gọn nhẹ, có thể chế tạo với nhiều công suất khác nhau, sử dụng đơn giản,

Lời giới thiệu.

Trong thời đại công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, ngành công nghiệp có một vai trò hết sức quan trọng nhằm thúc đẩy sự phát triển nền kinh tế Yêu cầu trước hết là phải đưa kĩ thuật công nghệ để ứng dụng vào thực tế sản xuất Tự động hóa ngày càng có vai trò quan trọng, bởi hiệu quả làm việc, tính an toàn và tiện dụng của nó Các dây truyền sản xuất hiện đại mang lại hiệu quả cao được ứng dụng ngày càng rộng rãi Sự ra đời của động cơ điện vào cuối thế kỷ XIX đã tạo nền tảng quan trọng cho sự phát triển của của ngành điện sau này Ngày nay, động cơ điện

đã được ứng dụng rộng rãi, có vai trò không thể thiếu trong công nghiệp và trong đời sống sinh hoạt So với tất cả các động cơ điện dùng trong công nghiệp động cơ không đồng bộ được dùng nhiều hơn cả, với kiểu dáng gọn nhẹ, có thể chế tạo với nhiều công suất khác nhau, sử dụng đơn giản, giá thành rẻ đã dần thay thế các loại máy điện một chiều Để đáp ứng được nhu cầu của sản xuất công nghiệp, người ta

đã nghĩ ra các thiết bị điện nhằm phục vụ cho hoạt động của động cơ ở những chế

độ làm việc khác nhau Bộ biến tần ra đời giúp thay đổi tần số của mạng điện cấp cho động cơ Nhờ đó mà động cơ có thể làm việc dễ dàng làm việc mà không phải thay đổi tần số làm việc của nó Nội dung các phần trong bài thiết kế như sau:

Chương 1: Tổng quan về công nghệ biến

Giới thiệu về động cơ Ứng dụng của kĩ thuật xung số để điều khiển hoạt động của mạch không đồng bộ và các hệ thống biến tần

Chương 2: Tính toán và thiết kế mạch công suất

Mạch động lực, đi sâu vào nguyên lí làm việc của hệ thống thiết bị cũng như các phương pháp tính chọn mạch và bảo vệ mạch

Chương 3: Thiết kế mạch điều khiển

Em xin chân thành cảm ơn thầy Đoàn Văn Tuân, cùng các thầy cô giáo khoa

Điện- Điện tử tàu biển, những người đã tận tình giúp đỡ em trong suốt thời gian vừa qua để em có thể hoàn thành bài thiết kế này Trong quá trình thiết kế còn tồn tại những sai sót, mong các thầy cô giáo góp ý để bài thiết kế của em hoàn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ BIẾN TẦN

1.1 ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

1.2.1 Khái niệm chung

- Động cơ không đồng bộ ba pha là máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ Có tốc độ của rotor khác với tốc độ của từ trường quay trong máy

- Động cơ không đồng bộ ba pha được dùng nhiều trong sản xuất và sinh hoạt vì chế tạo đơn giản, giá rẻ, độ tin cậy cao, vận hành đơn giản, hiệu suất cao, dải công suất rất rộng từ vài wat tới 10000 hp Các động cơ từ 5hp trở lên hầu hết là 3 pha, còn nhỏ hơn 1hp thường là 1 pha (1hp= 0,736 kW )

- Vỏ máy: Làm nhiệm vụ bảo vệ mạch từ và giữ chặt lõi thép stator, vỏ có dạng trụ rỗng, có chân để cố định máy trên bệ và có hai nắp máy ở hai đầu để đỡ trục máy

và bảo vệ phần đầu dây quấn Các máy có công suất bé thì thường là vỏ bằng nhôm, còn các máy có công suất trung bình và lớn thường làm bằng gang

- Lõi thép: Làm nhiệm vụ dẫn từ và được ghép từ các lá thép kĩ thuật điện với nhau(nhằm chống dòng điện xoáy) theo một hình trụ rỗng Mặt trong của các lá thép được dập thành các rãnh để đặt cuộn dây stator

