DIEN TU CONG SUAT NGHỀ ĐTCN

1 BÀI TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 1.1 Q trình phát triển Điện tử cơng suất xếp vào phạm vi môn thuộc kỹ thuật lượng ngành kỹ thuật điện nói chung Tuy nhiên việc nghiên cứu không dừng lại phần cơng suất mà cịn ứng dụng lĩnh vực điều khiển khác Kể từ hiệu ứng nắn điện miền tiếp xúc PN công bố Shockley vào năm 1949 ứng dụng chất bán dẫn ngày sâu vào lĩnh vực chuyên môn ngành kỹ thuật điện từ phát triển thành ngành điện tử cơng suất chuyên nghiên cứu khả ứng dụng chất bán dẫn lĩnh vực lượng Với thành cơng việc truyền tải dịng điện pha vào năm 1891, dòng điện chiều thay dòng điện xoay chiều việc sản xuất điện năng, để cung cấp cho tải chiều cần thiết phải biến đổi từ dòng điện xoay chiều thành chiều, yêu cầu thực hệ thống máy phát - động hình 1.1 Hiện phương pháp cịn áp dụng kỹ thuật hàn điện Hình 1.1 Nguyên lý hệ biến đổi quay Thay cho hệ thống máy điện quay nói việc ứng dụng đèn thủy ngân để nắn điện kéo dài vòng 50 năm sau chấm dứt đời thyristor Điện tử công suất nghiên cứu phương pháp biến đổi dòng điện yêu cầu đóng/ngắt điều khiển, chủ yếu kỹ thuật đóng/ngắt mạch điện chiều xoay chiều, điều khiển dòng chiều, xoay chiều, hệ thống chỉnh lưu, nghịch lưu nhằm biến đổi điện áp tần số nguồn lượng ban đầu sang giá trị khác theo yêu cầu (hình 1.2) Ưu điểm mạch biến đổi điện tử so với phương pháp biến đổi khác liệt kê sau: Hình 1.2 Dịng lượng hệ biến đổi tinh Q: Nguồn ; V: Tải • Hiệu suất làm việc cao  Kích thước nhỏ gọn  Có tính kinh tế cao  Vận hành bảo trì dễ dàng  Khơng bị ảnh hưởng khí hậu, độ ẩm nhờ linh kiện bọc vỏ kín  Làm việc ổn định với biến động điện áp nguồn cung cấp  Dễ dự phòng, thay  Tuổi thọ cao  Khơng có phần tử chuyển động điều kiện tỏa nhiệt tự nhiên, làm mát quạt gió để kéo dài tuổi thọ  Đáp ứng giá trị điện áp dòng điện theo yêu cầu cách ráp song song nối tiếp thyristor lại với  Chịu chấn động cao, thích hợp cho thiết bị lưu động  Phạm vi nhiệt độ làm việc rộng, thơng số thay đổi theo nhiệt độ  Đặc tính điều khiển có nhiều ưu điểm Nguyên tắc biến đổi tĩnh Mục tiêu + Biết quy tắc biến đổi lượng: AC-DC,DC-DC, AC-AC + Hiểu tác dụng số loại tải 2.1 Sơ đồ khối Trong lĩnh vực điện tử công suất, để biểu diển khối chức ngườii ta dùng ký hiệu sơ đồ khối, điện truyền từ nguồn (có số 1) đến tải (có số 2) a Khối chỉnh lưu Hình 1.3 Sơ đồ khối hệ chỉnh lưu Nhiệm vụ mạch chỉnh lưu nhằm biến đổi lượng nguồn xoay chiều pha ba pha sang dạng lượng chiều (hình 1.3) b Khối nghịch lưu Nhiệm vụ mạch nghịch lưu nhằm biến đổi lượng dòng chiều thành lượng xoay chiều pha ba pha (hình 1.4) Hình 1.4 Sơ đồ khối hệ nghịch lưu c Các hệ biến đổi Các mạch biến đổi nhằm thay đổi: Dịng xoay chiều có điện áp, tần số số pha xác định sang giá trị khác (hình 1.5) Hình 1.5 Sơ đồ khối hệ biến đổi Dịng chiều có điện áp xác định sang dịng chiều có giá trị điện áp khác (converter DC to DC) Mạch biến đổi thường kết hợp từ mạch chỉnh lưu mạch nghịch lưu Do đó, lại chia làm hai loại: Biến đổi trực tiếp biến đổi có khâu trung gian 2.2 Các loại tải Tính chất tải có ảnh hưởng quan trọng đến chế độ làm việc mạch đổi điện, người ta chia tải thành loại sau: 2.2.1 Tải thụ động Tải trở bao gồm điện