Thiết kế và chế tạo mô hình biến tần (inverter) cho máy điều hòa không khí

13 -Chương 1 trình bày những nét tổng quan về hệ thống điều hòa không khí; cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy điều hòa không khí; tìm hiểu máy nén khí và việc điều khiển chúng trong má

Trang 1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

-o0o -

DƯƠNG VĂN HOAN

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH BIẾN TẦN (INVERTER) CHO MÁY ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

THÁI NGUYÊN- 2015

Trang 2

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

LỜI CAM ĐOAN v

viii

1

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ SỬ DỤNG INVERTER 2

2

1.1.2 Phân loại 3

5

8

1.2.2 Phân loại máy nén khí 8

9

-1.3 TIỀM NĂNG VÀ HIỆU QUẢ TIẾT KIỆM ĐIỆN CỦ Ử DỤNG INVERTER 10

1.3.1 Tiềm năng tiết kiệm điện trong máy điều hòa không khí 10

1.3.2 Máy điều hòa không khí sử dụng Inverter 11

1.3.3 Hiệu quả của biến tần trong các hệ thống ĐHKK làm lạnh trực tiếp 12

-1.3.4 Hiệu quả tiết kiệm năng lượng của của biến tần trong các hệ thống ĐHKK làm lạnh gián tiếp 12

1 13

-Chương 1 trình bày những nét tổng quan về hệ thống điều hòa không khí; cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy điều hòa không khí; tìm hiểu máy nén khí và việc điều khiển chúng trong máy điều hòa không khí; Phân tích tiềm năng và hiệu quả tiết kiệm điện của máy điều hòa không khí sử dụng Inverter 13

(INVERTER) 14

14

Trang 3

-Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/

15

2.1.3 Ứng dụng của biến tần 17

2.1.4 Các tính năng tích hợp hệ thống cơ điện 18

2.2 CÁC KHỐI CHỨC NĂNG CHÍNH CỦA BIẾN TẦN 21

2.2.1 Khối chỉnh lưu 21

2.2.2 Khối nghịch lưu 23

-3.3.1 Nghịch lưu sóng vuông - 27 -

3.3.2 Nghịch lưu xung vuông kết hợp với bộ lọc LC ngõ ra - 29 -

3.3.3 Nghịch lưu sử dụng nhiều cấp điện áp một chiều - 30 -

2.3 MỘT SỐ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CƠ BẢN SỬ DỤNG TRONG BIẾN TẦN 33

2.3.1 Điôt công suất 33

2.3.2 Tranzitor lưỡng cực công suất (BJT) 33

2.3.3 Thyristor: 36

2.3.4 Vi điều khiển Atmega8 38

2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 43

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ BIẾN TẦN ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ 43

3.1 MÔ TẢ HỆ THỐNG 43

3.1.1 Sơ đồ khối hệ thống 43

3.1.2 Vai trò các khối trong sơ đồ 44

3.2 MẠCH PHẦN CỨNG 45

3.2.1 Thông số kỹ thuật 45

3.2.2 Sơ đồ nguyên lý chung 45

3.2.4 Khối cầu H (Hình 3.4) 47

3.2.5 Khối nguồn 48

3.2.7 Khối nghịch lưu cầu H 49

3.2.8 Khối điều khiển 50

51

53

54

Trang 4

3.4 LẮP ĐẶT MÔ HÌ Ử NGHIỆM 68

68

: 73

3.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 73

74

Trang 5

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là Dương Văn Hoan

Sinh ngày 23 tháng 8 năm 1982

Học viên lớp cao học khóa 15 - Tự động hóa - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên

Hiện đang công tác tại Công ty CP đầu tư xây dựng Kinh Đô

Tôi xin cam đoan: Bản luận văn: “Thiết kế và chế tạo mô hình biến

tần(Inverter) cho máy điều hòa không khí" do thầy giáo PGS.TS Lại Khắc

Lãi hướng dẫn là công trình nghiên cứu của riêng tôi Tất cả các tài liệu tham

khảo đều có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng Các số liệu, kết quả trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa từng ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Nếu sai tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Thái Nguyên, Ngày tháng năm 201

Tác giả luận văn

Dương Văn Hoan

Trang 6

KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Các ký hiệu:

Ɛ Tỉ số nén

Q Năng suất máy nén

N Công suất của máy nén

Is - Dòng điện rò khoảng vài trục mA

q - Điện tích của điện tử (q = 1,59.10-19 C)

k - Hằng số Boltzmann (k = 1,38.10-23 J/K)

T = 2730 + t0 - Nhiệt độ nhiệt đối (0K)

t0 - Nhiệt độ môi trường 0C

u – Điện áp đặt trên điôt (V)

IΦ: dòng quang điện (A/m2

);

ID: dòng qua điot (A/m2

);

IS: dòng bão hoà (A/m2);

n: được gọi là thừa số lý tưởng phụ thuộc vào các mức độ hoàn thiện công nghệ chế tạo pin mặt trời Gần đúng có thể lấy n = 1;

RS: điện trở nối tiếp (điện trở trong) của pin mặt trời ( /m2

);

Rsh: điện trở sơn (điện trở dò) ( /m2

) q: điện tích của điện tử (C)

UDC: Điện áp một chiều Q: hàm đo chất lượng của mạch

isα và isβ là các thành phần dòng thuộc hệ trục tọa độ αβ

θ là góc lệch pha của hệ tọa độ cùng gốc dq so với hệ αβ

isd và isq là các thành phần dòng thuộc hệ trục tọa độ dq

Ts là chu kỳ cắt mẫu

Trang 7

tp, tt là thời gian điều chế SVM : Phương pháp điều chế vectơ không gian PWM: Phương pháp điều chế độ rộng xung

DC – AC: Bộ biến đổi một chiều – xoay chiều (Bộ nghịch lưu)

Chữ viết tắt:

ĐHKK Điều hòa không khí

VS-PWM-I Biến tần nguồn áp điều chế độ rộng xung

CS-PWM-I): Biến tần nguồn áp điều chế biên độ

CSI Biến tần nguồn dòng

Trang 8

- 5 -

2 1: Sơ đồ khối tổng quát của biến tần - 14 -

2 2: Sơ đồ nguyên lý biến tần nguồn áp - 16 -

2 3: Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ - 22 -

2 4: Chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ dưng cầu chỉnh lưu - 22 -

2 5: Chỉnh lưu 2 nửa chu ky dùng biến áp có điểm giữa - 23 -

2 6: Nghịch lưu song song - 24 -

2 7: Nghịch lưu nối tiếp - 24 -

2 8: dạng áp, dòng của nghịch lưu nối tiếp (a) song song (b) - 25 -

2 9: Sơ đồ nguyên lý và mạch tương đương của nghich lưu nguồn dòng - 26 -

2 10: Sơ đồ nguyên lý và mạch tương đương - 27 -

2 11: Sơ đồ nguyên lý nghịch lưu sóng vuông - 27 -

2 12 Dạng sóng của nghịch lưu sóng vuông so với sóng sin (vi: Phần điện áp thiếu của sóng vuông so với sóng sin; Ve: Phần điện áp dư thừa của sóng vuông) - 28 -

