CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU HÕA KHÔNG KHÍ
ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ ĐẾN CON NGƯỜI
Các yếu tố khí hậu ảnh hưởng đến con người bao gồm nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió, nồng độ các chất độc hại trong không khí và mức độ ồn Những yếu tố này có thể tác động trực tiếp đến sức khỏe và chất lượng cuộc sống của con người.
Nhiệt độ là yếu tố chính ảnh hưởng đến cảm giác nóng lạnh của con người và các động vật máu nóng khác Con người duy trì thân nhiệt ổn định ở mức 37 độ C thông qua hai cơ chế: truyền nhiệt và toả ẩm.
Truyền nhiệt từ bề mặt da bằng đối lưu và bức xạ xảy ra khi nhiệt độ cơ thể khoảng 36 độ C Cơ thể thải nhiệt vào môi trường qua quá trình truyền nhiệt; nếu mất nhiệt quá mức, cơ thể sẽ cảm thấy lạnh Ngược lại, khi nhiệt độ môi trường vượt quá 36 độ C, cơ thể hấp thụ nhiệt và cảm thấy nóng Đặc biệt, trong một số trường hợp, mặc dù nhiệt độ không khí không cao, nhưng bề mặt của một số vật thể như lò luyện kim hoặc lò rèn có thể có nhiệt độ rất cao, dẫn đến việc một số bộ phận của cơ thể bị đốt nóng do bức xạ nhiệt Trong tình huống này, cần xem xét điện tích bề mặt nóng và khoảng cách giữa người và bề mặt nóng.
Ngay cả khi nhiệt độ không khí lớn hơn 36 0 c thì cơ thể vẫn phải thải nhiệt vào môi trường bằng hình thức toả ẩm (thở, bay hơi, mồ hôi )
Mức độ đổ mồ hôi của cơ thể phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm nhiệt độ môi trường, độ ẩm tương đối của không khí và tốc độ chuyển động của không khí xung quanh.
Độ ẩm không khí là yếu tố quyết định điều kiện bay hơi mồ hôi, với quá trình này chỉ xảy ra khi độ ẩm dưới 100% Khi không khí có độ ẩm vừa phải và nhiệt độ cao, cơ thể sẽ đổ mồ hôi nhiều hơn, giúp mang lại cảm giác dễ chịu hơn cho người.
Khi cơ thể bay hơi 1g mồ hôi, nó thải ra khoảng 2500J nhiệt lượng, tương đương với việc giảm nhiệt độ của 1m³ không khí xuống 2°C Tuy nhiên, khi độ ẩm không khí quá cao, quá trình bay hơi mồ hôi trên da sẽ kém hiệu quả hoặc không xảy ra, dẫn đến cảm giác mồ hôi nhớp nháp Để hiểu rõ hơn về vai trò của độ ẩm, có thể tham khảo bảng tỷ lệ giữa lượng nhiệt cơ thể thải ra qua bay hơi nước (nhiệt ẩm) so với nhiệt thải qua truyền nhiệt thuần túy (nhiệt hiện).
Tốc độ lưu chuyển của không khí là yếu tố quan trọng, bên cạnh nhiệt độ và độ ẩm, trong việc trao đổi nhiệt ẩm giữa cơ thể và môi trường.
Tốc độ lưu chuyển của không khí ảnh hưởng đến cường độ toả nhiệt và cường độ toả chất, dẫn đến việc mùa đông làm tăng sự mất nhiệt của cơ thể, gây cảm giác lạnh, trong khi mùa hè lại mang lại cảm giác mát mẻ Đặc biệt, trong điều kiện độ ẩm cao, quá trình bay hơi mồ hôi trên da diễn ra nhanh chóng, khiến người ta thường ưa thích sống trong môi trường có gió hoặc quạt Thói quen này phổ biến ở Việt Nam do khí hậu nóng ẩm, vì vậy khi thiết kế hệ thống thông gió và điều hòa không khí, cần chú ý đến yếu tố này Kích thước của quạt hay thiết bị thông gió cũng phụ thuộc vào nhiệt độ không khí; nếu quá lớn, có thể gây mất nhiệt cục bộ và dẫn đến mệt mỏi Để xác định điều kiện sống tiện nghi, cần đánh giá tác dụng tổng hợp của các yếu tố trên và nhận thức rằng miền tiện nghi còn phụ thuộc vào cường độ lao động và thói quen cá nhân, có thể được đo bằng nhiệt độ hiệu quả tương đương.
