Đang tải... (xem toàn văn)
Nghịch lưu: biến đổi dòng một chiều thành dòng xoay chiều Biến tần: thay đổi tần số dòng điện xoay chiều .........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
CHƯƠNG NGHỊCH LƯU VÀ BIẾN TẦN 5.1 Khái niệm • Nghịch lưu trình biến đổi điện áp chiều thành điện áp xoay chiều pha ba pha • Bộ phận quan trọng cơng tắc điện tử công suất lớn thường sử dụng như: Transistor, Mosfet, SCR, IGBT … cơng suất lớn • Nghịch lưu chia làm loại chính: Nghịch lưu phụ thuộc nghịch lưu độc lập • Trong nghịch lưu phụ thuộc nghịch lưu có điện áp, tần số, góc pha thứ tự pha phụ thuộc vào lưới điện • Nghịch lưu độc lập: + phân loại nghịch lưu theo sơ đồ: nghịch lưu pha, nghịch lưu ba pha + phân loại theo trình điện từ xảy nghịch lưu: nghịch lưu nguồn áp, nguồn dòng hay cộng hưởng Cách biến đổi điện áp DC thành AC - Xét mạch điện nối với nguồn DC • Vo điện áp tải • Xét trường hợp 1,3 Dòng điện qua tải R theo chiều • Mạch tạo điện áp tải dạng xung với chu kỳ T, tần số f • Tần số thay đổi khoảng thời gian (bật – tắt) cặp cơng tắc thay đổi • Như vậy: từ điện chiều biến đổi thành điện AC có tần số 5.2 Nghịch lưu dịng Nghịch lưu dòng thiết bị biến đổi nguồn dòng chiều thành dịng xoay chiều có tần số tùy ý Nghịch lưu dịng pha • Xét sơ đồ cầu : Các tín hiệu điều khiển đưa vào đơi tiristo T1, T2 lệch pha với tín hiệu điều khiển đưa vào đơi T3, T4 góc 180 • Nguồn cấp cho nghịch lưu nguồn dòng (L lớn) dạng dịng điện nghịch lưu iN có dạng xung vng Hoạt động: • Khi đưa xung vào mở cặp van T1, T2: +) Dòng điện qua van T1 iN = id = Id Đồng thời dòng qua tụ C tăng lên đột biến, tụ C bắt đầu nạp điện với dấu “+” bên trái dấu “-” bên phải +) Khi tụ C nạp đầy, dịng qua tụ giảm khơng Do iN = iC + iZ = Id = số, nên lúc đầu dịng qua tải nhỏ sau dịng qua tải tăng lên • Sau nửa chu kỳ t = t1 người ta đưa xung vào mở cặp van T3, T4 Cặp T3, T4 mở tạo q trình phóng điện tụ C từ cực “+” cực “-” Dịng phóng tụ làm T1, t2 khóa lại • Q trình chuyển mạch xảy gần tức thời Sau tụ C nạp điện theo chiều ngược lại với cực tính “ + ” bên phải cực tính “ – ” bên trái, dòng nghịch lưu iN = id = Id đổi dấu Đến thời điểm t = t2 người ta đưa xung vào mở T1, T2 T3, T4 bị khóa lại q trình lặp lại trước • Như chức tụ C làm nhiệm vụ chuyển mạch cho tiristo, hỗ trợ đổi chiều dòng điện qua tải Nghịch lưu dịng ba pha • Ld có trị số đủ lớn để tạo nguồn dịng • Để khố tiristo phải có tụ chuyển mạch C1, C3, C5 • Đảm bảo khố tiristo chắn tạo dòng điện ba pha đối xứng luật dẫn điện tiristo phải tuân theo đồ thị: - van động lực dẫn khoảng thời gian λ=1200 giống dòng pha - Quá trình chuyển mạch diễn van nhóm • Xét trường hợp van dẫn hình vẽ: • Hoạt động: - Xét khoảng thời gian ÷ t1 : lúc T1 T6 dẫn Dòng qua T1, Za, Zb T6 Đồng thời có dịng nạp cho tụ C1 qua T1- C1 – T6 Khi tụ C1 nạp đầy dịng qua tụ khơng Tụ C1 nạp với dấu điện tích ( hình ) chuẩn bị cho trình chuyển mạch khoá T1 - Tại thời điểm t = t2, mở T3, điện áp ngược tụ C1 đặt lên T1 làm cho T1 bị khoá lại Tương tự T3 T2 dẫn ( t2 ÷ t3 ) tụ C3 nạp