- Dây quấn stator: Được quấn thành từng các môbin, mà các cạnh của môbin đó được đặt vào lõi thép stator Các môbin được cách điện nhau và cách điện với lõi thép

b/Rotor

Gồm có lõi thép, trục máy và dây quấn

- Lõi thép roto cũng được dập từ các lá thép kĩ thuật điện có dạng hình tròn và mặt ngoài của các lá thép đó được dập thành các rãnh để đặt cuộn dây, còn ở giữa được dập lỗ tròn để lồng trục máy Các lá thép nói trên được ghép lại với nhau thành một trụ tròn mà ở giữa là lồng trục máy, mặt ngoài của trụ là cá rãnh để đặt dây quấn rotor Thường các lá thép rotor được tận dụng phần bên trong các lá thép của stator

- Trục máy làm bằng thép tốt và được lồng cứng với lõi thép rotor Trục được đỡ bởi hai ổ bi trên hai nắp máy

- Dây quấn rotor có hai loại: loại rotor kiểu lồng sóc và rotor kiểu dây quấn

+ Loại rotor kiểu lồng sóc: Dây quấn rotor là các thanh dẫn bằng đồng thau hoặc nhôm được đặt trong rãnh và bị ngắn mạch bằng hai vành ngắn mạch ở hai đầu Với động cơ nhỏ dây quấn rotor được đúc nguyên khối gồm thanh dẫn, vành ngắn mạch, cánh tản hiệt và cánh quạt làm mát Các động cơ trên 100kw thanh dẫn làm

bằng đồng và được đặt vào các rãnh rotor và được gắn chặt vào vành ngắn mạch

+ Loại rotor dây quấn: cũng được quấn thành từng các mô bin như dây quấn stator

và có cùng số cực từ dây quấn stator Dây quấn kiểu này luôn đấu hình sao và có ba đấu ra đấu vào ba vành trượt gắn vào trục quay rotor và cách điện với trục Ba chổi than cố định và luôn tỳ lên vành trượt này để dẫn điện và một biến trở cũng nối sao nằm ngoài động cơ để khởi động hoặc điều chỉnh tốc độ

1.2.3 Nguyên lý hoạt động

- Khi có dòng ba pha chạy trong dây quấn stator thì trong khe hở không khí xuất hiện từ trường quy với tốc độ n1=60f/p(f là tần số lưới điện, p là số cặp cực) Từ trường quay này sẽ quét lên dây quấn, nhiều pha tự ngắn mạch nên trong dây quấn stator xuất hiện dòng I2 chạy qua Từ thông do dòng điện này sinh ra hợp với từ thông của stator tạo thành từ thông tổng ở khe hở Dòng điện trong dây quấn rotor tác dụng với từ thông tổng khe khí tạo ra momen quay làm quay rotor

1.2.4 Ảnh hưởng của tần số lưới điện f1 cấp cho động cơ.

+Thay đổi bằng cách sử dụng bộ biến tần dùng cho cả động cơ dây quấn và lồng sóc

Xuất phát từ biểu thức: ω1 =

P

f1

.

2 π Ta thay đổi tần số f1 làm cho tốc độ

từ trường quay thay đổi  tốc độ động cơ thay đổi theo

Khi f1>f1đm ta có :

↓ Sth = ( + ) f ↑

L L P

f R ' 1

2 1 1

L P

f

U

2 1 ' 2 1 2

2

2

+ Khi f1<f1dm tức là khi f1 giảm ta có:

Khi f1 giảm ωt giảm Sth tăngMth tăngXnm giảm thì Mth giữ ở

không đổi

+ Khi f1>f1đm thì Mth tỉ lệ nghịch với bình phương tần số

Hình1.Sơ đồ nguyên lý hoạt động của động cơ không đồng bộ

H1.2 Đặc tính cơ khi thay đổi tần số lưới điện f1 cấp cho động cơ

Khi tăng giảm tần số f1 cấp cho động cơ chủ yếu để điều chỉnh tốc độ động cơ trường hợp mở máy rất ít dùng hoặc có dùng thì dùng trong trường hợp khi nguồn cấp cho động cơ giảm dẫn đến tổng trở của mạch giảm(vì tổng trở của mạch tỉ lệ thuận theo tần số) Điện áp giữ không đổi thì dòng điện khởi động tăng rất nhanh,

do vậy khi giảm tần số cần giảm điện áp theo một quy luật nhất định để giữ cho momen theo chế độ với giá trị định mức

Qua đồ thị đặc tính cơ ta thấy rằng:

+ Khi f1< f1đm với điều kiện U f11 = const thì Mth giữ không đổi.

