thiết kế bộ biến tần gián tiếp

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN V CÔNG NGHÊ 1.1. Sơ lược về hệ thống biến tần 1.1.1. Khái niệm.   !"#$!" %&' #$!" ( )*+$ 1.1.2. Phân loại 1. Biến tần trực tiếp: ",&-. () / #$!" (0#$!" ( ,*12$3 4506 3 !. 4 !7*849'*8 (:;"$$<4<4=1>*?"#$!" @ A :B A =,3 !! ")!"4!6C@ D :B D =1 E "79."$F(% 4GH/!4%F, &I$4 "(0 %C9%1J5 !"B D (I B A 1 JK&IL H1.1: Sơ đồ biến tần trực tiếp Chỉnh lưu Lọc Nghịch lưu 2.Biến tần gián tiếp: ;'8?1E4$" 7* ,* &' 1M! (3 !84/4NF&'#$!"  CB D +* ?:3 45!"B D 0 I $B A =1J!6  %1E " 7&I )+O ?#K7! " !* )P!$F"*+&I(H1 JK&IL QA1DLMH/ H1.3: Sơ đồ khối RS.$F 2$K%P!87F*!! $F&I* &'* 1 a). Bộ biến tần gián tiếp nguồn dòng: T$F /F$4!  /&'9 &FP!&'476I $&F&'P! /9' &F476 U $0P!63 "1 b). Bộ biến tần gián tiếp nguồn áp: T$F /F$4!  / :O!4N /VW=12FP!476 U $ &FP! /9'&FP!&'476I $ 0P!F63 "1  /(* )F$4!&F&' H9&67!$H7*&I44XH1  /(!?479(? ? ) * Phần động lực gồm có các phần sau: Y,* L(I&'#$!" (B A  &' 1 Y* L4%3 !484$9(&'  * %Z,* &'#$!" (B D 1 Y8L?0) *4$F$[  P!,* 3 !\ #$!" 1>((&I!V! ,* 1 * Phần điều khiển: T?0) *9(3 "P! F9)66$"7  94!P!  &$F )3 "1 1.2 Sơ lược về động cơ không đồng bộ ba pha. 1.2.1 Nguyên lý hoạt động. Như đã biết trong vật lí, khi cho dòng điện ba pha vào ba cuộn dây đặt lệch nhau 120trong không gian thì từ trường tổng mà ba cuộn day tạo ra trong là một từ trường quay. Nếu trong từ trường quay có đặt các thanh dẫn điện thì từ trường quay sẽ quét qua các thanh dẫn điện và làm xuất hiện xuất hiện xuất điện động cảm ứng trong các thanh dẫn . Nối các thanh dẫn với nhau và làm một trục quay thì trong các thanh dẫn sẽ có dòng điện (ngắn mạch) có chiều xác định theo quy tắc bàn tay phải. Từ trường quay lại tác dụng vào chính dòng điện cảm ứng này một lực từ có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái và tạo ra momen làm quay roto theo chiều quay của từ trường quay. Tốc độ quay của roto luôn nhỏ hơn tốc độ quay của từ trường qua. Nếu roto quay với tốc độ bằng tốc độ của từ trường quay thì từ trường sẽ quét qua các dây quấn phần cảm ứng nữa nên suất điện động cảm ứng và dòng điện cảm ứng sẽ không còn. Do momen cản roto sẽ quay chậm lại sau từ trường và các dây dẫn roto lại bị từ trường quét qua, dòng điện cảm ứng lại xuất hiện và do đó lại có momen quay làm roto tiếp tục quay theo từ trường nhưng với tốc độ luôn nhỏ hơn tốc độ từ trường. Hình 1.2.1 Nguyên lý hoạt động của động cơ không đồng bộ 3 pha Nếu gọi tốc độ tốc độ từ trường quay là ( rad/s ) hay n ( vòng/phút ) thì tốc độ quay của roto là ( hay n ) luôn nhỏ hơn ( ; n < n ). Sai lệch tương đối giữa tốc độ gọi là độ trượt : (1) Từ đó ta có: (2) Hay (1-s) (3) Với (4) (5) tần số điện áp đặt lên cuộn dây stato. Tốc độ là tốc độ lớn nhất mà roto có thể đạt được nếu không có lực cản nào. Tốc độ này gọi là tốc độ không tải lý tưởng hay tốc độ đồng bộ. Ở chế độ động cơ , độ trượt có giá trị 01. Dòng điện cảm ứng trong cuộn dây phần ứng ở roto cũng là dòng điện xoay chiều với tần số xác định bởi tốc độ tương đối của roto đối vơi từ trường quay: (6) 1.2.2 Đặc tính cơ của động cơ điện không đồng bộ ba pha a) Phương trình đặc tính cơ Theo nguyên lý máy điện, khi coi động cơ và lưới điện là lý tưởng, nghĩa là ba pha của động cơ đối xứng , các thông số dây quấn như điện trở và điện kháng không đổi, tổng trở mạch từ hóa không đổi, bỏ qua tổn thất ma sát và tổn thất trong lõi thép và điện ấp lưới hoàn toàn đối xứng, thì sơ đồ thay thế một pha của động cơ như hình vẽ 1.2.a 1.2.a: Sơ đồ thay thế một pha động cơ không đồng bộ Trong đó - Trị số hiệu dụng của điện áp pha stato (V) -Dòng điện từ hóa, dòng điện stato và dòng điện roto đã quy đổi về stato (A) - Điện kháng mạch từ hóa, điện kháng stato và điện kháng roto đã quy đổi về stato (Ω) Phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ biểu diễn mối quan hệ giữa momen quay và tốc độ của động cơ có dạng: (7) Trong đó: - điện kháng ngắn mạch, b) Đường đăc tính cơ Với những giá trị khác nhau của s (, phương trình cho những giá trị của trên trục tọa độ sOM như hình vẽ 1.2.b, đó là đường đặc tính cơ của động cơ điện xoay chiều không đồng bộ ba pha. Hình 1.2.b: Đường đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha Đường đặc tính cơ có điểm cực trị gọi là điểm tới hạn K. Tại điểm đó: (8) Giải phương trình ta có: (9) Thay vào phương trình đc tính cơ ta có: (10) Vì ta đang xem xét trong giới hạn (chế độ động cơ) nên giá trị và của đặc tính cơ trên ứng với dấu (+) ]\KHP!H#$!" ^2*+$ F(!$F_^^9.N)CF^1]$F_^ `1E47$F"$<H6 *F12$?"H47$F"a1]$F^ $C&&*H1E47$F"H0 1 E47*+\KH79)CbcW :cA=$<N"L :AA= Điểm A ứng với momen cản bằng 0 (và tốc độ đồng bộ: :AD= 1.2.3 Ảnh hưởng của tần số nguồn đến đặc tính cơ: ^!"5<$:d=/!"9/+e!" :5fcDBT=9 ^[$<$!"P!64*CF$<CF1 g !4*CF<$  cB:B A =$<CF<$ h  cB:B A =F*5b $ f A I iCB A 7()Z) P!  h  4G4!L :Aj= ^B694*CF  $<CFh    *h  !H1^6B A # &*C B A& 54NP! &."67 k "7% $Ha&lm'HF1J5?"6  /# &*C46/+6 %$H<$3 !L :An= >*?"h  ak0N-B A oB A& 1p-B A qB A& 5 0) /k@ A c@ A& 7N-"h   a 6,C5*H9/+6 , <$3 " ?c$)k$H03 6 0 %1 Hình 1.2.a : Họ đặc tính cơ khi thay đổi tần số nguồn Hình 1.2.b : Đặc tính cơ của động cơ KĐB khi thay đổi tần số nguồn kết hợp với thay đổi điện áp 1.2.4 Ứng dụng của động cơ không đồng bộ >"!"4 "*&I4%4 4X4$$\&."4 "6# %094$!