Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ sử dụng biến tần

TÌM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ

Động cơ không đồng bộ

Động cơ không đồng bộ ba pha có cấu tạo như hình sau

Hình 1.1: Cấu tạo ĐCKĐB Đặc trưng cho ĐCKĐB ba pha là hệ số trượt

Trong bài viết này, n đại diện cho tốc độ quay của roto f1 theo tần số dòng điện lưới, trong khi p là số đôi cực Ngoài ra, n1 là tốc độ quay của từ trường quay, tương ứng với tốc độ đồng bộ của động cơ.

1.1.1 Mô hình toán học nhiều biến của ĐCKĐB 3 pha Để nghiên cứu mô hình toán học nhiều biến của ĐCKĐB, thường phải đưa ra một số giả thiết như sau:

Bỏ qua sóng hài, trong hệ thống 3 cuộn dây 3 pha đối xứng nhau cách nhau 120 độ, sức từ động được sinh ra phân bố theo quy luật hình sin dọc theo khe hở không khí.

+ Bỏ qua bão hòa mạch từ, tự cảm và hỗ cảm của các cuộn dây đều là tuyến tính;

Bỏ qua tổn hao trong lõi sắt từ và không xét tới ảnh hưởng của tần số cùng sự thay đổi nhiệt độ đối với điện trở cuộn dây, rotor của động cơ dây quấn và lồng sóc đều có thể được quy đổi về rotor dây quấn đẳng trị Sau khi chuyển đổi về phía mạch stator, số vòng quấn mỗi pha đều bằng nhau, từ đó nhóm cuộn dây của động cơ thực tế được đẳng trị thành mô hình vật lý ĐCKĐB 3 pha.

Phương trình cân bằng điện áp của nhóm cuộn dây mạch stator 3 pha

Phương trình cân bằng điện áp của nhóm cuộn dây mạch rotor 3 pha

1.1.3 Phương trình từ thông

Từ thông của mỗi nhóm cuộn dây là tổng hợp của từ thông tự cảm và từ thông hô cảm từ các nhóm cuộn dây khác Do đó, từ thông của 6 cuộn dây được biểu diễn như sau:

Ma trận điện cảm L có kích thước 6*6, trong đó các phần tử đối góc đại diện cho tự cảm của các cuộn dây, còn các phần tử M là hỗ cảm giữa các cuộn dây Đối với mỗi cuộn dây trong một pha, từ thông mà nó móc vòng bao gồm tổng của từ thông hỗ cảm và từ thông tản, do đó tự cảm của các pha trên mạch stator được xác định dựa trên các yếu tố này.

Tự cảm của các pha trên mạch rotor là:

Giữa hai cuộn dây khác nhau chỉ có hỗ cảm Hỗ cảm lại phân thành hai loại:

+ Hỗ cảm giữa ba pha của stator và hỗ cảm giữa 3 pha của rotor đều là cố định, nên hỗ cảm này là hằng số;

Hỗ cảm giữa một pha của stator và một pha của rotor thay đổi theo chuyên vị góc, và nó là hàm số của vị trí rotor Điều quan trọng là hai ma trận khối có thể hoán đổi cho nhau, với các phần tử là biến số, dẫn đến tính phi tuyến của hệ thống.

Nếu thay phương trình (1.4) vào phương trình (1.3), ta có:

Số hạng L.di/dt đại diện cho sức điện động đập mạch hoặc sức điện động biến áp, trong khi số hạng quay thể hiện sức điện động quay, tỷ lệ thuận với tốc độ góc.

1.1.4 Phương trình chuyển động

Trong trường hợp tổng quát, phương trình chuyển động của hệ thống truyền động điện có dạng:

Dựa vào nguyên lý biến đổi năng lượng điện cơ, trong động cơ nhiều cuộn dây, năng lượng điện từ trong động cơ là:

Momen điện từ trong động cơ được tính bằng đạo hàm riêng đối với chuyển vị góc của năng lượng điện từ Khi dòng điện không đổi, chỉ có chuyển vị góc là biến thay đổi, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến momen điện từ.

1.1.6 Mô hình toán học ĐCKĐB 3 pha

Tập hợp các công thức về momen, điện áp và từ thông cho phép xây dựng mô hình toán học với nhiều biến số cho động cơ không đồng bộ ba pha khi chịu tải mô men không đổi.