2 13: Sơ đồ ghép bộ lọc LC ở ngõ ra - 29 -

2 14: Dạng sóng của nghịch lưu sóng vuông với bộ lọc LC - 30 -

2 15: Chuyển đổi DC-DC - 31 -

2 16: Chuyển đổi DC-AC - 31 -

2 17: Dạng sóng ra của chuyển đổi DC-AC - 32 -

2 18: Cấu trúc và ký hiệu của điôt công suất - 33 -

2 20: Cấu trúc và ký hiệu của tranzitor thuận - ngược - 34 -

2 22: Cấu trúc, ký hiệu và đặc tính V-A của Thyristor - 36 -

2 23: Mở thyristor - 37 -

Trang 9

2 24: Khóa thyristor - 37 -

2 25: Sơ đồ chân của Atmega8 - 40 -

2 26: Sơ đồ khối vi điều khiển AVR Atmega8 - 41 -

3 1: Sơ đồ khối hệ thống Inverter điều khiển tốc độ động cơ - 44 -

3 3: Sơ đồ nguyên lý khối chỉnh lưu - 46 -

3 4: Sơ đồ cầu H (sử dụng 4 IRFP260 IRFP460) - 48 -

3 5: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn - 49 -

- 49 -

3 7: Sơ đồ nguyên lý điều chế độ rộng xung hình sin - 51 -

- 53 -

- 68 -

- 69 -

- 73 -

Trang 10

Điều hòa không khí là một trong những thiết bị tiêu thụ điện lớn nhất đối với các cơ sở dịch vụ, thương mại Tiêu thụ điện của hệ thống máy lạnh tại các

cơ sở thương mại thường chiếm tỷ lệ lớn, có thể lên đến 80% tổng lượng điện tiêu thụ Tỷ lệ này còn có thể cao hơn nữa tại các tòa nhà thương mại lớn, trung tâm mua bán, văn phòng, bệnh viện…Với công nghệ cũ là cung cấp năng lượng ngắt quãng sẽ làm cho điện năng cung cấp cũng bị ngắt quãng Chính điều này đã tạo ra hiện tượng hao phí điện Và đây cũng chính là hạn chế khá lớn của không

ít máy điều hòa không khí hiện nay

Để giải quyết nhược điểm này, công nghệ biến tần Inverter ra đời đã tạo

ra bước đột phá trong việc đưa hao phí năng lượng đến mức thất nhấp Với kết quả của luận văn này sẽ đóng góp 1 phần nhỏ vào việc nâng cao chất lượng điện và giảm hao phí điện năng của hệ thống điều hòa không khí Với cách đặt vấn đề như vậy

nên đề tài luận văn được chọn là :“Thiết kế và chế tạo mô hình biến tần(Inverter) cho máy điều hòa không khí"

Nội dung luận văn được chia làm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về điều hòa không khí sử dụng inverter

Chương 2: Biến tần(inverter)

Chương 3: Thiết kế biến tần điều khiển tốc độ động cơ

Kết luận và kiến nghị

Thái Nguyên, ngày tháng năm 201

Tác giả luận văn

Dương Văn Hoan

Trang 11

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ SỬ DỤNG

Việt nam có khí hậu nhiệt đới nên nhu cầu ĐHKK tăng cao vào mùa hè làm cho

hệ thống cấp điện thường xuyên bị quá tải dẫn tới mất điện do cắt điện hay sự cố lưới điện xảy ra liên tục Vì vậy, vấn đề tiết kiệm điện trong hệ thống điều hòa không khí ở Việt nam không chỉ là vấn đề thời sự mà còn có ý nghĩa lớn về kinh tế cũng như xã hội

Trong các công trình dân dụng và thương mại hiện đại lượng tiêu thụ điện của

hệ thống ĐHKK thường chiếm khoảng 50-60% tổng lượng tiêu thụ điện của công trình Bài viết trình bày ứng dụng của các bộ biến tần để tối ưu hóa hoạt động của các

hệ thống ĐHKK theo nhu cầu phụ tải thực nhằm tiết giảm điện năng tiêu thụ

Hệ thống điều hòa không khí là một tập hợp các máy móc, thiết bị, dụng cụ…để tiến hành các quá trình xử lý không khí như sưởi ấm, làm lạnh, khử âm, gia ẩm… điều chỉnh khống chế và duy trì các thông số khí hậu trong nhà như nhiệt độ, độ

ẩm, độ sạch, khí tươi, sự tuần hoàn phân phối không khí nhằm đáp ứng nhu cầu tiện nghi và công nghệ

Trang 12

1.1.2 Phân loại

Phân loại hệ thống điều hòa là rất phức tạp vì chúng đa dạng và phong phú, đáp ứng nhiều ứng dụng cụ thể của hầu hết các ngành kinh tế Tuy nhiên, có thể phân loại điều hòa không khí theo các đặc điểm sau đây:

- Theo mục đích ứng dụng có thể phân ra điều hòa tiện nghi và điều hòa công nghệ

- Theo tính chất quan trọng phân ra điều hòa cấp 1, cấp 2 và cấp3

- Theo tính tập trung phân ra hệ điều hòa cục bộ, hệ điều hòa tổng hợp gọn (với các cụm máy gọn) và hệ thống trung tâm nước

- Theo cách làm lạnh không khí phân ra hệ thống làm lạnh trực tiếp (làm lạnh trực tiếp không khí bằng dàn bay hơi) hoặc gián tiếp (qua nước lạnh với dàn FCU và dàn AHU) Loại gián tiếp có thể phân ra loại khô và loại ướt

Loại khô là loại có dàn ống xoắn trao đổi nhiệt có cánh, nước lạnh đi trong ống còn không khí đi ngoài ống Loại ướt hay còn gọi dàn phun là loại buồng điều không khí có dàn phun trực tiếp nước lạnh vào không khí cần làm lạnh

Loại khô còn gọi là hệ thống kín và loại ướt gọi là hệ thống hở

- Theo cách phân phối không khí có thể phân ra hệ cục bộ hoặc trung tâm Kiểu cục bộ là xử lý không khí có tính chất cục bộ cho từng không gian điều hòa riêng lẻ, còn kiểu trung tâm là không khí được xử lý tại một trung tâm và phân phối đến các không gian điều hòa bằng quạt ống gió

- Theo năng suất lạnh có thể phân ra loại nhỏ (tới hai tấn lạnh hay 24.000Btu/h hoặc 7 kW), loại trung bình từ 3 đến 4 tấn lạnh và loại lớn từ 100 tấn lạnh trở lên

- Theo chức năng có loại một chiều hoặc hai chiều Máy điều hòa một chiều là loại chỉ có một chức năng làm lạnh Máy điều hòa hai chiều là loại bơm nhiệt có khả năng làm lạnh vào mùa hè và sưởi ấm vào mùa đông

