1. Trang chủ
  2. » Kỹ Thuật - Công Nghệ

Các bộ biến đổi công suất trong truyền động điện

66 1,3K 22

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 66
Dung lượng 1,06 MB

Nội dung

3.2 Mạch chỉnh lưu- Khái niệm: là quá trình biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện 1 chiều, được chia làm 3 loại: - Chỉnh lưu 0 điều khiểnDiot - Chỉnh lưu bán điều khiểnDiot + Tir

Trang 1

THIẾT BỊ ĐIỀU

KHIỂN VÀ MÁY ĐIỆN

Chương 3: Các bộ biến đổi công suất trong truyền

động điện

Trang 2

Trao đổi trực tuyến tại:

http://www.mientayvn.com/chat_box_li.html

Trang 3

Nội dung chính:

1 Mạch chỉnh lưu

2 Các bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều

3 Bộ điều chỉnh xung điện áp 1 chiều

4 Biến tần và nghịch lưu độc lập

5 Mô tả toán học chỉnh lưu có điều khiển

6 Bộ băm xung điện áp 1 chiều

7 Mô tả toán học bộ biến đổi tần số

Trang 4

3.1 Khái niệm chung

- Bộ biến đổi(BBĐ): Là thiết bị điện-điện tử dùng biến đổi và điều khiển năng lượng điện sao cho phù hợp với yêu cầu

phụ tải

- Truyền động điện ứng dụng rộng rãi các BBĐ loại này

nhiều nhất trong điều chỉnh tốc độ động cơ

- Phần tử cơ bản chủ yếu của mạch BBĐ là diot, tiristor,

transitor, triac, GTO, transitor MOSFET, IGBT

Trang 5

Nội dung chính:

1 Mạch chỉnh lưu

2 Các bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều

3 Bộ điều chỉnh xung điện áp 1 chiều

4 Biến tần và nghịch lưu độc lập

5 Mô tả toán học chỉnh lưu có điều khiển

6 Bộ băm xung điện áp 1 chiều

7 Mô tả toán học bộ biến đổi tần số

Trang 6

3.2 Mạch chỉnh lưu

- Khái niệm: là quá trình biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện 1 chiều, được chia làm 3 loại:

- Chỉnh lưu 0 điều khiển(Diot)

- Chỉnh lưu bán điều khiển(Diot + Tiristo)

- Chỉnh lưu điều khiển(Tiristo)

- Khi phân tích mạch chỉnh lưu cần quan tâm:

- Phía tải: giá trị trung bình của điện áp và dòng 1 chiều Id, Ud thì công suất Pd = Id.Ud

- Tham số chọn van bán dẫn, dòng trung bình qua van và U ngược max

- Phía nguồn: công suất máy biến áp

- Ui, Ii, U2i, I2i: giá trị hiệu dụng dòng, áp trên cuộn sơ cấp, thứ cấp

- Ksd: hệ số chỉnh lưu của sơ đồ.

d sd n

i

i i

1

2 1

Trang 7

1 Chỉnh lưu không điều khiển:

- Loại này chỉ cho ra điện áp 1 chiều cố định về giá trị, thường dùng cho phần kích từ động cơ, máy phát tốc hoặc cho các khâu khống chế điều khiển

- Được chia làm 2 nhóm

- Nhóm Anot chung

- Nhóm Katot chung

- Lưu ý xem lại luật dẫn các van

- Mạch chỉnh lưu chỉ có 1 nhóm van A chung hoặc K chung gọi là chỉnh lưu hình tia còn lại gọi là chỉnh lưu cầu

3.2 Mạch chỉnh lưu

Trang 8

2 Chỉnh lưu có điều khiển:

- Được dùng nhiều trong truyền động điện Sơ đồ cầu đấu được trực tiếp vào lưới điện

- Chế độ dòng gián đoạn

- Chế độ dòng liên tục

- Vẽ sơ đồ dòng và áp ở đầu ra của mạch chỉnh lưu

Trang 9

3.2 Mạch chỉnh lưu

3 Quá trình chuyển mạch với La <>0

- Trong thực tế sử dụng điện cảm của các cuộn dây trên biến áp nguồn là đáng kể La ≠ 0