+ Khi f1>f1đm thì Mth tỉ lệ nghịch với bình phương tần số

Khi tăng giảm tần số f1 cấp cho động cơ chủ yếu để điều chỉnh tốc độ động cơ trường hợp mở máy rất ít dùng hoặc có dùng thì dùng riêng

1.2.5 Phương trình đặc tính cơ

Để thành lập phương trình đặc tính cơ ta sử dụng sơ đồ thay thế :

Hình 1-1 Hình 1-2

Trong đó :

Xnm = X1d + X’2d điện kháng ngắn mạch

U1f trị hiệu dụng của điện áp pha stator

+Phương trình đặc tính của động cơ :

Đường đặc tính của động cơ như hình h1-2

Với

S th là hệ số trượt tới hạn cửa động cơ

1.2.6 Ảnh hưởng các thông số đến đặc tính cơ

a) Ảnh hưởng cửa sự suy giảm điện áp lưới cấp cho động cơ

Khi điện áp lưới suy giảm thì theo (1-4) mômen tới hạn Mth của động cơ sẽgiảm bình phương lần biên độ suy giảm của điện áp, còn Sth vẫn không đổi

Hình 1-3

b) Ảnh hưởng của điện trở điện kháng mạch stator.

Khi nối thêm điện trở hoặc điện kháng vào mạch stator thì theo 3) và 4) cả Sth và Mth đều giảm

c) Ảnh hưởng của điện trở mạch rotor

rotor để hạn chế dòng khởi động thì Sth = val và Mth=const

Từ (1-3) và (1-4) ta thấy : Nếu

Từ (1-3) và (1-4) ta thấy : Nếu Xnm =ω1L cho nên khi thay đổi tần số L

Sth,Mth =const

Hình 1-6

e) Ảnh hưởng của số đôi cực p

Để thay đổi cực ở stator người ta thường thay đổi cách đấu dây vì

Vì vậy khi thay đổi số đôi cực p thì tốc độ từ trường quay ω1 thay đổi dẫn đến tốc

ω thay đổi theo.

1.2 Các phương pháp điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha.

a) Điều chỉnh bằng cách thay đổi tần số f 1

Xuất phát từ biểu thức ω= ω0 (1-s) = 2Πf1 (1-s) /p, ta nhận thấy khi thay đổi tần số f1 ta cũng có thể thay đổi được tốc độ động cơ không đồng bộ Do máy điện được thiết kế để làm việc với tần số nhất định nên việc thay đổi tần số làm ảnh hưởng đến chế độ công tác của máy

Vì U1=E1 = 4,444.f1.Ktp1.W1.Ф.10-8 = KФ.f1

Nếu điện áp U1 = Const thì khi f1 tăng thì từ thông Ф giảm do đó sẽ dẫn đến hiện tượng giảm mômen trong máy Để giữ cho mômen không đổi thì phải tăng dòng điện Như vậy động cơ sẽ bị quá tải về điện Còn nếu ta giảm f1 thì từ thông Ф

sẽ tăng lên, điều này làm đốt nóng lõi thép và làm cho hiện tượng bão hòa từ tăng

Như vậy khi thay đổi tần số thì đồng thời ta phải thay đổi U1 cho phù hợp nhằm giữ cho Ф là không đổi.

*Qui luật thay đổi tần số:

Khi điều chỉnh nếu ta giữ cho hệ số quá tải là hằng số thì chế độ làm việc của máy điện sẽ luôn được duy trì ở mức tối ưu như làm việc với tải định mức

Như vậy khi điều chỉnh phải luôn thỏa mãn điều kiện :

Kqt = Mth /Mc=const

Nếu coi r1≈ 0 từ biểu thức của Mth ta có:

2 1

' 2 1

2 1 1

' 2 1 1 0

2 1 th

)f X (X P 4π

3U )

f x f (x 2ω

3U M

+

= +

=

) (

)

( 4

3 M

M

2 1

2 1 2

1

' 2 1

2 1 th

ω π

λ

c

U A f X X P

U

= +

p M

M p

f

1

Như vậy ta có : λ = f ( x)

U B

A

+

2 1

2 1

U

+

+

= 1222

1

2 1

Từ đó suy ra quy luật biến đổi của điện áp: (( x))

dm

x

f U

U

+

+

= 1221

Vậy điện áp stato phải thay đổi phụ thuộc vào tải:

- Kiểu máy tiện x=-1

- Kiểu máy nâng x=0

- Ma sát nhớt x=1

- Quạt gió x=2

b) Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp nạp.

