BÀI tập lớn nghiên cứu điều khiển động cơ điện và ứng dụng trong xe ô tô điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BÀI TẬP LỚN Nghiên cứu điều khiển động điện ứng dụng xe tơ điện NGUYỄN CƠNG HIẾU hieu.nc212803@sis.hust.edu.vn NGHIÊM XUÂN HẬU Hau.NX212792@sis.hust.edu.vn Ngành KT Điều khiển & Tự động hóa Chuyên ngành Điều khiển tự động Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Thị Lan Hương Chữ ký GVHD Bộ môn: Viện: Điều khiển tự động Điện BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA HÀ NỘI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ BÀI TẬP LỚN Họ tên sinh viên: Nguyễn Công Hiếu 20212803 Nghiêm Xuân Hậu 20212792 Khóa: K66 Viện: Điện Ngành: CN ĐK &TĐH Tên đề tài: Nghiên cứu điều khiển động điện ứng dụng xe ô tô điện Nội dung đề tài: …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… Cán hướng dẫn: Phần Họ tên cán …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… Thời gian giao đề tài: Thời gian hoàn thành:…………………………… Hà Nội,Ngày tháng … năm 2022 LÃNH ĐẠO BỘ MÔN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN Lời cảm ơn Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tri ân sâu sắc thầy cô trường Đại học Bách khoa Hà Nội, đặc biệt thầy cô khoa Kỹ thuật Điều khiền Tự động hóa trường tạo giúp đỡ em hoàn thành báo cáo nhập mơn để có nhiều trải nghiệm định hướng tốt cho ngành nghề mà em theo đuổi Và em xin chân thành cảm ơn cô Nguyễn Thị Lan Hương nhiệt tình hướng dẫn em hồn thành tốt tập lớn Trong trình tìm hiểu, q trình làm báo cáo, khó tránh khỏi sai sót Do trình độ hiểu biết kinh nghiệm thực tiễn hạn chế nên báo cáo khơng tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp Thầy, Cơ để em học thêm nhiều kinh nghiệm Em xin chân thành cảm ơn! Tóm tắt nội dung đồ án Từ trước đến nay, động điện loại động sử dụng rộng rãi trình sản xuất điều khiển máy công cụ, phương tiện giao thông Hiện việc lựa chọn sử dụng ô tô điện giải pháp thay đầy tiềm có hiệu có ưu điểm hiệu suất chuyển đổi lượng cao so với ô tô sử dụng động đốt trong, tiết kiệm nhiên liệu giảm nhiễm mơi trường Vì em chọn để tài “Nghiên cứu công nghệ điều khiển động điện ứng dụng xe điện” để tìm hiểu nghiên cứu qua em nắm bắt chế hoạt động đặc điểm loại động điện phương thức thay đổi tốc độ động điện… Nội dung đề tài chia làm chương sau: Chương 1: Tổng quan động điện Chương 2: Các phương pháp thay đổi tốc độ động điên Chương 3: Điều khiển động điện ứng dụng xe ô tô điện Sinh viên thực Ký ghi rõ họ tên MỤC LỤC CHƯƠNG 1: QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1.1 Giới thiệu chung động điện Động điện (hay gọi motor TỔNG điện) máy điện dùng để chuyển đổi điện thành Máy điện dùng để chuyển đổi ngược lại (từ sang điện) gọi máy phát điện Các động điện thường gặp dùng gia đình quạt điện, tủ lạnh, máy giặt, máy bơm nước, máy hút bụi Động điện thiết bị điện học giúp chuyển điện thành Cơ sử dụng để: quay bánh công tác bơm, quạt quạt đẩy, chạy máy nén, nâng vật liệu,vv… Các động điện sử dụng dân dụng (máy xay, khoan, quạt gió) cơng nghiệp Hì nh 1.1: Hình ảnh động điện 1.1.1 Ứng dụng động điện Ngày động điện dùng hấu hết lĩnh vực, từ động nhỏ dùng lò vi sóng để chuyển động đĩa quay, hay máy đọc đĩa, đến đồ nghề máy khoan, hay máy gia dụng máy giặt, hoạt