ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP PHÁT TRIỂN BỘ BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ GVHD TS PHẠM CÔNG DUY NGUYỄN QUỐC THÁI 15087301 HUỲNH TRẦN CHÍ HIẾU 15054641 TRẦN ĐỨC QUỐC THÁI 15072481 ĐÀO VĂN NGÂN 15071631 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2019 i TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP − Họ và tên sinh viên nhóm sinh viên được giao đề tài (1) Nguyễn Quốc Thái, MSSV 15087301 (2) Huỳnh Trần Chí Hiếu, MSSV 150.
ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ ĐIỆN KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP PHÁT TRIỂN BỘ BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ GVHD: TS PHẠM CÔNG DUY NGUYỄN QUỐC THÁI 15087301 HUỲNH TRẦN CHÍ HIẾU 15054641 TRẦN ĐỨC QUỐC THÁI 15072481 ĐÀO VĂN NGÂN 15071631 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2019 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP HCM KHOA CƠNG NGHỆ ĐIỆN PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP − Họ tên sinh viên/ nhóm sinh viên giao đề tài (1): Nguyễn Quốc Thái, MSSV: 15087301 (2): Huỳnh Trần Chí Hiếu, MSSV: 15054641 (3): Trần Đức Quốc Thái, MSSV: 15072481 (4): Đào Văn Ngân, MSSV:15071631 − Tên đề tài: PHÁT TRIỂN BỘ BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ − Nhiệm vụ (Nội dung số liệu ban đầu) + Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lí, chức inverter + Ứng dụng Inverter + Tìm hiểu mạch biến tần DC-AC pha pha + Kiểm tra PS21691-4S (Đào Văn Ngân) + Điều khiển động pha biến tần (Trần Đức Quốc Thái) + Kiểm tra biến tần có tải (Nguyễn Quốc Thái, Huỳnh Trần Chí Hiếu) − Kết dự kiến + Nắm rõ cấu tao, nguyên lí hoạt động Inverter + Ứng dụng mơ hình vào thực tế + Tồn văn báo cáo Giảng viên hướng dẫn Tp HCM, ngày tháng Sinh viên i năm 20… NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN - ii NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN - iii MỤC LỤC PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP i NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ii NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN iii MỤC LỤC iv Danh sách hình vii Danh sách bảng ix CHƯƠNG TỔNG QUAN BIẾN TẦN 1.1 Vì sử dụng biến tần để điều khiển tốc độ cho động cơ? .1 1.2 Khái quát biến tần 1.3 Biến Tần 1.3.1 Một số tác dụng biến tần 1.3.2 Ứng dụng biến tần 1.3.3 Phân Loại CHƯƠNG 2: MODULE CÔNG SUẤT THÔNG MINH 12 2.1 Các hãng sản xuất chip 12 2.2 KHÁI QUÁT 12 2.3 CHIP PS21961-4S 12 2.3.1 Tính năng, đặc điểm 13 2.3.2 Thông số kỹ thuật .13 2.3.3 Sơ đồ bên linh kiện PS21961-4S 14 2.3.4 Sơ đồ cấu trúc chân PS21961-4S .15 2.3.5 Ưu điểm Chip PS21961-4S so với dòng trước (PS2196XXXX) .18 2.3.6 Khối bảo vệ .18 iv 2.3.7 Mạch bảo vệ điện áp UV 20 2.3.8 Giới hạn điện áp Ripple nguồn cung cấp điều khiển 21 2.3.9 Trình tự bảo vệ điện áp