ứng dụng của điện tử công suất trong điều chỉnh tốc độ động cơ, chương 9 ppt

Chương 9: Bộ biến tần áp dùng Transistor Sơ đồ nguyên lý biến tần áp dùng Transistor. Hình II-12 : Sơ đồ nguyên lý biến tần áp dùng Transistor Về phương diện điều khiển động cơ, những nhận xét về công suất của bộ nghòch lưu dùng transistor cũng giống như đối với bộ nghòch lưu dùng thyristor. Các transistor làm việc ở chế độ chuuyển mạch, cho sóng đầu ra gần như là hình chữ nhật hay làm việc như bộ điều chế bề rộng xung. Mạch như hình vẽ trên có dạng sóng gần như hình chữ nhật. Transistor T đóng vai trò như một bộ điều chỉnh điện áp một chiều để điều khiển điện áp liên lạc. Tần số đóng cắt có thể lớn hơn và các thành phần bộ lọc nhỏ hơn so với trường hợp dùng thyristor. Điều chế bề rộng xung cho phép loại bỏ Transistor này. Các thyristor Th 1 và Th 2 có nhiệm vụ bảo vệ ngắn mạch, hay nó bảo vệ cho Transistor khi có dòng quá lớn trong bộ ĐC a b c V1~ T5T3 T4 C2 ĐK Th1 Th2 T2 T T6 T1 C1 nghòch lưu, lúc này Thyristor được mồi, ngắn mạch bộ nghòch lưu và tác động thiết bò bảo vệ. Người ta có thể khóa tất cả Transistor bằng cách khử các tác động lên cực gốc của nó để loại trừ sự số. Ưu điểm dễ thấy của Transistor so với thyristor là bỏ được chuyển mạch cưỡng bức. Hơn nữa các tổn hao đổi chiều nhỏù hơn cũng có khả năng cho bộ nghòch lưu làm việc với tần số cao hơn. Khuyết điểm của nó là đòi hỏi liên tục tác động vào cực gốc trong chu kỳ dẫn của Transistor, nhưng nếu dùng sơ đồ Darlington có thể có hệ số khuyếch đại dòng điện tới 400. Một khuyết điểm khác là điện áp đònh mức hơi thấp hơn điện áp đònh mức thyristor.  Bộ biến tần áp gián tiếp có dải điều tần rộng, tần số ra f r có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn tần số vào f 1 , do đó có thể điều chỉnh vô cấp được. Việc điều chỉnh v r , f r đơn giản biến tần trực tiếp. Điện áp ra v r có dạng bậc thang nên gây ra các sóng hài bậc cao vì vậy khi làm việc động cơ sẽ sinh ra từ trường có tần số cao tạo ra trong động cơ một hệ thống dòng điện, moment có hại đốt nóng động cơ tăng tổn hao sắt và làm giảm tính ổn đònh động cơ. 2. Biến tần dòng. a. Biến tần dòng dùng Thyristor. Hình II-13:Sơ đồ nguyên lý. Cầu chỉnh lưu điểu khiển gồm 6 Thyristor T 7 -T 12 cầu biến tần gồm 6 thyristor T 1 -T 6 . Mỗi Thyristor được nối tiếp qua một Diode và trong mỗi nửa cầu có 3 tụ điện. - Cầu chỉnh lưu thông qua điện cảm ĐK san bằng cung cấp cho cầu biến tần dòng điện I d . mọi thời điểm có hai Thyristor dẫn điện các Thyristor được điều khiển mở theo thứ tự 1,2, ,6,1,,,, mỗi thyristor dẫn trong khoảng 120 0 . ĐKĐ T1 T3 T5 T4 T6 T2 T7 T9 T11 T10 T12 T8 V1 ~ D3 D5 D1 D6D4 ĐK D2 - Dạng sóng dòng điện và điện áp ra trên một pha được trình bày như hình sau. Hình II-14: Đồ thò dạng sóng dòng điện và điện áp ra của bộ biến tần dòng gián tiếp Dòng điện ra có dạng gần như bậc thang. Điện áp ra có dạng hình sin nhưng mang các điûnh nhọn tại các thời điểm chuyển mạch. Ta biết rằng các diode nối ngược ở bộ nghòch lưu áp ngăn cản điện áp liên lạc một chiều đổi cực tính và cho dòng điện ngược chạy qua. Khi vượt quá tốc độ có thể động cơ trở thành máy phát. Do đổi cực tính điện áp góc mở có thể làm bộ biến tần làm việc ở chế độ nghòch lưu và trả năng lượng về nguồn. Dạng sóng dòng điện hình bậc thang gây khó khăn khi làm việc ở tốc độ rất thấp. Cuộn dây liên lạc một chiều ngăn cản biến thiên đột ngột của dòng điện. Một ưu điểm khác của bộ nghòch lưu dòng là ngắn mạch đầu cực động cơ không gây hư hỏng bộ nghòch lưu vì dòng điện có xu hướng giữ không đổi. b. Biến tần dòng transistor. Hình 15:Sơ đồ nguyên lý bộ biến tần dòng Transistor. + T1 T3 T5 D1 D3 D5 Bộ nghòch lưu dòng Transistor cũng sử dụng 6 Transistor và 6 diode. Nhưng trong sơ đồ nghòch lưu dòng các diode được mắc nối tiếp với các Transistor và các diode này có nhiệm vụ ngăn dòng ngược bảo vệ cho tất cả các transistor.  Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng biến tần dòng gián tiếp dùng các Thyristor thông thường với chuyển mạch đơn giản chỉ có tụ điện ngăùn mạch tức thời đầu ra không gây ảnh hưởng gì nhờ cuộn dây liên lạc ngăn tất cả các đột biến của dòng điện và tái sinh tương đối dễ dàng, có khả năng cung cấp cho nhiều động cơ làm việc song song có hiệu suất cao.  Việc dùng ngày càng nhiều các Thyristor khóa bằng cực khiển hay Transistor công suất trong các bộ nghòch lưu áp chứng tỏ rằng bộ nghòch lưu dòng không được sử dụng rộng rãi với truyền động công suất nhỏ vì gây ra moment và va đập lớn, các cuộn dây có kích thước lớn và việc điều chỉnh tốc độ khó. II. 5 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA BẰNG PHƯƠNG PHÁP NỐI TẦNG. Điều chỉnh tốc độ bằng phươngpháp nối tầng được thực hiện với động cơ không đồng bộ rotor dây quấn sơ đồ nguyên lý mạch như sau. ĐKĐ T1 T3 T5 T4 T6 T2 V1~ BA D1 D3 D5 D4 D6 D2 CD1 CD2 Hình II - 16:Sơ đồ nguyên lý hệ nối tầng dùng thyristor Điều chỉnh góc mở các Thyristor của bộ nghòch lưu sẽ điều chỉnh được tốc độ động cơ dưới tốc độ đồng bộ góc mở xác đònh điện áp liên lạc trung bình. Điện áp liên lạc một chiều liên quan trực tiếp đến điện áp giữa các vành trượt, độ trượt của động cơ sẽ điều chỉnh môt cách tự động để cân bằng với điện áp này. Hình vẽ sau đây sẽ biểu diễn các đặc tính moment tốc độ điển hình của động cơ rotor dây quấn khi điện áp giữa các vành trượt không đổi. Hệ số trượt tăng lên đồng thời với moment tải để dòng điện đạt tới mức duy trì moment này. Công suất chỉ có thể lấy từ rotor việc điều khiển chỉ có thể tiến hành ở mức đưới tốc độ đồng bộ. - Công suất truyền qua bộ chỉnh lưu-nghòch lưu bằng tích của hệ số trượt với công suất ở Stator. Do đó nếu điều khiển chỉ cần khỏang 80% tốc độ đồng bộ thì công suất cần thiết của bộ biến đổi chỉ bằng 20% công suất truyền động để tận dụng công suất này ở tốc độ nhỏ nhất việc mồi trước bộ biến đổi phải ở góc nhỏ nhất. Khi dùng bộ biến đổi để điều chỉnh tốc độ giới hạn, ví dụ tới 70% tốc độ đồng bộ cần tính đến đặc điểm mở máy các vành trượt được chuyển mạch tự động về phía bộ biến đổi có điều chỉnh tốc độ nhỏ nhất. Ở các tốc độ gần đồng bộ thời gian chuyển mạch của các chỉnh lưu, diode có thể tương đối dài để 4 diode dẫn đồng thời lớn hơn 60 0 điện áp liên lạc một chiều không có được và không một công suất nào truyền qua. . lớn và việc điều chỉnh tốc độ khó. II. 5 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA BẰNG PHƯƠNG PHÁP NỐI TẦNG. Điều chỉnh tốc độ bằng phươngpháp nối tầng được thực hiện với động cơ không. đến điện áp giữa các vành trượt, độ trượt của động cơ sẽ điều chỉnh môt cách tự động để cân bằng với điện áp này. Hình vẽ sau đây sẽ biểu diễn các đặc tính moment tốc độ điển hình của động. thiết của bộ biến đổi chỉ bằng 20% công suất truyền động để tận dụng công suất này ở tốc độ nhỏ nhất việc mồi trước bộ biến đổi phải ở góc nhỏ nhất. Khi dùng bộ biến đổi để điều chỉnh tốc độ