động thang máy hay hệ thống thơng gió dựa vào động điện Ở nhiều nước động điện dùng phương tiện vận chuyển, đặt biệt đầu máy xe lửa Trong giao thông vận tải động điện ứng dụng phương tiện giao thông như: Xe đạp điện, xe ô tô điện, xe lai… Trong công nghệ máy tính: Động điện sử dụng ổ cứng, ổ quang (chúng động bước nhỏ) 1.1.2 Phân loại động điện Có nhiều loại động điện dựa vào chức người ta phân làm hai loại động chính: động chiều động xoay chiều Trong loại lại chia nhiều loại khác Hình 1.2: Các loại động điện Các loai động phân loại dựa nguồn cung lượng, cấu trúc động chế vận hành 1.1.3 Nguyên tắc hoạt động động điện Phần động điện gồm phần đứng yên (stator) phần chuyển động (rotor) quấn nhiều vòng dây dẫn hay có nam châm vĩnh cửu Khi cuộn dây rotor stator nối với nguồn điện, xung quanh tồn từ trường, tương tác từ trường rotor stator tạo chuyển động quay rotor quanh trục hay mômen Phần lớn động điện họat động theo nguyên lý điện từ, loại động dựa nguyên lý khác lực tĩnh điện hiệu ứng điện áp sử dụng Nguyên lý mà động điện từ dựa vào có lực lực học cuộn dây có dịng điện chạy qua nằm từ trường Lực theo mô tả định luật lực Lorentz vng góc với cuộn dây với từ trường Phần lớn động từ xoay có động tuyến tính Trong động xoay, phần chuyển động gọi rotor, phần đứng yên gọi stator 1.2 Động điện chiều 1.2.1 Khái niệm chung Hình 1.3: Động điện sử dụng dòng điện chiều Động điện chiều thuộc máy điện chiều loại máy điện hoạt động với nguồn điện chiều Chúng vận hành theo chế độ máy phát điện chế độ động điện Trong sản xuất đại, máy điện chiều coi loại máy quan trọng Nó dùng làm động điện, máy phát điện hay dùng điều kiện làm việc khác Động điện chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ tốt, dùng nhiều ngành cơng nghiệp có u cầu cao điều chỉnh tốc độ cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải 1.2.2 Ứng dụng động điện chiều - Trong đời sống người: động điện chiều sử dụng phổ biến nhiều lĩnh vực : + Các phận khởi động ôtô, xe máy, máy kéo… + Các hệ truyền động có cơng suất nhỏ quạt điện, máy xay sinh tố, động bơm nước… + Lĩnh vực nghiên cứu, giảng dạy… - Trong công nghiệp: động điện chiều có vai trị quan trọng, ứng dụng máy cắt kim loại, máy công cụ, giao thông vận tải hay thiết bị cầu trục, máy ép, máy bơm, máy nghiền, máy cán… 1.2.3 Phân loại động điện chiều Khi xem xét động điện chiều máy phát điện chiều người ta phân loại chúng dựa vào phương pháp kích từ, qua người ta chia động điện chiều thành loại sau: +) Động điện chiều kích từ độc lập: Phần ứng phần kích từ cung cấp từ hai nguồn riêng rẽ ( Dịng điện kích từ máy lấy từ nguồn điện khác không liên hệ với phần ứng máy ) +) Động điện chiều kích từ song song: Dây quấn kích từ nối song song với phần ứng +) Động điện chiều kích từ nối tiếp: Dây quấn kích từ mắc nối tiếp với mạch phần ứng +) Động điện chiều kích từ hỗn hợp: Gồm dây quấn kích từ, cuộn mắc song song với phần ứng cuộn mắc nối tiếp với phần ứng 1.2.4 Cấu tạo động điện chiều Cấu tạo động điện chiều gồm có phận sau: - Phần cảm (Stator) - Phần ứng (Rotor) - Hệ thống chổi than, vành góp Hình 1.4: Một số phận động điện chiều 1.2.3.1 Stator (Phần tĩnh ) Hay cịn gọi phần kích từ động cơ, phận sinh từ trường, gồm có : - Cực từ - Cực từ phụ - Gông từ - Các phận