Ứng dụng DTCS để điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ ỨNG DỤNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ Sinh viên thực hiện: Lê Hịa Hiệp Lớp: 95KĐĐ Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Dư Xứng TP.HỒ CHÍ MINH LỜI NĨI ĐẦU Trong thời đại khoa học kỹ thuật phát triển nhanh chóng, u cầu tính hiệu quả, xác đặt lên vị trí quan trọng Các hệ thống máy công nghiệp máy gia dụng vận hành với cấu truyền động mang tính tự động hóa cao có tốc độ điều chỉnh Động không đồng sử dụng nhiều hệ thống truyền động Tuy khó điều chỉnh tốc độ động chiều,nhưng có ưu điểm có cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ, dễ sử dụng,tính kỹ thuật tốt Bên cạnh cơng nghệ chế tạo linh kiện điện tử phát triển cao tạo nhiều linh kiện có cơng suất lớn, gọn nhẹ, hoạt động tốt Các điện tử công suất diode công suấât transistor công suất, tiristor, triac dùng nhiều việc điều chỉnh tốc độ động Từ sinh viên chọn thực đề tài: Nghiên cứu điện tử công suất ứng dụng điện tử công suất để điều chỉnh tốc độ động không đồng Luận văn tốt nghiệp gồm chương: Chương 1: Giới thiệu điện tử công suất Chương 2: Các phương pháp điều chỉnh tốc độ độïng không đồng Chương 3: Các hệ thống điều chỉnh tốc độ động không đồng dùng điện tử công suất Chương I GIỚI THIỆU VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT I DIODE CÔNG SUẤT: I Cấu tạo: P - + - + q p -  N Anốt n d Katốt Hình 1 (a) a) Cấu tạo diode b) Ký hiệu diode (b) Diode công suất linh kiện bán dẫn có hai cực, cấu tạo lớp bán dẫn N lớp bán dẫn P ghép lại Silic nguyên tố hóa học thuộc nhóm IV bảng hệ thống tuần hồn Silic có điện tử thuộc lớp cấu trúc nguyên tử Nếu ta kết hợp thêm vào nguyên tố thuộc nhóm V mà lớp ngồi có điện tử điện tử nguyên tố tham gia liên kết với điện tử tự Silic xuất điện tử tự Trong cấu trúc tinh thể, điện tử tự làm tăng tính dẫn điện Do điện tử có điện tích âm nên chất gọi chất bán dẫn loại N (negative), có nghĩa âm Nếu thêm vào Silic nguyên tố thuộc nhóm III mà có ngun tử thuộc nhóm ngồi xuất lổ trống cấu trúc tinh thể Lổ trống nhận điện tử, tạo nên điện tích dương làm tăng tính dẫn điện Chất gọi chất bán dẫn loại P (positive), có nghĩa dương Trong chất bán dẫn loại N điện tử hạt mang điện đa số, lổ trống thiểu số Với chất bán dẫn loại P ngược lại Ở hai lớp bán dẫn mặt ghép PN Tại xảy tượng khuếch tán Các lổ trống bán dẫn loại P tràn sang N nơi có lổ trống Các điện tử bán dẫn loại N chạy sang P nơi có điện tử Kết mặt tiếp giáp phía P nghèo diện tích dương giàu lên điện tích âm Cịn phía bán dẫn loại N ngược lại nên gọi vùng điện tích khơng gian dương Trong vùng chuyển tiếp (-) hình thành điện trường nội Ký hiệu Ei có chiều từ N sang P hay gọi barie điện (khoảng từ 0,6V đến 0,7V vật liệu Silic) Điện trường ngăn cản di chuyển điện tích đa số làm dễ dàng cho di chuyển điện tích thiểu số (điện tử vùng P lổ trống vùng N) Sự di chuyển điện tích thiểu số hình thành nên dịng điện ngược hay dịng điện rị I Nguyên lý hoạt động: Ei P N U + (a) Ei P N U - + (b) Hình a) Sự phân cực thuận diode b) Sự phân cực nghịch diode Khi đặt diode công suất điện áp nguồn U có cực tính hình vẽ, chiều điện trường ngược chiều với điện trường nội E i Thơng thường U > Ei có dòng điện chạy mạch, tạo nên điện áp rơi diode khoảng 0,7V dòng điện định mức Vậy phân cực thuận hạ thấp barie điện Ta nói mặt ghép PN phân cực thuận Khi đổi chiều cực tính điện áp đặt vào diode, điện trường tác động chiều với điện trường nội E i Điện trường