Mô tả toán học động cơ ở dạng phương trình trạng thái phi tuyến

Các phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB

Điều chỉnh tần số KĐB là một phương pháp điều chỉnh kinh tế, nhưng yêu cầu kỹ thuật cao và phức tạp Điều này xuất phát từ bản chất và nguyên lý hoạt động của động cơ, trong đó phần cảm và phần ứng không thể tách rời Có hai hướng tiếp cận để thực hiện điều này.

- Hướng thứ nhất là coi stator là phần cảm tạo ra từ thông ψs , còn momen là do tác động từ thông ψs với dòng điện rotor Ir

- Hướng thứ hai là coi rotor là phần cảm tạo ra từ thông ψr , còn momen là do tác động từ thông ψr với dòng điện stato Is

Dòng điện Is, Ir và từ thông ψs, ψr đều được xác định từ nguồn cấp stato U1, f1 Do đó, khi điều chỉnh tần số, ĐCKĐB được coi là đối tượng điều chỉnh phi tuyến đa thông số với tác động xen kênh.

1.2.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ

Momen ĐCKĐB tỷ lệ với bình phương điện áp stator, cho phép điều chỉnh momen và tốc độ KĐB bằng cách thay đổi giá trị điện áp stator trong khi giữ tần số không đổi Để thực hiện điều chỉnh điện áp, chúng ta sử dụng bộ biến đổi nguồn xoay chiều, coi bộ biến đổi này là lý tưởng với Zb=0.

Nếu tốc độ quay của động cơ là không đổi:

Điện áp định mức của động cơ điện là điện áp đầu ra của bộ điều khiển mô men, đạt giá trị định mức khi mô men động cơ tương ứng với điện áp điều chỉnh Khi điện áp đạt mức định mức, điện trở phụ cũng được xem xét.

Chúng ta có thể sử dụng biến áp tự ngẫu, điện kháng hoặc bộ biến đổi bán dẫn để điều khiển điện áp cho động cơ, nhưng thường thì bộ điều khiển van bán dẫn được ưa chuộng hơn vì lý do kỹ thuật và kinh tế Việc đóng cắt các tiristor cho phép điều chỉnh điện áp cung cấp cho động cơ theo yêu cầu Để có dòng điện chạy qua động cơ, cần ít nhất 2 van ở 2 pha khác nhau cùng dẫn điện tại một thời điểm Khi đó, động cơ có thể được coi là một phụ tải ba pha với các điện trở và điện cảm mắc nối tiếp, trong đó điện trở rotor thay đổi theo tốc độ quay và điện cảm phụ thuộc vào vị trí giữa dây quấn rotor và stator, dẫn đến góc pha giữa dòng điện và điện áp cũng biến thiên theo tốc độ quay.

Phương pháp giảm điện áp chỉ áp dụng để điều chỉnh điện áp, dẫn đến sự thay đổi trong đường đặc tính M = f(s) Khi điện áp giảm, hệ số trượt và tốc độ động cơ cũng sẽ thay đổi Các hệ số trượt s1, s2, s3 tương ứng với các mức điện áp U1đm, 0,85 U1đm và 0,7 U1đm.

Phương pháp điều chỉnh điện áp chỉ phù hợp với các hệ thống truyền động có momen tải tăng theo tốc độ, như quạt gió và bơm ly tâm Do giá trị độ trượt tới hạn của đặc tính cơ tự nhiên nhỏ, phương pháp này thường không được áp dụng cho việc điều chỉnh tốc độ của động cơ lồng sóc Để điều chỉnh động cơ rotor dây quấn, cần nối thêm điện trở phụ và mạch rotor nhằm mở rộng dải điều chỉnh tốc độ và momen.

1.2.2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch rotor

Để điều chỉnh tốc độ của ĐCKĐB, chúng ta có thể thay đổi điện trở trong mạch rotor bằng cách lắp thêm các điện trở phụ Rf Việc này sẽ ảnh hưởng đến điện trở trong mạch rotor của ĐCKĐB.