khác a) Cực từ chính: Là phận sinh từ trường gồm có lõi sắt cực từ dây quấn kích từ lồng ngồi lõi sắt cực từ, cực từ gắn vào vỏ máy bulông Một cặp cực từ (đôi cực) gồm cực nam – bắc đặt đối xứng với qua trục động cơ, tùy theo động mà có nhiều hay Các máy điện nhỏ cực từ làm thép khối Cực từ gồm : +) Lõi sắt: làm thép kĩ thuật điện (thép cacbon) dày từ 0.5-1 mm, ép tán chặt lại với thành khối +) Dây quấn kích từ : quấn dây đồng có bọc cách điện cuộn dây bọc cách điện kĩ thành khối, đựơc tẩm sơn cách điện trước đặt lên cực từ Hình 1.5: Cực từ động chiều b) Cực từ phụ: Đặt cực từ với tác dụng cải thiện đổi chiều, Cực từ phụ làm thép khối đặt cuộn dây quấn Cực từ phụ gắn vào vỏ máy nhờ bu lông Cực từ phụ bao gồm: +) Lõi thép : làm thép khối +) Dây quấn : làm đồng, có bọc cách điện, cuộn dây bọc cách điện tạo thành khối tẩm sơn cách điện trước đặt lên cực từ phụ c) Gông từ: Gông từ dùng làm mạch từ nối liền cực từ đồng thời làm máy, từ thơng móc vịng qua cuộn dây khép kín chạy mạch từ Trong máy điện lớn gông từ làm thép đúc, máy điện nhỏ gông từ làm thép uốn lại thành hình trụ trịn hàn Có động điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy d) Các phận khác bao gồm : +) Nắp máy: Có tác dụng bảo vệ chi tiết máy tránh không cho vật bên ngồi rơi vào máy làm hỏng cuộn dây, mạch từ … đảm bảo an toàn cho người khỏi va chạm vào điện Trong máy điện nhỏ vừa nắp máy cịn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi Trong trường hợp nắp máy thường làm gang +) Cơ cấu chổi than: Đưa dòng điện từ vào máy động đưa dòng điện máy máy phát điện Cơ cấu chổi than gồm có chổi than đặt hộp chổi than nhờ lị xo tì chặt lên cổ góp Hộp chổi than cố định giá chổi than cách điện với giá Giá chổi than quay để điều chỉnh vị trí chổi than cho chỗ, sau điều chỉnh xong dùng vít cố định lại 1.2.3.2 Rotor: Là phần quay động cơ, bao gồm: - Lõi sắt phần ứng - Dây quấn phần ứng - Cổ góp - Các phận khác a ) Lõi sắt phần ứng: Có tác dụng dẫn từ, làm từ thép kĩ thuật điện (thép hợp kim silic) dày 0.5mm đựơc phủ cách điện mỏng mặt ép chặt để giảm tổn hao dịng điện xốy gây nên Trên thép có dập rãnh để ép tạo thành rãnh đặt cuộn dây phần ứng vào Lõi sắt hình trụ trịn ép cứng vào với trục tạo thành khối thống Hình 1.6: Lõi sắt phần ứng rotor động điện chiều Trong động trung bình trở lên người ta cịn dập lỗ thơng gió để ép lại thành lõi sắt tạo lỗ thơng gió dọc trục Trong động điện lớn lõi sắt thường chia thành đoạn nhỏ, đoạn có để khe hở gọi khe hở thơng gió Khi máy làm việc gió thổi qua khe hở làm nguội dây quấn lõi sắt 10 Dưới phân tích ưu nhược điểm loại động để đưa lựa chọn động xu hướng sử dụng động cho ô tô điện tương lai: a Động chiều + ) Ưu điểm: - Động chiều sử dụng khả tạo mômen lớn vùng tốc độ thấp đặc tính mơmen - tốc độ phù hợp cho truyền động kéo, đặc biệt động chiều kích từ nối tiếp - Việc điều chỉnh tốc độ mở rộng dải tốc độ động dễ thực điều chỉnh điện áp Các động kích từ hỗn hợp vừa có mơmen khởi động lớn lại có khả mở rộng dải tốc độ cách điều chỉnh giảm từ thơng kích từ + ) Nhược điểm - Động chiều truyền thống có kích thước trọng lượng lớn, hiệu suất thấp, độ tin cậy kém, gây nhiễu điện từ, gây ồn - Cần phải bảo trì, bảo dưỡng thường xuyên có cấu chuyển mạch khí hay loại động cần vành