tổng hợp cản trở di chuyển điện tích đa số Các điện tử vùng N di chuyển thẳng cực dương nguồn U làm cho điện vùng N vốn cao lại cao so với vùng P Vì vùng chuyển tiếp lại rộng ra, khơng có dịng điện chạy qua mặt ghép PN Ta nói mặt ghép PN bị phân cực ngược Nếu tiếp tục tăng U, điện tích đưọc gia tốc, gây nên va chạm dây chuyền làm barie điện bị đánh thủng Đặc tính volt-ampe diode cơng suất biểu diễn gần biểu thức sau: I = IS [ exp ( eU/kT ) – ] ( 1 ) Trong đó: - IS : Dịng 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 ( K ) - t0 : Nhiệt độ môi I trường ( C ).U : Điện áp đặt diode ( V ) U UZ U Hình Đặc tính volt-ampe diode Đặc tính volt-ampe diode gồm có hai nhánh: Nhánh thuận Nhánh ngược Khi diode phân cực thuận điện áp U barie điện E i giảm xuống gần Tăng U, lúc đầu dòng I tăng từ từ U lớn khoảng 0,1V I tăng cách nhanh chóng, đường đặc tính có dạng hàm mũ Tương tự, phân cực ngược cho diode, tăng U, dòng điện ngược tăng từ từ Khi U lớn khoảng 0,1V dòng điện ngược dừng lại giá trị vài chục mA ký hiệu IS Dòng IS di chuyển điện tích thiểu số tạo nên Nếu tiếp tục tăng U điện tích thiểu số di chuyển dễ dàng hơn, tốc độ di chuyển tỉ lệ thuận với điện trường tổng hợp, động chúng tăng lên Khi U  = UZ thì va chạm điện tích thiểu số di chuyển với tốc độ cao bẻ gảy liên kết nguyên tử Silic vùng chuyển tiếp xuất điện tử tự Rồi điện tích tự chịu tăng tốc điện trường tổng hợp lại tiếp tục bắn phá nguyên tử Silic Kết tạo phản ứng dây chuyền làm cho dòng điện ngược tăng lên ạt phá hỏng diode Do đó, để bảo vệ diode người ta cho chúng hoạt động với giá trị điện áp: U = ( 0,7  0,8 )UZ Khi diode hoạt động, dòng điện chạy qua diode làm cho diode phát nóng, chủ yếu vùng chuyển tiếp Đối với diode loại Silic, nhiệt độ mặt ghép cho phép 2000C Vượt nhiệt độ diode bị phá hỏng Do đó, để làm mát diode, ta dùng quạt gió để làm mát, cánh tản nhiệt hay cho nước dầu biến chảy qua cánh tản nhiệt với tốc độ lớn hay nhỏ tùy theo dịng điện Các thơng số kỹ thuật để chọn diode làø: - Dòng điện định mức Iđm ( A ) - Điện áp ngược cực đại Ungmax ( V ) - Điện áp rơi diode U ( V ) I Ứng dụng: Ứng dụng chủ yếu diode công suất chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành dòng điện chiều cung cấp cho tải Các chỉnh lưu diode chia thành hai nhóm chính: - Chỉnh lưu bán kỳ hay cịn gọi chỉnh lưu nửa sóng - Chỉnh lưu tồn kỳ hay cịn gọi chỉnh lưu tồn sóng II TRANSISTOR CƠNG SUẤT: II Cấu tạo: Transistor linh kiện bán dẫn gồm lớp: PNP hay NPN C P N P B C B E (b) E (a) Hình Transistor PNP: a) Cấu tạo b) Ký hiệu C N B P N C B E E (a) (b) Hình Transistor NPN: Về mặt vật lý, transistor gồmtạo phần: phần phát, phần phần thu Vùng a) Cấu ( B ) mỏng b) Ký hiệu Transistor cơng suất có cấu trúc ký hiệu sau: IC C B C UCE IB UBE E E B IE (a) (b) Hình Transistor cơng suất a) Cấu trúc b) Ký hiệu II Nguyên lý hoạt động: E Emite r n    C p p    n   E C  IE IE RE Colecto UEE + U-CC + RC IC Base - Hình Điện UEE phân cực thuận mối nối B–E ( PN ) nguyên nhân làm cho vùng phát ( E ) phóng điện tử vào vùng P( cực B ).Hầu hết điện tử ( electron ) sau qua vùng B qua tiếp mối nối thứ hai phía bên phải hướng tới vùng N ( cực thu ), khoảng 1 electron giữ lại vùng B Các lổ trống vùng di chuyển vào vùng phát Mối nối B–E chế độ phân cực thuận diode, có điện kháng nhỏ điện áp rơi nhỏ mối nối B-C phân cực nghịch điện áp U CC Bản chất mối nối B-C giống diode phân cực ngược điện kháng mối nối B-C lớn Dòng điện đo vùng phát gọi dòng phát I E Dòng