- Do tính chất cản trở sự biến thiên của dòng điện nên khi van V2

đã mở nhưng dòng Iv2 không đột biến từ 0 ->Id cũng như Iv1

không giảm ngay về 0 mà sẽ tồn tại thêm 1 khoảng tgian γ mà

ở đó diễn ra sự chuyển dòng từ van V1 sang van V2 khi đó gọi

là trùng dẫn, id= iv1+ iv2

- Quy luật biến thiên điện áp:

- Khi 2 van đều dẫn ta có: Udn

Trang 10

3 Quá trình chuyển mạch với La <>0

- Trong giai đoạn trùng dẫn, giả thiết Id = const thì

Nên ta có: Udn=(U1 + U2)/2 Tức Ud biến thiên theo quy luật bình quân các van tham gia trùng dẫn

- Quy luật biến thiên dòng điện:

n: số đập mạch của điện áp chỉnh lưu

i

dt

di dt

di L

U U

U

2 1

2 1

U U

X

U i

i

X

U I

i I

I

m M

M

M d

d

.);

sin(

2

))cos(

(cos2

))cos(

(cos2

2 2

Trang 11

3 Quá trình chuyển mạch với La <>0

- Sụt áp do trùng dẫn: nếu so sánh với trường hợp không

có trùng dẫn thì khi có La điện áp Ud bị giảm một lượng

- Sơ đồ cầu 1 pha có 4 van dẫn nên:

- Sơ đồ cầu 3 pha có 6 van dẫn nên:

a a

d a M

d a M

L X

n

I X U

I X n

U U

2

2.4

Trang 12

4 Chỉnh lưu bán điều khiển

- Mạch chỉnh lưu sẽ gồm một nửa là tiristor còn lại là diot

- Thường tiristo được mắc chung katot để giảm bớt dây điều khiển trong toàn bộ dải điều chỉnh 0 << 180 điện áp chỉnh lưu thay đổi theo quy luật

- Khi 0 << 60 Ud luôn dương

- Khi 60 << 180 Ud xuất hiện các khoảng =0 còn dòng điện thì với tải là thuần trở dòng điện =0 và chế độ dòng là gián đoạn

2

cos

1

Trang 13

4 Chỉnh lưu bán điều khiển

- Với tải có tính cảm kháng thì dòng điện là liên tục Khi giá trị của L lớn sẽ làm giảm phạm vi điều chỉnh  do không thể khóa hết tiristo ngay mặc dù đã ngắt xung điều khiển

- Được dùng rộng rãi ở hệ không đảo chiều, phần kích từ và các thông số khác không đòi hỏi phạm vi điều chỉnh rộng

Trang 14

5 Chế độ nghịch lưu phụ thuộc

-Kn: Nghịch lưu là quá trình chuyển năng lượng từ phía dòng 1 chiều sang phía dòng xoay chiều, khi đó động cơ trở thành máy phát điện, bộ chỉnh lưu chuyển sang hoạt động ở chế độ nghịch lưu, vì nó hoạt động đồng bộ theo nguồn dòng xoay chiều nên gọi là nghịch lưu phụ thuộc Khi đó mạch có 2 nguồn sức điện động là et của lưới xoay chiều và Ed một chiều

-Để có chế độ nghịch lưu cần có 2 điều kiện:

- Phía nguồn 1 chiều phải chuyển đổi chiều của Ed để có chiều dòng Ed

và Ed là trùng nhau

- Phía xoay chiều điều khiển mạch chỉnh lưu sao cho điện áp Ud < 0

-Ta có do vậy với tải thuần trở, chỉnh lưu bán điều khiển không chạy được chế độ nghịch lưu vì Udluôn dương Chỉ có các bộ chỉnh lưu điều

khiển hoàn toàn làm việc với dòng điện liên tục có quy luật

Ud = Ud0 .cos mới cho phép điều chỉnh Ud < 0 khi  > 90o

2

cos

1

Trang 15

6 Các chế độ chỉnh lưu đảo chiều

- Các bộ chỉnh lưu đảo chiều thường dùng cho động cơ điện 1

chiều cần quay theo cả 2 chiều với chế độ làm việc ở cả 4 góc

điều chỉnh Có thể đảo chiều động cơ bằng 1 số cách sau:

