THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG XOAY CHIỀU 3 PHA

 Phương pháp điều chỉnh tần số nguồn cung cấp được sử dụng cho động cơkhông đồng bộ cho đến nay vẫn là phương pháp tốt nhất, vì nó điều chỉnh trựctiếp công suát điện đầu vào động cơ , đ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỀU KHIỂN &TỰ ĐỘNG HÓA - -

ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU 3 PHA KHÔNG ĐỒNG BỘ

Giáo viên hướng dẫn: TS.Võ Quang Vinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Xoan

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

KHOA ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

Họ và tên: Nguyễn Thị Xoan

Lớp: D9-CNTĐ1 Hệ đào tạo: Đại học chính quy

Nhóm: 05

TÊN ĐỀ TÀI:

“THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU 3 PHA KHÔNG ĐỒNG BỘ”

CHƯƠNG 1: Phân tích, lựa chọn phương án điều chỉnh tốc độ

CHƯƠNG 2: Lựa chọn thiết bị

CHƯƠNG 3: Mô phỏng hệ thống

Ngày giao nhiệm vụ: Ngày 07 tháng 04 năm 2018

Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Ngày 30 tháng 05 năm 2017

Hà Nội, ngày 07 tháng 4 năm 2018

Người hướng dẫn

TS Võ Quang Vinh

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

MỤC LỤC CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU CHỈNH TỐC

ĐỘ 8

1.1 Các loại hình cơ bản của hệ điều tốc động cơ không đồng bộ 8

1.2 Hệ thống điều tốc vòng kín điều chỉnh điện áp mạch Stator 9

1.2.1 Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ khi thay đổi điện áp 9

1.2.2 Hệ thống điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp và đặc tính tĩnh của hệ 11

1.3 HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BẰNG PHƯƠNG PHÁP THAY ĐỔI TẦN SỐ 15

1.3.1 Phương trình điều khiển cơ bản của hệ thống truyền động biến tần biến tần – Động cơ không đồng bộ ba pha 15

1.3.2 Các bộ biến tần kiểu tĩnh 17

1.3.3 Bộ nghịch lưu điều chế độ rộng xung hình sin (SPWM) 20

1.3.4 Điều chế véc tơ điện áp không gian 23

1.3.5 Đặc tính cơ tĩnh của động cơ không đồng bộ khi điều khiển phối hợp tần số và điện áp 32

1.4 Mô phỏng trên Matlab & Simulink 39

1.4.1 Tham số động cơ sử dụng trong hệ thống 39

1.4.2 Mô hình Simulink vòng hở SPWM cho động cơ KĐB 3 pha 39

1.4.3 Đồ thị dạng sóng sin SPWM 40

1.4.4 Đồ thị tốc vòng hở: 41

1.4.5 Đồ thị dòng Rôto 42

1.4.6 Đồ thị điện áp đầu ra 42

CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN THIẾT BỊ 44

2.1 Giới thiệu về biến tần OMRON 3G3MV 44

2.1.3 Đặc tính kỹ thuật 46

2.1.3 Sơ đồ đấu dây: 47

2.1.4 Cài đặt thông số chạy thử 48

2.2 TỔNG QUAN VỀ ENCODOR 52

2.2.1 Khái niệm về encodor 52

2.2.2 Cấu tạo của ENCODOR quay ngang 52

2.2.3 Phân loại 53

2.3 Động cơ không đồng bộ 3 pha Mitsubishi SF-JR 54

2.3.1 Motor điện Mitsubishi SF-JR – 1.5kw 2hp 2p 54

2.3.2 Tiêu chuẩn kỹ thuật 54

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 60

3.1 Hệ điều khiển tự động tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha 60

3.2 Các lưu đồ công nghệ cho quá trình làm việc 60

3.3 Sơ đồ simulink mô phỏng vòng kín 61

LỜI MỞ ĐẦU

Như chúng ta đã biết, nước ta đang trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đạihóa Vì thế tự động hóa đóng vai trò quan trọng , tự động hóa giúp tăng năng suất,tăng độ chính xác và do đó tăng hiệu quả quá trình sản xuất Để có thể thực hiện tựđộng hóa sản xuất, bên cạnh các thiết bị máy móc cơ khí hay điện, các dây truyền sảnxuất…v v, cũng cần có các bộ điều khiển để điều khiển chúng Trong các thiết bị hiệnđại được đưa vào các dây truyền sản xuất tự động đó không thể không kể đến biến tần

Xuất phát từ đặc điểm trên em đã chọn đề tài : “THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU 3 PHA KHÔNG ĐỒNG BỘ”

Nội dung đồ án gồm 3 chương :

CHƯƠNG 1: Phân tích, lựa chọn phương án điều chỉnh tốc độ

CHƯƠNG 2: Lựa chọn thiết bị

CHƯƠNG 3: Mô phỏng hệ thống

Để hoàn thành tốt đề tài, chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Võ Quang Vinh

và các thầy cô trong khoa Điều Khiển & Tự Động Hóa trường đại học Điện Lực đãgiúp đỡ chúng em trong thời gian làm đề tài Và hơn nữa, cảm ơn thầy đã dìu dắt,trang bị kiến thức chuyên môn Đồng thời nhóm cũng cảm ơn các bạn trong lớp D9-CNTD1 đã có những góp ý quý báu cho nhóm

Do thời gian có hạn nên cũng không thể tránh được những sai sót trong quá trìnhlàm đề tài Nhóm mong có nhữn gý kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn đẻ cóthể hoàn thiện được đề tài tốt hơn

CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU CHỈNH

TỐC ĐỘ

1.1 Các loại hình cơ bản của hệ điều tốc động cơ không đồng bộ

Động cơ không đồng bộ làm việc theo nguyên lý cảm ứng, trong đó không có sự phân

ly giữa phần cảm ( kích thích sinh từ thông từ hóa) và phần ứng Từ thông động cơ vàmomen là các hàm phi tuyến của nhiều biến Chính vì vật mà trong điịnh hướng xâydựng các hệ truyền động điện không đồng bộ người ta thường có xu hướng tiếp cậnvới đặc tính điều chỉnh của động cơ điện một chiều kích từ độc lập Để có thể đưa racác phương háp chung trong điề khiển, hãy xét phương trufnh cân bằng công suất củađộng cơ không đồng bộ :

Trong đó : công suất điện từ truyền từ stato sang roto

M : công suất cơ

: tổn hao đồng trên điện trở mạch roto

Như vậy với một momen với tải xác định ( ) muốn điều chỉnh tốc độ động cơ khôngđồng bộ, chủ yếu chỉ có hai hướng hoặc là điều chỉnh tốc độ đồng bộ hoặc là điềuchỉnh công suất tổn hao Phương pháp thứ nhất liên quan đến các hệ thống điều chỉnhtần số, phương pháp thứ hai liên quan đến điều chỉnh điện trở mạch roto hoắc điềuchỉnh công suất trượt Khái quát chung về các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơxoay chiều không đồng bộ ba pha