Nhiệt độ không khí trong phòng o c k trong phòng m/s trong phòng
Thq=0.5(Tk + Tu) – 1.94 k trong đó : Tk -nhiệt độ nhiệt kế, 0 c
T u -nhiệt độ nhiệt kế ƣớt, 0 c k -tốc độ không khí, m/s
Ngoài ba yếu tố t, , k đã nói ở trên, môi trừơng không khí còn phải đảm bảo độ trong sạch nhất định, đặc trƣng bằng nồng độ các chất độc hại
Các chất độc hại có trong không khí thường gặp có thể phân thành ba loại :
- Bụi là các hạt vật chất kích thước nhỏ có thể thâm nhập đường thở
- Khí C0 2 và hơi tuy không có độc tính nhƣng nồng độ lớn sẽ làm giảm
02 trong không khí Chúng phát sinh do hô hấp của động, thực vật hoặc do đốt cháy các chất hữu cơ hoặc trong các phản ứng hoá học khác
Các hóa chất độc hại dạng khí, hơi hoặc bụi có thể phát sinh trong quá trình sản xuất hoặc các phản ứng hóa học Mức độ độc hại của chúng phụ thuộc vào cấu trúc hóa học và nồng độ của từng chất Một số hóa chất chỉ gây cảm giác khó chịu do mùi hôi thối, trong khi những loại khác có thể dẫn đến bệnh nghề nghiệp hoặc thậm chí tử vong khi nồng độ đạt mức đủ cao.
Tiếng ồn ng là một yếu tố ảnh hưởng tới cảm của con người
Chất lượng không khí trong nhà được đánh giá không chỉ dựa trên các chỉ số nhiệt độ và độ ẩm, mà còn phụ thuộc vào mức độ trong sạch và mức độ ồn của không khí.
5 nữa, vì vậy lọc bụi và tiêu âm trong hệ thống ĐHKK và thông gió cũng là một trong những nhiệm vụ của khâu xử lí không khí
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐIỀU HÕA KHÔNG KHÍ11 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ 11 1 Nhiệm vụ và chức năng của hệ thống điều khiển
2.2.1 Nhiệm vụ và chức năng của hệ thống điều khiển
Hệ thống điều hòa không khí giữ vai trò quan trọng trong việc duy trì các thông số khí hậu ổn định, bất kể điều kiện môi trường xung quanh và sự biến động của phụ tải.
Tuy nhiên chúng ta vẫn chƣa xem xét làm thế nào mà hệ thống điều hoà
12 không khí có thể thực hiện được điều đó khi phụ tải và môi trường luôn luôn thay đổi
Hệ thống điều khiển nhận diện các tín hiệu biến đổi từ môi trường và phụ tải, nhằm điều chỉnh thiết bị để duy trì ổn định các thông số khí hậu trong không gian điều hòa Điều này giúp hệ thống hoạt động hiệu quả, không bị ảnh hưởng bởi điều kiện khí hậu bên ngoài và sự thay đổi của phụ tải bên trong.
Các thông số cơ bản cần duy trì là :
Trong các thông số trên nhiệt độ là thông số quan trọng nhất
Hệ thống điều khiển không chỉ đảm bảo các thông số vi khí hậu trong phòng mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ an toàn cho hệ thống Nó giúp ngăn ngừa các sự cố có thể xảy ra, đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả và kinh tế, đồng thời giảm chi phí vận hành cho công nhân.