góp, chổi than, có tuổi thọ thấp Ngồi ra, có ma sát chổi than cổ góp nên hạn chế tốc độ động cơ, không phù hợp với điều kiện nóng ẩm, bụi bặm => Khi cơng nghệ bán dẫn kỹ thuật điều khiển phát triển mạnh, động chiều dần bị thay loại động khác b Động không đồng (Induction Motor ) + ) Ưu điểm: - Động không đồng có ưu điểm giá thành thấp, thơng dụng, dễ chế tạo - Động khơng đồng có cấu trúc đơn giản, tin cậy, hoạt động êm, phải bảo dưỡng, có khả hoạt động mơi trường khắc nghiệt - Do khơng có cấu chuyển mạch khí nên cho phép mở rộng dải tốc độ động Việc điều chỉnh tốc độ động cách thay đổi tần số nguồn thực dễ dàng nhờ có biến tần bán dẫn cơng suất lớn thuật toán điều khiển tối ưu theo tiêu khác Thuật toán điều khiển tựa từ thông rotor (FOC) cho phép động đạt đặc tính động chiều kích từ độc lập 37 Thuật toán cho phép mở rộng dải tốc độ động cách điều chỉnh giảm từ thông + ) Nhược điểm: Động có hiệu suất khơng cao có tổn hao đồng tổn hao thép rotor c Động từ trở đồng (Synchronous Reluctance Motor - SynRM) Động SynRM có cấu trúc stator giống động xoay chiều thông thường với dây quấn lõi sắt từ Rotor động thiết kế gồm lớp vật liệu từ tính phi từ tính đan xen ta thấy hình Cấu trúc khiến cho từ trở dọc trục từ trở ngang trục động khác nhau, sinh mômen từ trở làm động quay Hình 3.6: Cấu trúc động từ trở đồng - SynRM (a) so sánh rotor động SynRM với động không đồng bộ(b)[7] d Động từ trở thay đổi (Switched Reluctance Motor – SRM) Hình 3.7: Động từ trở thay đổi – SRM [1] + ) Ưu điểm: Động có cấu trúc đơn giản bền vững, độ tin cậy cao, điều khiển đơn giản, dải tốc độ rộng Động có mơmen khởi động lớn mơmen qn tính nhỏ Cấu trúc rơto thực đơn giản khơng có nam châm, cuộn 38 dây cấu chuyển mạch khí Do dải tốc độ rộng nên phù hợp cho trường hợp hệ truyền động khơng sử dụng hộp số Do khơng có tổn hao rôto nên động SRM phù hợp cho môi trường nhiệt độ cao + ) Nhược điểm Nhược điểm động từ trở chuyển mạch đập mạch mômen lớn.Mặt khác, cấu tạo cực lồi, động có tính phi tuyến cao, gây khó khăn cho việc điều khiển thiết kế động e Động chiều khơng cổ góp + ) Ưu điểm: Động chiều khơng cổ góp có ưu điểm bật hiệu suất cao mật độ cơng suất lớn khơng có cuộn dây kích từ rơto Dải tốc độ làm việc mở rộng kỹ thuật điều khiển sớm pha Động có qn tính nhỏ có tính tác động nhanh Những ưu điểm phù hợp cho việc ứng dụng xe, mà vấn đề giảm trọng lượng toàn xe tăng hiệu suất sử dụng nhiên liệu đặt cấp thiết Trước kia, tốc độ mômen bị hạn chế độ bền khí rơto Hiện có công nghệ nhúng nam châm vào lõi rotor để đảm bảo độ bền cho phép động làm việc với mômen lớn tốc độ cao + ) Nhược điểm: Động chiều khơng cổ góp cơng suất lớn có giá thành cao rotor chế tạo từ hợp kim đất Nhược điểm động chiều khơng cổ góp có nhấp nhơ mơmen lớn, xuất xung mơmen chu kì Hình 3.8: Cấu trúc động chiều khơng cổ góp [3] 39 f Động đồng nam châm vĩnh cửu chìm (Interior Permanent Magnet Motor – IPM motor) Động IPM có ưu gần tuyệt đối ứng dụng cho ô tô điện Động đồng nam châm vĩnh cửu (PMSM) coi loại động phù hợp cho ứng dụng ô tô điện với hiệu suất cao, khả sinh mơmen lớn điều khiển với chất lượng tốt Trong đó, loại nam châm vĩnh cửu chìm rotor (IPMSM) có nhiều ưu việt phù hợp cho ô tô đại Hai mẫu xe thương mại Nissan Leaf Mitsubisht MiEV Nhật Bản