Khi điều chỉnh giá trị điện trở mạch rotor, momen tới hạn của động cơ không thay đổi và độ trượt tới hạn tỷ lệ bậc nhất với điện trở Đặc tính làm việc của động cơ không đồng bộ (ĐCKĐB) trong khoảng từ s = 0 đến là thẳng, cho thấy rằng việc điều chỉnh điện trở sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của động cơ.

Nếu giữ dòng điện rotor Ir không đổi, momen M cũng sẽ không thay đổi và không phụ thuộc vào tốc độ động cơ Do đó, có thể áp dụng phương pháp điều chỉnh điện trở mạch rotor để duy trì momen tải không đổi trong hệ thống truyền động.

Khi tăng giá trị Rf, tốc độ điều chỉnh sẽ giảm, dẫn đến độ cứng đặc tính cơ tăng và sai số tĩnh lớn hơn Điều này làm cho tốc độ làm việc trở nên kém ổn định, và nếu Rf đạt đến một giá trị nhất định, gọi là Rfmax, động cơ sẽ không quay (ω = 0) Khi Rf vượt quá Rfmax, tốc độ động cơ vẫn giữ nguyên ở mức không (ω = 0), cho thấy khả năng điều chỉnh tốc độ không còn hiệu quả.

Phương pháp này có độ sai số tĩnh lớn và phạm vi điều chỉnh hẹp, thường nằm trong khoảng D = 2 đến 3 Độ tinh khi điều chỉnh phụ thuộc vào ω, với vùng điều chỉnh dưới tốc độ định mức (ω < ωđm) Phương pháp này phù hợp với phụ tải thế năng, vì khi điều chỉnh mà giữ dòng điện rotor không đổi, thì momen cũng sẽ không thay đổi (M ~ Mc).

Để nâng cao các chỉ tiêu chất lượng, phương pháp "xung điện trở" được áp dụng Điện áp được chỉnh lưu qua cầu diode và bộ lọc, sau đó cấp vào mạch điều khiển Điện trở R0 được mắc song song với khóa T, cho phép điều chỉnh độ đóng mở của khóa T để thay đổi giá trị trung bình của điện trở mạch.

Khi khóa T đóng, dòng điện chạy qua khóa T làm cho điện trở R0 bị loại ra khỏi mạch, dẫn đến việc dòng điện rotor tăng lên Ngược lại, khi khóa T mở, điện trở R0 được đưa vào mạch, làm giảm dòng điện rotor Với tần số đóng cắt nhất định, điện cảm L cho phép coi dòng điện rotor là không đổi, từ đó xác định được giá trị điện trở tương đương RC trong mạch Điều chỉnh thời gian đóng ngắt một cách mượt mà sẽ giúp điều chỉnh giá trị điện trở trong mạch rotor.

Hình 1.4: Sơ đồ điều khiển tốc độ động cơ theo phương pháp thay đổi điện trở mạch rotor

Phương pháp thay đổi điện trở phụ trong mạch rotor để điều chỉnh tốc độ động cơ có nhiều ưu điểm, bao gồm tính đơn giản, chi phí thấp và khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng Phương pháp này thường được sử dụng để điều chỉnh tốc độ cho các phụ tải dạng thế năng với Mc = const.

GIỚI THIỆU VỀ BIẾN TẦN

Biến tần trực tiếp (xoay chiều- xoay chiều)

Trước đây, hệ truyền động dùng biến tần trực tiếp thường chỉ được áp dụng trong lĩnh vực công suất lớn do chất lượng điện áp đầu ra thấp Tuy nhiên, nhờ sự phát triển của điện tử công suất và kỹ thuật vi điều khiển, phương pháp điều khiển biến tần kiểu ma trận đã cải thiện chất lượng điện áp ra và giảm tác động tiêu cực đến lưới điện, mở rộng phạm vi ứng dụng Hiện nay, các hệ điều tốc biến tần sử dụng bộ biến tần gián tiếp vẫn được ưa chuộng, với khả năng khống chế qua nhiều phương pháp như điều chế độ rộng xung (PWM), điều khiển vector và điều khiển trực tiếp mômen.

Biến tần trực tiếp là thiết bị có cấu trúc đơn giản, sử dụng một khâu biến đổi để chuyển đổi nguồn điện xoay chiều với điện áp và tần số cố định thành điện áp xoay chiều với điện áp và tần số có thể điều chỉnh.