Trong bảng ta thấy có bốn phương pháp, nếu đứng về phương điện tổn thất khi điềuchỉnh ta có hai phương pháp Điều chỉnh tổn thất và điều chỉnh kinh tế Còn phân loạitheo sơ đồ bố trí mạch lực ta có mạch tác động lên stato mạch tác động vào roto

 Phương pháp điều chỉnh điện áp stato dùng tiristo có phạm vi điều chỉnh tốc độ

và momen hẹp Đường 1 là đường giới hạn góc mở , đường 2 hạn chế do đưađiện trở phụ, đường 3 hạn chế do quá đòng điện Vì vậy ngày nay người ta ítdùng ,chủ yếu dùng để khởi động động cơ không đồng bộ roto lồng sóc phụ tảibơm và quạt gió

 Phương pháp điều chỉnh điện trở phụ nối vào roto của động cơ không đồng bộrôt dây quấn Thực chất là phương pháp tổn thất, hiệu suất truyền động suygiảm khi chiều chỉnh sâu tốc độ Tuy vậy phương pháp này có hiệu quả tốt làmoomen khởi động lớn , thích hợp với truyền động cơ cấu nâng hạ của cấu trúc

và cần trục, nên nó vẫn được sử dụng ở dải công suất nhỏ và trung bình

 Phương pháp điều chỉnh công suất trượt thực hiện đối với động cơ roto quấndây Thực chất của phương pháp này là công suất điện được cấp 100% chođộng cơ ở phóa sau sato, với phụ tải định trước , để điều chỉnh giảm tốc độ( giảm trượt ) được biến đổi trả lại lưới , nếu bỏ qua tổn thất bộ biến đổi ta có Như vậy công suất điện tiêu thụ của động cơ gần tương ứng với công suất cơ ,

nên phương pháp này gọi là phương pháp điều chỉnh kinh tế Tuy vậy nó dùng

ở dải công suất lớn ( > 400kw) thì mới có hiệu quả kinh tế

 Phương pháp điều chỉnh tần số nguồn cung cấp được sử dụng cho động cơkhông đồng bộ cho đến nay vẫn là phương pháp tốt nhất, vì nó điều chỉnh trựctiếp công suát điện đầu vào động cơ , đặc tính cơ có độ cứng không thay đổitrong dải biến đổi ngày càng hạ , tính năng kỹ thuật ngày càng nâng cao, nên hệtruyền động điều khiển tần số được sử dụng phổ biến nhất hiện nay

Hình 1.1 Khái quát phương pháp điều chỉnh động cơ không đồng bộ ba pha

1.2 Hệ thống điều tốc vòng kín điều chỉnh điện áp mạch Stator

1.2.1 Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ khi thay đổi điện áp

Mômen động cơ tỉ lệ với bình phương điện áp stato, nên có thể điều chỉnh mômen vàtốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp stato và giữ tần số không đổi nhờ bộ biếnđổi điện áp xoay chiều (ĐAXC) như vẽ:

Hình 1.2: a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ động cơ bằng U stato

gh

M M

M



Uđm - điện áp định mức của động cơ

ub - điện áp đầu ra của ĐAXC

Mth - mômen tới hạn khi điện áp là định mức

M - mômen động cơ ứng với điện áp điều chỉnh

Ưu điểm:

- Phương pháp này có thể kết hợp với điều khiện mở máy (hạn chế dòng mởmáy)

- Phạm vi điều chỉnh phụ thuộc vào góc mở  của chỉnh lưu.

- Thiết bị đơn giản, dễ vận hành Khi sử dụng phương án này đặc tính cơ củađộng cơ được giữ nguyên dải điều chỉnh vô cấp

Hình 1.3 : Sơ đồ điều chỉnh điện áp stator

Nếu đặc tính cơ của phụ tải có dạng:

max 0 0

1

x r

r

P P

Trong trường hợp sử dụng động cơ roto lồng sóc thì phản hồi dòng điện stato đượcthiết lập, việc tổng hợp mạch vòng dòng điện được tiến hành như ở mục trước đã nêu.Momen động cơ cũng được tính theo dòng điện stato:

Hình 1.4 : Điều chỉnh điện áp stator động cơ lồng sóc

thì có thể dùng mô hình tuyến tính hóa động cơ khi bỏ qua quá trình quá độđiện từ:

s s

tm dk

tm

U U U





trong đó Utm - biên độ của điện áp răng cưa;

Udk- điện áp điều khiển;

+-1.3 HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BẰNG PHƯƠNG PHÁP THAY ĐỔI TẦN SỐ

1.3.1 Phương trình điều khiển cơ bản của hệ thống truyền động biến tần biến tần – Động cơ không đồng bộ ba pha

Khi điều tốc động cơ điện một nhân tố quan trọng là phải cố gắng duy trì được lượng

từ thông m trên mỗi cực không đổi và bằng giá trị định mức Từ thông quá yếu sẽkhông phát huy hết khả năng của lõi sất động cơ , là một dạng lãng phí, nếu tăng từthông có thể làm cho nó bão hòa, dẫn tới dòng điện kích từ quá lớn, có thể làm hỏng,cuộn dây động cơ do quá nóng Đối với động cơ một chiều hệ thống kích từ là độc lập,chỉ cần có lượng bù phù hợp với phản ứng sẽ giữ được m không đỏi một cách dễdàng Trong động cơ xoay chiều không đồng bộ từ thông là do tổng hợp tác dụng củamạch rotor và stator gây ra làm như thế nào để giữ cho không đổi ? Đây là vấn đề phảiđược nghiên cứu trước tiên

Chúng ta đều biết giá trị hiệu dụng của sức điện động cảm ứng của mỗi pha statorđộng cơ không đồng bộ ba pha là :

1 1 1

4, 44

E  f N k Trong đó : E f

là giá trị hiệu dụng của sức điện động cảm ứng đo từ thông ở khe hởkhông khí trong mỗi pha stator động cơ không đồng bộ ba pha gây ra đơn bị đo là V;

f1 là tần số mạch stator đơn vị đo là Hz;

N1 là số vòng quấn của mỗi cuộn dây mỗi pha stator

kN1 là hệ số cuộn dây đối với sóng cơ bản

m là từ thông ở khe hở không khí mỗi cực đơn vị là Wb;

Từ công thức có thể thấy , chỉ cần điều khiển tốt E f và f1 là có thể đạt được mụcđích điều khiển từ thông m sau đây sẽ xét các trường hợp điều chỉnh dưới và trên tần

số cơ bản (tần số định mức f 1dm )

1.3.1.1 Điều chỉnh tốc độ thấp tần số cơ bản

Từ công thức có thể thấy , muốn giữ cho không đổi, khi điều chỉnh giảm tần số từ trị

số định mức trở xuống , bắt buộc phải đồng thời giảm xuống, làm cho :

nghĩa là sử dụng phương thức điều khiên với tỷ số điện động và tần số là hằng số.Nhưng sức điện động cảm ứng trong cuộn dây là khó điều khiển , khi trị số sức điệnđộng khá cao , có thể bỏ qua lượng xụt áp trên điện trở và điện kháng tần số của cuộnstator, và coi điện áp pha của stator , vì thế:

Đây là phương thức điều khiển tỷ số điện áp và tần số là hằng.