- Đảo dấu điện áp đặt vào phần ứng động cơ nhờ 2 mạch chỉnh lưu*

- Đảo chiều kích từ

- Đảo chiều phần ứng động cơ bằng công tắc thuận và ngược

- Để đấu 2 mạch chỉnh lưu cấp ra 1 tải điều khiển có 2 cách là đấu

chéo và đấu song song

- Có 2 phương pháp điều khiển đảm bảo mạch hoạt động bình

thường là phương pháp điều khiển chung và điều khiển riêng

1. Phương pháp điều khiển chung:

Cả 2 mạch đều đc phát xung điều khiển nhưng luôn khác nhau về chế độ, 1 mạch ở chế độ chỉnh lưu còn 1 mạch ở chế độ nghịch lưu và ngược lại

Trang 16

6 Các chế độ chỉnh lưu đảo chiều

Giá trị điện áp: UdI = - UdII

Với dòng liên tục ta có UdI = Ud0cosI; UdII = Ud0cosII

Do vậy I + II = 1800

Trang 17

6 Các chế độ chỉnh lưu đảo chiều

- Cho phép điều chỉnh nhanh

- Chức năng cuộn Lcb

2 Phương pháp điều khiển riêng:

- Khi đó 2 mạch hoạt động riêng biệt mạch này được phát xung điều khiển thì mạch kia nghỉ hoàn toàn(bị ngắt xung điều

khiển) Trong quá trình điều khiển cần trễ vài ms để mạch

phục hồi trạng thái khóa

- Khối logic đảo chiều

Trang 18

7 Đặc tính ngoài của mạch chỉnh lưu

- Là quan hệ giữa Ud và Id (Ud0 là điện áp ra 0 tải)

- Với Ud là chỉ sự phụ thuộc của Ud vào góc điều khiển 

- U là tổng các sụt áp gồm có sụt áp trên các van chỉnh lưu

Uv, do điện trở phía nguồn điện Ur, do trùng dẫn Uγ, do điện cảm phía xoay chiều…

- Ngoài ra nó cũng phụ thuộc vào dòng tải:

d d

n

X R

U U

I

/2

()

(

    

Trang 19

Nội dung chính:

1 Mạch chỉnh lưu

2 Các bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều

3 Bộ điều chỉnh xung điện áp 1 chiều

4 Biến tần và nghịch lưu độc lập

5 Mô tả toán học chỉnh lưu có điều khiển

6 Bộ băm xung điện áp 1 chiều

7 Mô tả toán học bộ biến đổi tần số

Trang 20

3.3 Các bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều

- Dùng để biến đổi điện áp xoay chiều sử dụng loại van triac

(tương đương 2 tiristo đấu song song ngược) cho phép dẫn dòng cả 2 chiều

- Điện áp xoay chiều có 2 dạng ứng dụng chính

1. Dạng công tắc tơ: đóng cắt dòng điện vào ra tảidùng cho

động cơ có tần số đóng cắt lớn, vì có tác động nhanh và bền

2. Điều chỉnh điện áp bằng góc  làm thay đổi điện áp ra từ 0

tới bằng nguồn (ít ứng dụng hơn)

Trang 21

3.3.1 điều chỉnh điện áp xoay chiều 1 pha

- Xét mạch thông dụng nhất:

A: Phạm vi điều chỉnh:

1.  >  : các van có xung điều

khiển khi UAK<<0 nên 0 dẫn

 thay đổi trong khoảng φ ≤  ≤  với

B: sóng hài tải điện áp (tham khảo thêm )

)

(

R

L arctg

 