Sơ đồ mạch lực của biến tần một pha tương tự như sơ đồ mạch lực của chỉnh lưu có đảo chiều dòng điện,

Hai nhóm van P và N được kết nối song song ngược, có thể lấy nguồn cung cấp từ một hoặc hai dây quấn riêng biệt của máy biến áp thứ cấp hoặc trực tiếp từ lưới điện Tổng trở tải Z1 được nối giữa các điểm chung của hai nhóm van Các nhóm van P và N được điều khiển luân phiên, tạo ra điện áp xoay chiều trên tải với biên độ và tần suất sóng cơ bản phụ thuộc vào tín hiệu điều khiển Việc điều khiển có thể thực hiện riêng lẻ hoặc phối hợp chung; nếu điều khiển riêng, không cần cuộn kháng cân bằng, nhưng nếu điều khiển chung, cuộn kháng sẽ hạn chế dòng điện cân bằng do sự chênh lệch điện áp tức thời giữa hai nhóm van.

Việc điều chỉnh điện áp đầu ra của biến tần được thực hiện bằng cách thay đổi góc pha xung điều khiển trong các chế độ chỉnh lưu và nghịch lưu Nếu coi giá trị tuyệt đối của điện áp trung bình trong hai chế độ này bằng nhau, góc mở của các van sẽ được xác định theo công thức nhất định.

Độ sâu điều chỉnh điện áp đầu ra được xác định bằng tỷ số giữa giá trị hiệu dụng làm việc của điện áp đầu ra và giá trị cực đại có thể đạt được.

Khi μ = 1, trong phần tư đầu tiên của chu kỳ điện, góc mở của các van nhóm P thay đổi từ π/2 đến 0, tạo ra nửa sóng dương của điện áp trong chế độ chỉnh lưu Phần điện áp này cũng có thể được tạo ra bằng cách thay đổi góc mở của các van nhóm N từ π/2 đến π, tương ứng với chế độ nghịch lưu Việc dẫn dòng tải phụ thuộc vào hệ số công suất của tải Trong phần tư thứ hai của chu kỳ, góc mở của nhóm van P thay đổi từ 0 đến π/2, trong khi góc mở của nhóm van N thay đổi từ π đến π/2 Trong nửa chu kỳ tiếp theo, quá trình điều chỉnh góc mở diễn ra tương tự, với nhóm van P và nhóm van N đổi chức năng cho nhau Do đó, với μ bằng 1, luật điều chỉnh là tuyến tính.

Khi cần điều chỉnh điện áp ra (μ> R1/a, dẫn đến sụt áp trên R1 rất nhỏ, do đó giá trị E suy giảm ít, giữ từ thông gần như không đổi Momen cực đại của động cơ cũng gần như không thay đổi.

Khi hoạt động ở tần số thấp, điện trở R1/a trở nên lớn hơn so với giá trị của (X1+X2’), gây ra sụt áp nhiều ở điện trở stator khi momen tải cao Điều này làm giảm E, dẫn đến suy giảm từ thông và momen cực đại Để bù đắp cho sự suy giảm từ thông ở tần số thấp, cần cung cấp cho động cơ một điện áp Uo nhằm đạt được từ thông định mức khi f=0, từ đó hình thành mối quan hệ: U = (3.9).

Với K là hằng số được chọn sao cho giá trị U cấp cho động cơ bằng Uđm tại tần số f fđm, khi a>1 (f > fđm), điện áp được duy trì không đổi và bằng định mức, dẫn đến động cơ hoạt động trong chế độ suy giảm từ thông.

Khi đó momen và momen cực đại của động cơ tại tần số f cung cấp sẽ là:

Và momen cực đại ở tần số f:

Sau đây là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa momen và điện áp theo tần số trong phương pháp điều khiển V/f=const.

Phương pháp điều chế độ rộng xung SINPWM

Để tạo ra điện áp xoay chiều bằng phương pháp SINPWM, chúng ta so sánh tín hiệu xung tam giác tần số cao với điện áp sin chuẩn có tần số f Khi tín hiệu điều khiển này được cấp cho bộ biến tần một pha, đầu ra sẽ cho ra dạng điện áp điều rộng xung có tần số bằng tần số của sóng sin mẫu, với biên độ hài bậc nhất phụ thuộc vào nguồn điện một chiều và tỷ số giữa biên độ sóng sin mẫu và sóng mang Lưu ý rằng tần số sóng mang cần lớn hơn tần số của sóng sin mẫu.

Để tạo ra nguồn điện 3 pha dạng điều rộng xung, cần có nguồn sin 3 pha mẫu, và giản đồ kích đóng của 3 pha sẽ được biểu diễn như hình vẽ dưới đây.

3.2.1 Cách thức điều khiển

Sau khi thảo luận về phương pháp điều khiển V/f=const và phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu áp theo phương pháp điều rộng xung SINPWM, chúng ta có thể đề xuất một thuật toán điều khiển động cơ dựa trên tần số đã được xác định trước.

Do động cơ hoạt động theo cơ chế điều khiển vòng hở, không thể đo được tốc độ thực của nó Do đó, tần số được đề cập ở đây chính là tần số nguồn sine điều rộng xung cấp cho động cơ.

Để chuyển động cơ từ trạng thái đứng yên sang hoạt động ở tần số đặt, cần thực hiện quá trình khởi động mềm nhằm tránh tình trạng khởi động đột ngột, gây ra dòng điện khởi động lớn có thể làm hỏng động cơ Tần số nguồn cung cấp sẽ tăng từ 0 đến giá trị đặt, tương ứng với biên độ tăng từ V0 đến Vf=V0+K.freq Thời gian khởi động phụ thuộc vào công suất của động cơ, với động cơ công suất lớn thường có thời gian khởi động lâu hơn so với động cơ công suất nhỏ Thời gian khởi động thông thường được chọn từ 5 đến 10 giây.

Khi tần số nguồn đạt giá trị yêu cầu ban đầu, nó sẽ được giữ nguyên Trong trường hợp động cơ đang hoạt động ổn định mà cần thay đổi tần số, quá trình chuyển đổi tần số sẽ diễn ra từng bước, thay vì chuyển ngay lập tức đến giá trị tần số mới.

Để thay đổi chiều quay của động cơ, cần giảm tần số xuống mức đủ nhỏ trước khi thực hiện việc đổi chiều quay bằng cách thay đổi thứ tự pha nguồn cấp Điều này giúp tránh hiện tượng momen xoắn có thể gây gãy trục động cơ và tăng dòng điện đột ngột.

Khi dừng động cơ, cần hạ tần số từ giá trị hiện tại về 0, và thời gian hãm phụ thuộc vào quán tính quay của động cơ Để hãm nhanh, có thể áp dụng phương pháp hãm động năng (Dynamic Breaking) với sự hỗ trợ của điện trở thắng.

Quá trình hoạt động của bộ điều khiển có thể được chia thành bốn đoạn chính Đoạn 1 là giai đoạn khởi động động cơ, trong đó tần số tăng từ 0 đến giá trị đặt trong khoảng thời gian khởi động (Tramp) Đoạn 2 liên quan đến việc thay đổi tần số khi động cơ đang chạy ổn định Đoạn 3 mô tả quá trình đổi chiều động cơ, được chia thành hai giai đoạn: đoạn 3a là giảm tần số về 0 và đảo thứ tự pha nguồn cung cấp, trong khi đoạn 3b là tăng tần số lên giá trị mới, có sự thay đổi so với giá trị cũ Cuối cùng, đoạn 4 là giai đoạn ngừng động cơ, trong đó tần số được giảm dần từ giá trị đặt về 0 sau khoảng thời gian dừng (Tramp).

3.2.2 Hiệu quả của phương pháp điều khiển Đối với phương pháp điều chế SINPWM, tại mỗi thời điểm mà một trong hai khoá trên cùng một nhánh ở trạng thái ON thì biểu thức điện áp giữa mỗi pha và điểm trung tính ảo (O) có dạng như sau: Điện áp giữa hai pha được tính toán như sau:

Từ công thức trên ta thấy giá trị điện áp lớn nhất giữa hai pha đạt được trong vùng tuyến tính khi m=1.