Hình 1.6: Đặc tính điều khiển tỷ số điện áp và tần số hằng số:

a) Không bù sụt áp mạch stator; b)có bù điện áp mạch stator

Lúc tần số thấpvà đều khá nhỏ , thành phần sụt áp điện trở và điện kháng tần chiếm tỷ

lễ khá lớn, không thể bỏ qua Lúc này, cần phải nâng cao điện áp lên một ít nhằm bùlại lượng sụt áp mạch stator Đặc tính điều khiển tý số điện áp tần số là hằng số đượcthể hiện trên hình , trong đó khi có bù sụt áp stator là đường b, còn không bù là đườnga

1.3.1.2 Điều tốc cao hơn tần số cơ bản

Khi điều tốc cao hơn tần số cơ bản , tần số có thể tăng lên từ nhưng điện áp khôngthể tăng quá điện áp định mức tối đa là chỉ giữ được Từ công thức có thể thấy điều

đó sẽ làm cho từ thống sẽ giảm xuống theo tỷ lệ nghịch với tần số tương đương vớitrường hợp động cơ một chiều điều chỉnh giảm từ thông để tăng tốc

Đem kết hợp hai trường hợp tần số thấp và cao hơn so với tần số cơ bản có thể đượcđường đặc tính điều khiển của hệ thống điều tốc biến tần động cơ không đồng bộ Nếuđộng cơ ở những tốc độ khác nhau đều có dòng điện định mức thì động cơ có thể làmviệc lâu dài trong điều khiển nhiệt độ tăng lên cho phép, trong trường hợp tần số caohơn thì tương ứng với tần số tăng thì tốc độ qua tăng và từ thồn động cơ giảm Nhưvậy theo lý thuyết truyền động điện khi tần số thấp hơn tần số cơ bản, ta có momencho phép bằng hằng số Còn khi tần số cao hơn tần số cơ bản ứng với trường hợp

Hình 1.7 :Đặc tính điều tốc biến tần động cơ không đồng bộ

1.3.2 Các bộ biến tần kiểu tĩnh

Phương thức điều khiển vừa xem xét ở trên chứng tỏ, muốn đạt được yêu cầu điều tốcbắt buộc phải thay đổi đồng thời điện áp nguồn và tần số Trong khi đó hiện nay mạngđiện công nghiệp có đặc tính là tần số và fias trị hiệu dụng điện áp là hằng số, buộcphải sử dụng thiết bị biến đổi tần số và điện áp, thường gọi là bộ biến đổi tần số hay

bộ biến tần (BT) Bộ biến tần ra đời sớm nhất là bộ biến tần máy điện sử dụng cácmáy điện quay, mà ngày nay đã phải nhường chỗ cho thiết bị biến tần tĩnh ứng dụng

kỹ thuật điện tử công suất

Về mặt cấu trúc mà nói, thiết bị biến tần kiểu tĩnh được chia thành hai loại là biến tầntrực tiếp và biến tần gián tiếp Thiết bị biến tần gián tiếp trước tiên phải biến đổi điệnxoay chiều của mạng điện thành điện áp một chiều nhờ bộ chỉnh lưu, sau đó lại qua bộnghịch lưu biến đổi điện áp một chiều thành điện áp xoay chiều có tần số và điện ápđiều chỉnh được, vì vậy còn được gọi là thiết bị biến tần gián tiếp có khâu một chiềutrung gian Thiết bị biến tần trực tiếp có tần số và điện áp điều khiển được, không cókhâu một chiều trung gian Hiện nay trên thực tế thiết bị biến tần gián tiếp được dùngnhiều hơn

1.3.2.1 Bộ biến tần trực tiếp (Cycloconveter)

Cấu trúc của các thiết bị biến tần trực tiếp như tên hình 1.9 Bộ biến đổi này chỉ dùngmột khâu biến đổi là có thể biến đổ nguồn điện xoay chiều có điện áp và tần số khôngđổi thành điện áp xoay chiều có điện áp và tần số điều chỉnh được Do quá trình biến

đổi không phải qua khâu trung gian nên được gọi là bộ biến tần trực tiếp còn được gọi

là bộ biến đổi sóng cố định (Cycloconveter)

Hình 1.8 : Sơ đồ nguyên lý bộ biến tần trực tiếp

Ưu điểm:

- Mạch chỉ cần dùng van Tiristor thông thường, quá trình chuyển mạch theo điện

áp lưới

- Bộ biến tần không sử dụng khâu trung gian một chiều nên hiệu suất rất cao

- Có khả năng làm việc ở tần số thấp thậm chí ngay cả khi có sự cố

- Thường sử dụng cho dải công suất rất lớn đến vài chục MW

1.3.2.1 Thiết bị biến tần gián tiếp.

Bộ biến tần gián tiếp có khâu trung gian một chiều có thể có các cấu trúc khác nhau,cấu trúc chung được mô tả ở hình 1.8 Về cơ bản có thể có ba khâu chính : Chỉnhlưu,lọc và nghịch lưu Nhờ có khâu trung gian một chiều mà khâu chỉnh lưu và nghịchlưu là cách ly nhau và điều chỉnh độc lập với nhau Tần số đầu ra nhờ đó có thể đượcđiều chỉnh mà không phụ thuộc tần số đầu vào

Hình 1.9 : Thiết bị biến tần gián tiếp

Tùy thuộc vào khâu trung gian một chiều mà phân ra biến tần nguồn dòng và biến tầnnguồn áp

- Có khả năng trả năng lượng về lưới

- Không sợ chế độ ngắn mạch vì dòng điện một chiều được giữ không đổi

- Phù hợp cho dải công suất lớn trên 100 kW

Nhược điểm:

- Hiệu suất kém ở dải công suất nhỏ

- Cồng kềnh vì có cuộn kháng

- Hệ số công suất thấp và phụ thuộc vào phụ tải nhất là khi có tải nhỏ

Do đó, với những tải nhỏ thì biến tần nguồn dòng rõ ràng không phù hợp.b) Biến tần nguồn áp:

Hình 1.11 : Biến tần nguồn áp

Khâu lọc trung gian một chiều là tụ C0, thực hiện chức năng nguồn áp cho bộ nghịchlưu

Ưu điểm:

- Phù hợp với tải nhỏ, dưới 30 kW

- Hệ số công suất của mạch lớn ( gần bằng 1)

- Hình dạng và biên độ điện áp ra không phụ thuộc tải, dòng điện cho tải quyđịnh

- Có thể áp dụng kỹ thuật PWM để giảm tổn hao do sóng hài bậc cao, khửđập mạch mômen

Nhược điểm:

- Không trả được năng lượng về lưới, nếu muốn trả năng lượng về lưới phảimắc thêm một khâu chỉnh lưu mắc song song ngược với khâu chỉnh lưu bandầu hoặc dùng chỉnh lưu PWM hay biến tần 4 góc phần tư

Như vậy, đến đây, ta thống nhất chọn bộ biến đổi là biến tần nguồn áp Phầntiếp theo sẽ chọn phương pháp điều khiển cho loại biến tần này

1.3.3 Bộ nghịch lưu điều chế độ rộng xung hình sin (SPWM)

Như trên đã trình bày, trong hệ thống điều tốc biến tần áp dụng phương pháp điềuchỉnh tỷ số điện áp tần số không đổi, khi sử dụng biến tần gián tiếp dùng tiristor thìviệc điều chỉnh điện áp và tần số được thực hiện riêng ở hai khâu : điều chỉnh tần số ởkhâu nghịch lưu ,còn điều chỉnh điện áp thực hiện ở khâu chỉnh lưu,điều này đã kéotheo một loạt vấn đề Các vấn đề đó là :

a) Mạch điện chính có 2 khâu công suất điều khiển được, nghĩa là khá phức tạp.b) Do khâu một chiều trung gian có bộ lọc bằng tụ lọc hoắc điện kháng với quántính lớn, làm cho tính thích nghi trạng thái động của hệ thống thường bị chậmtrễ

c) Do bộ chỉnh lưu điều khiển làm cho hệ số công suất của ngồn điện cung cấpgiảm nhỏ khi công suất đầu ra giảm xuống theo sự thay đổi chế độ làm việc của

hệ điều tốc, đồng thời làm tăng sóng hài bậc cao trong dòng điện nguồn

Hình 1.12 : Cấu trúc biến tần gián tiếp bằng tiristor thường sử dụng

Hình 1.13 : Cấu trúc biến tần gián tiếp với nghịch lưu PWM

d) Đầu ra của bộ nghịch lưu là điện áp ( dòng điện) có dạng khác xa hình sin, tạo

ra nhiều song hài bậc cao trong dòng điện động cơ, dẫn tới mômen biến độngkhá lớn ảnh hưởng tới tính ổn định làm việc của động cơ, đặc biệt nghiêm trọng

là khi ở tốc độ thấp Vì vậy các thiết bị biến tần do cá linh kiện điện tử côngsuất dạng tiristor không thể đáp ứng được những yêu cầu đối với nhưng hệthống điều tốc biến tần hiện đại Sự xuất hiện các linh kiện điện tử công suấtđiều khiển hoàn toàn (GTO,IGBT,…) cùng với sự phát triển cảu kỹ thuật viđiện tử đã tọa ra được các điều kiện tốt để giải quyết được vấn đề này

Bộ biến tần PWM ứng dụng kỹ thuật này về cơ bản đã giải quyết được vấn để tồn tạitrong bộ biến tần thông thường dùng tiristor, tạo điều kiện cho sự phát triển lĩnh vựcmới là hệ thống điều tốc dòng điện xoay chiều cận Hình1.13 giới thiệu cấu trúc bộbiến tần PWM, bộ biến tần này vẫn là bộ biến tần gián tiếp có khâu trung gian mộtchiều, chỉ khác là khâu chỉnh lưu chỉ cần là chỉnh lưu không điều khiển, điện áp ra của

nó sau khi đi qua bộ lọc C hoặc L-C cho điện áp một chiều có trị số không đổi dùng đểcấp cho khâu nghịch lưu, linh kiện đóng mở công suất khâu nghịch lưu là các phần tửđiều khiển hoàn toàn và được điều khiển đóng cắt với tần số khá cao, tạo nen trên đầu

ra một loạt xung hình chữ nhật với độ rộng khác nhau, còn phương pháp điều khiểnquy luật phân bố thời gian và trình tự thao tác đóng –cắt ( mở -khóa) chính là phươngpháp điều chế độ rộng xung Ở đây, thông qua việc thay đổi độ rộng của các xung hìnhchữ nhật có thể điều chế giá trị biên độ áp của các xung hình chữ nhật có thể điều chếgiá trị biên độ điện áp của sóng cơ bản đầu ra nghịch lưu, đáp ứng yêu cầu phối hợpđiều khiển tần số và điện áp của hệ điều tốc biến tần

Đặc điểm chủ yếu của mạch điện trên hình… là:

1 Mạch điện chính chỉ có một khâu công suất điều khiển được , đơn giản hóa cấutrúc, hệ số công suất của mạng điện không liên quan tới biên độ của điện áp đầu

ra bộ nghịch lưu và gần tiến đến 1

2 Bộ nghịch lưu thực hiện đồng thời điều tần và điều áp, không liên quan đếntham số của linh kiện khâu trung gian một chiều, đã làm tăng độ tác độngnhanh trạng thái động của hệ thống.

3 Có thể nhận được đồ thị điện áp đầu ra tốt, có thể hạn chế hoặc loại bỏ đượcsóng hài bậc thấp, làm cho động cơ thể việc với điện áp biến thiên gần như hìnhsin, biến động của momen khá nhỏ, mở rộng rất lớn phạm vi điều chỉnh tốc độcủa hệ thống truyền

1.3.3.1 Nguyên lý làm việc của bộ nghịch lưu SPWM

Khối nghịch lưu SPWM, là sơ đồ biến đổi điện áp một chiều thành xoay chiều mà điện

áp đầu ra rất gần hình sin Để thực hiện, có thể chia nửa chu kỳ hình sin N phần bằngnhau, như trên hình (trong đó N=12) sau đó thay thế một phần đường cong hình sinbằng một xung hình chữ nhật với chiều cong xác định và có diện tích bằng diện tíchbao bởi trục hoành và phần đường cong hình sin được thay thế ,trung điểm của xunghình chữ nhật trùng với trọng tâm của mỗi một phần trên sóng hình sin Như vậy đồthị sóng do N xung hình chữ nhật cùng biên độ nhưng khác nhau về chiều rộng đãthay thế ( tương đương ) cho một nửa chu kỳ hình sin Tương tự , ở các chu kỳ kháccủa sóng hình sin cũng được thay thế theo phương pháp vậy