UV bên N 22 2.3.10 Trình tự bảo vệ điện áp UV bên P 22 2.3.11 Mạch bảo vệ OT .23 2.3.12 SƠ ĐỒ KẾT NỐI HỆ THỐNG PS21961-4S 24 2.3.13 Mạch tín hiệu đầu vào thiết bị đầu cuối f0 26 34T 2.3.14 Mạch Snubber 27 2.3.15 Mạch điện trở shunt 28 2.4 Nguồn 15V 29 2.5 TPS62133A-Q1 .29 2.5.1 Tính năng, đặc điểm 30 2.5.2 Sơ đồ nguyên lý 30 2.5.3 Cấu trúc chân 31 2.6 SN74LVC1G00BVR .32 2.6.1 Tính năng, đặc điểm 33 2.6.2 Sơ đồ đơn giản hóa 33 2.7 SN74LVC2G08DCTR 34 2.7.1 Tính năng, đặc điểm 34 2.8 LM1117 (ADJ/G) 36 2.8.1 Tính năng, đặc điểm 37 2.8.2 Ứng dụng 37 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH BIẾN TẦN 40 3.1 Giới thiệu Altium Designer 40 3.1.1 Các đặc điểm đặc trưng Altium Designer 40 3.2 Mạch nguyên lý biến tần pha 41 3.2.1 Mạch Step-Down 43 v 3.2.2 Mạch nguồn 15V 43 3.2.3 Khối chân kết nối với phận điều khiển 43 3.2.4 Khối mạch lái chống trùng dẫn 44 3.2.5 Mạch Boostrap 45 3.2.6 KHỐI SỬ LÍ TRUNG TÂM PS21961-4S .47 3.2.7 MẠCH BẢO VỆ NGẮN MẠCH .47 3.2.7 MẠCH THỰC TẾ 48 CHƯƠNG 4: KIỂM TRA BỘ BIẾN TẦN 50 4.1 Phần mềm Code Composer Studio 50 4.2 Phần mềm controlSuite Software Suite 51 4.2.1 Giới thiệu Software and Development Tools for C2000 Microcontrollers 51 4.2.2 Tính năng, đặc điểm 51 4.3 Kiểm tra kết 52 4.3.1 Thiết lập kiểm tra 52 4.3.2 Kết nối phần mềm 53 4.3.3 Kết nối chân biến tần điều khiển 54 4.3.4 Cài đặt giá trị cho điều khiển .54 4.3.5 Kết thu 55 4.4 Kết nối với động 57 4.5 Kết nối với tải 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 LỜI CẢM ƠN 63 vi Danh sách hình Hinh 1.1 Sơ đồ biến tần trực tiếp pha Hinh 1.2 Sơ đồ biến tần trực tiếp ba pha Hinh 1.3 Sơ đồ biến tần gián tiếp Hinh 1.4 Sơ đồ biến tần gián tiếp có thêm tụ Cf Hinh 1.5 Sơ đồ biến tần gián tiếp sử dụng PWM Hinh 1.6 Sơ đồ biến tần dòng gián tiếp Hinh 1.7 Sơ đồ biến tần dòng gián tiếp sử dụng PWM 11 Hình 2.1 Mặt trước chip PS21961-4S 12 Hình 2.2 Mặt sau chip PS21961-4S 12 Hình 2.3 Sơ đồ bên linh kiện PS21961-4S .15 Hình 2.4 Sơ đồ cấu trúc chân PS21961-4S 16 Hình 2.5 Sơ đồ bảo vệ ngắn mạch 19 Hình 2.6 Cài đặt số thời gian lọc .19 Hình 2.7 Biểu đồ thời gian bảo vệ ngắn mạch 20 Hình 2.8 Biểu đồ thời gian bảo vệ UV bên N 22 Hình 2.9 Biểu đồ thời gian bảo vệ UV bên P 23 Hình 2.10 Biểu đồ bảo vệ OT .24 Hình 2.11 Mạch giao diện TP21961-4S .25 Hình 2.12 Cấu trúc bên đầu vào điều khiển 26 Hình 2.13 MCU I /O CIRCUIT INTERFACE 27 Hình 2.14 Vị trí mạch snubber 28 Hình 2.15 Sơ đồ nối dây điện trở shunt 29 Hình 2.16 Jack DC 29 Hình 2.17 TPS62133A-Q1 29 Hình 2.18 Sơ đồ ngun lí TPS62133A-Q1 .31 Hình 19 Cấu trúc chân TPS62133A-Q1 31 Hình 2.20 SN74LVC1G00BVR 32 Hình 2.21 Cấu trúc chân SN74LVC1G00BVR 33 Hình 2.22 SN74LVC2G08DCTR 34 Hình 2.23 Sơ đồ cấu trúc chân đơn giản SN74LVC2G08DCTR 35 vii Hình 2.24 Cấu trúc chân SN74LVC2G08DCTR .35 Hình 2.25 LM 1117 36 Hình 2.26 