- Căn cứ kết cấu của máy chia máy điều hòa một cụm, hai cụm và nhiều cụm

Trang 13

- Theo cách bố trí dàn lạnh chia ra loại cửa sổ, treo tường, treo trần, giấu trần…loại một cửa hoặc nhiều cửa thổi, tủ tường, hộp tường, kiểu tủ hành lang…

- Theo cách làm mát thiết bị bình ngưng tụ chia ra loại giải nhiệt gió hoặc giải nhiệt nước hoặc kết hợp gió nước

- Theo chu trình lạnh có thể phân ra máy lạnh nén hơi, hấp thụ, ejectơ, hoặc nén khí

- Theo môi chất lạnh của máy nén hơi chia ra máy lạnh dùng amoniắc, freôn R22, 134a, 404A, B, 507, 123 hoặc nước…

- Theo kiểu máy nén chia ra máy nén pittông, trục vít, rôto, xoắn ống hoặc tua bin

- Theo cách bố trí hệ thống ống dẫn nước lạnh của hệ thống trung tâm nước chia

- Theo cách điều chỉnh năng suất lạnh bằng đóng ngắt máy nén hoặc điều chỉnh

vô cấp tốc độ qua máy biến tần chia hệ thống lưu lượng môi chất không đổi hoặc hệ thống lưu lượng môi chất thay đổi (VRV- Variable Refrigerant Volume) VRV là kiểu máy điều hòa đặc biệt của Daikin điều chỉnh năng suất lạnh bằng máy biến tần, một cụm dàn nóng kết nối được tới tám hoặc mười sáu dàn lạnh

- Theo áp suất gió trong ống có loại gió tốc độ cao và loại gió tốc độ thấp

- Theo tốc độ gió loại gió tốc độ cao loại gió tốc độ thấp

Trang 14

1.1.3.1 Sơ đồ :

: Máy nén -1; Dàn ngưng tụ - 2; Bình chứa cao áp - 3; Phím lọc -3 ; Van tiết lưu - 5; Dàn bay hơi - 6

và hơi ẩm trong môi chất Sau đó môi chất đi qua van điện từ Môi chất lỏng tiếp tục đi qua kính xem lỏng, qua van tiết lưu Nhờ van tiết lưu mà hơi lỏng được hạ nhiệt độ và

áp suất P0 trong dàn bay hơi Tại dàn bay hơi, môi chất lạnh thực hiện quá trình trao đổi nhiệt trực tiếp với môi trường cần làm lạnh hoặc với chất tải lạnh Sau đó hơi môi

Trang 15

chất tiếp tục đi vào bình tách lỏng, còn hơi thì được máy nén hút về kết thúc một quá trình và chu trình được lặp lại

1.1.3.3 Các thiết bị trong hệ thống

Một hệ thống điều hòa bao gồm các thiết bị :

Máy nén lạnh, hệ thống đường ống, môi chất lạnh, thiết bị trao đổi nhiệt (thiết bị ngưng tụ, bay hơi), thiết bị phụ (bình chứa dầu, bình tách dầu, bình chứa cao áp, hạ áp, bình tách lỏng, các phím lọc, phím sấy, các thiết bị xả khí, bơm, quạt, các thiết bị van các loại)

 Thiết bị ngưng tụ là thiết bị trao đổi nhiệt để biến hơi môi chất lạnh áp suất cao và nhiệt độ cao sau quá trình nén thành dạng lỏng Dựa vào môi trường làm mát chia thiết bị ngưng tụ thành các nhóm: Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước, bằng không khí, vừa bằng nước và bằng không khí…

 Thiết bị bay hơi là thiết bị thu nhiệt từ môi trường làm lạnh tuần hoàn giữa thiết bị bay hơi và đối tượng làm lạnh để nhận nhiệt và làm lạnh đối tượng Dựa vào tính chất của môi trường làm lạnh người phân thành: Thiết bị bay hơi để làm lạnh chất tải lạnh như: nước, nước muối hay những chất lỏng khác hoặc thiết bị hơi để làm lạnh không khí

 Bình tách dầu dùng để tách dầu ra khỏi môi chất lạnh, để dầu khỏi đi vào dàn ngưng tụ, dàn bay hơi Bình tách dầu được lắp đặt sau máy nén trước dàn bay hơi

 Bình tách lỏng có nhiệm vụ đảm bảo hơi hút về máy nén ở trạng thái hơi bão hòa khô tránh được ngập thủy cho máy nén

 Bình chứa cao áp được bố trí ngay sau dàn ngưng tụ dùng để chứa lỏng môi chất ở áp suất cao, giải phòng bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ, duy trì

sự cấp lỏng liên tục cho van tiết lưu

 Phím sấy và phím lọc có nhiệm vụ lọc các cặn bản lọt và hệ thống lạnh, đảm bảo an toàn hoạt động tin cậy cho hệ thống được lắp trước dàn bay hơi

Trang 16

 Môi chất lạnh là tác nhân chính làm lạnh thu nhiệt môi trường có nhiệt độ thấp và thải nhiệt môi trường có nhiệt độ cao Môi chất lạnh có nhiệt độ thấp thường mấy chục âm độ ví dụ như R12, R22, R134a…

 Máy nén lạnh là bộ phận quan trọng nhất trong hệ thống lạnh Máy lạnh có nhiệm vụ:

- Liên tục hút hơi sinh ra ở thiết bị bay hơi

- Duy trì áp suất P0 và nhiệt độ t0 cần thiết

- Nén hơi nên áp suất cao tương ứng với môi trường làm mát để đẩy vào thiết bị ngưng tụ

- Đưa lỏng qua thiết bị tiết lưu tới thiết bị bay hơi, thực hiện vòng tuần hoàn kín của môi chất lạnh trong hệ thống gắn liền với việc thu nhiệt ở môi trường lạnh và thải nhiệt ở môi trường nóng Máy nén quan trọng một mặt do chức năng của nó trong hệ thống, mặt khác do gồm nhiều bộ phận chuyển động phức tạp nên chất lượng, độ tin cậy và năng suất lạnh của hệ thống phụ thuộc chủ yếu vào chất lượng độ tin cậy, năng suất lạnh của máy nén

Trong kỹ thuật lạnh người ta sử dụng hầu như tất cả các loại máy nén với các nguyên lý làm việc khác nhau, nhưng những loại máy nén được sử dụng nhất là máy nén pittông, trục vít, rôto làm việc theo nguyên lý nén thể tích và máy nén tuabin, máy nén ejectơ làm việc theo nguyên lý động học Một máy nén có 3 thông số cơ bản sau : + Tỉ số nén ( ) là tỉ số giữa áp khí ra và áp suất khí vào của máy nén

+ Năng suất của máy nén (Q): là khối lượng (kg/s) hay thể tích (m3/h) khí mà máy nén cung cấp trong một đơn vị thời gian

Trang 17

+ Công suất của máy nén (N): là công suất tiêu hao để nén và truyền khí Ngoài

ra máy nén còn có các thông số về hiệu suất máy nén, về khí nén (nhiệt độ, áp suất khí vào ra, lí tính và hoá tính của khí với các thông số khí đặc trưng)