$ 0?64$&.&IrsCK($6 dWt6# %4!*7 IN4 " 1Q()$FC0$\!" *1Q!"($6udvwWt4 "$F $FC1JC"9P!H *0 )4Z3 xN1S'F () ,*)\K HC\K6<$"7  1JC4)FaP!y ? &l0 %Cy ?#z9    &Iy ?"*&I44X0 I0) 4$3 x(!1 ]H0/( * )*! L% H69 {{9  %!$9F9(6 4$04*+F$\H(6"!$1J5k* )"7H0/*&I4%44X4$ 3 &.C0 %ZI5|1 E4$09H0/*+&- / $"[$FZ!}9$"0IN "0~rE4$09*&-"H!" "!006•1E4$+"9H0 /"4K3 !48C &I*L 3 F(9H4$PF94$" '!rE(F-C 4)P!6# %K(!(!9F&I P!H0/"44X1 7F(5*)P!H0/$C " 9 )"#$!" \ ( N50P!"#$!" 0 <$+!e*6%F\% 4GP!H #$!" 1 ])() )?Z0$<P!H #$!" '}K$!K#4$ 3 "4#$!" H61J5?"$ ."9CH#$!" C&I( 0&$*H )4*C."&-$ [...]... của bộ nghịch lưu khi điều chế PWM *Tần số của và Tần số của Tần số của Trong đó =tần số PWM =tần số cơ bản *Điện áp ra của bộ nghịch lưu Khi 30 Khi Trong đó: *Tỷ số điều biến độ ( Trong đó là thành phần tần số cơ bản của *Tỷ số điều biến tần số Trong đó: là tần số PWM và là tần số cơ bản + nên là số nguyên lẻ Nếu không phải là số nguyên thì điện áp ra có thể có các hài với các tần số không phải là bội... Điều biến độ rộng xung PWM Điều biến độ rộng xung • Điện áp đầu ra bộ nghịch lưu Khi Khi • Điều khiển điện áp đầu ra bộ nghịch lưu +Tần số PWM bằng tần số của sóng mang +Biên độ của điện áp ra được điều khiển bằng biên độ của sóng điều khiển +Tần số cơ bản được điều khiển bằng tần số của sóng điều khiển • Chỉ số điều biến (m) Trong đó là thành phần tần số cơ bản của • Bộ nghịch lưu ba pha 29 Bộ nghịch... ( R16 + R17 ) Tần số xung ra của vi mạch IC555: 1 1 Tout = x * Ts 6 = = 0,7C ( R16 + 2 R17 ) Vì cứ 6 xung ở đầu vào (xung CLOCK) lấy từ IC555 thì các trigơ có 1 xung, như vậy tần số xung ra của các trigơ cũng chính là tần số của điện áp xoay chiều trên tải f = f 555 1 1 = = 6 6 * 0.7C ( R16 + 2 R17 ) 4,2C ( R16 + 2 R17 ) Muốn thay đổi tần số của tải thì phải thay đổi tần số xung của bộ phát xung chủ... nối tiếp Biến áp xung cần có cảm kháng tản nhỏ và đáp ứng nhanh Trong trường hợp xung điều khiển có cạnh tác động kéo dài hoặc tần số thấp, biến áp xung sớm đạt trạng thái bão hoà và ngõ ra của nó không phù hợp yêu cầu điều khiển Opto: Gồm nguồn phát tia hồng ngoại dùng Diode (IR_LED) và mạch thu dùng Phototrasistor Do đó thoả mãn yêu cầu cách ly về điện, đồng thời đáp ứng của OPTO tốt hơn máy biến. .. Opto là phải chịu được tần số đóng ngắt khá cao (=10KZ) Trong đó, HCPL-2631 là Optocoupler của hãng FAIRCHILD có đáp ứng tần số lến đến 10 MHz 24 c, Khâu điều khiển Khối điều khiển Khối giao tiếp với máy tính Khối hiển