2.2.2 Sơ đồ điều khiển và các thiết bị chính của hệ thống điều khiển
2.2.2.1 Sơ đồ điều khiển tự động
Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống điều khiển
Hệ thống điều khiển tự động trong điều hòa không khí hoạt động dựa trên nhiều nguyên tắc khác nhau, nhưng tất cả đều có những thiết bị tương tự.
Sơ đồ điều chỉnh nhiệt độ đầu ra của không khí cho thấy rằng thông số cần duy trì là nhiệt độ không khí đầu ra của dàn trao đổi nhiệt, được gọi là thông số điều khiển Khi nhiệt độ không khí đầu ra thay đổi, ví dụ như vượt quá mức yêu cầu đã cài đặt, bộ cảm biến sẽ ghi nhận sự thay đổi này và truyền tín hiệu phản hồi đến thiết bị điều khiển Thiết bị điều khiển sẽ so sánh giá trị đo được với giá trị đặt trước và phát tín hiệu đầu ra để tác động lên thiết bị điều khiển khác Hành động của thiết bị điều khiển sẽ phụ thuộc vào tín hiệu nhận được nhằm điều chỉnh nguyên nhân gây ra sự thay đổi thông số điều khiển, trong trường hợp này là môi chất trao đổi nhiệt.
Thông số điều khiển là các thông số nhiệt vật lý cần duy trì trong hệ thống điều khiển Trong các hệ thống điều hòa không khí, những thông số thường gặp bao gồm nhiệt độ, độ ẩm, lưu lượng và công suất Bộ cảm biến (sensor) đóng vai trò quan trọng trong việc theo dõi và điều chỉnh các thông số này để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
Là thiết bị cảm nhận sự thay đổi của thông số điều khiển và truyền các ghi nhận đó lên thiết bị điều khiển
Nguyên tắc hoạt độ của bộ cảm biến dựa trên sự giãn nở nhiệt của các chất, dựa vào lực dòng chảy c Thiết bị điều khiển:
Thiết bị điều khiển sẽ so sánh giá trị ghi nhận từ bộ cảm biến với giá trị đã được cài đặt trước Tín hiệu điều khiển đầu ra sẽ khác nhau tùy thuộc vào mối quan hệ giữa hai giá trị này.
14 d Phần tử điều khiển (Cơ cấu chấp hành):
Sau khi nhận tín hiệu từ thiết bị điều khiển, cơ cấu chấp hành sẽ thực hiện tác động để thay đổi các thông số điều khiển Tác động phổ biến nhất thường có dạng ON-OFF.
2.2.2.2 Các nguồn năng lƣợng cho hệ thống điều khiển
Người ta sử dụng nhiều nguồn năng lượng khác nhau cho các hệ thống điều khiển
Điện năng là nguồn năng lượng chủ yếu được sử dụng trong các hệ thống điều khiển nhờ vào tính gọn nhẹ và dễ sử dụng Thông thường, điện áp của nguồn điện trong các hệ thống này nằm trong khoảng từ 24V đến 220V.
Một số hệ thống sử dụng hệ thống có điện áp và dòng thấp : U < 10V, I=4-50mA
- Hệ thống khí nén: Người ta có thể sử dụng hệ thống khí nén để điều khiển
- Hệ thống đó có áp suất P= 0 - 20 lb/m2
- Hệ thống thủy lực: Hệ thống này thường có áp suất lớn P = 80 - 100 lb/
2.2.2.3 Các thiết bị điều khiển a Bộ phận cảm biến (sensor)
Trong điều hoà không khí có các bộ cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, áp suất và lưu lượng
-Bộ cảm biến nhiệt độ
Tất cả các bộ cảm biến nhiệt độ đều hoạt động dựa trên nguyên tắc là:
Các tính chất nhiệt vật lý của các chất thay đổi theo nhiệt độ, bao gồm sự giãn nở do nhiệt và sự biến đổi điện trở Các bộ cảm biến thường gặp liên quan đến những hiện tượng này.