Giá trị điện áp lớn nhất là:

Vậy đối với phương pháp này, điện áp do bộ chỉnh lưu cung cấp chỉ được sử dụng tối đa là 86.67% trong vùng điều khiển tuyến tính.

LỰA CHỌN BIẾN TẦN ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ

Cách lựa chọn biến tần

Để chọn loại biến tần phù hợp, cần xác định rõ nhu cầu ứng dụng và mục đích sử dụng, đồng thời cân nhắc mức đầu tư Các nguyên tắc lựa chọn cần được lưu ý để đảm bảo hiệu quả và tiết kiệm chi phí.

Để chọn biến tần phù hợp, cần xác định loại động cơ cần lắp, bao gồm động cơ đồng bộ hay không đồng bộ, 1 pha hay 3 pha, DC hay AC, và điện áp sử dụng Việc hiểu rõ các thông số này sẽ giúp đưa ra quyết định chính xác và phù hợp cho nhu cầu sử dụng.

- Chọn biến tần theo tải: cần xác định được loại tải của máy móc là loại nào: tải nhẹ, tải nặng hay tải trung bình

Khi lựa chọn biến tần, chế độ làm việc của hệ thống băng tải đóng vai trò quan trọng Cần xác định rõ hệ thống sẽ hoạt động ở chế độ ngắn hạn hay dài hạn, liên tục hay không liên tục để đảm bảo hiệu suất tối ưu.

Khi lựa chọn biến tần, cần tính toán công suất động cơ và công suất của biến tần dựa trên yêu cầu kỹ thuật từ nhà đầu tư hoặc khách hàng Ngoài ra, trong trường hợp biến tần cũ hư hỏng, có thể chọn biến tần mới theo đúng thông số kỹ thuật của biến tần cũ để thay thế.

Khi lựa chọn biến tần, cần xem xét yếu tố kinh tế tài chính; nếu hệ thống không yêu cầu độ chính xác cao, có thể chọn máy

Lựa chọn biến tần điều khiển động cơ

- Tần số hoạt động: 50 60Hz (5%)

- Công suất quá tải: 150% trong 1 phút

- Phương pháp điều khiển: V/f, bù trượt, vector không cảm biến

*Cách đấu nối dây biến tần:

Hình 4.1: Sơ đồ nối dây biến tần SV185IG5A-4

Tính toán các thông số cài đặt bộ biến tần

Hình 4.2: Sơ đồ mạch điều khiển động cơ bằng biến tần

4.3.1 Tính toán thông số bộ nghịch lưu

Hình 4.3: Sơ đồ bộ nghịch lưu SinPWM

Ngày nay, nghịch lưu áp ba pha chủ yếu được sử dụng với biện pháp biến đổi bề mặt xung để đảm bảo điện áp ra có dạng gần hình sin Để điện áp ra không phụ thuộc vào tải, người ta thường áp dụng biến điệu bề rộng xung hai cực tính, cho phép mỗi pha trong sơ đồ ba pha được điều khiển độc lập.

Biến điệu bề rộng xung ba pha yêu cầu ba sóng sin chuẩn có biên độ bằng nhau và lệch pha trong toàn bộ giải điều chỉnh Để đạt được hiệu quả tối ưu, cần đảm bảo dạng xung điều khiển đối xứng và xác định chính xác khoảng dẫn của mỗi khóa bán dẫn.

Giản đồ kích đóng khóa bán dẫn của bộ nghịch lưu dựa trên cơ sở so sánh hai tín hiệu cơ bản:

- Sóng mang URC (Carrier Signal) có tần số cao

- Sóng điều khiển Udk (Reference Signal) hoặc sóng điều chế dạng Sin

Sóng mang có thể hình thành dưới dạng tam giác, với tần số sóng mang càng cao thì lượng sóng hài bậc cao bị khử càng nhiều Tuy nhiên, việc sử dụng tần số đóng ngắt cao có thể dẫn đến tổn hao phát sinh do quá trình đóng ngắt gia tăng.

Sóng điều khiển Udk mang thông tin về độ lớn, trị số hiệu dụng và tần số sóng hài cơ bản của điện áp ngõ ra.