Sơ đồ khối chức LM 1117 38 Hình 2.27 Sơ đồ nguyên lý LM 11117 .38 Hình 2.28 Cấu trúc chân LM 1117 .39 Hình 3.1 Nguyên lý Biến tần pha 42 Hình 3.2 Mạch nguồn 15V-3.3V 43 Hình 3.3 Khối nguồn 15V lấy từ Jack DC 43 Hình 3.4 Sơ đồ chân kết nối khối điều khiển .44 Hình 3.5 Khối bảo vệ SN74LVC1G00DBVR SN74LVC2G08DCTR 45 Hình 3.6 Khối mạch Boostrap 46 Hình 3.7 Khối kết nối PS21961-4S 47 Hình 3.8 Mạch bảo vệ ngắn mạch 48 Hình 3.9 Mạch thực tế nhà sản xuất PCB cung cấp 49 Hình 3.10 Mạch thực tế sau hàn xong 49 Hình 4.1 Phần mềm Code Composer Studio 50 Hình 4.2 Phần mềm controlSuite for C2000 52 Hình Thiết lập kiểm tra 52 Hình 4.4 Thiết lập kiểm tra thí nghiệm 53 Hình 4.5 Kiểm tra kết nối máy tính với F28035 53 Hình 4.6 Sơ đồ chân F28035 54 Hình 4.7 Cài đặt điều khiển 54 Hình Xung PWMH 55 Hình 4.9 Xung PWML .55 Hình 4.10 Điện áp dây tần số đóng cắt 1kHz 56 Hình 4.11 Điện áp dây tần số đóng cắt 10kHz 56 Hình 4.12 Điện áp dây tần số đóng cắt 20kHz 57 Hình 4.13 Động 48T17D2000K 57 Hình 4.14 Động AC Servo EMJ-04APB22 58 Hình 4.15 Mơ hình thiết lập kết nối với tải .58 viii Hình 16 Thiết lập kết nối với tải 59 Hình 4.17 Dịng điện biến trở 150Ω 59 Hình 4.18 Dòng điện R tải 340Ω 60 Hình 4.19 Dịng điện R tải 1kΩ 60 ix Danh sách bảng Bảng Thông số chip PS21961-4S 13 Bảng 2.2 Bảng mô tả chân linh kiện PS21961-4S 16 Bảng 2.3 Hoạt động DIP-IPM so với điện áp cung cấp điều khiển .21 Bảng 2.4 Đầu vào ngưỡng điện áp (𝑇𝑇𝑇𝑇 = 25°𝐶𝐶) 26 34T Bảng 2.5 Bảng mô tả chân linh kiện TPS62133A-Q1 32 Bảng 2.6 Chức SN74LVC1G00BVR 33 Bảng 2.7 Chân linh kiện SN74LVC1G00BVR 34 Bảng 2.8 Chức SN74LVC2G08DCTR 36 Bảng 2.9 Mô tả chân linh kiện SN74LVC1G08BVR 36 Bảng 2.10 Mô tả chân linh kiện LM 1117 39 Bảng 4.1 Thông số động pha 57 ix Khóa luận tốt nghiệp Nhóm sinh viên thực CHƯƠNG TỔNG QUAN BIẾN TẦN 1.1 Vì sử dụng biến tần để điều khiển tốc độ cho động cơ? Động không đồng bộ, đặc biệt động roto lồng sóc, có nhiều ưu điểm động DC, khơng địi hỏi bảo trì thường xuyên, độ tin cậy cao, khối lượng qn tính nhỏ hơn, giá rẻ có khả làm việc mơi trường độc hại Do đó, động không đồng sử dụng rộng rãi công nghiệp tất loại động khác Tuy nhiên phần lớn động không đồng sử dụng ứng dụng với tốc độ không đổi, phương pháp điều khiển tốc độ động khơng đồng thường đắt có hiệu suất Hiện nay, với phát triển khoa học kỹ thuật, phát triển mạnh mẽ kỹ thuật bán dẫn công suất cao kỹ thuật vi xử lý, điều khiển động không đồng chế tạo với đáp ứng cao giá thành rẻ điều khiển động DC Vì động khơng đồng sử dụng rộng rãi hầu hết hệ truyền động điều chỉnh tốc độ Trong phương pháp sử dụng để điều khiển tốc độ động như: điều khiển điện áp stator, điều khiển điện trở rotor, điều khiển công suất trượt rotor, điều khiển tần số… Trong phương pháp xem ưu việt ngày phát triển mạnh mẽ, ứng dụng rộng rãi điều khiển tần số Thiết