1.2.2 Phân loại máy nén khí

Ứng dụng của máy nén khí được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau như:ngành khai thác khoáng sản,các ngành công nghiệp nặng, ngành y tế Cho đến ngày nay máy nén khí được phổ biến khá rộng rãi không những trong sản xuất mà còn được sử dụng trong sinh hoạt hàng ngày bởi tiện ích thiết thực mà nó mang lại trong hoạt động hàng ngày của chúng ta

Tùy vào mục đích sử dụng và công suất,tính năng của từng loại máy nén khí,mà

nó được chia ra thành một số tên gọi với thiết kế, cho từng mục đích sử dụng khác nhau Tuy nhiên, máy nén khí hiện có mặt trên thị trường gồm có một số chủng loại như sau:

Trang 18

1.2.2.1 Máy nén khí trục vít ( Screw air compressor )

1.2.2.2 Máy nén khí Pittong(Piston air compressor)

1.2.2.3 Máy nén khí đối lưu

1.2.2.4 Máy nén khí ly tâm

1.2.2.5 Máy nén khí dòng hỗn hợp

1.2.2.6 Máy nén khí dạng cuộn (Scroll air compressor)

1.2.3 Máy nén khí điều hoà không khí

Máy nén điều hòa không khí thường hay sử dụng là máy nén pít tông và máy nén rô to

Máy nén pít tông có cấu tạo và nguyên lý làm việc tương tư như máy nén của

tủ lạnh nhưng do công suất làm việc lớn nên hình dạng và kích thước lớn loại này thường được để sử dụng những máy điều hòa không khí có công suất lớn

Máy nén rô to thường thì được sử dụng nhiều ở máy điều hòa không khí có công suất nhỏ bên ngoài thường có hai đường ống hút và đẩy, ống hút của máy điều hòa thường được hay gọi là bình tách lỏng của máy điều hòa không khí và thường được bố trí kèm bên hông máy nén Ưu điểm của loại máy nén này tiết kiệm được không gian hình thức nhỏ gọn nhưng ngược lại độ ồn cao

Khi động cơ máy nén hoạt động quay trong trục lệch tâm , đồng tâm quay khéo bít tông luôn luôn sát lên bề mặt của xi lanh tấm chắn chia không gian bán nguyệt bằng hai khoảng , khoảng hút và khoảng đẩy , lúc này hơi môi chất đi trực tiếp từ bên ngoài vào bên trong khoang xi lanh và được pít tông lăn và nén đẩy ra ngoài lá vân đẩy

Trang 19

1.3 TIỀM NĂNG VÀ HIỆU QUẢ TIẾT KIỆM ĐIỆN CỦA

SỬ DỤNG INVERTER 1.3.1 Tiềm năng tiết kiệm điện trong máy điều hòa không khí

Tổng quát, hệ thống ĐHKK đều có máy nén, bơm và quạt Máy nén, bơm và quạt

chủ yếu được thiết kế và lắp ráp với động cơ không đồng bộ Tốc độ của động cơ không đồng bộ quyết định đặc tính làm việc của bơm quạt và máy nén trong hệ thống

và thiết bị ĐHKK Đặc tính làm việc của hệ thống và thiết bị ĐHKK được điều khiển qua việc điều khiển tốc độ các động cơ bơm, quạt và máy nén

Các hệ thống và thiết bị ĐHKK thường được thiết kế để có thể hoạt động khi điều kiện môi trường bên ngoài là khó khăn nhất với suất phụ tải lớn nhất nên phần lớn thời gian các hệ thống ĐHKK làm trong ở điều kiện vận hành non tải Do vậy nếu các bơm, quạt hay máy nén không được điều chỉnh thích hợp thì hệ thống và thiết bị ĐHKK sẽ không hoạt động ở điểm làm việc tối ưu và hiệu suất làm việc của hệ thống

và thiết bị ĐHKK sẽ không cao dẫn tới hao phí điện

Tốc độ động cơ không đồng bộ tỉ lệ với tần số của nguồn cấp.Vì vậy, để điều chỉnh tốc độ động cơ dễ dàng và thuận tiện nhất là điều chỉnh tần số nguồn cấp qua các

Trang 20

1.3.2 Máy điều hòa không khí sử dụng Inverter

Điều hòa không khí là một trong những thiết bị tiêu thụ điện lớn nhất đối với các cơ sở dịch vụ, thương mại Tiêu thụ điện của hệ thống máy lạnh tại các cơ sở thương mại thường chiếm tỷ lệ lớn, có thể lên đến 80% tổng lượng điện tiêu thụ Tỷ lệ này còn có thể cao hơn nữa tại các tòa nhà thương mại lớn, trung tâm mua bán, văn phòng, bệnh viện…

Xét về mặt kỹ thuật, công suất làm lạnh thật sự của máy đìều hòa không khí thông thường chỉ sử dụng năng lượng ở một mức, nghĩa là năng lượng làm lạnh ở một trong hai trạng thái: ngưng - phát Cụ thể, khi đặt công suất 60% máy điều hòa không khí sẽ phát trong 60% thời gian và ngưng phát trong khoảng thời gian còn lại

Việc cung cấp năng lượng ngắt quãng như thế sẽ làm cho điện năng cung cấp cũng bị ngắt quãng Chính điều này đã tạo ra hiện tượng hao phí điện Và đây cũng chính là hạn chế khá lớn của không ít máy điều hòa không khí hiện nay

Để giải quyết nhược điểm này, công nghệ biến tần Inverter ra đời đã tạo ra bước đột phá trong việc đưa hao phí năng lượng đến mức thất nhấp Công nghệ biến tần Inverter thay thế bộ biến áp và tụ điện thông thường bằng mạch biến tần phát công suất làm lạnh ở các mức năng lượng thấp, trung bình và cao với nhiều ưu điểm

Tiết kiệm năng lượng tối đa với việc cung cấp mức phát đều đặn liên tục ngay

cả khi chọn mức Medium hoặc Low Đây là điểm khác biệt lớn so với mọi máy điều hòa không khí thông thường, chỉ có thể tạo hiệu suất liên tục khi chọn chế độ phát ở mức High, còn các chế độ khác chỉ thực hiện được bằng cách ngắt quãng

Kết quả là điều hòa không khí Inverter tiết kiệm năng lượng và tăng hiệu suất Khi sử dụng loại máy này trung bình 8 giờ/ngày, số tiền điện phải trả hằng tháng là khoảng 160.000 đồng Mắt thông minh giúp tự động điều chỉnh nhiệt độ 20oC khi có người ra vào phòng để giảm tiêu hao điện đến 20%

Ngoài ra, với công nghệ này, không khí lạnh sẽ truyền nhẹ nhàng sâu vào bên trong phòng, tránh tình trạng không khí lạnh tập trung cục bộ tại khu vực gần dàn lạnh, cho phép nâng cao hiệu suất điện năng