Hình 2.2: Các kiểu bộ cảm biến
Cơ cấu thanh lưỡng kim, như mô tả trong hình 2.2a1, được tạo thành từ hai thanh kim loại mỏng với hệ số giãn nở nhiệt khác nhau Một đầu của thanh được giữ cố định trong khi đầu còn lại tự do Thanh 1 có hệ số giãn nở nhiệt thấp hơn thanh 2, dẫn đến việc thanh 2 giãn nở nhiều hơn khi nhiệt độ tăng, khiến toàn bộ thanh uốn cong sang trái Ngược lại, khi nhiệt độ giảm xuống dưới giá trị định mức, thanh sẽ bị uốn cong sang phải.
Một loại cảm biến khác là thanh lưỡng kim được thiết kế dạng xoắn ốc, với đầu ngoài cố định và đầu trong di chuyển Loại cảm biến này thường được ứng dụng trong việc chế tạo đồng hồ đo nhiệt độ.
• Bộ cảm biến ống và thanh
Cấu tạo của thiết bị bao gồm một thanh kim loại có hệ số giãn nở nhiệt lớn được đặt bên trong một ống trụ kim loại có hệ số giãn nở nhiệt thấp hơn Một đầu của thanh kim loại được hàn chặt vào đáy ống, trong khi đầu còn lại được giữ tự do Khi nhiệt độ thay đổi so với mức định mức, đầu tự do của thanh kim loại sẽ di chuyển sang phải hoặc sang trái.
• Bộ cảm biến kiểu hộp xếp
Cấu tạo của sản phẩm bao gồm một hộp xếp với các nếp nhăn hoặc một màng mỏng co giãn, bên trong được chứa đầy chất lỏng hoặc khí Khi sản phẩm hoạt động, nó sẽ tạo ra sự co giãn hiệu quả, mang lại trải nghiệm sử dụng tối ưu.
16 nhiệt độ thay đổi môi chất co giãn là hộp xếp hoặc màng mỏng căng phòng làm di chuyển 1 thanh gắn trên đó
Hình 2.3: Bộ cảm biến kiểu hộp xếp có ống mao và bầu cảm biến
Cảm biến điện trở có các loại sau đây:
Hình 2.4: Bộ cảm biến kiểu điện trở
- Bộ cảm biến áp suất
Bộ cảm biến áp suất thường được thiết kế theo kiểu hộp xếp, khác với bộ cảm biến nhiệt độ luôn đi kèm với bầu cảm biến chứa môi chất Hộp xếp áp suất được kết nối trực tiếp với tín hiệu áp suất, cho phép ghi nhận sự thay đổi áp suất của môi chất và tác động lên màng xếp.
Hình 2.5: Bộ cảm biến áp suất
- Bộ cảm biến độ ẩm
Bộ cảm biến độ cũng hoạt động dựa trên nguyên lý về sự thay đổi các tính chất nhiệt vật lý của môi chất khi độ ẩm thay đổi
Có 02 loại cảm biến độ ẩm:
- Loại dùng chất hữu cơ (organic element)
- Loại điện trở (Resistance element)
Hình 2.6: Bộ cảm biến độ ẩm
ĐIỀU HÕA KHÔNG KHÍ VỚI INVERTER
BIẾN TẦN
3.1.1 Biến tần và tầm quan trọng của biến tần trong công nghiệp
Sự phát triển nhanh chóng của các bộ biến tần đã dẫn đến việc ngày càng nhiều thiết bị điện – điện tử áp dụng công nghệ này Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của biến tần là trong việc điều khiển tốc độ động cơ điện, đóng vai trò thiết yếu trong nhiều lĩnh vực công nghiệp.
Trong công nghiệp, tốc độ động cơ điện đóng vai trò quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và sự ổn định của hệ thống Các ứng dụng như máy ép nhựa, cán thép, và hệ thống tự động pha trộn nguyên liệu đều yêu cầu điều khiển và ổn định tốc độ động cơ Việc điều chỉnh tốc độ động cơ thông qua các biện pháp nhân tạo như thay đổi điện áp hoặc điện trở phụ giúp tạo ra các đặc tính cơ mới, đáp ứng nhu cầu của phụ tải Có hai phương pháp chính để điều chỉnh tốc độ động cơ, đảm bảo hiệu suất và chất lượng trong sản xuất công nghiệp.