bị để thay đổi tần số gọi biến tần, có chức thay đổi tần số dòng điện xoay chiều, từ tần số sang tần số khác điều chỉnh Điểm đặc biệt hệ truyền động biến tần - động ta điều chỉnh vô cấp tốc độ động Tức thông qua việc điều chỉnh tần số điều chỉnh tốc độ động thay đổi theo ý muốn dải rộng.Sử dụng biến tần, có nghĩa ta hưởng nhiều tính thông minh, linh hoạt tự động nhận dạng động cơ; tính điều khiển thơng qua mạng; thiết lập 16 cấp tốc độ; khống chế dịng khởi động động giúp q trình khởi động êm (mềm) nâng cao độ bền kết cấu khí; giảm thiểu chi phí lắp đặt; bảo trì; tiết kiệm không gian lắp đặt; chế độ tiết kiệm lượng; Như vậy, thông qua biến tần người dùng cần thực thao tác đơn giản điều chỉnh tần số tự liên tục thay đổi tốc độ quay động cách linh hoạt hiệu 1.2 Khái quát biến tần Khóa luận tốt nghiệp Nhóm sinh viên thực Bộ biến tần có chức chuyển đổi nguồn áp hay nguồn dòng chiều thành nguồn áp hay nguồn dịng xoay chiều Dạng sóng đầu xoay chiều AC có tần số, biên độ góc pha điều chỉnh Tùy theo dạng nguồn sơ cấp cấp cho nghịch lưu nguồn áp hay nguồn dịng ta có tên gọi là: nghịch lưu nguồn áp (Voltage Source Inverter – VSI) hay nghịch lưu nguồn dòng (Current Source Inverter – CSI) Nguồn cung cấp sơ cấp nguồn ắc quy riêng lẻ nguồn áp xoay chiều qua chỉnh lưu để tạo thành nguồn chiều DC sau biến đổi ngược trở lại thành nguồn xoay chiều, điện áp xoay chiều ngõ có tần số biên độ khác với áp xoay chiều cung cấp từ ngõ vào Các linh kiện dùng nghịch lưu thường phải dùng linh kiện có khả điều khiển đóng – ngắt đầu nghịch lưu thường nối với tải cảm nên dòng điện qua linh kiện khơng thể ngắt q trình chuyển mạch tự nhiên Bộ nghịch lưu dùng nhiều ứng dụng là: điều khiển tốc độ động AC, lưu điện UPS, bù tĩnh, mạch lọc tích cực, hệ thống truyền tải điện linh hoạt (FACTs), nghịch lưu hòa lưới sử dụng lượng mặt trời, lượng gió… Bộ biến tần thường có hai dạng: biến tần trực tiếp biến tần gián tiếp Biến tần trực tiếp (Cycloconverter) tạo nên điện áp trực tiếp ngõ có trị hiệu dụng tần số thay đổi được, tức từ DC AC Biến tần trực tiếp tạo điện áp tải phần điện áp lưới, lần nối tải vào nguồn phần tử đóng ngắt khoảng thời gian định, không thông qua khâu lượng trung gian Biến tần gián tiếp tạo nên điện áp ngõ cách gián tiếp, tức từ AC chỉnh lưu sang DC từ DC nghịch lưu lại AC Biến tần gián tiếp sử dụng cho ứng dụng có cơng suất lớn, chất lượng điện áp đầu tốt 1.3 Biến Tần Bộ biến tần thiết bị điện tử mạch điện dùng để biến đổi dòng điện chiều thành dòng điện xoay chiều Điện áp đầu vào, điện áp đầu ra, tần số điều chỉnh công suất toàn phần phụ thuộc vào thiết bị mạch điện Do biến tần thay đổi tần số ứng dụng bậc dùng để điều chỉnh tốc độ động xoay chiều theo phương pháp điều khiển tần số Ngoài việc thay đổi tần số, biến tần thay đổi tổng số pha chẳng hạn từ đầu vào xoay chiều Khóa luận tốt nghiệp Nhóm sinh viên thực pha biến tần tạo ba pha xoay chiều mắc vào tải động ba pha Ngoài biến tần sử dụng kỹ thuật nhiệt luyện 1.3.1 Một số tác dụng biến tần − Bảo vệ động Biến tần thay đổi tốc độ động dễ dàng, dòng khởi động động không vượt 1,5 lần so với dòng khởi động truyền thống sao-tam giác, 4~6 lần dịng định mức Biến tần thường có hệ thống điện tử bảo vệ dòng, bảo vệ cao áp thấp áp, tạo hệ thống an tồn vận hành − Giảm hao mịn khí Biến tần giúp q trình khởi động từ tốc độ thấp giúp cho động mang tải lớn khởi động đột ngột, tránh hư hỏng phần khí, ổ trục, tăng tuổi thọ động − Tiết kiệm điện Nhờ dễ dàng thay đổi tốc độ biến tần tiết kiệm điện cho tải thường không cần phải chạy hết công suất Tiết kiệm điện 20-30 phần trăm so với hệ thống khởi động truyền thống − Nâng cao suất, chất lượng sản phẩm Biến tần giúp động chạy nhanh hơn, thơng thường 54-60Hz, bình thường 1500v/p với 50Hz, có biến tần 1800v/p với 60Hz, giúp tăng sản lượng đầu cho máy, tăng tốc độ cho quạt thơng gió − Cải tiến công nghệ Nhờ nguyên lý làm việc chuyển đổi nghịch lưu qua diode tụ điện nên hệ số cos phi đạt 0.96, cơng suất phản kháng từ động thấp, gần bỏ qua, giảm dịng đáng kể q trình hoạt động, giảm chi phí lắp đặt tủ tụ bù, giảm hao hụt đường dây 1.3.2 Ứng dụng biến tần − Biến tần với việc điều khiển quạt bơm Trước đây, việc điều chỉnh thể tích dịng khí tốc độ dòng chảy thường sử dụng cánh hướng van riêng cho trường hợp sử dụng nguồn điện Khóa luận tốt nghiệp Nhóm sinh viên thực thương mại để vận hành quạt máy bơm Trong trường hợp này, việc cắt giảm giá trị lượng dùng cho động thường khó, giảm thể tích dịng khí hay lưu lượng dòng chảy Đối với truyền động quạt máy bơm, mô men quay tỷ lệ với bình phương số vịng quay/phút giá trị lượng sử dụng lập phương số vòng quay/phút Việc sử dụng phận điều khiển máy biến tần cho phép cắt giảm đáng kể việc dùng lượng, đặc biệt vùng quay tốc độ thấp − Biến tần máy nén khí Chế độ điều khiển cung cấp khí thơng thường theo phương thức đóng/cắt Chế độ kiểm sốt khơng khí đầu vào qua van cửa vào Khi áp suất đạt đến giới hạn trên, van cửa vào đóng máy nén vào trạng thái hoạt động không tải, áp suất đạt giới hạn dưới, van cửa vào mở máy nén vào trạng thái hoạt động có tải Cơng suất định mức motor chọn theo nhu cầu lớn thông thường thiết kế dư tải, dòng khởi động lớn, motor hoạt động liên tục không tải làm tiêu tốn lượng lớn điện Với chế độ điều khiển tốc độ quay motor biến tần: lượng cung cấp khí cần đáp ứng đủ lượng khí tiêu dùng, hệ thống cung cấp khí đạt hiệu cao tiết kiệm điện − Băng tải Hệ truyền động băng tải có mơ men khởi động lớn Biến tần tạo mơ men khởi động cao đảm bảo dòng điện khởi động giới hạn cho phép lưới Khả khởi động dừng nhẹ nhàng thực cách điều khiển thời lượng cần thiết để