điện đo mạch cực C ( số lượng điện tích qua đường biên CC đơn vị thời gian dòng cực thu IC ) Dòng IC gồm hai thành phần: - Thành phần thứ ( thành phần ) tỉ lệ hạt electron cực phát tới cực thu Tỉ lệ phụ thuộc vào cấu trúc transistor số tính trước transistor riêng biệt Hằng số định nghĩa  Vậy thành phần dịng IC IE Thơng thường  = 0,9  0,999 - Thành phần thứ hai dòng qua mối nối B-C chế độ phân cực ngược lại IE = Dòng gọi dòng ICBO – nhỏ - Vậy dịng qua cực thu: IC = IE + ICBO * Các thông số transistor cơng suất: - IC: Dịng colectơ mà transistor chịu - UCEsat: Điện áp UCE transistor dẫn bảo hòa - UCEO: Điện áp UCE mạch badơ để hở, IB = - UCEX: Điện áp UCE badơ bị khóa điện áp âm, IB < - ton: Thời gian cần thiết để UCE từ giá trị điện áp nguồn U giảm xuống UCESat  - tf: Thời gian cần thiết để iC từ giá trị IC giảm xuống - tS: Thời gian cần thiết để U CE từ giá trị UCESat tăng đến giá trị điện áp nguồn U - P: Công suất tiêu tán bên transistor Công suất tiêu tán bên transistor tính theo cơng thức: P = UBE.IB + UCE.IC - Khi transistor trạng thái mở: IB = 0, IC = nên P = - Khi transistor trạng thái đóng: UCE = UCESat Trong thực tế transistor công suất thường cho làm việc chế độ khóa: IB = 0, IC = 0, transistor coi hở mạch Nhưng với dòng điện gốc trạng thái có giá trị bảo hịa, transistor trở trạng thái đóng hồn tồn Transistor linh kiện phụ thuộc nên cần phối hợp dòng điện gốc dịng điện góp Ở trạng thái bảo hịa để trì khả điều khiển để tránh điện tích cực gốc q lớn, dịng điện gốc ban đầu phải cao để chuyển sang trạng thái dẫn nhanh chóng Ở chế độ khóa dịng điện gốc phải giảm qui luật dịng điện góp để tránh tượng chọc thủng thứ cấp IC a IC IC b UCE  UCE (b) (a) Hình Trạng thái dẫn trạng thái bị khóa a) Trạng thái đóng mạch hay ngắn mạch IB lớn, IC tải giới hạn b) Trạng thái hở mạch IB = Các tổn hao chuyển mạch transistor lớn Trong lúc chuyển mạch, điện áp cực dịng điện transistor lớn Tích dịng điện điện áp với thời gian chuyển mạch tạo nên tổn hao lượng lần chuyển mạch Cơng suất tổn hao xác chuyển mạch hàm số thông số mạch phụ tải dạng biến thiên dòng điện gốc * Đặc tính tĩnh transistor: UCE = f ( IC ) Để cho transistor đóng, điện áp sụt bên có giá trị nhỏ, người ta phải cho làm việc chế độ bảo hòa, tức i B phải đủ lớn để iC cho điện áp sụt UCE nhỏ Ở chế độ bảo hòa, điện áp sụt transistor công suất 0,5 đến 1V tiristor khoảng 1,5V UCE Vùng tuyến tính Vùng gần bảo hịa Vùng bảo hịa IC Hình Đặc tính tĩnh transistor: UCE = f ( IC ) II Ứng dụng transistor công suất: Transistor cơng suất dùng để đóng cắt dịng điện chiều có cường độ lớn Tuy nhiên thực tế transistor công suất thường cho làm việc chế độ khóa IB = 0, IC = 0: transistor coi hở mạch II Transistor Mos công suất: Transistor trường FET ( Field – Effect Transistor ) chế tạo theo công nghệ Mos ( Mêtal – Oxid – Semiconductor ), thường sử dụng chuyển mạch điện tử có cơng suất lớn Khác với transistor lưỡng cực điều khiển dòng điện, transistor Mos điều khiển điện áp Transistor Mos gồm cực chính: cực máng ( drain ), nguồn ( source) cửa ( gate ) Dòng điện máng - nguồn điều khiển điện áp cửa – nguồn Điện trở Dòng số điện máng = 9V = 7,5V  Máng = 6V = 3V Cửa    Nguồn = 4,5V Điện áp máng – nguồn (a) (b) Hình 10 Transistor Mos công suất a) Ký hiệu thông thường kênh N b) Họ đặc tính Transistor Mos loại dụng cụ chuyển mạch nhanh Với điện áp 100V tổn hao dẫn chúng lớn transistor lưỡng cực tiristor, tổn hao chuyển mạch nhỏ nhiều Hệ số nhiệt điện trở transistor