Khi thay đổi điện áp nạp cũng gây nên thay đổi đặc tính cơ

Ta có: Mmax≈ C1.U1 2

Dựa vào đặc tính tới hạn Mgh(s) ta suy ra được đặc tính điều chỉnh ứng với giá trị

U cho trước nhờ quan hệ Mu= Mgh.U*2

• Nhược điểm của phương pháp:

- Khoảng điều chỉnh chỉ đến nth

- Máy có thể ngường quay nếu như giảm quá điện áp

-Khi U1 giảm trong khi đó Mc , Pdt vẫn không thay đổi dẫn tới I2 tăng vì vậy nó ít được sử dụng trong thực tế

Để thực hiện việc giảm điện áp đặt vào stato người ta có thể dùng biến áp tự ngẫu, điện kháng hay điện trở phụ mắc vào mạch stato

c) Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thay đổi số đôi cực

Phương pháp này chỉ áp dụng cho động cơ không đồng bộ roto lồng sóc

Khi thay đổi số đôi cực, tốc độ từ trường quay thay đổi dẫn tới tốc độ của roto thay đổi theo

Thông thường những động cơ có từ 3 cấp tốc độ trở lên đều có 2 hoặc nhiều tổ dây quấn stato Mỗi tổ lại có thể phân đoạn để thay đổi số đôi cực theo cách hỗn hợp

• Trên thực tế người ta giải quyết như sau:

-Đổi nối tam giác-sao kép: ∆ → YY

- Đổi nối sao -sao kép: Y → YY

cpYY c

M M

M c.cp =M c.cpYY

• Ưu khuyết điểm:

- Ưu điểm : phạm vi điều chỉnh rộng, khụng cồng kềnh

- Khuyết điểm : Độ điều chỉnh là nhảy bậc vỡ p là số nguyờn

e) Điều chỉnh bằng cỏch thay đổi điện trở phụ mắc vào mạch roto:

-Phương phỏp này chỉ ỏp dụng cho động cơ dõy quấn

-Khi thay đổi điện trở thỡ tốc độ khụng tải lý tưởng khụng đổi, momen tới hạn khụng đổi cũn độ cứng của đặc tớnh cơ thay đổi

• Ưu nhược điểm:

-Ưu điểm: cú thể điều chỉnh tốc độ lỏng nếu R cú nhiều nấc

ω - tốc độ quay tính theo radian/giây;

p – số đôi cực máy điện

u tốc độ giảm

+Tổn hao cụng suất lớn

+Khụng điều chỉnh được khi động cơ khụng tải

1.3 CễNG NGHỆ BIẾN TẦN

1.1.1 Khỏi niệm chung

a/ Khái niệm và công dụng : của bộ biến đổi tần số: hay còn gọi là các bộ biến tần

là thiết bị biến đổi dòng xoay chiều ở tần số này thành dòng điện xoay chiều có tần

số khác mà có thể thay đổi được

Đối với bộ biến tần dùng cho việc điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều thì ngoài việc thay đổi tần số chúng ta còn có thể thay đổi cả điện áp ra khác với điện áp lưới cấp vào bộ biến tần

H1.2 Sơ đồ khối bộ biến tần trực tiếp.

-Bộ biến tần trực tiếp là thiết bị biến đổi tần số vào sang tần số ra một cách trực tiếp mà không cần có sự can thiệp của một khâu trung gian nào Bộ biến tần trực tiếp hay còn gọi là bộ biến tần phụ thuộc thường gồm các nhóm chỉnh lưu điều khiển mắc song song cho xung lần lượt 2 nhóm chỉnh lưu trên ta được dòng xoay chiều trên tải Như vậy điện áp xoay chiều U1(f1) chỉ cần qua 1 van là chuyển ngay

ra tải với U2(f2) Tuy nhiên đây là loại biến tần có cấu trúc van rất phức tạp chỉ sử dụng cho truyền động điện có công suất lớn, tốc độ làm việc thấp vì sự thay đổi f2

khó khăn và phụ thuộc vào f1

- Bộ biến tần gián tiếp

Bộ biến tần gián tiếp có sơ đồ cấu túc tổng thể như sau:

Thiết bị biến tần gián tiếp gồm có 3 khâu:

-Khâu chỉnh lưu: biến đổi nguốn xoay chiều sang nguốn một chiều

-Khâu trung gian: giữ cho điện áp ra của khâu chỉnh lưu là hằng, hay dòng ra của khâu chỉnh lưu là hằng

-Khâu nghịch lưu: là một bộ phận rất quan trong bộ biến tần nó biến đổi dòng một chiều được cung cấp từ bộ chỉnh lưu thành dòng xoay chiều có tần số f2.