với dấu hiệu điện áp để chuẩn bị khố T3 - Đối với nhóm catơt chung T2, T4, T6 q trình chuyển mạch diễn vậy: Ví dụ tụ C5 nạp khoảng (t1-t2) T1 T2 dẫn) với dấu đảm bảo để khoá T4 mở T2 thời điểm t3 5.3 Nghịch lưu áp • Nghịch lưu áp thiết bị biến đổi nguồn áp chiều thành nguồn áp xoay chiều với tần số tùy ý • Nghich lưu áp pha - Tụ điện C để tạo nguồn áp -T1, T2, T3, T4: Là IGBT có nhiệm vụ để đóng cắt điều chỉnh thay đổi điện áp xoay chiều tải - Zt: Là phụ tải gồm L mắc nối tiếp với R - D1, D2, D3, D4: Là ốt dẫn dịng tải trả lượng nguồn ni - is: Là dòng điện cấp từ nguồn cho biến đổi + Khi is > nguồn cung cấp lượng cho tải (các IGBT dẫn dòng) + Khi is < tải trả lượng nguồn ni (các điơt dẫn dịng) - C: Tụ điện có nhiệm vụ san phẳng điện áp đầu vào dự trữ lượng dạng điện trường • Sơ đồ khối biến tần gián tiếp: • Thiết bị biến tần gián tiếp gồm ba khâu ✓ Khâu chỉnh lưu: biến đổi nguồn xoay chiều sang chiều ✓ Bộ lọc: để giảm bớt độ nhấp nhô áp dòng đầu chỉnh lưu ✓ Khâu nghịch lưu: biến đổi điện áp chiều để đặt vào động Thiết bị nghịch lưu van điện tử cơng suất • Do tính chất khác khâu trung gian ta có hai loại biến tần biến tần áp biến tần dòng Sơ đồ mạch biến tần thực tế Cấu tạo biến tần: • Về bản, máy biến tần cấu tạo phận : Bộ phận chỉnh lưu, phận nghịch lưu CPU điều khiển • Bộ phận chỉnh lưu(AC-DC) : có chứa Diot bán dẫn nhằm mục đích chuyển đổi nguồn điện nhận vào thành nguồn điện chiều sau nắn phẳng • Bộ phận nghịch lưu(AC-DC) : gồm nhiều cơng tắc on/off nhanh IGBT để đưa nguồn điện trở xoay chiều Đây phận giúp thay đổi tần số điện áp để đưa vào động hay hệ thống máy bạn, tùy theo thứ tự đóng ngắt độ lớn nhỏ cơng tắc • CPU điều khiển : CPU nhận thông tin từ phận xuất hình chính, từ người điều khiển tiếp nhận thông tin điều khiển nguồn điện thích hợp xuất Ngồi ra, máy biến tần chúng tơi cịn tích hợp nhiều module truyền liệu đến máy tính thiết bị khác, từ bạn điều khiển hệ thống từ xa Nguyên lý hoạt động • Máy biến tần hoạt động dựa nguyên tắc biến đổi tần số(f) điện đầu vào theo cơng thức tính tốc độ động cơ: n=n1(1-s), đó: n1=60f/p Thực thay đổi hệ số trượt(s) số cực(p) để thay đổi tốc độ động xoay chiều(N) phương pháp kể hiệu gặp nhiều khó khăn thực Vậy nên, điều chỉnh tần số(f) phương pháp tốt • Đầu tiên, máy biến tần nhận dòng điện từ nguồn trực tiếp, dịng điện pha pha … Sau dịng điện vào tụ điện nhờ có chỉnh lưu(AC – DC) chuyển thành nguồn điện chiều phẳng Việc đòi hỏi nguồn điện đầu vào phải nguồn có tần số điện áp cố định, thơng thường 380V 50Hz • Tiếp theo: Điện áp sau chỉnh lưu chiều nghịch lưu(DC – AC) biến đổi thành loại pha xoay chiều đối xứng nhờ van bán dẫn công suất (IGBT), biến đổi trang bị cổng cách điện, công tắc nhỏ có khả on/off nhanh tạo dạng sóng đầu mong muốn để đưa vào sử dụng • Máy biến tần có khả điều chỉnh tần số 0Hz tăng lên 400Hz(một số loại đặc biệt điều chỉnh tần số lên đến 590Hz thường sử dụng công nghiệp nặng) Dạng sóng đầu tạo từ hoạt động bật tắc van bán dẫn máy biến tần • Trên hình loại biến tần pha 220vac sang