Trang 22

3.3.2 điều chỉnh điện áp xoay chiều 3 pha

- Xét 1 sơ đồ điện áp xoay chiều 3 pha như hình vẽ sau

Trang 23

3.3.2 điều chỉnh điện áp xoay chiều 3 pha

Các pha trên phụ thuộc vào góc điều khiển  và góc φ của tải

) 3

Trang 24

3.3.2 điều chỉnh điện áp xoay chiều 3 pha

2 Các biểu thức tính toán

- Coi mạch trên là 1 hệ 3 pha đối xứng với điện áp nguồn có trị

hiệu dụng là U Biểu thức dòng và điện áp pha lệch nhau 1200

- Tuy nhiên trong mỗi khoảng khác nhau của góc điều khiển 

thì giá trị của dòng và áp lại có giá trị và góc lệch pha khác (xem thêm trong sách tham khảo – pg 176)

) (

) 3

5 (

) (

) 3

4 (

);

( )

(

) (

) 3

2 (

);

(

) 3 (

B A

A A

C A

B A

i i

i i

i i

i i

i i

Trang 25

Nội dung chính:

1 Mạch chỉnh lưu

2 Các bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều

3 Bộ điều chỉnh xung điện áp 1 chiều

4 Biến tần và nghịch lưu độc lập

5 Mô tả toán học chỉnh lưu có điều khiển

6 Bộ băm xung điện áp 1 chiều

7 Mô tả toán học bộ biến đổi tần số

Trang 26

3.4 Bộ điều chỉnh xung điện áp 1 chiều (ĐAMC)

- Do tiristo không thể khóa lại theo cách tự nhiên khi ở giai đoạn

âm của nguồn điện áp nên nếu ta vẫn dùng tiristo trong các bộ điều chỉnh xung áp 1 chiều thì cần phải có thêm các mạch

chuyên dụng gọi là “mạch khóa cưỡng bức” các tiristo hoặc sử dụng các van điều khiển cả đóng, ngắt như MOFET, IGBT…

3.4.1 Các phương pháp điều chỉnh.

Xét sơ đồ nguyên lý ĐAMC:

- Giá trị trung bình của điện áp tải ra

N N

dt

U T

U       0  

0 0

0

1 1

Trang 27

3.4.1 Các phương pháp điều chỉnh.

Theo biểu thức này có 3 phương pháp điều chỉnh điện áp ra Ud

1. T = cte ; 0 = var : có phương pháp độ rộng xung

2. T = var ; 0 = cte : có phương pháp xung tần

3. T = var ; 0 = var : có phương pháp xung – thời gian

d N

e a

b a R

E R

E

E t

1

1 )

(

Trang 28

3.4.2 Các biểu thức cơ bản

- Dòng điện:

- Dòng cực đại: Imax = I1(t0) = i2(0) =

- Dòng cực tiểu: Imin = I1(0) = i2(T-0) =

- Điện áp ra tải trung bình: Ut = γ.EN

- Dòng điện trung bình ra tải:

- Độ đập mạch: dòng điện:

t N

d

e a

b R

E R

E t

1

1

1 )

a

b R

E R

b a R

1

) 1 (

R

E E

1 1 min

max

1

) 1

)(

1 (

a

b a b

R

E I

Trang 29

( )

( 1

t d

R

E E

t

i    

) 1

max

t d

N

e R

E

E

)1

(

E e

I t

R

E T

t R

E RT

t E t

E

t E E

t T E

t RT R

E

U I

d N

d N

d d

N

d t

t

1 1

0

1

[ 1

T

t

T E

 

Trang 30

3.4.2 Các biểu thức cơ bản

3 Chế độ giới hạn giữa dòng điện liên tục giữa dòng điện liên tục

và dòng điện gián đoạn

- Là chế độ mà khi dòng t2 về tới 0 cũng chính là thời điểm bắt đầu chu kỳ sau: i2(T-t0) = 0

- Các điều kiện tới hạn:

) 1

1 (

] 1 )

1 (

ln[

1 1

1 1

/ 0

1 1

E I

e E

E T

T t

a

b E

E

N tth

T N

d th

th

N dth

Trang 31

3.4.3 Sơ đồ có chế độ hãm

- Mạch có chế độ hãm được bổ xung tranzito T2 như sơ đồ sau:

- Nếu bỏ T2 trong sơ đồ mạch

trên thì mạch chỉ cho phép

động cơ hoạt động theo

chiều cố định Muốn có

chế độ hãm phải thêm T2

- Bằng cách thay đổi góc mở γ ta có các khả năng sau:

- γEN > Ed : động cơ nhận năng lượng

- γEN ≈ Ed : dòng có giái đoạn đảo chiều

- γEN < Ed : dòng điện hoàn toàn đảo chiều chỉ có D1, T2 thay nhau dẫn

Trang 32

3.4.4 Điều chỉnh điện áp một chiều có đảo chiều

Khi cần đảo chiều động cơ người ta thường dùng sơ đồ cầu cho mạch điện áp 1 chiều.có 3 phương pháp điều khiển khác nhau là:

1.Điều khiển đối xứng

- Các cặp van lẻ và van chẵn thay nhau đóng ngắt, phương pháp này có nhược điểm là điện áp ra tải bị đảo dấu và độ đập mạch cao

Trang 33

3.4.4 Điều chỉnh điện áp một chiều có đảo chiều

Các biểu thức tính toán:

Dòng trung bình qua diot:

Dòng trung bình qua transito

Dòng trung bình qua tải

) 1 2

b a

max

1

2 1

R

E a

b a

min

1

2 1

) 1

( )

1

( 1

) 1

)(

1 ( 2

1

1 1

E a

b a b

R R

E

1

1 1

1 1

1

) 1

)(

1 ( 2

2

a

b a b

R R

E R

2

(

N

d N

t

E

E R

E

Trang 34

2 Phương pháp điều khiển không đối xứng

 Chỉ có 1 cặp van thẳng hàng( vd T1, T4) làm

việc đóng cắt ngược pha nhau 2 van còn lại 1

van sẽ khóa hoàn toàn còn 1 van luôn sẵn sàng

mở điện áp ra tải chỉ có 1 chiều xác định các

biểu thức tính toán không thay đổi nhưng

phương pháp này giảm độ đập mạch dòng điện 2 lần

3 Phương pháp điều khiển riêng.

 Chỉ có 1 cặp chẵn hoặc lẻ hoạt động cặp còn lại

nghỉ hoàn toàn khi động cơ hoạt động ở 1 chiều.

Trang 35

Nội dung chính:

1 Mạch chỉnh lưu

2 Các bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều

3 Bộ điều chỉnh xung điện áp 1 chiều

4 Biến tần và nghịch lưu độc lập

5 Mô tả toán học chỉnh lưu có điều khiển

6 Bộ băm xung điện áp 1 chiều

7 Mô tả toán học bộ biến đổi tần số

Trang 36

3.5 Biến tần và nghịch lưu độc lập

- Biến tần là thiết bị biến đổi năng lượng điện xoay chiều từ tần số này sang tần số khác

- Nghịch lưu độc lập là thiết bị biến dòng 1 chiều thành

dòng xoay chiều có tần số cố định hoặc biến thiên

- Có 2 loại biến tần là biến tần trực tiếp và biến tần gián

tiếp.

Biến tần trực tiếp có cấu trúc đơn giản hiệu suất biến đổi năng lượng cao tuy nhiên sơ đồ mạch van khá phức tạp f2 phụ thuộc và f1 nên chủ yếu dùng với phạm vi điều chỉnh f2 ≤ f1

Mạch van

U~

f1

U~

f2

Trang 37

3.5 Biến tần và nghịch lưu độc lập

 Biến tần gián tiếp có thêm khâu trung gian 1 chiều do

phải biến đổi năng lượng 2 lần nên hiệu suất giảm

nhưng lại có thể thay đổi f2 dễ dàng.

Chỉnh lưu

U~

f1

U~ f2

Lọc Nghịch lưu

độc lập

Trang 38

3.5.1 Biến tần trực tiếp

3.5.1.1 Các tính chất chung.

- Các van chuyển mạch tự nhiên

- Có hiệu suất cao do chỉ có 1 lần biến đổi năng

lượng và cho phép hãm tái sinh

- Có hệ số công suất thấp, dùng nhiều van, dải điều

chỉnh bị giới hạn bởi tần số nguồn và điều kiện chuyển mạch tự nhiên.