Một loạt xung trên chính là đồ thị đầu ra của bộ nghịch lưu SPWM Có thể thấy rằng

do biên độ bằng nhau của các xung nên khối nghịch lưu có thể cung cấp bởi nguồnđiện một chiều không đổi, tức là có thể dùng chỉnh lưu điot xung đầu ra khối nghịchlưu không điều khiển.Giá trị biên độ của xung đầu ra khối nghịch lưu chính là điện áođầu ra của khối chỉnh lưu Khi khối nghịch lưu làm việc ở trạng thái lý tưởng, tín hiệuđiều khiển sự mở khóa của van bán dẫn công suất tương ứng cũng sẽ có dạng là mộtchuỗi xung tương tự như trên hình Về mặt lý thuyết mà nói độ rộng của các xung này

có thể dùng phương pháp tính để tìm Nhưng biện pháp thường dùng trong thực tế là

sử dụng phương pháp điều chế tương tự như trong kỹ thuật thông tin, đồ thị sóngmong muốn ( ở đây là sóng hình sin) làm sóng điều chế , còn tín hiệu chịu sự điềukhiển của nó gọi là sóng mang Trong nghịch lưu SPWM thường dùng sóng tam giáccân làm sóng mang, bởi vì sóng tam giác cân là hình sóng tuyến tính có độ rộng trêndưới đối xứng nhau, lúc nó giao với đường cong trơn bất kỳ, ở thời điểm giao ấy sẽbắt đầu xuất hiện hoắc mất tín hiệu điều khiển van bán dãn công suát, có nghĩarằng:đầu ra bộ điều chế nhận được chuỗi xung hình chữ nhật điều kheiern các vantương tự như chuỗi xung trên hình đó chính là kết quả cần thiết của bộ PWM

a, Nguyên lý làm việc

Hình là mạch điện chính của bộ biến tần SPWM, trong hình V V là 6 van công suấtđiều khiển hoàn toàn có các điot song song ngược của khối nghịch lưu ( ở đây làIGBT), khối nghịch lưu được cung cấp điện áp một chiều lấy từ đầu ra khối chỉnh lưuđiot mắc theo sơ đồ cầu 3 pha và lọc bằng tụ C Hình là mạch điều khiển của nó,mộtnhóm tín hiệu áp tham khảo hình sin( còn gọi là sóng điều chế-Modulating wave) bapha đối xứng do bộ phát các tín hiệu điều chế cung cấp , tần số của nó xác định tần số

đầu ra yêu cầu Gía trị biên độ của tín hiệu điều chế cũng có thể thay đổi trong phạm

vi nhất định, nhằm xác điinh độ lớn của điện áp đầu ra Tín hiệu sóng tải (sóng carrier wave) dạng tam giác cân do mạch phát sóng với sóng tải, đầu ra mạch so sánh

mang-là chuỗi các xung của SPWM được dùng mang-làm tín hiệu điều khiển các van bán dẫncông suất ba pha của khối nghịch lưu

a)

b)

Hình 1.14 : Sơ đồ nguyên lý mạch điện bộ nghịch lưu SPWM

a) Mạch lực ; b) Sơ đồ khối mạch khống chế

1.3.4 Điều chế véc tơ điện áp không gian.

U  U

, với U am là biên độ điện áp pha.

Căn cứ vào luật chuyển mạch và sơ đồ nối dây tương ưng có thể thấy rằng điện ápkhông gian của hệ biến tần – động cơ , tại một thời điểm , sẽ chỉ lấy các giá trị giánđoạn là một trong số tám véctơ:

1/ 2 / 3 / 4 / 5/ 6/ 0/ 7

s

Vị trí của các véctơ được mô tả bởi hình sao điện áp như hình

Hình 1.15 : Hình sao điện áp của biến tần - động cơ

Để thỏa mãn các luật điều khiển khác nhau thì véctơ điện áp Us phải có biên độ và vị

trí pha bất kỳ trong hình tròn giới hạn, tức là phải lấy các giá trị liên tục trong khônggian Kỹ thuật điều chế véctơ điện áp không gian khác kỹ thuât SPWM ở chỗ nókhông sử dụng các bộ điều chế riêng rẽ mà véctơ điện áp mong muốn được hình thànhbởi tổ hợp chuyển mạch phức hợp

Ví dụ như trên Hình véctơ mong muốn

d s

U có thể được phân tích thành hai thành

phần tự trên hai véctơ V V a, b cách nhau một phần sáu vòng tròn:

U được lấy mẫu với tần số cố định 2 fs, giá trị của nó

được dùng để giải phương trình:

Trong đó  là góc pha giữa véctơ mong muốn và véctơ Va Đây là kỹ thuật lấy trung

bình của véctơ trong thời gian bán chu kỳ 1/ 2f để tạo nên các véctơ mong muốn s

Trong mảnh 600 đầu tiên của mặt phẳng phức thì V a V V1, b  , ở mảnh V2 60 0 thứ hai

3 Điều chế véc tơ điện áp không gian: mmax 0,907

1.3.3.2 Mô thức điều chế của SPWM và cách thực hiện

Như trên đã chỉ ra, điều chế SPWM chính là dựa vào các giao điểm của sóng tải tamgiác và sóng điều chế hình sin để xác định thời điểm mở khóa của van bán đãn côngsuất, có thể dùng mạch điện tử tương tự hoặc dùng mạch điện tử số hoắc dùng chươngtrình phần mềm để tạo ra tín hiệu điều chế, cũng có thể dùng máy I tính thông qua

phần mềm đẻ tạo thành đồ thị sóng của SPWM Khi kỹ thuật SPWM vừa mới đượcứng dụng , phần lớn người ta dùng bộ dao động và bộ so sánh để tạo ra chuỗi xungSPWM, nhưng do số linh kiện phải dùng quá nhiều, mạch điều khiển khá phức tạp, độchính xác cũng khó đảm bảo Ngày nay kỹ thuật xử lý phát triển khá nhanh và hiện tạichủ yếu dùng phương pháp điều khiển số, người ta đã đưa ra phần mềm tạo đồ thịsóng của SPWM

1.3.3.1 Phương pháp lấy mẫu tự nhiên

Nguyên lý làm việc của nghịch lưu SPWM, khi có chỉ số sóng tải là , trong một chu kỳđầu ra của bộ nghịch lưu, sóng điều chế hình sin và sóng tải tam giác tương ứng giaonhau ở 2 điểm Hay nói cách khác trong một khoảng chu kỳ biến thiên của sóng tảitam giác , nó và sóng hình sin tương giao hai lần, linh kiện đóng cắt công suất cảunghịch lưu tướng ứng lần lượt đóng và cắt ( mở và khóa ) một lần Muốn tạo thànhmột cách chính xác đồ thị sóng của SPWM như vậy, buộc phải tính toán chính xácthời điểm mở và khóa của van bán dẫn công suất khối nghịch lưu Khoảng mở của vanbán dẫn công suất chính là thời gian nghỉ giữa các xung Độ lớn của các vùng này ởcác dải khác nhau của tần số và sóng hình sin và phụ thuộc vào hệ số điều chế Nhưngđối với máy vi tính mà nói, thời gian tính toán thực hiện được nhờ phần mềm, việcđiều khiển cảu thời gian được thực hiện nhờ bộ định giờ Những công việc trêm đềurất dễ dàng

Dựa vào các giao điểm của sóng hình sin và sóng tam giác để lấy mẫu độ rộng xung

và thời gian nghỉ, từ đó tạo ra đồ thị của sóng SPWM, phương pháp này gọi là phéplấy mẫu tự nhiên, như trên.Trong hình vẽ tùy ý lấy trường hợp giao nhau giữa mộtđoạn sóng điều chế hình sin và một chu kỳ sóng tải tam giác Giao điểm A là thời điểmphát sinh xung , đến B là thời điểm kết thúc xung Trong một chu kỳ cảu sóng tải tamgiác, thời gian giữa điểm A và điểm B là vùng làm việc ở trạng thái mở của van bándẫn công suất và gọi là thời gian độ rộng xung, ở phía trước và sau của xung có mộtđoạn ở mỗi bên biểu thị bằng và , rõ ràng là :