Trang 21

1.3.3 Hiệu quả của biến tần trong các hệ thống ĐHKK làm lạnh trực tiếp

Các hãng sản suất thiết bị điện gia dụng hiện nay đều nỗ lực sản xuất các sản

phẩn “green” hay “eco” thân thiện môi trường với tiêu trí tiết kiệm điện Việc ứng

dụng biến tần cho các máy điều hòa không khí đã đem lại hiệu quả tốt về tiết kiệm điện Hiệu quả này được đánh giá qua chỉ số hiệu quả máy lạnh COP (Coefficience of performance) của cùng một dòng thiết bị có dùng và không dùng biến tần [5] Nếu quy đổi theo lượng điện tiêu thụ thì trong cùng một điều kiện vận hành máy có biến tần sẽ

có thể tiết kiệm được khoảng 10-20% so với máy không có biến tần

1.3.4 Hiệu quả tiết kiệm năng lượng của của biến tần trong các hệ thống ĐHKK làm lạnh gián tiếp

1.3.4.1 Hiệu quả của biến tần đối với Chiller

Hiệu quả của việc áp dụng công nghệ biến tần đối với chiller thường được thể

hiện qua chỉ số IPLV (Integrated Part Load Value) [5] Nếu quy đổi theo lượng điện tiêu thụ thì trong cùng một điều kiện vận hành Chiller dùng biến tần sẽ có thể tiết kiệm được khoảng 10-20% so với Chiller không dùng biến tần

1.3.4.2 Hiệu quả của biến tần đối với hệ thống điều hòa trung tâm với Chiller

Hiệu quả của việc sử dụng biến tần trong tiết kiệm năng lượng hệ thống điều

hòa trung tâm phụ thuộc rất nhiều vào qui mô và thiết kế của hệ thống Với những thiết kế tốt thì lượng điện tiết kiệm có thể đạt cỡ 30% Thậm chí với những thiết kế dôi dư nhiều, lượng điện tiết kiệm có thể lên đến 50-60% Điển hình là hệ thống bơm của hệ thống ĐHKK trung tâm của khách sạn Deawoo Hà nội gồm 5 bơm với tổng công suất 236kW Trước khi lắp đặt biến tần thì lượng điện tiêu thụ hàng tháng trung bình là 80200kWh Sau khi lắp đặt biến tần của Danfoss thì con số này giảm còn 31300kWh tiết kiệm được khoảng 60% lượng điện tiêu thụ

Trang 22

1

Chương 1 trình bày những nét tổng quan về hệ thống điều hòa không khí; cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy điều hòa không khí; tìm hiểu máy nén khí và việc điều khiển chúng trong máy điều hòa không khí; Phân tích tiềm năng và hiệu quả tiết

kiệm điện của máy điều hòa không khí sử dụng Inverter

Trang 23

2 1: Sơ đồ khối tổng quát của biến tần

Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha (hoặc một pha) ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ và tần số vô cấp tuỳ theo bộ điều khiển Theo lý thuyết, giữa tần số và điện

Điện áp xoay chiều 3 pha có thể điều chỉnh đƣợc tần số và điện áp

Trang 24

áp có một quy luật nhất định tuỳ theo chế độ điều khiển Đối với tải có mô men không đổi, tỉ số điện áp - tần số là không đổi Tuy vậy với tải bơm và quạt, quy luật này lại là hàm bậc 4 Điện áp là hàm bậc 4 của tần số Điều này tạo ra đặc tính mô men là hàm bậc hai của tốc độ phù hợp với yêu cầu của tải bơm/quạt do bản thân mô men cũng lại

là hàm bậc hai của điện áp

Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất được chế tạo theo công nghệ hiện đại Nhờ vậy, năng lượng tiêu thụ xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu bởi hệ thống

Ngoài ra, biến tần ngày nay đã tích hợp rất nhiều kiểu điều khiển khác nhau phù hợp hầu hết các loại phụ tải khác nhau Ngày nay biến tần có tích hợp cả bộ PID và thích hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau, rất phù hợp cho việc điều khiển và giám sát trong hệ thống SCADA

Biến tần mới được sản xuất, thương mại và ứng dụng rộng rãi trong khoảng 15 năm gần đây chủ yếu là chủ yếu là do tiến bộ trong lĩnh vực bán dẫn công suất với thế

hệ thứ 2 và thứ 3 của IGBT (insulated gate bipolar transistor) Thế hệ thứ 2 và thứ 3 của IGBT vượt trội hơn hẳn thế hệ thứ nhất được ra đời vào những năm 1980 và đầu thập kỷ 1990 về tốc độ chuyển mạch và khả năng chịu đựng quá tải [5], [6]

2.1.2 biến tần

Biến tần được phân họ dựa trên nguyên lý chuyển đổi công suất điện vào với tần

số lưới thành công suất điện ra với tần số phù hợp theo yêu cầu cấp cho tải Ta có hai

họ biến tần sau :

- Biến tần gián tiếp: Điện lưới xoay chiều được chuyển thành điện một chiều qua phần chỉnh lưu trên thanh cái một chiều sau đó điện một chiều này lại được chuyển thành điện xoay chiều cấp cho tải qua nghịch lưu

- Biến tần trực tiếp: Điện lưới xoay chiều được trực tiếp biến đổi thành điện xoay chiều tần số khác để cấp cho tải (không cần qua khâu trung gian là điện một chiều)

Trang 25

2.1.2.1 Biến tần gián tiếp: Gồm 2 loại:

a) Biến tần nguồn áp (VSI)

- Biến tần nguồn áp điều chế độ rộng xung (VS-PWM-I): Điện áp trên thanh cái một chiều là không đổi, điện áp xoay chiều đầu ra được thay đổi bằng cách thay đổi thời gian đóng/ cắt các khóa chuyển mạch ở bộ nghịch lưu

- Biến tần nguồn áp điều chế biên độ (CS-PWM-I): Thời gian đóng cắt của các khóa chuyển mạch của bộ nghịch lưu là không đổi, điện áp xoay chiều đầu ra được thay đổi bằng cách thay đổi điện áp trên thanh cái một chiều thông qua việc thay đổi thời gian đóng cắt của các khóa chuyển mạch trong phần chỉnh lưu Sơ đồ mạch của biến tần nguồn áp điều chế độ rộng xung được chỉ ra trên hình 2.2

ra của biến tần không phụ thuộc vào biến tần mà phụ thuộc vào tải

Trang 26

2.1.2.2 Biến tần trực tiếp: Gồm hai loại sau:

- Biến tần Cyclo: Dùng các bộ chuyển mạch hai chiều được làm từ các

thyristor điều khiển đóng mở theo góc pha và hoán đổi giữa các pha của nguồn để tạo

ra điện áp xoay chiều tần số thấp cấp cho mỗi pha của tải

- Biến tần ma trận: Dùng các chuyển mạch hai chiều tần số đóng cắt cao bằng

IGBT để tạo nên ma trận chuyển mạch giữa ba pha vào của nguồn vào ba pha ra cấp cho tải Tần số và điện áp ra cấp cho tải được điều khiển qua trạng thái đóng cắt của

các khóa chuyển mạch trong ma trận chuyển mạch

2.1.3 Ứng dụng của biến tần

Ngày nay bộ biến tần không còn là một thứ xa xỉ tốn kém chỉ dành cho những người có tiền, những tiện ích mà bộ biến tần mang lại cho bạn nhiều hơn rất nhiều so với chi phí bạn phải trả, nên bạn đừng ngần ngại đầu tư mua biến tần cho các hệ truyền động của bạn có thể ứng dụng được biến tần Biến tần là một thiết bị tự động hóa, là một thiết bị điều khiển vô cấp tốc độ động cơ không tiếp điểm hiện đại nhất trên thế giới, mang trong mình những tiện ích vượt trội mà bất cứ người sử dụng nào cũng cảm thấy hài lòng Đó là bộ biến tần bán dẫn, một phương tiện kết nối cả thế giới truyền động, đã và đang làm thay đổi cả một kiểu tư duy trong điều khiển truyền động điện và quản lý điện năng