trở thuần, loại tải đơn giản nhất, dòng điện qua tải điện áp rơi tải pha với Loại ứng dụng chủ yếu lĩnh vực chiếu sáng lị nung Tải cảm kháng có đặc tính lưu trữ lượng, tính chất thể tượng san thành phần gợn sóng có điện áp chiều ngõ mạch nắn điện xung điện áp cao xuất thời điểm cắt tải Các ứng dụng quan trọng loại tải là: Các cuộn kích từ máy điện (tạo từ trường), thiết bị nung cảm ứng lị tơi cao tần Trong trường hợp điện cảm thường mắc song song với điện dung để tạo thành khung cộng hưởng song song 2.2.2 Tải tích cực Các loại tải thường có kèm theo nguồn điện áp (hình 1.6) van chỉnh lưu chế độ phân cực nghịch Ví dụ: Q trình nạp điện bình ắc quy sức phản điện động điện Hình 1.6 Sơ đồ tương đương tải trở kháng với sức phản điện 2.3 Các van biến đổi Các van điện phần tử cho dòng điện chảy qua theo chiều định Trong lĩnh vực điện tử cơng suất diode bán dẫn thyristor kể transistor công suất 2.3.1 Van không điều khiển (diode) Một diode lý tưởng cho dịng điện chạy qua điện áp anode dương cathode, điện áp ngõ diode phụ thuộc theo điện áp ngõ vào diode 2.3.2 Van điều khiển (thyristor) Mơt chỉnh lưu có điều khiển lý tưởng khơng dẫn điện anode cathode phân cực thuận (anode dương cathode) Điều kiện để van dẫn điện đồng thời với chế độ phân cực thuận phải có thêm xung kích cực cổng (UAK dương UGK dương) Điện áp ngõ phụ thuộc theo điện áp vào mà phụ thuộc theo thời điểm xuất xung kích (đặc trưng góc kích α) Cơ điều khiển mạch hở Mục tiêu  Mô tả phần tử hệ thống điều khiển  Hiểu nguyên lý phương pháp điều khiển vô cấp điều khiển gián đoạn  Biết phần tử chấp hành hệ thống điều khiển  Giải thích đáp ứng hệ thống 3.1 Khái niệm Vào kỷ trước đây, nhờ ứng dụng khí hóa vào kỹ thuật mà phát triển lúc chủ yếu hướng khả tự động hóa Tự động hóa q trình có nghĩa q trình tự thực theo chương trình đặt sẳn nều hội đủ số điều kiện cho trước không cần tham gia người Ưu điểm kỹ thuật tự động hóa độ an tồn, độ xác tính kinh tế cao Kỹ thuật tự động hóa phân thành hai chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển kỹ thuật điều chỉnh Tuy nhiên, thực tế thường gặp trường hợp kết hợp hai Ví dụ: Phương pháp điều chỉnh tốc độ động chiều cầu chỉnh lưu có điều khiển Từ mơ tả van chỉnh lưu phần có xử dụng khái niệm van có điều khiển Các thyristor điều khiển cách dịch chuyển pha xung kích dẫn đến điện áp công suất rơi tải thay đổi theo Thuật ngữ ‘điều khiển’ nói lên q trình mà nhiều đại lượng vào hệ thống có ảnh hưỡng đến đại lượng hệ thống Khi đại lượng khơng hồi tiếp trở lại ngõ vào, người ta gọi trình hở, hướng tác động trình cố định biểu diển mũi tên hình 1.7 Trong thực tế, khái niệm tên gọi kỹ thuật điều khiển định nghĩa xử dụng theo tiêu chuẩn DIN 19226 sau: Đại lượng Xout: đại lượng vật lý hệ thống, đại lượng bị ảnh hưởng theo quy luật điều khiển định Đối tượng điều khiển: khâu trình điều khiển, nơi xuất phát đại lượng ra, hệ thống truyền động điều chỉnh thyristor: Động thyristor đối tượng điều khiển, tốc độ momen quay đại lượng Phần tử chấp hành phận đối tượng điều khiển tác động trực tiếp đến lượng khối lượng cần điều khiển, có loại phần tử tác động gián đoạn như: rờ le, cơng tắc tơ có loại tác động liên tục như: Con trượt, van tiết