pha 220vac, điều khiển cho động pha • L1, L2, L3 nguồn cấp pha 220VAC pha 220VAC cấp vào dây L1, L3 • T1, T2, T3 dây nối vào động pha Nếu động có dây ta đấu tam giác đấu vào biến tần • Về sau nối nhấn nút Run/STOP bàn phím chạy dừng Muốn tăng giảm tốc độ chỉnh biến trở bàn phím • Sơ đồ biến tần: -Chân AGND, ACI, AVI, 10V chân ngõ vào analog dùng để thay đổi tần số, tốc độ motor Các tín hiệu 4-20mA (AGND + ACI), 0-10VDC (AGND + AVI), biến trở (AGND + AVI + 10V) - RA RB chân ngõ tiếp điểm relay, cài tín hiệu biến tần RUN, STOP báo lỗi, tùy chọn - AO AGND tín hiệu ngõ analog 010VDC thường để kết nối với hiển thị báo tốc độ motor chạy, làm tín hiệu điều khiển khác - Đối với chân RS485 thường kết nối với máy tính, PLC, HMI để điều khiển, đọc cài đặt thông số từ xa - (Multi-function input) chân kích RUN va STOP cho phép chạy motor thay bấm bàn phím thơng thường chân S1, S2, S3, S4, S5 quy định tùy chỉnh cài đặt phần mềm, Chạy thuận (24V+ S1), Chạy ngược (24V + S2), Emergency Stop (24V + S3), hai chân cịn lại chọn làm chân chọn tốc độ, ví dụ kích vào chân S4 chạy 30Hz, Chân S5 20Hz, 4.3 Các phương pháp điều khiển điện biến đổi điện • Trong hầu hết ứng dụng đổi điện địi hỏi cần có điều khiển điện ngõ • Có nhiều cách để thực điều chỉnh điện AC ngõ ra, thường thành loại sau: - Điều khiển điện DC cấp vào đổi điện - Điều khiển điện AC ngõ đổi điện - Điều khiển điện đổi điện a Điều khiển điện DC cấp điện - Do điện đổi điện tỉ lệ với điện vào nên thay đổi điện DC cấp điện cách đơn giản để điều khiển điện - Nếu nguồn cấp điện DC, kế sử dụng mạch chopper để làm thay đổi điện DC - Ta sử dụng nguồn cấp điện DC từ mạch chỉnh lưu có điều khiển b Điều khiển điện AC từ đổi điện Trong phương pháp này, sử dụng mạch điều AC đổi điện tải để điều khiển điện AC đổi điện điều khiển điện ngõ c Điều khiển điện đổi điện • Phương pháp điều biến độ rộng xung PWM phương pháp thông dụng để điều khiển điện đổi điện PWM đơn xung • Dạng sóng điện gồm xung đơn bán kỳ Với tần số cho sẵn (f = 1/T), độ rộng xung tw thay đổi để điều khiển điện • Dạng sóng điện đổi điện đơn pha: cơng tắc S1 S4 dẫn bán kỳ S2 S3 dẫn bán kỳ điện cực đại • Khi điều khiển S3, S4 sớm pha góc 900 Quan sát điện V0 chuỗi xung với độ rộng 900 PWM đa xung • Điện on/off nhanh nhiều lần suốt bán kỳ để tạo nên chuỗi xung có biên độ khơng đổi • Hình vẽ dạng sóng điện gồm m xung bán kỳ điện • Nếu f tần số điện đổi điện tần số xung fp cho ... lớn • Nghịch lưu chia làm loại chính: Nghịch lưu phụ thuộc nghịch lưu độc lập • Trong nghịch lưu phụ thuộc nghịch lưu có điện áp, tần số, góc pha thứ tự pha phụ thuộc vào lưới điện • Nghịch lưu. .. điện AC ngõ tần số f2 điều chỉnh • Có loại biến tần: Biến tần trực tiếp biến tần gián tiếp ✓ Biến tần trực tiếp: loại biến đổi từ điện AC (f1) có sẵn thành điện AC (f2) ? ?Biến tần gián tiếp: biến. .. chỉnh lưu ✓ Khâu nghịch lưu: biến đổi điện áp chiều để đặt vào động Thiết bị nghịch lưu van điện tử cơng suất • Do tính chất khác khâu trung gian ta có hai loại biến tần biến tần áp biến tần dòng