Từ sơ đồ cấu trúc ta thấy điện áp xoay chiều có các thông số (U1,f1) được chuyển thành một chiều nhờ mạch chỉnh lưu, qua một bộ lọc rồi biến trở lại điện áp xoay chiều với điện áp U2 tần số f2 Việc biến đổi năng lượng 2 lần làm giảm hiệu suất biến tần song bù lại loại biến tần này cho phép thay đổi dễ dàng tần sồ f2

không phụ thuộc vào f1 trong dải rộng cả trên và dưới f1 vì tần số ra chỉ phụ thuộc vào mạch điều khiển Có 2 loại biến tần gián tiếp đó là sử dụng nghịch lưu áp và nghịch lưu dòng

+Bộ biến tần gián tiếp nguồn dòng

+Bộ biến tần gián tiếp nguồn áp

- Phạm vi ứng dụng của công nghệ: Người ta thường dùng thiết bị biến tần để điều chỉnh tốc độ động cơ điện xoay chiều: động cơ không đồng bộ và động cơ đồng bộ

Có nhiều kích cỡ công suất khác nhau phù hợp với từng loại công suất động cơ c/Điều khiển theo luật U/f

+Thay đổi tần số để thay đổi tốc độ động cơ

+Tuy nhiên khi tần số f thay đổi thì điện áp cũng thay đổi theo tương ứng để tránh tăng mật độ từ thông gây ra tăng dòng từ hoá

1.1.2 Chỉnh lưu

a/Chỉnh lưu là sử dụng mạch điện bao gồm các linh kiện điện - điện tử, dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều gọi là mạch chỉnh lưu Mạch chỉnh lưu có thể được sử dụng trong các bộ nguồn cung cấp dòng điện một chiều, hoặc trong các mạch tách sóng tín hiệu vô tuyến điện trong các thiết bị vô tuyến

b/Phân loại:

-Chỉnh lưu không điều khiển dùng điôt

-Chỉnh lưu bán điều khiển dùng điôt và thyristor

-Chỉnh lưu có điều khiển dùng thyristor

c/ Ứng dụng.

• Cấp nguồn cho các thiết bị điện tử

• Cấp điện cho các thiết bị điện cơ sử dụng năng lượng DC: động cơ DC, cuộn coil

DC cho relay, contactor, nam châm điện DC…

• Truyền động thay đổi tốc độ động cơ DC bằng chỉnh lưu có điệu khiển

• Biến đổi năng lượng AC thành DC để giảm giá thành truyền tải điện

1.1.3 Nghịch lưu

a/Nghịch lưu điện một là bộ biến đổi chiều ra xoay chiều với điện áp và tần số đầu

ra có thể thay đổi cung cấp cho các tải xoay chiều:

•Đầu ra tần số công nghiệp (nhỏ hơn 400 Hz) không đổi: UPS, các bộ đổi tần cho các thiết bị đặc biệt

•Đầu ra tần số công nghiệp thay đổi: điều khiển tốc độ động cơ AC

•Đầu ra trung tần hay cao tần: lò nhiệt cao tần, biến áp cao tần

Các sơ đồ nghịch lưu hoạt động rất khác nhau, có thể có cùng mạch động lực nhưng điều khiển khác nhau cũng tạo thành các tính chất khác nhau

b/Phân loại

•Nghịch lưu song song và nối tiếp

+ Sử dụng SCR đóng ngắt và có tụ điện để tắt SCR

+ Bao gồm nghịch lưu nối tiếp và nghịch lưu song song sơ đồ cầu và

sơ đồ biến áp có điểm giữa

•Nghịch lưu nguồn dòng và nguồn áp

+ Nghịch lưu nguồn dòng (1 pha & ba pha)

+ Nghịch lưu nguồn áp (1 pha & ba pha)

c/Ứng dụng của nghịch lưu.

- Biến tần công nghiệp điều khiển tốc độ động cơ

- Các bộ nguồn tần số cao

- Bộ nguồn xung có sử dụng nghịch lưu

- Bộ nguồn xoay chiều không gián đoạn

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH CÔNG SUẤT CHO BỘ BIẾN TẦN BA PHA.