- Thường dùng trong truyền động công suất lớn.

Trang 39

3.5.1.2 Biến tần trực tiếp điều khiển riêng.

- Các tiristo được phát xung điều khiển với các góc sao cho điện

N

ia

iap

ian

Trang 40

3.5.1.2 Biến tần trực tiếp điều khiển riêng.

- Điện áp đầu ra giảm thì độ đập mạch tăng.

- Biên độ điện áp đầu ra là giá trị trung bình của điện áp một chiều mà mỗi nhóm van có thể cung cấp

- Biên độ cực đại:

- P: là số đỉnh xung áp trong 1 nửa sóng(nhóm âm/

dương)

- Usmax: Biên độ cực đại điện áp nguồn.

- Khi góc mở  thay đổi thì biên độ điện áp ra thay đổi theo quy luật: Umt = U0max .Cos 

max max

Trang 41

3.5.1.3 Biến tần trực tiếp điều khiển chung.

- Cho phép 2 nhóm van dẫn đồng thời nên cuộn kháng Lcb nhằm hạn chế dòng cân bằng chảy giữa 2 nhóm van

- 2 nhóm van thường xuyên dẫn dòng ở chế độ nghịch lưu hoặc chỉnh lưu Utải là kết hợp thành phần 1 chiều của điện áp 2 nhóm van

- Dòng điện cân bằng chảy từ nhóm van P sang nhóm van N

- khi Itải lớn cuộn kháng cân bằng bị bão hòa thì phải chuyển sang chế độ điều khiển riêng

Tải P

Trang 42

3.5.1.4 Biến tần trực tiếp điều riêng.

Luật phát xung cho các tiristo cần tuân theo 1

quy luật nhất định sao cho giá trị trung bình cục

bộ của điện áp đầu ra theo sát giá trị tức thời của điện áp mong muốn.

Trang 43

3.5.2 Nghịch lưu độc lập nguồn dòng.

1 nguyên lý làm việc

- Nguồn cung cấp cho mạch nghịch lưu là nguồn dòng điện( không phụ thuộc Rtải)

- Giá trị hiệu dụng của dòng điện tải:

- Giá trị hiệu dụng của

các thành phần sóng

cơ bản xác định theo

điều kiện cân bằng

công suất nguồn và tải

Trang 44

3.5.2 Nghịch lưu độc lập nguồn dòng.

2.Các đại lượng điện từ trong quá trình chuyển mạch.

Ta có mô hình toán học của động cơ không đồng bộ

Trang 45

2.Các đại lượng điện từ trong quá trình chuyển mạch.

Trong đó Us, Is là điện áp và dòng điện 1 pha

Rs: điện trở dây quấn của 1 pha

L1  , L’2  : điện cảm tâm của dây quấn stato, và dây quấn

roto quy đổi về mạch stato

Lm: điện cảm chính của máy

s r

m s

s s

L

L j

dt

di L

L L

L R

I

Trang 46

2.Các đại lượng điện từ trong quá trình chuyển mạch.

+) Giai đoạn 1: Từ khi đặt xung điều khiển lên T3 tới khi

Uc đạt bằng Udây là Uab

- với Ce= 3 C13/2

Khoảng thời gian của giai đoạn 1: là

+) Giai đoạn 2 bắt đầu từ khi D3 dẫn

- Các phương trình dòng và áp dạng toán tử

Isa(p) + Isb(p) = Id(p)

- Vì quá trình chuyển mạch xảy ra khá nhanh so với quán

tính cơ học của động cơ cũng như hằng số thời gian của mạch roto do vậy có thể coi sức điện động của động cơ giai đoạn này có giá trị không đổi

t C

I U

U

e

d C

d

eI C

Ngày đăng: 24/04/2014, 19:30

HÌNH ẢNH LIÊN QUAN

Sơ đồ hình cầu là thông dụng hơn cả. - Các bộ biến đổi công suất trong truyền động điện
Sơ đồ h ình cầu là thông dụng hơn cả (Trang 48)

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w