Hình 4.4: Đồ thị dạng sóng DC-AC SinPWM

Hình 4.5: Đồ thị dạng sóng điện áp dây và điện áp pha ngõ ra

- Tiêu thụ điện năng ít

- Công suất xử lý năng lượng cao

- Biên độ và tần số có thể được kiểm soát độc lập

- Giảm đáng kể THD của dòng tải

- Mạch khá phức tạp

- Băng thông phải lớn để sử dụng trong giao tiếp

- Suy hao chuyển mạch cao do tần số PWM cao

- Công suất tức thời của máy phát thay đổi

Động cơ KĐB 3 pha yêu cầu nguồn điện với điện áp 220/380V Áp dụng công thức (4.5) với hệ số ma = 0.86, ta có thể tính toán được nguồn điện DC cần thiết cho bộ nghịch lưu.

Vậy nguồn DC cung cấp cho bộ nghịch lưu là 510V

4.3.2 Tính toán thông số bộ chỉnh lưu

Hình 4.6: Sơ đồ bộ chỉnh lưu cầu 3 pha

- Điện áp các pha lệch nhau một góc :

*Xét sự làm việc của sơ đồ tại một khoảng thời gian

Hình 4.7: Đồ thị dạng sóng điện áp bộ chỉnh lưu tải R

* Ưu điểm của chỉnh lưu cầu

- Điện áp một chiều lấy ra có độ gợn sóng nhỏ

- Tần số gợn sóng, dễ lọc

- Hiệu quả hơn so với các mạch chỉnh lưu khác

* Nhược điểm của chỉnh lưu cầu

- Biến áp phải lấy điểm giữa, chia thành 2 nửa cân xứng nhau

- Có điện áp rơi đặt lên mỗi diode khi phân cực

- Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu trong 1 chu kỳ:

* Áp dụng tính toán mô phỏng

Điện áp trung bình qua tải trong một chu kỳ được tính là Ud = E = 510V Trong trường hợp này, điện áp rơi trên diode là 0.7V, và công thức (4.7) sẽ được áp dụng để tính toán.

Vậy giá trị điện áp ban đầu cài đặt cho bộ chỉnh lưu là: 220 V

Hình 4.8: Bảng tính toán cài đặt thông số biến tần

MÔ PHỎNG VÀ KẾT LUẬN

Mô phỏng điều khiển tốc độ ĐCKĐB 3 pha - Phần mềm matlab simulink

5.1.1 Mạch chỉnh lưu

Hình 5.1 Mạch chỉnh lưu của bộ biến tần

Hình 5.2 Thông số cài đặt nguồn mạch chỉnh lưu của bộ biến tần

Bộ biến tần hỗ trợ bộ chỉnh lưu và bộ nghịch lưu để cung cấp dòng điện phù hợp, đồng thời thực hiện chức năng lọc nhiễu và tạo dạng sóng hình Sine chuẩn cho tín hiệu đầu ra Thiết bị này cho phép điều khiển các động cơ và thiết bị tải với độ chính xác cao, tốc độ nhanh và tần số cao.

5.1.3 Mạch nghịch lưu

Hình 5.4 Mạch nghịch lưu của bộ biến tần

5.1.4 Động cơ KĐB 3 pha Động cơ với thông số 20HP_400V_50Hz_1460RPM.

Hình 5.5: Thông số cài đặt tải động cơ ( =)

Hình 5.6 Bộ điều khiển điều chế xung PWM

Hình 5.7: Tốc độ đặt ban đầu động cơ

Hình 5.8 Mạch điều khiển động cơ bằng biến tần

Kết quả mô phỏng matlab simulink

Hình 5.9 Kết quả mô phỏng dạng sóng điện áp một chiều

- Kết quả mô phỏng (515V) gần bằng với kết quả tính toán (510V) ở mục 4.3.1 Tính toán thông số bộ nghịch lưu.

Hình 5.10 Kết quả mô phỏng dạng sóng dòng điện một chiều

Hình 5.11 Kết quả mô phỏng dạng sóng điện áp ngõ ra

- Kết quả mô phỏng chưa nhân với chỉ số m = 0,8

- Khi nhân thêm m = 0,8 Kết quả ngõ ra = 520*0,8 = 416 V

- Kết quả mô phỏng gần với điện áp ngõ ra cần để cung cấp cho tải động cơ là 400V.