Nếu giả thiết biên độ của sóng tải tam giác bằng 1, thì sóng điều chế hình sin có thểviết thành

Trong đó là tần số sóng điều chế hình sin, tức là tần số điệm áp ra nghịch lưu

Bởi vì hai điểm A và B không đối xứng qua đường tâm của sóng tải tam giác , buộcphải chia thời gian độ rộng xung thành hai bộ phận là và để tìm nghiệm Dựa vàoquan hệ hình học của tam giác vuông ta biết

Sau khi biến dổi ta được:

Phép lấy mẫu tự nhiên tuy có thể phản ánh một cách chân thực thời điểm bắt đầu vàkết thúc của xung, nhưng lại rất khó thực thi trong điều khiển Phương pháp này chỉđược dùng ở phạm vi điều tốc có hạn

1.3.3.2 Phương pháp lấy mẫu quy tắc

Để khắc phực được những nhược điểm của phương pháp lấy mẫu tự nhiên, người ta đãnghiên cứu tìm kiếm các phương pháp ứng dụng thực tế cố gắng tận dụng những ưuđiểm của phép lấy mẫu tự nhiên nhưng lại khống quá mất nhiều thời gian cho các phéptoán Một trong những phương pháp được sử dụng khá rộng rãi đó là việc lấy mẫu quytắc Mấu chốt với đường tâm của sóng tải tam giác , do đó biểu thức được đơn giảnhóa đi rất nhiều do chọn thời gian nghỉ ở hai phía là bằng nhau Từ đó khối lượng tínhtoán giảm đi rất nhiều

Nguyên tắc chủ yếu cảu phương phấp lấy mẫu quy tắc là : trong mỗi chu kỳ của sóngtải tam giác thực hiện thay thế cho đoạn sóng diều chế hình sin bằng một giá trị tươngđương( mẫu) không đổi, giá trị mẫu này là giá trị của sóng điều chế tại một thời điểmxác định trong mỗi chu kỳ của sóng tải tam giác Làm nhưu thế tuy có gây ra sự sai sốnhất định vào thời điểm được chọn để xác định giá trị tương đương mà có các phép lấymẫu khác nhau

Phương pháp lấy mẫu quy tắc I, thời điểm chọn để xác định giá trị tương đương làthời điểm sóng tải tam giác đạt giá trị đỉnh dương ( D trong hình vẽ), giá trị điện ápnày ( điện áp mẫu) được dùng thay thế cho sóng điều chế ở chu kỳ tiếp sau của sóngtải tam giác, so sánh với sóng tải tam giác xác định được hai điểm A và B Coi chúng

là thời điểm tạo thành xung trong đồ thị xung của SPWM , giữa A và B là thời gian độrộng xung Cách tính toán của phương pháp lấy mẫu quy tắc I đơn giản hươn so vớiphép lấy mãu tự nhiên, nhưng từ hình vẽ có thể thấy độ rộng xung nhận được giảm đi,kéo theo sai số điều khiển cũng khá lớn Đó là do cả hai giao điểm của điện áp mẫuvới sóng tải tam giác đều ở về một phía của sóng điều chế hình sin gây ra Để khắcphục nhược điểm này ta sử dụng pép lấy mẫu quy tắc II

Phương pháp lấy mẫu quy tắc II được mô tả như trên hình tại thời diểm sóng tải tamgiác đạt giá trị đỉnh âm xác định được giá trị của sóng điều chế hình sin là , từ E dóngđường thẳng nằm ngang cắt đồ thị sóng tam giác ở hai điểm A và B Từ đó xác địnhđược độ rộng xung Lúc này hai điểm A,B rơi vào hai phía sóng hình sin, nên đã giảmđược sai số của độ rộng xung , đồ thị do SPWM tạo ra chính xác hơn

Trong phương phá lấy mẫu quy tắc mỗi một thời điểm lấy mẫu của chu kỳ đều là xácđịnh độ rộng và vị trí của xung SPWM tạo ra đều có thể dự tính được trước Dựa vàotính đối xứng của điện áp xung đối với sóng tải tam giác:

Và thời gian nghỉ:

Phần lớn các bộ nghịch lưu trong thực tế đều là ba pha, cần phải tương ứng tạo ra đồthị của sóng của SPWM ba pha Về mặt thời gian, sóng điều chế hình sin lệch nhaumột góc độ điện bằng , còn sóng tải tam giác thì dùng chung, điều này làm cho trongcùng một chu kỳ sóng tải tam giác nhận được đồ thị xung SPWM bap ha như trênhình…

Trong hình… thời gian độ rộng xung của mỗi pha đều có thể dùng công thức để tínhtoán tìm ra được tổng thời gianđộ rộng xung bap ha, số hạng đàu tiên vế phải của cácđẳng thức giống nhau, cộng lại tăng lên gấp ba, còn tổng của số hạng thứ 2 thì bằng 0,

vì vậy:

Tổng thời gian nghỉ giữa các xung ba pha là :

Thời gian nghỉ xen giữa hai phía của xung là bằng nhau, do đó:

Trong đó ký hiệu a,b,c ở chân chữ biểu thị ba pha A,B,C

Trong các máy điều khiển số hiện nay đồ thị sóng SPWM tạo ra chính là dựa tên cơ sởnguyên lý lấy mẫu và các công thức tính toán nói trên Thông thường trước khi thiđiều khiển từ xa, có thể dùng máy tính tính toán ra độ rộng xung hoặc rồi nhập vàoEPROM, sau đó từ hệ vi xử lý của hệ thống điều tốc thông qua bảng số và các thuậttoán cộng trừ tìm ra được độ rộng xung và thời gian nghỉ,cách làm này được đặt tên làphương pháo tra bảng.Cũng có thể ghi vào bộ nhớ và các hàm số hình sin, khi điềukhiển trước tiên phải lấy ra giá trị hàm số và chỉ số điều chế M cần thiết của hệ thốngrồi làm phép nhân, sau đó dựa vào tần số sóng tải cho trước lấy ra giá trị tương ứngcủa , rồi nhân với , sau đó thực hiện các thuật toán cộng trừ hoán vị là có thể tính rađược thời gian độ rộng xung và thời gian nghỉ Các số liệu của xung nhận được bằngcách tra bảng hay phép tính toán đều có thể đưa vào bộ định giờ, lợi dụng mức độ giánđoạn cao cấp tương ứng nhận được từ mạch điện ở đầu ra cảu bộ định giờ để kịp thờitạo ra loạt xung SPWM cần thiết để điều khiển các van công suất Đối với hệ thốngđiều khiển mạch hở, ở tốc độ quay nào đó, chỉ số điều chế M của nó và tần số đều cótrị số xác định , cho nên lúc này dùng cách tra bảng là thích hợp Đối với hệ thốngđiều tốc điều khiển mạch vòng kín, chỉ số điều chế M trong quá trình làm việc của hệthống biến động theo khâu điều khiển, lúc này dùng phương pháp tính toán là thíchhợp Hiện nay để thực hiện chương trình tạo ra chuỗi xung SPWM người ta thường sử