Mos dương Dòng điện điện áp cho phép transistor Mos nhỏ transistor lưỡng cực tiristor III TIRISTOR: III Cấu tạo: Tiristor linh kiện gồm lớp bán dẫn PNPN liên tiếp tạo nên anốt, katốt cực điều khiển J1 A J2 P1 A K J3 N1 P2 G N2 K Hình 11 (a) HÌNH 1.11 (b) a) Cấu tạo tiristor b) Ký hiệu tiristor Trong đó: - A: anốt - K: katốt - G: cực điều khiển - J1, J2, J3: mặt ghép Tiristor gồm đĩa Silic từ đơn thể loại N, lớp đệm loại bán dẫn P có cực điều khiển dây nhơm, lớp chuyển tiếp tạo nên kỹ thuật bay Gali Lớp tiếp xúc anốt katốt đĩa mơlipđen hay tungsen có hệ số nóng chảy gần với Gali Cấu tạo dạng đĩa kim loại để dễ dàng tản nhiệt III Nguyên lý hoạt động: Đặt tiristor điện áp chiều, anốt nối vào cực dương, katốt nối vào cực âm nguồn điện áp, J1, J3 phân cực thuận, J2 phân cực ngược Gần toàn điện áp nguồn đặt mặt ghép J Điện trường nội Ei J2 có chiều từ N1 hướng P2 Điện trường tác động chiều với E i vùng chuyển tiếp vùng cách điện mở rộng khơng có dịng điện chạy qua tiristor bị đặt điện áp 1/ Biến tần nghịch lưu áp ba pha, chuyển mạch tụ điện: L0 T7 T9 T11 D7 D8 D9 T1 T3 C1 C5 + C3 U0 ~U1,f1 A B C0 T5 D1 D3 D5 D4 D6 C D2 C4 C6 + T10 T12 T8 ĐKB D10 D11 D12 T4 TC62 U2,f2 T2 Hình 3-16 : Sơ đồ nghịch lưu áp pha chuyển mạch tụ Sơ đồ ta thấy có nhóm chỉnh lưu gồm tiristor vừa làm chức biến đổi dạng điện áp xoay chiều thành chiều có nhiệm vụ điều chỉnh giá trị điện áp Uo Khối trrung gian chiều L0-C0 khâu lọc điện để tạo điện áp chiều Uo không đổi Khối nghịch lưu độc lập.Trong khối nghịch lưu có diode D 7-D12 tạo thành cầu ba pha, đấu song song ngược với cầu ba pha tạo nên tiristor T 1-T6 cho phép dòng điện phụ tải trả lượng phản kháng nhờ có tụ Co Khối động không đồng ba pha Thứ tự mở tiristor T1, T2, T3, T4, T5, T6 Các khóa tiristor điều khiển mở lệnh pha khoảng thời gian 1/6 chu kỳ T điện áp đặt vào động Mỗi tiristor mở dẫn điện khoảng dẫn = Tại thời điểm có tiristor mở dẫn điện, tiristor nhóm tiristor nhóm theo trỗ hợp sau: (T1,T6,T5) mởõ khoảng 0-1 (T1,T6,T2) mởtrong khoảng 1-2 (T1,T2,T3) mởõ khoảng 2-3 (T4,T2,T3) mở khoảng 3-4 (T4,T5,T3) mởtrong khoảng 4-2 Khi tiristor T1 hay T4 mở hình thành tương ứng nửa sóng dương hay nửa sóng âm dịng điện iA pha A Tương tự tiristor T3 hay T6 mở hình thành tương ứng nửa sóng dương hay nửa sóng âm dịng điện iB pha B Cịn tiristor T5 hay T2 mở hình thành tương ứng nửa sóng dương hay nửa sóng âm dòng điện iC pha C Đồ thị điện áp dòng điện: uA uB U 0/3 2U0/3 -U0/3 T/2 T T T/2 O 1 2 3 4 5 2 2  iA 00  2 -2U0/3 t  ttt  uAB U0 -U0 Hình 3-16b:Đồ thị điện áp phụ tải uA,uB,uAB dòng điện pha A phụ tải iA Đối với trường hợp phụ tải động có tính cảm kháng nên dịng điện pha phụ tải iA,iB,iC, dòng điện xoay chiều khơng điều hịa bao gồm đoạn đường cong tăng trưởng suy giảm theo hàm mũ Muốn điều chỉnh tần số f2 điện áp phụ tải cần thay đổi khoảng thời gian mở tiristor T/6 Để điều chỉnh điện áp phụ tải cần điều chỉnh trị số U điện áp chỉnh lưu cách thay đổi góc mở  tiristor khâu chỉnh lưu Để chuyển mạch tiristor ta dùng tụ điện C 1-C6 Giả sử khoảng thời gian T1 T2 thơng, tụ C1 nạp điện từ nguồn Khi cho xung kích làm T3 thông, tụ C1 thông qua T1 T3 tạo dịng điện khóa T1 hỗ trợ cho T3 thông Các diode D1-D6 ngăn cách tụ điện với phụ tải, khơng cho tụ phóng điện qua phụ tải Ta biết tiristor chuyển mạch theo tín hiệu điều khiển nên cực tính điện áp pha stator thay đổi theo tần số điều khiển Trong lúc chiều dịng điện giữ chiều cũ thời gian định ảnh hưởng điện cảm động Chỉnh