Lĩnh vực có thể sử dụng biến tần để tiết kiệm điện năng là các hệ thống có mômen tải thay đổi theo tốc độ mà bơm và quạt ly tâm là những ứng dụng điển hình Quan hệ giữa tải và vận tốc tuân theo luật đồng dạng: lưu lượng tỉ lệ bậc nhất, áp suất

tỉ lệ bình phương, công suất tỉ lệ lập phương với vận tốc

Điểm đặc biệt nhất của hệ truyền động biến tần - động cơ là có thể điều chỉnh

vô cấp tốc độ động cơ Tức là thông qua việc điều chỉnh tần số và có thể điều chỉnh tốc

độ động cơ thay đổi theo ý muốn trong một dải rộng

Trang 27

Sử dụng biến tần cho phép ta cài đặt rất nhiều các tính năng thông minh, linh hoạt như là tự động nhận dạng động cơ; tính năng điều khiển thông qua mạng; có thể thiết lập được 16 cấp tốc độ; khống chế dòng khởi động động cơ giúp quá trình khởi động êm ái (mềm) nâng cao độ bền kết cấu cơ khí; giảm thiểu chi phí lắp đặt, bảo trì; tiết kiệm không gian lắp đặt; các chế độ tiết kiệm năng lượng,…Cho phép ta làm chủ, khống chế được năng lượng quá trình truyền động thông qua các chế độ bảo vệ quá tải, quá nhiệt, quá dòng, quá áp, thấp áp, lỗi mất pha, lệch pha,… của biến tần Đặc biệt, với những bộ biến tần có chế độ điều khiển “Sensorless Vector SLV” hoặc

“Vector Control With Encoder Feedback”, ta sẽ được hưởng nhiều tính năng cao cấp hơn hẳn, chúng sẽ cho bạn một dải điều chỉnh tốc độ rất rộng và mômen khởi động lớn, bằng 200% định mức hoặc lớn hơn; sự biến động vòng quay tại tốc độ thấp được giảm triệt để, giúp nâng cao sự ổn định và độ chính xác của quá trình làm việc; mômen làm việc lớn, đạt 150% mômen định mức ngay cả ở vùng tốc độ 0

2.1.4 Các tính năng tích hợp hệ thống cơ điện

a) Tính năng chuyên dụng cho bơm

Biến tần được thiết kế với cách tính năng cho bơm với sự hỗ trợ và phối hợp

của các nhà sản xuất bơm và tư vấn lắp đặt cơ điện trên toàn thế giới Các tính năng chính chuyên cho bơm là:

- Điều khiển tổ hợp bơm: Quản lý sắp xếp vận hành sau cho các bơm trong tổ hợp có tổng số giờ vận hành như nhau nhằm hạn chế hao mòn và bảo đảm điều kiện vận hành và bảo dưỡng cho tất cả các bơm trong tổ hợp

- Chạy chờ: Biến tần tự động phát hiện tình trạng dòng chảy thấp hay không có dòng chảy Khi đó biến tần sẽ điều khiển bơm để tăng ăp lực của hệ thống rồi ngừng bơm để tiết kiệm năng lượng Biến tần sẽ tự động chạy bơm khi áp lực hệ thống giảm dưới mức đặt

Trang 28

- Bảo vệ chạy khô và điểm cuối đường đặc tính: Khi bơm chạy mà áp suất hệ thống không đạt thì có nghĩa là giếng hết nước hay đường ống bị rò hoặc vỡ Lúc này biến tần sẽ báo, dừng bơm hay thực hiện một chức năng được lập trình trước

- Tự động chỉnh định thông số cho bộ điều khiển PI: Biến tần sẽ tự động đặt giá trị cho hệ số tỉ lệ (P) và hệ số tích phân (I) của bộ điều khiển khi biến tần được tích hợp vào vòng điều khiển kín (theo áp suất hay lưu lượng đặt) sao cho đáp ứng của hệ nhanh và ổn định

b) Tính năng chuyên dụng cho quạt

Các tính năng cho quạt giúp cho các ứng dụng quạt thông minh hơn tiết kiệm

năng lượng hơn và thân thiện hơn với người dùng Các chức năng chính chuyên cho quạt là:

- Chuyển đổi tốc độ- lưu lượng: Biến tần có khả năng qui đổi tốc độ- lưu lượng

và hệ thống có thể chạy theo lưu lượng đặt hay mức chênh lưu lượng đặt Tính năng tiết kiệm năng điện nhưng vẫn đảm bảo được tính tiện nghi và tiết kiệm chi phí đầu tư

do không phải dùng cảm biến lưu lượng

- Chức năng AHU thông minh: Biến tần thực hiện điều khiển logic dựa trên các tín hiệu đầu vào từ các cảm biến theo thời gian thực và theo lịch với các chức năng: + Chế độ hoạt động theo ngày trong tuần

+ Điều khiển tầng P-PI cho nhiệt độ

+ Điều khiển đa vùng

+ Cân bằng lưu lượng giữa khí tươi và khí thải

- Chế độ khi có cháy: Tính năng không cho phép biến tần ngừng hoạt động trong những điều kiện làm việc mà biến tần phải dừng hoạt động để tự bảo vệ Khi có cháy biến tần sẽ tiếp tục hoạt động điều khiển quạt đảm bảo chức năng thông gió khi có cháy bất kể mọi loại tín hiệu điều khiển, liên động, hay cảnh báo

Trang 29

+ Kết nối BMS: Khi kết nối hệ thống thì các đầu vào ra của biến tần sẽ trở thành các đầu vào ra của BMS

+ Giám sát cộng hưởng tần số: Biến tần có khả năng tự động điều khiển quạt hoạt động ngoài dải tần số cộng hưởng của hệ thống thông gió

+ Tăng áp cầu thang: Khi có cháy biến tần hoạt động đảm bảo áp lực cầu thang cao hơn áp lực ở các phần khác của công trình và lối thoát hiểm khi có cháy sẽ không

bị khói xâm nhập

+ Tiết kiệm chi phí đầu tư cho AHU: Biến tần được tích hợp bộ điều khiển logic Smart Logic Controller và 4 bộ điều khiển PID tự chỉnh định thông số để điều khiển dòng khí với quạt, van nước và van gió

c) Tính năng chuyên dụng cho máy nén

Biến tần được thiết kế để điều khiển các máy nén một cách thông minh và linh

hoạt nhằm tối ưu hóa khả năng làm lạnh với áp suất và nhiệt độ đặt cho máy làm lạnh nước và các ứng dụng khác của máy nén trong HVAC Các tính năng chính chuyên cho máy nén gồm:

- Thay thế tổ hợp máy bằng một máy nén: Biến tần điều khiển tất các các máy nén ở những dải tốc độ được tối ưu đảm bảo điều chỉnh linh hoạt chế độ vận hành tối

ưu của máy nén theo nhu cầu phụ tải Vì vậy mà một máy nén lớn có thể được dùng thay cho tổ hợp của 2 hay 3 máy nén có công suất nhỏ hơn Ta cũng có thể dùng tính năng điều khiển tổ hợp để điều chỉnh tốc độ của một máy nén và điều khiển chạy/dừng của hai máy nén khác theo nhu cầu phụ tải

- Đặt chế độ vận hành theo nhiệt độ: Biến tần tính nhiệt độ của môi chất làm lạnh dựa trên áp suất đo và điều chỉnh hoạt động của máy nén qua bộ điều khiển PID được tích hợp sẵn Nhiệt độ cũng có thể được đặt để điều chỉnh chế độ vận hành cho máy nén giống như áp suất

Trang 30

- Giảm số lần khởi động và dừng máy: Đặt số lần chạy/dừng tối đa trong một khoảng thời gian cho phép kéo dài tuổi thọ của máy

- Khởi động nhanh: Biến tần có khả năng mở van bypass để máy nén có thể khởi động không tải Biến tần có khả năng cấp momen khởi động lớn trong thời gian ngắn (110% momen định mức trong 60s)

2.2 CÁC KHỐI CHỨC NĂNG CHÍNH CỦA BIẾN TẦN

2.2.1 Khối chỉnh lưu

Một mạch chỉnh lưu là một mạch điện bao gồm các linh kiện điện - điện tử, dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều Mạch chỉnh lưu có thể được sử dụng trong các bộ nguồn cung cấp dòng điện một chiều, hoặc trong các mạch tách sóng tín hiệu vô tuyến điện trong các thiết bị vô tuyến Phần tử tích cực trong mạch chỉnh lưu có thể là các điốt bán dẫn, các đèn chỉnh lưu thủy ngân hoặc các linh kiện khác

Khi chỉ dùng một điốt đơn lẻ để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều, bằng cách khóa không cho phần dương hoặc phần âm của dạng sóng đi qua mạch điện, thì mạch chỉnh lưu được gọi là chỉnh lưu nửa chu kỳ hay chỉnh lưu nửa sóng Trong các bộ nguồn mọt chiều người ta hay sử dụng các mạch chỉnh lưu nhiều điốt (2 hoặc 4 điốt) với các cách sắp xếp khác nhau để có thể biến đổi từ xoay chiều thành một chiều bằng phẳng hơn trường hợp sử dụng một điốt riêng lẻ Trước khi các điốt bán dẫn phát triển, người ta còn dùng các mạch chỉnh lưu sử dụng đèn điện từ chân không, đèn chỉnh lưu thủy ngân, các dãy bán dẫn đa tinh thể seleni

2.2.1.1 Mạch chỉnh lưu nửa sóng

Một mạch chỉnh lưu nửa sóng chỉ một trong nửa chu kỳ dương hoặc âm có thể dễ dàng đi ngang qua điốt, trong khi nửa kia sẽ bị khóa, tùy thuộc vào chiều lắp đặt của điốt Vì chỉ có một nửa chu kỳ được chỉnh lưu, nên mạch chỉnh lưu nửa sóng có hiệu

Trang 31

suất truyền công suất rất thấp Mạch hỉnh lưu nửa sóng có thể lắp bằng chỉ một điode bán dẫn trong các mạch nguồn một pha

2 3: Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ

2.2.1.2 chỉnh lưu hai nửa chu kỳ

Mạch chỉnh lưu toàn sóng biến đổi cả hai thành phần cực tính của dạng sóng đầu vào thành một chiều Do đó nó có hiệu suất cao hơn Tuy nhiên trong mạch điện không

có điểm giữa của biến áp người ta sẽ cần đến 4 điode thay vì một như trong mạch chỉnh lưu nửa sóng Điều này có nghĩa là đầu cực của điện áp ra sẽ cần đến 2 điode để chỉnh lưu, thí dụ như 1 cho trường hợp điểm X dương, và 1 cho trường hợp điểm X

âm Đầu ra còn lại cũng cần chính xác như thế, kết quả là phải cần đến 4 điode Các điode dùng cho kiểu nối này gọi là cầu chỉnh lưu được thể hiện ở hình số 2.4

2 4: Chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ dưng cầu chỉnh lưu

Đối với nguồn xoay chiều một pha, nếu dùng biến áp có điểm giữa, chỉ cần 2

điốt nối đâu lưng với nhau (nghĩa là anode-với-anode hoặc cathode-với-cathode)có thể thành một mạch chỉnh lưu toàn sóng được thể hiện hình 2.5

Trang 32

2 5: Chỉnh lưu 2 nửa chu ky dùng biến áp có điểm giữa

2.2.2 Khối nghịch lưu

2.2.2.1 Tổng quan về nghịch luu

Nghịch lưu là quá trình biến đổi năng lượng một chiều thành năng lượng xoay chiều với điện áp và tần số ngõ ra có thể thay đổi cung cấp cho tải soay chiều

Phân loại: Các sơ đồ nghịch lưu được chia làm hai loại

- Sơ đồ nghịch lưu làm việc ở chế độ phụ thuộc vào lưới xoay chiều

- Sơ đồ nghịch lưu làm việc ở chế độ độc lập (với các nguồn độc lập như ác quy, máy phát một chiều )

2.2.2.2 Nghịch lưu phụ thuộc

Nghịch lưu phụ thuộc có sơ đồ nguyên lý giống như chỉnh lưu có điều khiển Mạch nghịch lưu phụ thuộc là mạch chỉnh lưu trong đó có nguồn một chiều được đổi dấu so với chỉnh lưu và góc mở của các tiristo thoả mãn điều kiện ( /2 < < ) lúc

đó công xuất của máy phát điện một chiều trả về lưới xoay Tần số và điện áp nghịch lưu này phụ thuộc vào tần số điện áp lưới xoay chiều

Sơ đồ nghịch lưu lập được chia là ba loại cơ bản:

- Nghịch lưu song song và nối tiếp

Trang 33

- Nghich lưu nguồn dòng và nguồn áp

a) Nghịch lưu song song và nối tiếp

Là các dạng nghịch lưu sử dụng SCR cho đóng ngắt, và có sử dụng tụ điện ở

mạch tải để đảm bảo chuyển mạch Trong mạch điện gồm R tải, tự cảm L và điện dung

C tại thành mạch cộng hưởng LCR, làm cho dòng qua SCR giảm về 0 và SCR tự tắt

2 6: Nghịch lưu song song

2 7: Nghịch lưu nối tiếp

+ Nghịch lưu song song (Hình 2.6)