sử dụng động Động nam châm vĩnh cửu thơng thường có nam châm gắn bề mặt rotor vốn có đặc tính điều khiển tốt Động đồng nam châm vĩnh cửu chìm có nam châm gắn chìm bên rotor (hình 7), dẫn tới khác biệt điện cảm dọc trục điện cảm ngang trục (hình 3.7), từ tạo khả sinh mơmen từ trở (Reluctance Torque) cộng thêm vào mơmen vốn có nam châm sinh (Magnet Torque) ta thấy hình 3.10 Đặc tính khiến động đồng nam châm vĩnh cửu chìm có khả sinh mơmen cao, đặc biệt phù hợp cho ô tô điện Mặt khác, động đồng nam châm vĩnh cửu chìm có phản ứng phần ứng mạnh, dẫn tới khả giảm từ thông mạnh, cho phép nâng cao vùng điều chỉnh tốc độ, làm việc tốt vùng II phân tích mục 2c phía Hình 9: So sánh cấu trúc động nam châm vĩnh cửu động đồng nam châm vĩnh cửu chìm [1] 3.1.8 Một số kết luận xu hướng sử dụng động cho ô tô điện 40 Việc lựa chọn loại động phù hợp cho ô tơ điện nói chung (xe chạy hồn tồn điện ô tô điện lai) phụ thuộc vào nhiều tiêu chí Nếu tiêu chí hàng đầu giá thành rẻ đơn giản điều khiển động chiều truyền thống lựa chọn phù hợp Động không đồng xử dụng số ô tô điện kế thừa công nghệ phát triển cơng nghiệp, nhiên có khối lượng lớn nên không phù hợp ô tô điện lai Trong tương lai, vấn đề tiết kiệm lượng giảm phụ thuộc vào nguồn lượng hoá thạch vấn đề cấp bách, đặc biệt ô tô điện lai Để đạt điều tiêu chí hiệu suất động tiêu chí ưu tiên hàng đầu.Vì loại động chiều khơng cổ góp động từ trở chuyển mạch xu hướng ô tô điện tương lai 3.2 Điều khiển động điện xe ô tô Điều khiển động không đồng phương pháp sử dụng inventer ( Biến tần ) tơ điện Lí sử dụng biến tần để điều khiển động vì: +) Điểm đặc biệt hệ truyền động biến tần - động ta điều chỉnh vơ 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, ta sử dụng nhiều tính thơng minh, linh hoạt tự động nhận dạng động cơ; tính điều khiển thơng qua mạng; thiết lập 16 cấp tốc độ; khống chế dòng khởi động động giúp trình khởi động êm (mềm) nâng cao độ bền kết cấu khí; giảm thiểu chi phí lắp đặt, bảo trì; tiết kiệm khơng gian lắp đặt; chế độ tiết kiệm lượng,… 3.2.1 Biến tần a) Giới thiệu chung Biến tần (Inverter) hay biến đổi tần số (Variable Frequency Drive, VFD) thiết bị điều chỉnh tốc độ động điện xoay chiều thông qua việc thay đổi tần số nguồn điện cấp cho động Vì mà biến tần cịn có tên goi khác điều chỉnh tốc độ động (Variable Speed Drive, VSD) Ngoài ra, điện áp cấp cho động biến tần thay đổi theo tần số nên biến tần đơi cịn gọi biến đổi điện áp tần số (Variable Voltage Variable Frequency Drive, VVVFD) 41 Hình 3.16: Hệ thống điều tốc độ động với biến tần [5] Ứng dụng: Bộ biến tần thường sử dụng để điều khiển vận tốc động xoay chiều theo phương pháp điều khiển tần số, theo tần số lưới nguồn thay đổi thành tần số biến thiên Ngoài việc thay đổi tần số cịn có thay đổi tổng số pha Từ nguồn lưới pha , với giúp đỡ biến tần ta mắc vào tải động ba pha b ) Phân loại Biến tần thường chia thành hai loại: - Biến tần trực tiếp Bộ biến đổi dùng khâu biến đổi biến đổi nguồn điện xoay chiều có điện áp tần số khơng đổi thành điện áp xoay chiều có điện áp tần số điều chỉnh Do q trình biến đổi khơng phải qua khâu trung gian nên gọi biến tần trực tiếp, gọi biến đổi sóng cố định Hình 3.17: Thiết bị biến tần trực tiếp[7] Mỗi pha đầu biến tần trực tiếp tảo mạch điện mắc