lưu cầu D7-D12 trì chiều dịng điện lượng điện từ tích lũy tải phóng hết 2/ Biến tần nghịch lưu áp ba pha chuyển mạch tiristor phụ : L0 T T3 T5 T’1A T’1 D1 T’3A T’3 D3 T’5A T’5 D5 A ~B C ~U1,f1 C0 T T6 T2 T’4A T’4 D4 T’6A T’6 D6 T’2A T’2 D2 Hình 3-17 : Biến tần nghịch lưu áp ba pha chuyển mạch tiristor phụ Bộ lọc phẳng gồm cuộn kháng Lo tụ Co Phần nhóm nghịch lưu tiristor T1-T6 Ở thời điểm có tiristor thơng Một tiristor nối với cực dương tiristor nối với cực âm điện áp U o Kết điện áp pha đưa vào động có dạng hình 3-18 uA U0/3 T/2 T t  O 1 2 3 4 5 2 -U0/3 uB 2U0/3 -2U0/3 T/2  T 2 t  uAB U0  2 t  -U:0 Đồ thị điện áp pha đầu biến tần nghịch lưu áp pha Hình 3-18 chuyển mạch tiristor phụï Khi thay đổi thời gian thông tiristor ta thay đổi chu kỳ điện áp ra, nghĩa điều chỉnh tần số Các tiristor T1 đến T6 cầu chỉnh lưu ba pha có điều khiển Các tiristor phụ tải từ T’ 1A đến T’6A hợp với cuộn kháng tụ phần tử chuyển mạch Quá trình chuyển mạch sơ đồ ( xét chuyển mạch pha ): Khóa tiristor T’1 cách mồi tiristor phụ T’1A mồi tiristor T’4 làm mạch chỉnh lưu nối tiếp với T’ dòng điện tụ điện tăng lên Khi dòng điện tụ dòng điện tải , T’ bị khóa dịng điện có xu hướng đổi chiều , dòng điện tải qua diode D Khi điện áp tụ đổi cực tính , dịng điện tụ bị giảm dịng điện tải ,diode D ngưng dẫn dòng điện chuyển qua diode D4 , chuyển mạch kết thúc Giá trị cực đại dòng điện ic lớn dịng điện tải i L , diode D1 dẫn điện thời gian T’1 khóa Tốc độ biến thiên điện áp cực tiristor T’ lớn nên thực tế cần có linh kiện phụ để hạn chế tốc độ biến thiên 3/Biến tần áp gián tiếp dùng transistor công suất: Trường hợp phụ tải động có cơng suất nhỏ tốc độ lớn, người ta dùng transistor công suất Trong sơ đồ để điều chỉnh trị số điện áp đặt vào phụ tải cách thay đổi trị số nguồn điện áp chiều U,người ta dùng thiết bị băm điện chiều dùng khóa điện transistor T, đặt khâu chỉnh lưu khâu nghịch lưu Nếu dùng phương pháp điều chế bề rộng xung để điều chỉnh điện áp phụ tải khơng cần thiết bị băm chiều.Ở trường hợp người ta thường sử dụng transistor công suất trường MOS thay cho transistor lưỡng cực có ưu điểm khả chuyển trang thái (mở) sang trang thái khóa ngược lại nhanh nên đáp ứng tần số đóng mở lớn kỹ thuật điều chế bề rộng xung Hình 3-19:Biến tần áp gián tiếp pha dùng transistor công suất 4/ Biến tần nghịch lưu dòng ba pha chuyển mạch tụ : LLd0 T’1 T’3 T’5 Id T1 T3 T5 C1 C5 C+ D1 ~U1,f1 A D3 D5 B D4 D6 C D2 iA iB iC ĐKB C4 C6 + C2 T’4 T’6 T’ T4 T6 T2 Hình 3-20 : Sơ độ biến tần nghịch lưu dòng pha chuyển mạch tụ Các tụ điện C1-C6 tụ chuyển mạch Các diode từ D1 –D6 diode cách ly tụ với tải, giảm điện áp ngược lên tiristor Tại thời điểm có tiristor dẫn cho dòng điện qua + Nguyên lý hoạt động mạch : - Tại thời điểm kích T1 , T2 có dịng điện chạy từ nguồn qua T –tải A –tải C, trở nguồn -Khi  = 60 o kích T3 , T1 bị ngắt T3 đặt áp ngược UC1 lên Do có cuộn kháng Ld, nên dịng Id khơng thể giảm xuống không, mà tiếp tục chạy qua tải A-tải C- D2-T2-nguồn –T3-C1-D1, trở tải A Tụ C1 nạp ngược với dòng điện 2/3 Id.Tụ C3 nối C5 nạp ngược với dòng điện nạp 1/3 I d Ngồi tụ C3 cịn nạp trực tiếp từ nguồn –T3-C3-D5-D2-T2 trở nguồn đạt giá trị cực đại Ucmax Dòng IA tiếp tục nạp cho C1 đến giá trị Ucmax Tụ C5 bị nạp ngược nên giảm xuống giá trị khơng Khi Uc1 =0 dịng IA bắt đầu giảm, dòng IB bắt đầu tăng theo quan hệ IA+IB=Id Khi  =120o kích cho T4 thơng, T2 bị khóa Dịng Id=IC chưa giảm ngay, dịng điện chạy theo cũ Ngồi ra, C4 cịn nạp trực tiếp từ nguồn –T3-D3- D6-C4-D4 quay nguồn đạt giá trị U cmax Tụ C6 bị nạp ngược nên Uc6 giảm đến khơng, dịng Ic tiếp tục nạp cho C2 đến giá trị Ucmax với cực tính ngược lại Khi Uc2 = o dịng IC bắt đầu giảm, dòng IA bắt đầu tăng giữ quan hệ I A +IC =Id.Khi  = 180 o cho xung mở T5 trình xảy tương tự Imax = 3 Id n Điện áp ngược đặt tiristor Ucmax Đồ thị dịng điện trình bày sau: iiA A Id iD -Id  1 2  2  2  T/6 iB Id -Id iC Id -Id   Hình 3-21 : Đồ thị dịng điện pha mạch 5/ Biến tần nghịch lưu dòng pha chuyển mạch tiristor phụ: Ld T1 T3 T5 id T’1A T’3A T’5A C1 A ~Ú1,f1 C T6 T2 T’4A T’6A T’2A T’5 A C2 B T4 T’1 T’3 iA B iB iC C C3 T’4 T’6 T’2 Hình 3-21 : Biến tần nghịch lưu dòng pha chuyển mạch tiristor phụ Sơ đồ trên: Khâu chỉnh lưu mạch chỉnh lưu cầu pha có điều khiển Sự chuyển mạch thông qua cầu tiristor phụ (T’1A  T’6A) Để chuyển dòng điện từ pha sang pha khác, phải cho xung mở tiristor phụ tương ứng với tiristor cầu khóa Trước lúc chuyển mạch: dịng điện chạy qua T’3 vào pha B, qua pha C T’2 để trở nguồn iA=0, iB=iC=id Các tiristor T’4 T’2A bị khóa, Uc = -Uco (cực dương bên trái ) Khi  = 1 cho xung mở T’2A T’4, đặt điện áp Uc= -Uco lên T’2 làm cho T’2 bị khóa Dịng điện IC =Id chạy từ pha C qua tụ C3, T’2A nguồn Ở thời điểm  = 1, UT’4 < tiristor T’4 nhận xung mở bị khóa Đến thời điểm  = 2, T’4 bắt đầu mở cho dòng điện chạy qua, lúc tiristor dẫn dịng (T’3, T’2A, T’4), q trình chuyển mạch kết thúc iC=0 Các dạng sóng điện mạch sau: iiA A Id iD -Id 1 2  2   T/6 iB Id -Id iC Id -Id 2     2 Hình 3-22 : Các dạng sóng dịng điện mạch 5/ Nhận xét : Biến tần nghịch lưu áp có dạng sóng điện áp hình chữ nhật, dùng chủ yếu để điều chỉnh tốc độ động rotor lồng sóc Vì moment điều hòa gây ổn định với truyền động tốc độ thấp, người ta phải sử dụng điều chế độ rộng xung Ở tần số 100 Hz, tổn hao chuyển mạch liên quan với tần số chuyển mạch lớn điều chế độ rộng xung tạo không phép sử dụng biến tần nghịch lưu áp dạng chữ nhật tốc độ lớn -Bộ biến tần nghịch lưu dịng điện có dạng sóng điện áp hình bậc thang, gây khó khăn cho động làm việc tốc độ thấp Bộ biến tần không sử dụng rộng rãi với truyền động cơng suất nhỏ có khuyết điểm gây moment đập mạch tốc độ thấp , tụ điện cuộn dây có kích thước lớn việc điều chỉnh tốc độ khó Tuy nhiên cuộn dây liên lạc chiều ngăn cản biến thiên đột ngột dịng điện, thích hợp với truyền động cần tránh biên thiến đột ngột moment trục động III/ Điều chỉnh tốc độ động không đồng phương pháp điện trở xung rotor dây quấn: Ta có : moment tới hạn động tính theo cơng thức : U1 f (3-10) 2 n1 [  R1 + Xn + R1 ] 9,55 Do ta điều chỉnh tốc độ động không đồng cách điều chỉnh điện trở mạch rotor van bán dẫn (phương pháp điện trở xung) Điện trở mạch rotor động không đồng : Rr= Rrd + Rf (3-11) Rrd : điện trở dây quấn rotor Rf : điện trở phụ mắc thêm vào mạch rotor Mt = Khi thay đổi giá trị điện trở mạch rotor moment tới hạn (M t) khơng đổi độ trượt tới hạn (St) tỉ lệ bậc với điện trở Nếu coi đoạn có độ trượt S =0 đến S =St thẳng điều chỉnh tốc độ động không đồng phương pháp điện trở xung viết : S=SiRr/Rrd (3-12) S:độ trượt điện trở mạch rotor Rr Si:độ trượt điện trở mạch rotor Rrd Moment động không đồng tính theo dịng điện rotor : (3-13) M = Ir2 Rrd 1.Si Khi dòng điện rotor khơng đổi moment khơng đổi khơng phụ thuộc tốc độ động Vì vậy, phương pháp phù hợp với hệ thống truyền động với động có moment tải khơng đổi ~U 1,f1 ĐKB CL id Ro T1 T2 L C L1 chỉnh tốc độ ĐKB phương Hình 