Các SCR1 và SCR4 có cùng dạng xung kích cũng như SCR2 và SCR3 Khi

SCR 1 và SCR4 dẫn điện, tụ điện C được nạp đến điện áp có cực tính như trên hình vẽ

Điện áp này sẽ đặt điện áp âm vào SCR1 và SCR4, làm tắt chúng khi ta kích SCR2 và

SCR3 Tự cảm L ở đầu vào cách ly nguồn và cầu chỉnh lưu, làm cho dòng điện cung

Trang 34

cấp vào cầu chỉnh lưu không thay đổi tức thời, tránh khả năng chập mạch tạm thời qua SCR1 và SCR2 ( hay SCR3 và SCR4 ) khi các SCR chuyển mạch

Do có tự cảm ở giữa bộ nghịch lưu và nguồn nên trị số và điện áp ngõ ra thay đổi theo đặt tính tải Trên hình 2.7b áp ra không còn dạng xung vuông và có thể gần giống hình sin khi tải có tự cảm ( tải RL)

2 8: dạng áp, dòng của nghịch lưu nối tiếp (a) song song (b)

+ Nghich lưu nối tiếp (Hình 2.7)

Mạch điện hình 2.7 là dạng đơn giản nhất của mạch nghịch lưu nối tiếp, có mạch tương đương là LCR nối tiếp khi SCR dẫn điện Ví dụ như khi SCR 1 được kích, dòng qua mạch sẽ về không khi áp trên tụ điệ đạt giá trị cực đại ( có dấu như mạch điện) và SCR sẽ tự tắt Vì thế mạch còn gọi là mạch nghịch lưu chuyển mạch tải Khi SCR2 được kích, tụ điện sẽ phóng qua nó và dòng về không khi áp trên tụ đảo cực tính, chuẩn bị cho chu kỳ kế tiếp Dạng sóng như hình 2.8a

Hai mạch nghịch lưu này được dùng làm mạch nguồn trung hay cao tần Và như vậy ngoài nhiệm vụ tắt ( chuyền mạch) SCR, các tụ điện trong hai mạch nghịch lưu này còn là một phần của tải, góp phần vào việc cải thiện hệ số công suất của mạch

Trang 35

b) Nghịch lưu nguồn dòng và nguồn áp

Áp nguồn một chiều đƣợc đóng cắt thành những xung áp hình vuông có biên độ chính xác đển cung cấp cho tải

Trang 36

2 10: Sơ đồ nguyên lý và mạch tương đương

3.3.1 Nghịch lưu sóng vuông

Là loại biến đổi DC-AC đơn giản nhất Tín hiệu điều khiển khối công suất ở dạng xung vuông Điện áp AC thu được ở đầu ra nhờ việc đảo pha điện áp DC cấp vào biến áp với một tần số nhất định như hình 2.11

2 11: Sơ đồ nguyên lý nghịch lưu sóng vuông

- Ở nửa chu kỳ đầu tín hiệu xung kích ở mức cao Q1 và Q2 dẫn, Q3 và Q4 ngưng dẫn do tín hiệu xung kich đã đi qua IC đảo trở thành mức thấp, dòng điện bên

sơ cấp biến áp đi theo hướng

VDC → W11 → Q1, Q2 → GND Cuận thứ cấp thu được bán kỳ dương của dòng điện với biên độ điện áp tỉ lệ thuận với

hệ số khuếch đại của biến áp

Trang 37

- Ở nửa chu kỳ sau tín hiệu xung kích ở mức thấp Q1 và Q2 ngưng dẫn, Q3 và Q4 dẫn do tín hiệu xung kich đã đi qua IC đảo trở thành mức cao, dòng điện bên sơ cấp biến áp đi theo hướng

VDC → W12 → Q3, Q4 → GND Cuận thứ cấp thu được bán kỳ âm của dòng điện với biên độ điện áp tỉ lệ thuận với hệ

số khuếch đại của biến áp

2 12 Dạng sóng của nghịch lưu sóng vuông so với sóng sin (vi: Phần điện

áp thiếu của sóng vuông so với sóng sin; Ve: Phần điện áp dư thừa của sóng

vuông)

Với việc mất đi phần đỉnh sin Vi Khả năng đáp ứng đối với tải có thành phần cảm kháng của nghich lưu sóng vuông là rất kém Do không đủ công suất và thường gây ra hiện tượng ồn

Ưu Điểm:

Mạch đơn giản, đẽ làm rễ hiểu,có giá trị tương đối rẻ

Nhược điểm:

- Hiệu suất thấp do tổn hao phần năng lượng tạo ra điện áp Ve

- Công suất tảo nhiệt lên các van lớn

Trang 38

- Dạng sóng ra vuông lên chỉ có thể chạy đƣợc tải thuần trở, các thiết bị không yêu cầu khắt khe về nguồn cấp Khi sủ dụng cho các tải cảm thì động cơ chóng

Trang 39

2 14: Dạng sóng của nghịch lưu sóng vuông với bộ lọc LC

3.3.3 Nghịch lưu sử dụng nhiều cấp điện áp một chiều

Một phương pháp cải tiến từ bộ nghịch lưu đơn giản đó là tạo ra ở đầu ra nhiều

cấp điện áp một chiều khác nhau, nhằm tạo lên dạng điện áp ra là rạng sóng kiểu bặc thang Sau đó sử dụng bộ lọc LC biến đương cong bậc thanh đó thành hình gần giống sin Với đầu ra của biến áp càng nhiều cấp điện áp khác nhau thì chất lượng đầu ra của

bộ nghịch lưu càng được cải thiện

Phương pháp này là tổng hợp của 2 phép chuyển đổi DC-DC và DC-AC

Bước đầu ta dùng phép chuyển đổi DC-DC để tạo ra nhiều cấp điện áp một chiều khác nhau, hầu hết phép chuyển đổi này thường dùng biến áp xung Vì dùng biến áp xung sẽ tiết kiệm về mặt kinh tế, nhỏ gọn và làm việc ở tần số cao lên điện áp

ra sau chỉnh lưu rất ổn định Đầu ra của biến áp xung được chỉnh lưu băng điôt xung

và được lọc các xung nhiễu cao tần nhờ các tụ C1 đến C4

Sau đó chuyển đổi DC – AC sử dụng 3 bộ cầu H biến đổi 3 mức điện áp thu được thành điện áp bậc thang ngõ ra Nhờ bộ loc LC mà điện áp ngõ ra đã được mềm hóa đưa về dạng gần giống hình sin

Trang 40

2 15: Chuyển đổi DC-DC

2 16: Chuyển đổi DC-AC

Định dạng
Số trang	84
Dung lượng	3,11 MB

Thiết kế và chế tạo mô hình biến tần (inverter) cho máy điều hòa không khí

2: Sơ đồ nguyên lý biến tần nguồn áp 16

CÁC KHỐI CHỨC NĂNG CHÍNH CỦA BIẾN TẦN 21