tăng/giảm tốc − Cho phép điều chỉnh tốc độ băng tải phù hợp với yêu cầu quy trình sản xuất Trong trường hợp băng tải có đoạn chạy qn tính, băng tải chuyển hóa thành lượng điện để trả lưới với biến tần hãm tái sinh Khi nhiều động sử dụng, tốc độ đồng tải chia sẻ động Có thể bù trượt tốc độ, phát mơ men, dị tìm tốc độ cộng với chức tăng mô men động mô men tải tăng giúp tốc độ băng tải luôn ổn định Điều khiển q trình khởi động dừng xác hệ thống băng tải − Máy ép phun Khóa luận tốt nghiệp Nhóm sinh viên thực Đối với máy ép phun truyền thống sử dụng bơm thủy lực cố định cơng suất thường tính điều kiện tải lớn nhất, van điều chỉnh sử dụng để thay đổi lưu lượng áp suất tiêu thụ, tỉ lệ lớn lượng bị tiêu hao qua van dạng áp suất chênh lệch dòng tràn Vì lương tiêu hao vơ cơng lớn Với biến tần tự động điều chỉnh tốc độ động bơm dầu theo yêu cầu tải thực tế (áp suất lưu lượng) phù hợp với giai đoạn lượng tiêu thụ đạt mức thấp − Hệ thống điện lạnh Hệ thống điều nhiệt thơng gió nhìn chung bao gồm động cho bơm tuần hoàn, máy nén, quạt Các động yêu cầu điều khiển lưu lượng, giải pháp điều khiển truyền thống điều khiển loại bơm, quạt… Việc sử dụng biến tần điều khiển động cho phép điều khiển áp lực, lưu lượng theo yêu cầu cần thiết, khởi động mềm, tối ưu hóa hoạt động động cơ, tiết kiệm điện lượng đáp ứng yêu cầu điều nhiệt thông gió − Cải thiện khả điều khiển hộp số Hầu hết máy công cụ, công tác sử dụng hộp số để điều khiển cấp tốc độ thiết bị Trong nhiều trường hợp, yêu cầu công nghệ, thay đổi vật liệu đầu vào hay yêu cầu sản phẩm đầu cần tốc độ xác khơng nằm cấp tốc độ thiết kế giải pháp điều khiển không đáp ứng Trong trường hợp này, giải pháp tốt sử dụng biến tần điều khiển động để mở rộng tốc độ máy Ưu điểm: tổ hợp, điều khiển đơn giản, đáp ứng đòi hỏi cơng nghệ tốc độ, chi phí khơng cao − Ngoài biến tần ứng dụng rộng rãi có vai trị quan trọng với thiết bị nâng hạ, máy ván kéo, máy cuốn, máy khuấy trộn hay thay cho việc sử dụng cấu điều khiển vô cấp truyền thống máy công tác… 1.3.3 Phân Loại − Biến tần trực tiếp + Biến tần trực tiếp pha Cấu trúc biến tần trực tiếp pha: Khóa luận tốt nghiệp Nhóm sinh viên thực Hinh 1.1 Sơ đồ biến tần trực tiếp pha Nguồn điện xoay chiều có biên độ tần số không đổi cung cấp nguồn cho biến tần Biến tần trực tiếp tạo nên điện áp đầu có tần số biên độ thay đổi Cấu tạo gồm hai chỉnh lưu kép Q trình chuyển mạch thường có hai loại chuyển mạch phụ thuộc chuyển mạch cưỡng Chuyển mạch phụ thuộc thường dùng nhiều cơng nghiệp + Biến tần trực tiếp ba pha Cấu trúc biến tần trực tiếp ba pha: Hinh 1.2 Sơ đồ biến tần trực tiếp ba pha Trong ta thấy có hai dạng mắc nguồn chung (tức có chung nguồn thứ cấp biến áp) dạng mắc nguồn riêng (tức ba nguồn cung cấp cho ba pha từ ba cuộn dây thứ cấp biến áp) Với cấu trúc sử dụng nguồn chung chuyển