Biến đổi các thông số của bộ phận cơ khí tức là biến đổi tỷ số truyền chuyển tiếp từ trục động cơ đến cơ cấu máy sản xuất
Biến đổi tốc độ góc của động cơ điện giúp giảm độ phức tạp của cơ cấu và cải thiện đặc tính điều chỉnh Phương pháp này đặc biệt linh hoạt khi áp dụng trong các hệ thống điều khiển điện tử Do đó, bộ biến tần được sử dụng để điều khiển tốc độ động cơ một cách hiệu quả.
Chiếm 30% thị trường biến tần là các bộ điều khiển moment
Trong lĩnh vực điều khiển động cơ, ứng dụng quạt gió chiếm 55%, chủ yếu là trong các hệ thống HVAC (điều hòa không khí trung tâm) Ngoài ra, ứng dụng bơm, đặc biệt trong ngành công nghiệp nặng, chiếm 45% tổng số.
Nâng cấp các hệ thống bơm và quạt từ điều khiển tốc độ không đổi sang hệ thống điều chỉnh tốc độ có thể mang lại lợi ích lớn cho ngành công nghiệp, đặc biệt là trong việc tiết kiệm nhiên liệu và giảm chi phí điện năng tiêu thụ.
Biến tần đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng bơm và quạt, cho phép điều chỉnh lưu lượng thông qua việc thay đổi tốc độ hoạt động Đồng thời, nó cũng giúp điều chỉnh áp suất bằng cách thay đổi góc mở của van, từ đó tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm năng lượng.
Giảm tiếng ồn công nghiệp
Năng lƣợng sử dụng tỉ lệ thuận với lũy thừa bậc ba của tốc độ động cơ Giúp tiết kiệm điện năng tối đa
Nhƣ tên gọi, bộ biến tần sử dụng trong hệ truyền động, chức năng chính là thay đổi tần số nguồn cung cấp cho động cơ.
PHÂN LOẠI BIẾN TẦN
Biến tần thường được chia làm hai loại:
Biến tần trực tiếp là thiết bị chuyển đổi tần số từ lưới điện xoay chiều mà không cần qua khâu trung gian một chiều Tần số đầu ra được điều chỉnh và thường nhỏ hơn tần số của lưới điện (f1 < flưới) Hiện nay, loại biến tần này ít được sử dụng.
Các bộ biến tần gián tiếp có cấu trúc nhƣ sau:
Hình 3.1: Sơ đồ cấu trúc của biến tần gián tiếp
Để biến đổi tần số, cần thông qua khâu trung gian một chiều, gọi là biến tần gián tiếp Chức năng của các khối trong hệ thống bao gồm: a) Chỉnh lưu, có nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều, thường là chỉnh lưu không điều chỉnh để tối ưu hóa kích thước bộ lọc và hiệu suất biến đổi Chỉnh lưu bán điều khiển thường được sử dụng trong các bộ biến đổi công suất lớn để bảo vệ hệ thống khi quá tải b) Lọc, với nhiệm vụ làm phẳng điện áp sau chỉnh lưu c) Nghịch lưu, chuyển đổi dòng một chiều thành dòng xoay chiều có tần số thay đổi, phục vụ cho phụ tải độc lập.
Nghịch lưu nguồn áp là một dạng nguồn điện trong đó điện áp ra tải được định dạng trước, thường là xung chữ nhật, trong khi dòng điện phụ thuộc vào tính chất của tải Để đảm bảo hiệu suất, nguồn điện áp cần phải có sức điện động với nội trở nhỏ Dạng nguồn này thường được áp dụng trong các hệ thống điều khiển động cơ.
Nghịch lưu nguồn dòng là một loại nguồn cung cấp mà dòng điện ra tải được xác định trước, trong khi điện áp lại phụ thuộc vào tải Điều này có nghĩa là nguồn cung cấp phải điều chỉnh để phù hợp với yêu cầu của tải.
Để đảm bảo dòng điện một chiều ổn định, cần sử dụng 31 nguồn dòng, trong đó nếu nguồn là sức điện động, thì phải có điện cảm đầu vào đủ lớn Điều này giúp duy trì điều kiện ổn định theo nguyên tắc điều khiển dòng điện.
Nghịch lưu cộng hưởng hoạt động dựa trên nguyên tắc cộng hưởng, dẫn đến dòng điện hoặc điện áp thường có dạng hình sin Đặc điểm của điện áp và dòng điện ra tải sẽ phụ thuộc vào tính chất của tải kết nối.
3 3 CẤU TRệC CƠ BẢN CỦA MỘT BỘ BIẾN TẦN
Cấu trúc cơ bản của một bộ biến tần nhƣ hình
Hình 3.2: Sơ đồ cấu trúc cơ bản của biến tần gián tiếp
Tín hiệu vào là điện áp xoay chiều một pha hoặc ba pha Bộ chỉnh lưu có nhiệm biến đổi điện áp xoay chiều thành một chiều
Bộ lọc có nhiệm vụ san phẳng điện áp một chiều sau chỉnh lưu
Nghịch lưu chuyển đổi điện áp một chiều thành điện áp xoay chiều với tần số có thể điều chỉnh Quá trình này thực hiện thông qua việc điều khiển mở hoặc đóng các van công suất theo một quy tắc nhất định.
Bộ điều khiển tạo ra tín hiệu điều khiển dựa trên một luật điều khiển nhất định, nhằm điều khiển các van công suất trong bộ nghịch lưu Ngoài ra, bộ điều khiển còn thực hiện nhiều chức năng quan trọng khác.
- Theo dõi sự cố lúc vận hành
- Xử lý thông tin từ người sử dụng
- Xác định thời gian tăng tốc, giảm tốc hay hãm
- Xác định đặc tính – momen tốc độ
- Xử lý thông tin từ các mạch thu thập dữ liệu
- Kết nối với máy tính
Mạch kích đóng vai trò quan trọng trong việc tạo tín hiệu để điều khiển trực tiếp các van công suất trong mạch nghịch lưu Đồng thời, mạch cách ly giúp bảo vệ mạch điều khiển bằng cách cách ly nó khỏi mạch công suất.
Màn hình hiển thị và điều khiển đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp thông tin hệ thống như tần số, dòng điện và điện áp, đồng thời cho phép người sử dụng điều chỉnh các thông số của hệ thống một cách dễ dàng.
Các mạch thu thập tín hiệu như dòng điện, điện áp và nhiệt độ chuyển đổi chúng thành tín hiệu phù hợp cho mạch điều khiển xử lý Bên cạnh đó, còn có các mạch bảo vệ nhằm ngăn chặn tình trạng quá áp hoặc thấp áp đầu vào.
Các mạch điều khiển và thu thập tín hiệu cần được cấp nguồn ổn định, thường là nguồn điện một chiều 5, 12 hoặc 15VDC.
Bộ nguồn có nhiệm vụ tạo ra nguồn điện thích hợp đó
Sự ra đời của các bộ vi xử lý nhanh chóng đã cho phép thực hiện các thuật toán phức tạp trong thời gian thực Đồng thời, sự phát triển của lý thuyết điều khiển và công nghệ sản xuất IC với mức độ tích hợp cao đã góp phần nâng cao hiệu suất và giảm giá thành sản phẩm.
Sự giảm giá của 33 linh kiện đã thúc đẩy sự phát triển của các bộ biến tần thông minh, cho phép điều khiển chính xác, phản ứng nhanh và có giá thành hợp lý.
PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN
3.4.1 Phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM)
Phương pháp điều chế độ rộng xung tạo ra tín hiệu sin chuẩn có tần số và biên độ tỷ lệ với điện áp ra nghịch lưu Tín hiệu này được so sánh với tín hiệu răng cưa có tần số cao hơn nhiều Giao điểm giữa hai tín hiệu xác định thời điểm mở và đóng van công suất, dẫn đến việc điện áp ra có dạng xung với độ rộng thay đổi theo từng chu kỳ.
Hình 3.3: Dạng sóng đầu ra theo phương pháp điều chế độ rộng xung
(v o1 là thành phần sin cơ bản, v i là điện một chiều vào bộ nghịch lưu, v o là điện áp ra)
Trong quá trình điều chế, có thể thực hiện việc tạo xung hai cực hoặc một cực, cũng như điều biến theo độ rộng xung đơn cực và điều biến theo độ rộng xung lưỡng cực.
Có hai phương pháp điều chế cơ bản là:
- Điều chế theo phương pháp sin PWM (SPWM)
3.4.1.1 Điều chế theo phương pháp SPWM Để tạo ra điện áp xoay chiều bằng phương pháp SPWM, ta sử dụng một tín hiệu xung tam giác v tri (gọi là sóng mang) đem so sánh với một tín hiệu sin chuẩn v c (gọi là tín hiệu điều khiển) Nếu đem xung điều khiển này cấp cho bộ nghich lưu một pha, thì ở ngõ ra sẽ thu được dạng xung điện áp mà thành phần điều hòa cơ bản có tần số bằng tần số tín hiệu điều khiển v c và biên độ phụ thuộc vào nguồn
Điện một chiều được cung cấp cho bộ nghịch lưu với tỷ số giữa biên độ sóng sin mẫu và biên độ sóng mang Tần số của sóng mang cao hơn nhiều so với tần số tín hiệu điều khiển Hình 3-3 minh họa nguyên lý của phương pháp điều chế SPWM một pha.
Hình 3.4: Nguyên lý điều chế SPWM một pha
Đối với nghịch lưu áp ba pha theo sơ đồ hình 3-5, điện áp đầu ra V A0 được xác định bởi điều kiện thời gian: khi v c > v tri, V A0 = V dc /2; và khi v c < t tri, V A0 = -V dc /2 Để tạo ra điện áp sin ba pha dạng điều rộng xung, cần ba tín hiệu sin mẫu.
Hình 3.5: Nghịch lưu áp ba pha
Nguyên lý điều chế và dạng sóng nhƣ sau:
Hình 3.6: Nguyên lý điều chế SPWM ba pha
Hệ số điều chế biên độ ma đƣợc định nghĩa là tỷ số giữa biên độ của tín hiệu điều khiển với biên độ của sóng mang: c a tri m V
V (3-1) ma - hệ số điều biến
Vc - biên độ sóng điều khiển
Vtri - biên độ sóng mang
Trong vùng tuyến tính (0 < m a < 1), biên độ của thành phần sóng sin cơ bản V A01 (điện áp pha) trong dạng sóng đầu ra tỷ lệ thuận với hệ số điều biến, được thể hiện qua công thức: dc.
V 2 (3-2) Đối với điện áp dây là: dc
Trong phương pháp này, biên độ điện áp đầu ra của bộ nghịch lưu chỉ đạt tối đa 86,67% điện áp một chiều đầu vào, và điều này chỉ xảy ra trong vùng tuyến tính (0 < m a < 1).
Hệ số điều chế tỷ số m_f là tỷ số giữa tần số sóng mang (f_tri) và tần số tín hiệu điều khiển (f_c), được tính theo công thức m_f = f_tri / f_c Trong đó, f_tri là tần số PWM và f_c là tần số tín hiệu điều khiển.
Giá trị của mf cần được chọn sao cho nó là một số dương và lẻ Nếu mf là một giá trị không nguyên, dạng sóng đầu ra sẽ xuất hiện các thành phần điều hòa phụ (subharmonic) Ngược lại, nếu mf không phải là số lẻ, dạng sóng đầu ra sẽ có thành phần một chiều và các hài bậc chẵn Do đó, giá trị của mf nên là bội số của 3.