1.3.3.3 Phương pháp loại bỏ sóng hài chỉ định ( Harmonic Elimination Method)

Mô thức điều khiển bộ nghịch lưu SPWM đã trình bày ở trên không phải là duy nhất,nhiều năm lại đây nhiều người đã nghiên cứu mô thức điều khiển đối với SPWM và đãnêu ra khá nhiều phương thức, một trong số đó chính là mô thức điều khiển SPWMloại bỏ sóng hài chỉ định

Tại đây điện áp đầu ra bộ nghịch lưu là một nhóm sóng xung biên độ bằng nhau, độrộng xung khác nhau, hơn nữa các nửa chu kỳ đối xứng nhau, nhưng chúng khôngphải tạo thành bởi giao điểm của sóng tải tam giác và sóng điều chế hình sin, mà làxuất phát từ phương pháo loại bỏ sóng hài cho một số bậc được chỉ định thông quatính toán để xác định thông qua tính tán để xác định thời điểm đóng mở của các vanbán dẫn công suất Lấy sóng điện áp đơn giản trên hình

Ví dụ đây là một đồ thị sóng của SPWM kiểu một cực có 3 xung nên yêu cầu biên độsóng cơ bản của đầu ra bộ nghịch lưu là , đồng thời đòi hỏi loại bỏ điện áp sóng hàibậc 5 và 7 ( trong động cơ điện ba pha không có dây trung tính, có thể bỏ qua sóng hàibậc 3 và bội số của nó ) vì thế cần phải tính chọn thời điểm đóng mở của van mộtcách thích hợp

Nếu lấy điểm gốc tọa độ ở thời điểm đỉnh dương của sóng hình sin mong muốn thì cácxung điện áp SPWM có thể khai triển thành chuỗi Furie:

Trong đó là giá trị biên độ sóng hài baajch thứ k, có thể viết thành :

Dựa vào đồ thị trên hình… có thể triển khai thành:

Giải hệ phương trình trên sẽ tìm ra được thời điểm cần mở khóa các van ( thời điểmxuất hiện và mất các xung SPWM) để loại bỏ cá sóng hài bậc 5 à 7 Đương nhiên đểloại bỏ bậc cao hơn, cần phải dùng đến nhiều phương trình hơn, hay nói cách kháctrong một chu kỳ phải có nhiều xung hơn mới có thể đáp ứng được yêu cầu.

Cần phải nhấn mạnh sử dụng phép loại bỏ sóng hài định chỉ để xác định một loạt thờiđiểm xuất hiện à mất các xung là có thể loại bỏ được các sóng hài có bậc chỉ định mộtcác hiệu quả, nhưng những sóng hài ngoài bậc chỉ định chưa chắc đã được loại bỏhoắc suy giảm, thâm chí có lúc biên độ của chúng còn tăng lên Nhưng chúng thuộcnhững sóng hài bậc cao không có ảnh hưởng lớn đối với động cơ

Trong phương thức điều chế nói trên phương pháp này không dựa vào sự so sánh sóngtải tam giác với sóng điều chế hình sin, vì vật nó không còn là điều chế độ rộng xunghình sin, nhưng hiệu quả của nó hoàn toàn giống với điều chế độ rộng xung hình sin,nên vẫn được xếp vào mô thức điều chế SPWM

Việc tìm nghiệm của hệ phương trình lượng giác trên khá khó khăn, hơn nữa vớinhững tần số đầu ra khác nhau đòi hỏi tần số xung khác nhau, nên càng khó thực thiđiều khiển Thông thường sử dụng phương pháp để tính toán để tìm được các nghiệm

là giá trị các góc mở khóa các van công suất ở tần số đầu ra khác nhau, nhập vào bộmáy tính để ứng dụng khi điều khiển

1.3.3.4 Bộ nghịch lưu SPWM điều khiển vòng trễ( hyserreses-band) dòng điện tần

số đóng cắt cao

Các bộ nghịch lưu SPWM đã nghiên cứu mà ở mục trước đều là dạng nguồn điện áo,khâu một chiều trung gian luôn luôn được coi là nguồn điện áp ổn định , độ lớn củadòng điện phụ thuộc vào mạch phụ tải , nếu trở kháng phụ tải quá nhỏ hoắc bị ngắnmạch, thì sẽ cuất hiện dòng điện xung cực mạch làm hỏng van công suất Phươngpháp tin cậy của dòng điện là dòng hình sin do mạch điện điều khiển hoắc mô hìnhtạo tần số và biên độ tạo ra , được só sánh với tín hiệu dòng điện pha thực tế mà lượngchênh lệch giữa chúng đi qua bộ khuyeesch đại có hệ số khuyếch đại cao vốn có đặctisnhvofng trễn, tức là bộ so sánh vòng trễ DHC, điều khiển sự mở hoắc khóa khóacho hai transitor công suất mắc ở nhánh cầu trên và dưới của mỗi pha nghịch lưu Sơ

đồ nguyên lý điều khiển vòng trễ dòng điện một pha bộ nghịch lưu như trên hình …

Hình 1.18: Sơ đồ khối bộ điều khiển dòng điện một pha bộ nghịch lưu SPWM điều

khiển vòng trễ dòng điện : DHC là bộ so sánh vòng trễ

Độ rộng của dải trễ của bộ so sánh vòng trễ là 2, trong đó là độ chênh lệch cực đạidòng điện cho trước Gỉa thiết van nhánh trên của pha xét đang mở, dòng diện phatăng, khi dòng điện thực tế của pha vượt quá dòng điện đặt mà độ lệch đại tới , đầu racủa bộ só sánh vòng trễ làm cho tín hiệu khóa van công suất của nhánh cầu trên pha

đó, sau một khoảng thời gian bảo vệ kéo dài càn thiết, van nhánh cầu dưới được mở,kết quả làm cho điện áp đầu ra của pha đó chuyển sang theo đó dòng điện pha bắtđầu giảm xuống.Khi dòng điệnt hực tế giảm xuống nhỏ hơn so với giá trị dòng điệnđặt một lượng thì van ở nhánh cầu duwosi bị khóa, cũng sau một khoảng thời gianbảo vệ cần thiết thì van ở nhánh cầu trên được mở, điện áp trên tải của pha lại đổi sang

và dòng điện pha lại chuyển sang tăng Cứ như thế, hai ván bán dẫn công suất luânphiên nhau mở và khóa làm dòng điện thực tế luôn bám theo sự biến thiên của dòngdiện yêu cầu đặt trước , chỉ có khác là giữa chúng còn có một phạm vi sai lệch chophép

Phạm vi cho phép của độ lệch dòng điện được biểu thị theo quan hệ sau đây:

hay Quá trình thay đổi của dòng điện thực tế chịu sự ràng buộc của sức điện động cảm ứngcủa động cơ điện, điện kháng của các cuộn dây và tác dụng quán tính của các van bándẫn.Trong trường hợp chung, có thể bỏ qua điện trở của các cuộn dây, tỷ suất biến đổicảu dòng điện ( đạo hàm dòng điện đối với thời gian ) là:

Trong đó là sức điện động một pha hình sin

Từ biểu thức có thể thấy , nếu muốn cho dòng điện thay đổi nhanh, buộc phải giữđiện áp nguồn phải khá cao.