mạch Khóa luận tốt nghiệp Nhóm sinh viên thực linh kiện nhóm nửa mạch cầu đóng dẫn đến ngắn mạch nguồn Với cấu trúc có chung nguồn thứ cấp biến áp địi hỏi mạch tải ba pha phải có điểm trung tính để hở − Biến tần gián tiếp Cấu tạo biến tần gián tiếp gồm có chỉnh lưu với chức chỉnh lưu điện áp xoay chiều với tần số cố định ngõ vào nghịch lưu thực việc chuyển đổi điện áp dòng điện chỉnh lưu sang dạng áp dòng xoay chiều ngõ Như ta điều khiển tần số cách độc lập không phụ thuộc tần số vào Các biến tần gián tiếp thường hoạt động với công suất khoảng từ kW đến vài trăm kW Phạm vi hoạt động tần số khoảng vài chục Hz đến vài trăm kHz (trong kỹ thuật nhiệt điện – lò cao tần) + Bộ biến tần áp gián tiếp Cấu trúc biến tần Hinh 1.3 Sơ đồ biến tần gián tiếp Mạch trung gian chiều: có chứa tụ lọc với điện dung lớn C f (khoảng vài ngàn µF) mắc vào ngõ vào nghịch lưu Điều giúp cho mạch trung gian hoạt động nguồn điện áp Tụ điện với cuộn cảm L f mạch trung gian tạo thành mạch lọc nắn điện áp chỉnh lưu Cuộn kháng L f có tác dụng nắn dịng điện chỉnh lưu Trong nhiều trường hợp, cuộn kháng L f không xuất cấu trúc mạch tác dụng nắn dịng thay cảm kháng tản máy biến áp cấp nguồn cho chỉnh lưu Do tác dụng diode nghịch đảo nghịch lưu, điện áp đặt tụ đạt trị dương Tụ điện thực chức trao đổi Khóa luận tốt nghiệp Nhóm sinh viên thực lượng ảo tải nghịch lưu mạch trung gian cách cho phép dòng i d2 thay đổi chiều nhanh khơng phụ thuộc vào chiều dịng i d1 Bộ nghịch lưu áp: dạng pha ba pha Quá trình chuyển mạch nghịch lưu áp thường trình chuyển đổi cưỡng trường hợp đặc biệt nghịch lưu làm việc khơng có q trình chuyển mạch với q trình chuyển mạch phụ thuộc bên ngồi Từ đó, ta có hai trường hợp biến tần với trình chuyển mạch độc lập trình chuyển mạch phụ thuộc bên ngồi Bộ chỉnh lưu: có nhiều dạng khác nhau, mạch tia, mạch cầu pha ba pha Nếu chỉnh lưu pha nghịch lưu ba pha, biến tần thực chức biến đổi tổng số pha Khi áp dụng phương pháp điều khiển theo biên độ cho điện áp tải xoay chiều chỉnh lưu phải chỉnh lưu điều khiển Thơng thường, chỉnh lưu có dạng không điều khiển, bao gồm diode mắc dạng mạch cầu Độ lớn điện áp tần số áp nghịch lưu cịn điều khiển thơng qua phương pháp điều khiển xung thực trực tiếp nghịch lưu Ở chế độ máy phát tải (chẳng hạn hãm động không đồng bộ), lượng hãm trả ngược mạch chiều nạp cho tụ lọc C f Năng lượng nạp tụ làm điện áp tăng lên đạt giá trị lớn gây áp Để loại bỏ tượng điện áp tụ C f , số biện pháp sau thực Phương pháp đơn giản tác dụng đóng mạch xả điện áp tụ qua điện trở mắc song song với tụ Việc đóng mạch xả tụ thực nhờ cơng tắc bán dẫn S Một biện pháp khác thực đưa lượng áp tụ C f nguồn lưới điện xoay chiều Trong trường hợp này, biến tần trang bị chỉnh lưu kép Khả chỉnh lưu kép cho phép thực đảo chiều dòng điện qua chỉnh lưu cách này, điều