lưu, transistor mạch nắn điện có điện áp thay đổi Tín hiệu điều khiển y : tín hiệu tác động vào phần tử chấp hành, tín hiệu phần tử điều khiển Phần tử điều khiển: có nhiệm vụ tạo tín hiệu điều khiển, cấu trúc phần tử điều khiển phụ thuộc theo đại lượng vào Đại lượng vào w : đưa từ vào hệ thống, độc lập với trình điều khiển, đại lượng vào với đại lượng tồn quan hệ xác định Nhiễu z : có nguồn gốc từ nhiều nguyên nhân khác nhau, tạo tác động ngồi ý muốn đến kết điều khiển Hình 1.7 Định nghĩa hệ điều khiển hở Hình 1.8 Sơ đồ khối hệ điều khiển hở Ví du 1: Hình 1.9 mơ tả trình điều khiển lưu lượng nước chảy qua vịi nước Hình 1.9 Minh họa hệ điều khiển hở Kết so sánh trình bày sau: Đại lượng (4) - Lưu lượng nước Đối tượng điều khiển (3) - Ống dẫn vòi nước Phần tử chấp hành (1) - Van cao su Tín hiệu điều khiển - Độ mở van Phần tử điều khiển (2) - Tay vặn Đại lượng vào - Góc xoay tay vặn Nhiễu (5) - Sự thay đổi áp lực nước Ví dụ 2: Một động chiều thay đổi tốc độ mạch nắn điện cầu có điều khiển (SRA) (hình 1.10) điện áp vào pha Đại lượng - Tốc độ động Đối tượng điều khiển - Mạch chỉnh lưu động Phần tử chấp hành - Thyristor Tín hiệu điều khiển - Góc kích Phần tử điều khiển - Mạch tạo xung kích Đại lượng vào - Điện áp Nhiễu - Biến thiên tải điện áp nguồn Hình 1.10 Điều chỉnh vơ cấp tốc độ động chiều mạch chỉnh lưu pha thay đổi điện áp Từ hai ví dụ cho thấy: Quy luật nhiễu thường trước, để loại bỏ ảnh hưởng không tốt nh iễu gây cho hệ thống, người ta thường xử dụng điện áp bù đặt ngõ vào Ví dụ hệ thống điều khiển lị sưởi, nhiệt độ bên ngồi nhiễu cộng thêm với đại lượng vào W đó, tự triệt tiêu loại nhiễu 3.2 Các phương pháp điều khiển Dựa nguyên lý làm việc người ta chia thành hai phương pháp điều khiển Điều khiển vô cấp Điều khiển gián đoạn Dựa trình tự thực người ta chia thành: Điều khiển theo chương trình, điều khiển theo thời gian, điều khiển theo tuyến, điều khiển theo trình điều khiển lập trình 3.2.1 Điều khiển vơ cấp Trong phương pháp đại lượng vào đại lượng tồn quan hệ đơn trị trạng thái ổn định đến nhiễu không làm xáo trộn hoạt động hệ thống Đại lượng vào w chỉnh định thay đổi từ đến Wmax công nhân vận hành máy Mạch điều chỉnh vơ cấp độ sáng đèn ví dụ 3.2.2 Điều khiển gián đoạn Hệ thống điều khiển trường hợp làm việc chế độ đóngngắt Trước tiên, đại lượng vào có giá trị tương ứng với mức đóng (ON) để tác động phần tử chấp hành Hệ thống chuyển sang trạng thái ngắt ví dụ nhấn nút STOP tiếp điểm hành trình Phương pháp dùng phổ biến hệ thống có phần tử chấp hành loại điện như: Rơ le, công tắc tơ 10 Hình 1.11 Cho thấy ví dụ mạch chuyển tốc độ nhảy cấp động pha không đồng dùng cơng tắc tơ Hình 1.11 Điều khiển tốc độ nhảy cấp động pha hai dây quấn Nguyên lý hoạt động : Nút nhấn S2 S3 tác động đến cuộn K1 K2 tùy thuộc vào chế độ làm việc động tốc độ thấp cao Mạch chuyển sang tốc độ khác sau tác động S1 (OFF) Mạch điều khiển đảo chiều tương ứng trên, chiều quay động pha điều khiển cách đảo chiều từ trường Trong kỹ thuật lắp đặt điện gia dụng, phương pháp điều khiển gián đoạn thực rờ le dòng, mạch cảm biến - tiếp điểm cảm biến - không tiếp điểm (bán dẫn), loại trình bày hình 1.12 Nguyên lý hoạt động : Các phần tử R1, R2, V3 