37 nghịch lưu áp ba pha vì trong điện áp dây đầu ra sẽ triệt tiêu các hài bậc chẵn và hài là bội số của ba
Để điều chỉnh biên độ và tần số của điện áp đầu ra trong hệ thống điện áp một chiều không đổi, chỉ cần điều chỉnh biên độ và tần số của tín hiệu sin chuẩn v c Phương pháp này đặc trưng bởi thành phần sóng điều hòa của điện áp ra Để giảm thiểu các sóng điều hòa bậc cao, cần tăng tần số sóng mang hoặc tần số PWM Tuy nhiên, việc tăng tần số PWM sẽ dẫn đến gia tăng tổn hao chuyển mạch.
3.4.2 Phương pháp điều chế vectơ không gian (SVPWM)
Phương pháp điều chế vectơ không gian (SVPWM) khác biệt so với các phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) khác Trong SVPWM, bộ nghịch lưu được coi là một khối thống nhất với 8 trạng thái đóng ngắt từ 0 đến 7, thay vì ba bộ biến đổi đẩy kéo độc lập với ba điện áp pha như trong PWM truyền thống.
3.4.2.1 Thành lập vectơ không gian Đối với nguồn áp ba pha cân bằng, ta luôn có phương trình sau: a (t) u (t) b u ( ) c 0 u t (3-5)
Bất kỳ ba hàm số nào thỏa mãn phương trình đều có thể chuyển sang hệ tọa độ hai chiều vuông góc Chúng ta có thể biểu diễn phương trình dưới dạng ba vectơ: vectơ [u a 0 0] T trùng với trục x, vectơ [0 u b 0] T lệch một góc 120 độ, và vectơ [0 0 u a] T lệch một góc 240 độ so với trục x.
Hình 3.7: biểu diễn vectơ không gian trong hệ tọa độ x0y
Từ đó ta xây dựng được phương trình của vectơ không gian trong hệ tọa độ phức nhƣ sau:
Trong đó 2/3 là hệ số biến hình Phân tích u(t) trong phương trình trên thành phần thực và phần ảo t u x u y u j (3-7)
Chúng tôi đã phát triển công thức chuyển đổi từ hệ tọa độ ba pha abc sang hệ tọa độ phức x-y bằng cách cân bằng phần thực và phần ảo trong phương trình (3-6).
Để hình thành tọa độ quay α-β, hệ tọa độ x-y được quay với vận tốc góc ωt Công thức chuyển đổi hệ tọa độ được biểu diễn như sau: x = u cos(ωt) - v sin(ωt) và y = u sin(ωt) + v cos(ωt).
(3-9) Nguồn áp ba pha tạo ra là cân bằng và sin nên ta có thể viết lại phương trình điện áp pha nhƣ sau: a b m c m m sin( t) sin( t 2 / 3) u V u V u V sin( t 2 / 3)
Từ phương trình (3-9) ta xây dựng được phương trình sau: j j t r e r
Thể hiện vectơ không gian có biên độ Vr quay với vận tốc góc ωt quanh gốc tọa độ 0 Phương trình điện áp dây theo phương trình (3-8) như sau:
Để chuyển đổi từ giá trị biên độ sang giá trị hiệu dụng, cần thực hiện hai bước, và ba bước để chuyển giá trị điện áp pha thành điện áp dây Vectơ điện áp dây sẽ sớm pha hơn vectơ điện áp pha một góc π/6 Bằng cách lồng ghép các trạng thái của q1, q3 và q5 vào phương trình (3-11), ta có thể thu được phương trình điện áp dây (trị biên độ) dựa trên các trạng thái của các khóa.
Với n = 0,1,2,…,6 ta thành lập đƣợc 6 vectơ không gian V 1 – V 6 và hai vectơ 0 là V0 và V7 nhƣ hình sau:
Hình 3.8: Các vectơ không gian từ 1 đến 6
Hình 3.9: Trạng thái đóng ngắt của các van
3.4.2.2 Tính toán thời gian đóng ngắt