2-24a:Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều pháp điện trở xung rotor dây quấn Re Ro tđ tn T Re o R0 R0/4 t R0/2 t R0/4 t Re o Ro o T Hình 3-24 b : Phương pháp điều chỉnh =1 n n1 =0 n n1 M =1 =0 M Hình 3-24c Giới hạn vùng điều chỉnh Hình 3-24d Phạm vi điều chỉnh Theo hình 3-24a trình bày sơ đồ nguyên lý điều chỉnh điện trở mạch rotor phương pháp xung Điện áp Ur chỉnh lưu cầu diode (CL) qua điện kháng lọc L cấp điện vào mạch điều chỉnh gồm điện trở R o nối song song với tiristor T1 Khóa T1 đóng ngắt cách chu kỳ để điều chỉnh giá trị trung bình điện trở tồn mạch -Hoạt động mạch điều chỉnh điện trở rotor: + Khi khóa T1 đóng, điện trở Ro bị loại khỏi mạch, dòng điện rotor tăng lên + Khi khóa T1 ngắt điện trở Ro đưa vào mạch , dịng điện rotor giảm Với tần số đóng ngắt định, nhờ có điện cảm L mà dịng điện rotor coi khơng đổi ta có giá trị điện trở tương đương Re mạch Thời gian ngắt: tn = T –tđ (nếu điều chỉnh trơn giá trị điện trở mạch rotor) (3-14) Điện trở tương đương Re mạch chiều đổi mạch xoay chiều ba pha rotor theo qui tắc bảo tồn cơng suất Tổn hao mạch rotor theo sơ đồ 3-24 a P = Id2 ( Rrd +Re) (3-15a) Và P = Ir ( Rrd +Rf) (3-15b) 2 Với sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha : Id = 1,5 Ir (3-16a) Nên Rf = R e/2 =  Ro/2 (3-16b) - Đặc tính phần quét kín phần mặt phẳng giới hạn đặc tính tự nhiên đặc tính có điện trở phụ Rf = Ro/2 - Để mở rộng phạm vi điều chỉnh moment mắc nối tiếp R o với tụ điện đủ lớn IV/ Điều chỉnh tốc độ động không đồng phương pháp nối cấp dùng điện tử công suất: Ơû hệ thống truyền động công suất lớn , tổn hao công suất trượt mạch rotor đáng kể Để vừa điều chỉnh tốc độ , vừa tận dụng công suất trượt tiêu tán mạch rotor , người ta sử dụng sơ đồ nối cấp Sơ đồ nối cấp làm việc theo nguyên tắc chỉnh lưu sức điện động ba pha dây quấn rotor , qua nghịch lưu phụ thuộc nhằm trả lại lượng trượt cho lưới điện ~U 1,f1 P1(1-s) ĐKB P1 sP1 f2=Sf =sf11 CL NL f1 n2=n1(1-s) Hình 3-25 : Sơ đồ nguyên tắc mạch nối cấp động không đồng Ta có quan hệ cơng suất trượt  PCu2= s Pđt  s P1 (3-17) bỏ qua tổn thất đồng stator  PCu1 tổn thất sắt  PFe  PCu2 công suất trượt trả lại cho nguồn , P công suất động tiêu thụ từ lưới Pđt công suất điện từ từ trường quay Công suất lưới điện truyền cho hệ thống : P1 - sP1 = P1 ( 1-s) (3-18) Sơ đồ hình 3-26 mạch nối cấp sử dụng mạch chỉnh lưu diode cầu ba pha(CL) nối tiếp với nghịch lưu phụ thuộc (NL) có điều khiển ~U 1,f1 I1 f1 BA ĐKB f1 L CL Ud U’d Id NL Hình 3-26 : Sơ đồ mạch nối cấp động không đồng * Hoạt động mạch hình 3-26 : Mạch chỉnh lưu CL biến đổi cơng suất trượt  PCu2 có tần số f2 = s f1 thành công suất dịng chiều id.Bộ nghịch lưu phụ thuộc NL có nhiệm vụ biến đổi công suất chiều thành cơng suất mạch ba pha có tần số tần số f lưới điện trả lại cho lưới điện qua biến áp ba pha có tỉ lệ biến đổi điện áp k Để điều chỉnh công suất trượt trả lại cho lưới điện, cần thay đổi góc điều khiển mở tiristor  nghịch lưu (theo lý thuyết góc  biến đổi từ 90o đến 180o) Cuộn dây san L để san dòng chỉnh lưu: i d = Id * Phân tích ảnh hưởng góc  điều khiển mở tiristor nghịch lưu đến tốc độ động : Gọi U1 điện áp pha đặt vào dây quấn stator, E2s sức điện động pha dây quấn rotor động có tốc độ quay n2 Vì U1  E1 = 4,44 f1.W1.Kdq1  (3-19) E2s = s E2 = s.4,44.f1 W2 Kdq2  (3-20) Hay E 2s=U1ske W2 K dq E2 S  S  Ske W1 K dq1 U1 (3-21) tỉ số biến đổi sức điện độngcủa động không đồng Điện áp đầu chỉnh lưu : Ud=36E 2s/=36skeU1/ (3-23) Điện áp nghịch lưu : U’d=36kU1cos/ (3-24) Khi động chạy khơng tải,momen động nhỏ bỏ qua dòng chỉnh lưu Id xấp xỉ không.Mặt khác điện áp U d U’d trị số ngược dấu nhau: Ud=-U’d suy 36 s0 keU1/ =-36kU1cos (3-25) Ta được:S0=-kcos/ke (3-26) So : hệ số trượt động hệ thống nối cấp quay không tải với tốc độ không tải no Vì chế độ nghịch lưu 90 o <  < 180o , nên cos < , suy So > (1) Do s=( n1-n2)/n1 nên so =( n1 – no)/n1 (2) : hệ số trượt hệ thống nối cấp quay không tải (no) Từ (1),(2) ta có n1 > no Kết luận : Tốc độ không tải hệ thống nối cấp n o nhỏ tốc độ từ trường quay n1 thay đổi theo trị số góc điều khiển mở tiristor ( nghịch lưu) * Quan hệ Ud = f(s) U’d = f () Ud -n2 s n0=0 s0=1 n0min s0max=k/ke =1800 =const no s0 =900 nomax=n1 s0=0 Hình 3-27 : Các quan hệ Ud = f(s); U’d = f () Từ sơ đồ hình 3-27, ta thấy rằng: Khi góc  thay đổi từ 90o đến 180o So có giá trị nhỏ không tăng đến giá trị lớn Somax = k Còn no biến thiên từ giá trị lớn nhất: no max = n1 đến giá trị nhỏ nomin = n1 (1-So max) = n1 (1- k) Khi chọn k = ke no = ứng với somax = Trong thực tế người ta xác định Somax = k để có tốc độ khơng tải n omin = n1 (1 – k) theo yêu cầu điều chỉnh Như tốc độ không tải n o (hay độ trượt không tải S o) tùy thuộc vào góc mở  tiristor, nên điều chỉnh  dẫn đến thay đổi tốc độ quay động -Phạm vi điều chỉnh tốc độ phụ thuộc vào tỉ số k/k e, k/ke = ta có phạm vi điều chỉnh lớn * Đặc tính điều chỉnh hệ thống nối cấp góc mở  thay đổi: Trong hệ thống nối cấp, hiệu số công suất điện từ từ trường quay P đt công suất chuyển thành làm quay rotor P’2 là: Pđt – P’2 =  Pcu2 + Ud Id (3-27) Với  Pcu2 : phần tổn hao dây quấn rotor Ud.Id : công suất mạch chỉnh lưu nối tiếp với nghịch lưu Nếu bỏ qua  Pcu2 : cơng thức (3-27) viết dạng : (3-28) hay M n1  (n1 – n2) 60  Ud I d (3-29 a) n1 suy Pđt s = Ud Id Biểu thức (3-29a) viết dạng: Suy M =906 ke U1 Id  (3-29b) (3-30b) n1 Dòng Id tỉ lệ với hiệu điện áp Ud U’d (Ud – U’d ) = 36 ( ke s- k cos ) U1 (3-31)  Với góc mở  khơng đổi tăng hệ số trượt s dòng I d tăng nên moment M tăng tốc độ n2 = (1-s) n1 giảm -Khi I = , M= ta có s= so = k cos /ke= (n1-n0)/ n1 n0=n1(1+k cos/ke) -Khi  = 90o no = n1 -Khi 90o   180o ta có no < no < n1 với no = n1 (1- k/ke) n2 s=0 n01 n02 n03 n04 n0=n1 Đặëc tính tự nhiên =900 1 4=1500 n2=0 s=1 Mđm 2 3 M M’t Mt Hình 3-28 s : Họ đặc tính điều chỉnh hệ thống nối cấp góc mở  thay đổi * Nhận xét: - Đặc tính hệ thống nối cấp  biến đổi có độ dốc khơng đổi Thực tế có tượng chuyển mạch tiristor, nên đặc tính dốc tốc độ thấp -Moment tới hạn hệ thống nối cấp nhỏ moment tới hạn động đặc tính tự nhiên có sụt áp gây điện trở mạch chiều, điện trở điện kháng tản máy biến áp sụt áp gây nên tượng chuyển mạch nghịch lưu chỉnh lưu - Phương pháp điều chỉnh tốc độ mạch nối cấp cho phép tận dụng công suất trượt lẽ bị tiêu hao dây quấn rotor điện trở điều chỉnh, nên cho phép nâng cao hiệu suất điều chỉnh tốc độ ... công nghiệp máy gia dụng vận hành với cấu truyền động mang tính tự động hóa cao có tốc độ điều chỉnh Động không đồng sử dụng nhiều hệ thống truyền động Tuy khó điều chỉnh tốc độ động chiều,nhưng... Ngồi ra, triac cịn dùng để điều chỉnh ánh sáng điện, nhiệt độ lò CHƯƠNG II : CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ I/ Điều chỉnh tốc độ động không đồng phương pháp thay đổi điện... phương pháp dùng cuộn kháng bão hòa để điều chỉnh tốc độ động KĐB: - Phạm vi điều chỉnh tốc độ tương đối rộng : D = 8-10 - Quá trình điều chỉnh tốc độ phẳng tốc độ động điện phụ thuộc dòng khống chế