2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN MẠCH CÔNG SUẤT.

2.1.1 Bộ biến tần trực tiếp ba pha

1 Biến tần trực tiếp có thể trao đổi năng lượng với lưới điện một cách liên tục Nhất là đối với các động cơ công suất lớn và cực lớn từ hàng trăm Kw đến vài Mw.

2 Ngoài ra tổn hao công suất ở biến tần trực tiếp cũng ít hơn vì phụ tải chỉ nối với nguồn qua một phần tử đóng cắt, không phải qua hai phần tử và qua khâu trung gian như ở biến tần gián tiếp

3 Sơ đồ van và qui luật điều khiển ở biến tần trực tiếp sẽ phức tạp hơn biến tần gián tiếp Với kỹ thuật điện tử và kỹ thuật vi xử lý phát triển hiện nay thì vấn đề này hoàn toàn thực hiện được

2.1.2.Biến tần gián tiếp

1/Một số sơ đồ biến tần gián tiếp:

Ñ C

abc

V 1 ~

T5 T3

2 Hệ thống tụ chuyển mạch được cách ly với tải qua hệ thống diode cách ly

3 Dòng ra nghịch lưu có dạng hình chữ nhật, điện áp ra có dạng tương đối Sin nếu

H.b.3 Biến tần

dòng ba pha dùng thyristor.

H.b.4 Biến tần

dòng ba pha dùng transistor

•Ưu điểm của biến tần loại này khi dùng với động cơ không đồng bộ có khả năng trả năng lượng về lưới Với công suất nhỏ thì sơ đồ này không phù hợp vì hiệu suất kém và cồng kềnh nhưng với công suất trên 100 Kw thì đây là một phương án hiệu quả.

•Nhược điểm của sơ đồ này là hệ thống công suất thấp và phụ thuộc vào phụ tải nhất là khi có tải nhỏ

 Biến tần nguồn áp

–Biến tần nguồn áp với nguồn có điều khiển

• Biến tần nguồn áp dùng nghịch lưu nguồn áp với đầu vào một chiều điều khiển được Điện áp một chiều cung cấp (dùng chỉnh lưu có điều khiển hoặc chỉnh lưu không điều khiển) sau đó điều chỉnh nhờ bộ biến đổi xung áp một chiều

• Biến tần nguồn áp có dạng điện áp ra xung chữ nhật, biên độ được điều chỉnh nhờ thay đổi điện áp một chiều

• Hình dạng và giá trị điện áp ra không phụ thuộc phụ tải, dòng điện tải xác định

• Điện áp ra có độ méo phi tuyến lớn, có thể không phù hợp với một số loại phụ tải

• Hệ số công suất của sơ đồ không đổi, không phụ thuộc vào tải Tuy nhiên phải qua nhiều khâu biến đổi và hiệu suất kém, do đó chỉ phụ thuộc cho tải nhỏ, dưới 30KW

• Ngày nay biến tần nguồn áp được chế tạo chủ yếu với điện áp biến điệu bề rộng xung

– Biến tần nguồn áp biến điệu bề rộng xung

• 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 điểu khiển hoàn toàn như GTO, IGBT, Transistor công suất

•IGBT hoặc Transistor công suất được sử dụng cho biến tần công suất tới 300KW điện áp lưới đầu vào đến 690V Tần số sóng mang đến 12Khz đối với công suất 55KW, với công suất lớn hơn tần số này bị giới hạn dưới 3 Khz.

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

2) Bộ chỉnh lưu không điều khiển cầu 3 pha sử dụng Tiristor

Lựa chọn mạch chỉnh lưu ba pha không điều khiển hình cầu

- Sơ đồ cầu có chất lượng điện áp ra tốt hơn Độ nhấp nhô của điện áp thấp

- Sơ đồ hình cầu có điện áp ngược đặt lên van nhỏ hơn nên ta có thể chọn được loại van có thông số về điện áp ngược

- Máy biến áp ứng với sơ đồ cầu được sử sụng triệt để hơn

2.2 TÍNH TOÁN MẠCH CÔNG SUẤT.

2.2.1 Bộ nghịch lưu

Nguyên lý hoạt động:

Các điôt D1 ÷D6 mắc nối tiếp với các thyristor T1÷T6 nhằm ngăn sự phóng điện của

các tụ chuyển mạch C1 ÷C6 do điện áp ngược của tải gây nên Các điôt DZ1÷DZ6 là

những phần tử cần cho mạch chuyển mạch,ngoài ra chúng còn giữ vai trò của điôt phóng điện Thứ tự mở các thyristor và đặc tính điện áp pha và dây biểu diễn trên

hình vẽ Cầu gồm 2 nhóm van: nhóm anot chung(T1-T3-T5) và nhóm catot chung (T2-T4-T6).