song song ngược 42 Hình 3.18: Sơ đồ nguyên lý biến tần trực tiếp[7] Hai sơ đồ chỉnh lưu thuận ngược điểu khiển làm việc theo chu kỳ định Trên phụ tải nhận điện áp xoay chiều U1 Biên độ phụ thuộc vào góc điều khiển α, cịn tần số phụ thuộc vào tần sơ khống chế qua q trình chuyển đổi làm việc hai sơ đồ chỉnh lưu măc song song ngược Nếu góc α khơng thay đổi điện áp trung bình đầu có giá trị không đổi nửa chu kỳ điện áp đầu Muốn nhận điệp áp đầu có dạng hình sin cần phải liên tục thay đổi góc điều khiển van sơ đồ chỉnh lưu thời gian làm việc ( nửa chu kỳ điện áp ra) Điện áp trung bình nửa chu kỳ hình sin hình vẽ thể nét đứt Sự điều khiển sơ đồ ngược nửa chu kỳ âm điện áp tương tụ Hình 3.19: Đồ thị điện áp đầu cảu thiết bị biến tần xoay chiều hình sin[7] Bộ biến tần trực tiếp có ưu điểm thiết kế với cơng suất lớn đầu hiệu suất cao, có số nhược điểm sau: +) Chỉ có tạo điện áp xoay chiều đầu với tần số thấp tần số điện áp lưới +) Khó điều khiển tần số cận khơng tổn hao sóng hài động lớn 43 +) Độ xác điều khiển khơng cao +) Sóng điện áp đầu khác xa hình sin - Biến tần gián tiếp Là biến đổi tần số gián tiếp thông qua khâu trung gian chiều Bộ biến tần gián tiếp cho phép khắc phục nhược điểm biến tần trực tiếp Hình 3.20: Thiết bị biến tần gián tiếp[7] +) Thiết bị biến tần gian tiếp dùng chỉnh lưu điều khiển f1,U1 Chỉ nh lưu điều khiển Lọc Nghị ch lưu f2,U2 Hình 3.21: Thiết bị tần gián tiếp dùng chỉnh lưu điều khiển[7] Bộ biến tần có cấu trúc hình trên, điện áp xoay chiều lưới điện biến đổi thành điện áp chiều có điều chỉnh nhờ chỉnh lưu điều khiển tiristor, khâu lọc lọc điện dung điện cảm phụ thuộc vào dạng nghịch lưu yêu cầu, khối nghịch lưu sử dụng tiristor transistor, việc điều chỉnh điện áp U2 thực việc điều khiển góc điều khiển chỉnh lưu, việc điều chỉnh tần số tiến hành khâu nghịch lưu, nhiên trình điều khiển phối hợp mạch điện điều khiển Cấu trúc biến tần loại đơn giản, dễ điều khiển khâu biến đổi điện áp xoay chiều thành chiều sử dụng chỉnh lưu điều khiển tiristor nên điện áp thấp hệ số cơng suất giảm thấp, khâu biến đổi điện áp dòng điện chiều thành xoay chiều thường dùng nghịch áp pha tiristor nên sóng hài bậc cao điện áp xoay chiều đầu thường có biên độ lớn Đây nhược điểm chủ yếu loại biến tần 44 +) Biến tần dùng chỉnh lưu khơng điều khiển có thêm biến đổi xung điện áp Chỉ nh lưu không điều khiển f1,U1 Lọc Bộ biến đổi xung điệ n áp Lọc Nghich lưu f2,U2 Hình 3.22: Biến tần dùng chỉnh lưu khơng điều khiển có thêm biến đổi xung điện áp[7] Bộ biến tần xoay gián tiếp dùng chỉnh lưu không điều khiển kết hợp vói biến đổi xung điện áp chiều để điều chỉnh điện áp chiều đầu vào khối nghịch lưu biểu diễn hình Việc biến đổi điện áp xoay chiều thành chiều để cấp cho khối nghịch lưu sử dụng chỉnh lưu ốt không điều khiển Khối nghịch lưu có nhiệm vụ biến đổi điện áp chiều thành xoay chiều với tần số điều chỉnh mà khơng có khả điều chỉnh điện áp nghịch lưu nên khối chỉnh lưu nghịch lưu bố trí thêm biến đổi xung điện áp chiều để điều chỉnh giá trị điện áp chiều cấp cho nghịch lưu nhằm thực nhiệm vụ điều chỉnh giá trị hiệu dụng điện áp xoay chiều đầu nghich lưu U2 Mặc dù biến tần phải thêm khây hệ số công suất đầu vào cao, khắc phục nhược điểm biến tần thứ hình 3.17 Khối nghịch lưu đầu không