Điện áp đầu ra bộ nghịch lưu điều khiển vòng trễ dòng điện tuy vẫn ở dạng xung,nhưng nó đã thoát khỏi sự điều chế độ rộng xung hình sin theo ý nghĩa ban đầu, nóvẫn lấy tên là SPWM, nhưng chỉ vì tín hiệu dòng điện đặt là sóng hình sin, dẫn tớidòng điện thực tế bị giới hạn dao động xung quanh đường hình ssin, về cơ bản vẫn códạng hình sin Đương nhiên, bộ cảm biến dùng dể kiểm tra dòng diện thực tế phải làlaoji cảm biến cso chất lượng cao với dả thông tàn rất rộng, bộ cảm biến hiệu ứng Hallvới độ nhạy cao có thể đảm nhận nhiệm vụ này.Lúc điều tốc , chỉ cần thay đổi tần sốtín hiệu dòng điện đặt ( yêu cầu ) , không cần điều chỉnh điện áp của bộ nghịch lưu.Lúc này, phía ngoài vòng điều khiển dòng điện cần có mạch vòng tốc độ mới có thểcoi là giá trị biên độ với những yêu cầu khác nhau của phụ tải tự động điều khiển dòngđiện đặt

1.3.5 Đặc tính cơ tĩnh của động cơ không đồng bộ khi điều khiển phối hợp tần số

và điện áp.

Ở phần trước đã chỉ ra hệ thống điều tốc biến tần của động cơ không đồng bộ, khi làmviệc ở tần số dưới tần số cơ bản dùng phương thức điều khiển tỷ số điện áp- tần sốkhông đổi có khâu bù sụt áp mạch stator, về cơ bản giữ cho từ thông có trị số khôngđổi ở các tốc đọ khác nhau.Mục này sẽ nghiên cứu đường đặc tính cơ ở trạng thái ổnđiịnh khi dùng phương thức điều khiển ấy, đồng thời nghiên cứu sâu thêm một bước

về phối hợp điều khiển tần số và điện áp để nhận được đặc tính cơ như mong muốn

1.3.5.1 Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ khi điện áp và tần số không đổi

Khi điện áp và tần số góc của stator đều không thay đổi, có thể viết lại phương trìnhdưới dạng:

Khi s rất nhỏ , có thể bỏ qua các số hạng có chứa s ở mẫu số, do đó :

Nghĩa là lúc s tiến gần dến 1 mô men gần như tỷ lệ nghịch với s, lúc này, =f(s) là mộtđoạn thẳng

Lúc s tiến đến gần 1, có thể bỏ qua ở mẫu số của công thức… ta được:

Nghĩa là lúc s tiến đến gần 1 mô men gần như tỷ lệ nghịch với s, lúc này, =f(s) là mộtđoạn đường cong hypecboloit đối xứng qua gốc

Hình 1.19: Đặc tính cơ của động cơ Hình 1.20: Đặc tính cơ điều tốc không đồng bộ ba pha khi tần số và điện áp biến tần khi điều khiển tỷ không đổi số điện áp và tần số không đổi

1.3.5.2 Đặc tính cơ khi phối hợp điều khiển điện áp và tần số

Lúc động cơ không đồng bộ mang phụ tải và làm việc ổn định, khi đó ( bỏ qua tổnhao mô men do ma sát), từ biểu thức… ta được

Công thức này cho thấy, đối với cùng một yêu cầu phụ tải, nghĩa là với một tốc độquay ( hoặc hệ số trượt ) nhất định, khi vận hành ở một phụ tải nhất định, có tể tồn tạinhiều cách phối hợp giữa điện áp và tần số cho động cơ không đồng bộ, lúc đó đườngđặc tính cơ cho các trường hợp cũng sẽ khác nhau Vì vậy cũng có các phương án điềukhiển phối hợp điện áp và tần số khác nhau

a, Điều khiển phối hợp tỷ số điện áp và tần số không đổi (

Trong tiết mục … đã chỉ rõ , muốn giữ cho từ thông không đổi, nhằm tận dụng hếtkhả năng của lõi sắt từ , phát huy hết khả năng sinh mô men của động cơ, khi dưới tần

số cơ bản phải dùng phương pháp điều khiển tỷ số điện áp và tần số không đổi Lúcthực hành điều khiển tỷ số điện áp và tần số không đổi, tốc độ quay đồng bộ tự khắccũng thay đổi theo tần số

1

602

b

p

vg n

1 13

dt

p

R M s

U n

Từ đó có thể thấy khi U1/1const , đối với cùng một mô men quay thì là không

đổi, do đó về cơ bản cũng không thay đổi ( xem công thức …) Như thế nghĩa là , khithay đổi tần số ở điều kiện tỷ số điện áp và tần số không đổi (U1/1const) , đường

đặc tính cơ về cơ bản là tịnh tiến lên cuống như trên hình ,,, Các đường này gần giốngđường đặc tính độngn cơ điện một chiều kích từ độc lập khi điều chỉnh điện áp phầnứng Khác nhau là ở chỗ, sau khi mô men tăng đến giá trị cực đại, tốc độ quay lạigiảm xuống, đường đặc tính lại quay ngoắt trở lại Hơn nữa, lúc tần số càng thấp mômen cực đại càng nhỏ, điều này đã được chứng minh bởi công thức …

Biến đổi chút ít đối với công thức… có thể nhận được quan hệ về sự thay đổi của mômen cực đại

( hay mô men tới hạn ) khi khi U1/ 1 const:

2 1

stator , tương ứng nâng cao được điên áp , có thể làm tăng khả năng mang tải của hệthống

là sức điện động cảm ứng do từ thông toàn mạch stator;

là sức điện động cảm ứng do từ thông toàn mạch rotor ( đã quy đổi về mạch stator).Nếu trong khi điều khiển phối hợp điện áp – tần số , nâng một cách phù hợp điện áp ,làm cho nó sau khi khắc phục được sụt áp mạch stator có thể duy trì E f /1 const

( ở tần số cơ bản ) thì từ công thức … có thể lấy , mặc cho tần số có trị số lớn nhỏkhác nhau thì từ thông của mỗi cực đều là hằng số Sau đây sẽ trình bày cách tìmđường đặc tính cơ khi điều khiển E f /1 const

Từ mạch điện tương đương trên hình ,,, có thể thấy :

1 2

f

E I