Quá trình chuyển mạch cưỡng bức của T1.

- Giả thiết rằng T1 của nhóm anot và T2 của nhóm catot đang dẫn Ngắt T1 bằng cách mở T3 Cực tính của các tụ trước khi chuyển mạch kí hiệu trên tụ điện còn cực tính của tụ điện sau khi chuyển mạch kí hiệu ở dưới tụ điện Sau khi T3 Mở (tại thời điểm t1) tụ C1 chuyển nạp dao động trong mạch T3-Cx71-D1-L1-DZ1-T3 còn

tụ C5 trong mạch T3-C3-C5-D1-L1-DZ1-T3

- Vì nhánh C1 mắc song song với nhánh C3 và nối tiếp với C5 nên tụ điện tương đương ở đây sẽ là 1,5C Giả thiết mạch chứa tụ điện không có cảm kháng còn tải là tổng trở có tính cảm kháng có hằng số thời gian lớn hơn thời gian xảy ra chuyển mạch, còn tại thời điểm t1 dòng điện chạy qua pha A bằng Io

- Trong trường hợp này, tại thời điểm t1 tụ điện nhận giá trị dòng nhảy bậc từ T1, thyristor T1 ngắt vì đặt lên cực anot-catot của nó điện áp âm Trong khoảng thời gian td thyristor T1 cần phải đạt được tính chất khóa Thời gian td là khoảng thời gian cần để có điện áp ngược của T1 tăng từ giá trị Uoc1 tới 0 Thời gian này phải nhỏ hơn thời gian trung hòa các điện tử của T1 Trong khoảng thời gian t1-t2 dòng chay qua tụ điện lớn hơn dòng tải Io Dòng hiệu Ic-Io chạy qua điôt phóng DZ1

không qua tải Tại T2 dòng Ic=Io, dòng tụ điện giảm nhảy bậc xuống 0 Từ thời điểm này dòng tải gây nên do năng lượng tích lũy trong cảm kháng của tải chạy qua khép mạch kín bởi DZ4(sdt cảm ứng đã phân cực DZ4 theo hướng dẫn) Bây giờ DZ4 đóng vai trò của điôt Zero Dòng I0 chạy trong mạch DZ4-L1-pha A-pha C-

L3-D2-T2-DZ4 Nếu độ cảm kháng của tải đủ lớn năng lượng điện từ trong mạch vừa

nói trên có thể không phóng trong khoảng w2t=

3

Π

Điều đó có nghĩa là sau 1 góc kể

từ khi T3 dẫn năng lượng kháng được đưa về nguồn vì khi T2 ngắt, DZ5 bắt đầu phân cực dẫn, dòng tải bây giờ chảy theo mạch sau: DZ -L -pha A-pha C-L -DZ -

Ud -Ud−-DZ4 Ở chế độ hãm máy phát của động cơ năng lượng kháng được chuyển về nguồn từ tải cũng qua điôt DZ Đặc trưng của loại chuyển mạch này là chuyển mạch cưỡng bức, nguồn năng lượng dùng để chuyển mạch được tụ nạp tới điện áp tỉ lệ với điện áp nguồn Ud cấp cho Khi giảm giá trị điện áp nguồn giảm năng lượng tích lũy trong tụ điện có thể không thực hiện được sự chuyển mạch Góc dẫn van λ =180 0.

- Biểu thức giải tích của điện áp dây đặt lên tải động cơ theo khai triển Furier:

1 5 sin 5

1 t sin Ud 3 2

t t

ω ω

1 5 sin 5

1 t sin Ud

2

t t

ω ω

π

= 6

380

π

= 487 (V) + Chọn các thông số của động cơ không đồng bộ roto lồng sóc như sau:

+Gọi Ψ là góc lệch pha giữa dòng điện và hiệu điện thế của đầu ra X là tổng cảm kháng của động cơ :

cosΨ= 2 2

X Rt

2 2

f

Rt Z

1 ∫Ψ