C3 tạo nguồn nuôi cho Flip-Flop transistor mạch cảm biến cảm biến, Flip-Flop đóng vai trị rờ le điện tử Khi có tín hiệu ngõ vào E (do tiếp xúc vào cực cảm biến B) Transistor S tắt, triac kích khoảng thời gian bán kỳ điện áp nguồn lúc có dịng qua tải Xung vào làm transistor dẫn, tụ C2 bị ngắn mạch triac chuyển sang trạng thái tắt, dòng qua tải 271 272 273 274 Phần 2: Hướng dẫn sử dụng biến tần SIEMENS dòng Micromaster 420 Biến tần Siemens Đức Có dịng sản phẩm biến tần AC Micormaster 410, 420 440 Mỗi dòng sản phẩm giống có số tính khác Trong tài liệu trình bày 420 Sơ đồ đấu nối phần động lực cho MM 420 Hình 3: Vị trí nối dây động lục biến tần biến tần Micormaster 420 Hình 4: Sơ đồ nối dây động lục biến tần biến tần Micormaster 420 loại pha pha 275 Hình 5: Vị trí nối điều khiển biến tần Micormaster 420 Hình 6: Sơ đồ nối điều khiển biến tần Micormaster 420 276 Hình 7: Sơ đồ tổng quát biến tần Micormaster 420 277 Thao tác cài đặt thơng số Hình 8: Hình dáng hình BOP Màn hình BOP hiển thị số Những đèn Led đoạn trình bày tham số giá trị, tin nhắn cảnh báo lỗi, điểm đặt giá trị hoat động Những thông tin tham số không lưu hình BOP 278 Bảng thông số 279 280 281 282 283 284 Ví dụ điều khiển động theo theo theo yêu cầu sau: Nhấn nút ON/OF từ điều khiển động tăng giảm tốc biến trở Trình tự thực hiện: - Nối dây theo sơ đồ - Cài đặt thông số Trước tiên reset giá trị mặt định P0010 = 30 P0970 = 1.0 Các thông số cần cài đặt: P0003 = P0004 = P0005 = 21 P0010 = (cài đặt nhanh) P0100 = P0300 = Tuỳ loại động hoặc1 P0304 = Điện áp định mức động P0305 = Dịng điện định mức đong P0307 = Cơng suat định mức động P0308 = Gia trị Cos động P0309 = Hiệu suất định mưc động (tuy thuộc vào P0300) P0310 = Tần so định mức đong P0311 = Tốc độ định mức động P0700 = P1000 = P1080 = 0.0 (tần số chạy nhỏ nhất) P1082 = 50.0 (tần số chạy lớn nhất) P1120 = 10.0 (thời gian tăng tốc) P1121 = 10.0 (thời gian giảm tốc) P3900 = Câu hỏi ôn tập Câu 1: Biến tần dùng để làm gì? Câu 2: Vẽ sơ đồ khối chức biến tần Câu 3: Dùng biến tần Control technicques MM 420 để điều khiển máy nâng hạ theo yêu cầu sau: - Gạt tay điều khiển lên máy chạy lên - Gạt tay điều khiển xuống máy chạy xuống - Gạt tay điều khiển máy dừng 285 Yêu cầu: Khởi động chậm 20s, hãm chậm 20s, tốc độ điều khiển biến trở Máy lúc dừng mang tải Về thực hành: Có khả làm - Lắp ráp mạch điện theo sơ đồ - Phân tích tượng phán đoán nguyên nhân gây hư hỏng mạch - Thay linh kiện - Thay linh kiện tương đương Về thái độ - Cẩn thận, tỉ mỉ, xác - Tổ chức cơng việc cách khoa học, hợp lý - Ngăn nắp, kiểm tra an toàn trước chạy thử ... dòng (s-p) Ui s-p âm = Uout- chỉnh tốc độ Chỉnh dòng (actual) Ui actual dương Chỉnh tốc độ (s-p) Un s-p dương Chỉnh tốc độ (actual) Un actual âm 35 Hình 1.38 Chỉnh tốc độ với chỉnh dòng Tất điều... theo tuyến thường thấy máy tự động gia công kim loại, việc điều khiển tốc độ quay tốc độ ăn dao phụ thuộc vào vị trí công cụ lĩnh vực vận tải tốc độ vận chuyển 12 điều khiển phù hợp theo tuyến (tuyến... điện áp nguồn cung cấp  Dễ dự phịng, thay  Tu? ??i thọ cao  Khơng có phần tử chuyển động điều kiện tỏa nhiệt tự nhiên, làm mát quạt gió để kéo dài tu? ??i thọ  Đáp ứng giá trị điện áp dòng điện