thị Khối nút ấn d, Mạch điều khiển nghịch lưu Bộ nghịch lưu nguồn áp 3 pha 25 Dạng sóng các tín hiệu điều khiển van, trình tự chuyển mạch và các điện áp pha của bộ nghịch lưu nguồn áp... ≠1 2 (kf1 ) 15 Nếu sử dụng kỹ thuật PWM không đồng bộ, ta có thể phân tích Fourier phổ dòng điện theo các biến tần số rời rạc khi mà sóng hài dòng điện xuất hiện theo biến tần số liên tục.Trường hợp này ta có thể sử dụng khái niệm phổ mật độ dòng điện theo hệ thức : d= ∞ ∫h 2 d ( f ).df 0 , f ≠ f1 Tần số đóng ngắt và công suất tổn hao do đóng ngắt: Công suất tổn hao xuất hiện trên linh kiện bao gồm hai... khác nhau tương ứng với luật điều biến (tương ứng với độ rộng ∆t 1 và ∆t2) Điều này đảm bảo trong mỗi chu kỳ tần số chuyển mạch luôn có những đoạn mà điện áp ra bằng không Do đó dạng điện áp ra sẽ không phụ thuộc vào đặc tính của tải và các sóng điều hòa bậc cao là bội số của tần số chuyển mạch sẽ không tồn tại trong điện áp ra của nghịch lưu 1.3.3.Phương pháp điều biến độ rộng vector ( PWM 2, hay còn... không phải là bội của tần số cơ bản Nếu không phải số lẻ thì thành phần một chiều và có thể là các hài bậc chẵn cũng tồn tại ở điện áp đầu ra + nên là bội của 3 đối với bộ nghịch lưu PWM ba pha Hài bội lẻ của 3 và các hài chẵn sẽ bị khử 3.2.1 Tính toán mạch điều khiển nghịch lưu a Khâu phát xung chữ nhật: Khâu phát xung chủ đạo dùng IC555 làm việc ở chế độ phi ổn để tạo ra dãy xung có tần số mong muốn ... Ta Tb = - - Trong khoảng thời gian T0/7 cần chọn véctơ V0 hoặc V7 sao cho số lần chuyển mạch là ít nhất : Tính toán thời gian Ts Ta có các thông số sau : Tần số điện áp ngõ ra định mức của bộ nghịch lưu: Fout Tần số đóng cắt của bộ nghịch lưu tại tần số ngõ ra định mức Fpwm Trong mỗi một chu kì của điện áp ra cứ mỗi 60% ta có một sector 19 Số lần lấy mẫu trong mỗi một sector được gọi là x Ta có 1 Tout... dây và tương tự với các dòng điện hài bậc 3 và bội bậc 3 * Điện áp ra của bộ nghịch lưu 3 pha này chỉ có thể điều khiển bằng cách thay đổi điện áp một chiều đầu vào 3.2 Tính toán các mạch điều khiển *** Tổng quan * Mục đích áp dụng PWM - Điều khiển điện áp đầu ra bộ nghich lưu - Giảm các hài * Nhược điểm khi áp dụng PWM - Tăng tổn thất chuyển mạch do tần số chuyển mạch PWM lớn - Giảm điện áp đầu ra . %C9%1J5 !"B D (I B A 1 JK&IL H1.1: Sơ đồ biến tần trực tiếp Chỉnh lưu Lọc Nghịch lưu 2 .Biến tần gián tiếp: ;'8?1E4$". khối RS.$F 2$K%P!87F*!! $F&I* &'* 1 a). Bộ biến tần gián tiếp nguồn dòng: T$F /F$4!  /&'9 &FP!&'476I. /9' &F476 U $0P!63 "1 b). Bộ biến tần gián tiếp nguồn áp: T$F /F$4!  / :O!4N