kiện chiều điện áp tụ lọc không đổi dấu, lượng trả lưới điện xoay chiều qua chỉnh lưu Khóa luận tốt nghiệp Nhóm sinh viên thực Hinh 1.4 Sơ đồ biến tần gián tiếp có thêm tụ Cf Xu hướng nâng cao chất lượng điện cách sử dụng loại chỉnh lưu điều rộng xung (boost PWM Rectifier) cho phép thực trả công suất nguồn với hệ số cơng suất cao (gần một) Dịng điện qua nguồn lưới xoay chiều có dạng gần hình Sin pha với điện áp xoay chiều Hinh 1.5 Sơ đồ biến tần gián tiếp sử dụng PWM + Bộ biến tần dòng gián tiếp Cấu trúc biến tần Hinh 1.6 Sơ đồ biến tần dòng gián tiếp Khóa luận tốt nghiệp Nhóm sinh viên thực Mạch trung gian: có cuộn cảm L f (khoảng vài mH) Nhờ nó, mạch trung gian thực chức nguồn dòng điện nghịch lưu Dòng điện mạch trung gian có chiều khơng thay đổi Dịng cuộn cảm nắn Cuộn cảm thực chức trao đổi lượng ảo tải tiêu thụ mạch trung gian Cuộn cảm tạo điều kiện cho trình thay đổi chiều điện áp u d2 xảy nhanh chóng khơng phụ thuộc vào điện áp chỉnh lưu u d1 Bộ nghịch lưu nguồn dòng: pha thường gặp mạch ba pha Tùy theo trường hợp, nghịch lưu với trình chuyển mạch cưỡng trình chuyển mạch phụ thuộc Bộ nghịch lưu dòng với trình chuyển mạch phụ thuộc chất chỉnh lưu có q trình chuyển mạch phụ thuộc vào điện áp xoay chiều tải hoạt động chế độ nghịch lưu Từ đó, ta phân biệt biến tần với trình chuyển mạch cưỡng biến tần với trình chuyển mạch phụ thuộc Điều khiển nghịch lưu dịng thực theo phương pháp điều chế biên độ dùng kỹ thuật điều chế độ rộng xung Bộ chỉnh lưu: có nhiều dạng, mạch tia, mạch cầu, pha ba pha Khi cần đòi hỏi phải truyền lượng theo hai chiều, ta cần chỉnh lưu đơn với điện áp đổi dấu Ta thường sử dụng mạch cầu ba pha điều khiển Trong trường hợp, dòng điện qua mạch DC phải điều khiển biên độ Do đó, chỉnh lưu khơng điều khiển (gồm diode) sử dụng Để giảm bớt tượng điện áp chi tiết bán dẫn nghịch lưu, ta sử dụng nghịch lưu với hạn chế điện áp mắc song song với tải sử dụng mạch tích lượng Các cấu trúc biến tần dòng điện đại sử dụng chỉnh lưu điều khiển độ rộng xung (buck PWM Rectifier), cấu trúc loại cho phép chỉnh lưu làm việc với hệ số cơng suất cao 10 Khóa luận tốt nghiệp Nhóm sinh viên thực Hinh 1.7 Sơ đồ biến tần dòng gián tiếp sử dụng PWM 11 ... lý, điều khiển động không đồng chế tạo với đáp ứng cao giá thành rẻ điều khiển động DC Vì động không đồng sử dụng rộng rãi hầu hết hệ truyền động điều chỉnh tốc độ Trong phương pháp sử dụng để điều. .. hoàn, máy nén, quạt Các động yêu cầu điều khiển lưu lượng, giải pháp điều khiển truyền thống điều khiển loại bơm, quạt… Việc sử dụng biến tần điều khiển động cho phép điều khiển áp lực, lưu lượng... điều khiển tốc độ động như: điều khiển điện áp stator, điều khiển điện trở rotor, điều khiển công suất trượt rotor, điều khiển tần số… Trong phương pháp xem ưu việt ngày phát triển mạnh mẽ, ứng dụng