thay đổi nên tồn nhược điểm sóng hài bậc cao có biên độ lớn +) Bộ biến tần dùng chỉnh lưu không điều khiển với nghịch lưu sin sử dụng điều chế độ rộng xung (PWM) f1,U1 Chỉ nh lưu không điều khiển Lọc Nghị ch lưu PWM f2,U2 Hình 3.23: Bộ biến tần dùng chỉnh lưu không điều khiển với nghịch lưu sin sử dụng điều chế độ rộng xung [7] Bộ biến tần có khâu trung gian chiều, khác khâu chỉnh lưu cần chỉnh lưu không điều khiển, điện áp sau qua 45 lọc C LC cho điện áp chiều có giá trị khơng đổi dùng để cấp cho khâu nghịch lưu, Linh kiện khâu nghịch lưu phần tử điều khiển hồn tồn điều khiển đóng cắt với tần số cao, tạo nên đầu loạt xung hình chữ nhật với độ rộng khác nhau, cịn phương pháp điều khiển quy luật phân bố thời gian trình tự thao tác đóng – cắt phương pháp điều chế độ rộng xung Mạch điện có khâu cơng suất điều khiển được, đơn giản hóa cấu trúc, hệ số cơng suất mạng điện khơng liên quan tói biên độ điện áp đầu chỉnh lưu gần Bộ nghịch lưu thực đồng thời điều tần điều áp, không liên quan đến tha số linh kiện khâu trung gian chiều, làm tăng độ tác động nhanh trạng thái động hệ thống +) Biến tần điều khiển vector f1,U1 Chỉ nh lưu điều khiển Lọc Nghị ch lưu điều khiển vector f2,U2 Hình 3.24: Biến tần điều khiển vector[7] Trong biến tần điều khiển vector, người ta áp dụng phép biến đổi tọa độ khơng gian vector dịng, áp, từ thơng động từ hệ ba pha sang hệ hai pha, quay đồng với từ trương stator động Thông qua phép biến đổi tọa độ không gian vector, đại lượng dịng, áp xoay chiều hình sin động trở thành đại lượng chiều nên hoàn tồn sử dụng kết nghiên cưu tổng họp hệ truyền động động chiều để thiết kế chỉnh lưu Sau đại lượng chiều đầu điều chỉnh lại biến đổi thành đại lượng xoay chiều ba pha qua phép biến đổi ngược ta tọa độ khống chế thiết bị phát xung điều khiển van nghịch lưu Hệ truyền động điện biến tần vector-động xoay chiều thực hệ vịng kín, với việc điều khiển định hướng theo từ trường rotor cho phép trì từ thơng rotor khơng đổi, nhờ mà đặc tính cảu động xoay chiều khơng đồng hệ có dạng đặc tính động chiều c ) Nguyên lý hoạt động biến tần Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều pha hay pha chỉnh lưu lọc thành nguồn chiều phẳng Công đoạn thực chỉnh lưu cầu diode tụ điện Nhờ vậy, hệ số công suất cos hệ biến tần có giá trị khơng phụ thuộc vào tải có giá trị 0.96 Điện áp chiều 46 biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều pha đối xứng Công đoạn thực thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) Nhờ tiến công nghệ vi xử lý công nghệ bán dẫn lực nay, tần số chuyển mạch xung lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động giảm tổn thất lõi sắt động Hình 3.25: Nguyên lý hoạt động biến tần [7] Hệ thống điện áp xoay chiều pha đầu thay đổi giá trị biên độ tần số vô cấp tuỳ theo điều khiển Theo lý thuyết, tần số điện áp có quy luật định tuỳ theo chế độ điều khiển Đối với tải có mơ men khơng đổi, tỉ số điện áp - tần số không đổi.Tuy với tải bơm quạt, quy luật lại hàm bậc Điện áp hàm bậc tần số Điều tạo đặc tính mơ men hàm bậc hai tốc độ phù hợp với yêu cầu tải bơm/quạt thân mô men lại hàm bậc hai điện áp 3.2.2 Phương pháp điều khiển +) Phương pháp E/f Với f: tần số hoạt động động fđm: tần số định mức động Giả sử động hoạt động tần số định mức (a