Thiết kế và điều khiển bộ biến tần cho động cơ xoay chiều 3 pha sử dụng tiristor

Chỉnh lưu

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. • Cấp điện cho các thiết bị điện cơ sử dụng năng lượng DC: động cơ DC, cuộn coil DC cho relay, contactor, nam châm điện DC….

Nghịch lưu

-Chỉnh lưu bán điều khiển dùng điôt và thyristor -Chỉnh lưu có điều khiển dùng thyristor. + Bao gồm nghịch lưu nối tiếp và nghịch lưu song song sơ đồ cầu và sơ đồ biến áp có điểm giữa.

Yêu cầu và các phương pháp điều khiển biến tần

• Nghịch lưu song song và nối tiếp. + Sử dụng SCR đóng ngắt và có tụ điện để tắt SCR. + Bao gồm nghịch lưu nối tiếp và nghịch lưu song song sơ đồ cầu và sơ đồ biến áp có điểm giữa. • Nghịch lưu nguồn dòng và nguồn áp. c/ Ứng dụng của nghịch lưu. - Biến tần công nghiệp điều khiển tốc độ động cơ - Các bộ nguồn tần số cao. - Bộ nguồn xung có sử dụng nghịch lưu - Bộ nguồn xoay chiều không gián đoạn. tải, có thể tiết kiệm điện năng. Tính toán cho thấy việc giảm 20% tốc độ động cơ có thể tiết kiệm được 50% công suất đầu vào. - Dễ điều khiển, vận hành. - Thỏa mãn tiêu chuẩn quốc tế. - Dễ dàng bảo dưỡng, sửa chữa đối với các máy biến tần. - Thiết kế máy biến tần nhỏ gọn, tiết kiệm chi phí sản xuất. b/ Các phương pháp điều khiển. +) Phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM). Điện áp ra có dạng xung với độ rộng thay đổi theo từng chu kỳ.Trong quá trình điều chế, người ta có thể tạo xung hai cực hoặc một cực, điều biến theo độ rộng xung đơn cực và theo độ rộng xung lưỡng cực.

CÁC PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN MẠCH CÔNG SUẤT .1 Bộ biến tần trực tiếp ba pha

Ngoài ra tổn hao công suất ở biến tần trực tiếp cũng ít hơn vì phụ tải chỉ nối với nguồn qua một phần tử đóng cắt, không phải qua hai phần tử và qua khâu trung gian như ở biến tần gián tiếp. Điện áp một chiều cung cấp ( dùng chỉnh lưu có điều khiển hoặc chỉnh lưu không điều khiển) sau đó điều chỉnh nhờ bộ biến đổi xung áp một chiều. • Biến tần nguồn áp có dạng điện áp ra xung chữ nhật, biên độ được điều chỉnh nhờ thay đổi điện áp một chiều. • Hình dạng và giá trị điện áp ra không phụ thuộc phụ tải, dòng điện tải xác định. • Điện áp ra có độ méo phi tuyến lớn, có thể không phù hợp với một số loại phụ tải. • Hệ số công suất của sơ đồ không đổi, không phụ thuộc vào tải. Tuy nhiên phải qua nhiều khâu biến đổi và hiệu suất kém, do đó chỉ phụ thuộc cho tải nhỏ, dưới 30KW. • Ngày nay biến tần nguồn áp được chế tạo chủ yếu với điện áp biến điệu bề rộng xung. – Biến tần nguồn áp biến điệu bề rộng xung. • Dùng chỉnh lưu không điều khiển ở đầu vào. Điện áp và tần số ở đầu ra sẽ hoàn toàn do phần nghịch lưu xác định. • Nghịch lưu thường sử dụng các van điểu khiển hoàn toàn như GTO, IGBT, Transistor công suất. • IGBT hoặc Transistor công suất được sử dụng cho biến tần công suất tới 300 KW điện áp lưới đầu vào đến 690V. Tần số sóng mang đến 12Khz đối với công suất 55KW , với công suất lớn hơn tần số này bị giới hạn dưới 3 Khz. • Tần số đóng ngắt cao trong biến điệu bề rộng xung tạo ra điện áp đầu ra gần Sin hoặc chỉ cần những mạch lọc LC đơn giản là có thể tạo điện áp hình Sin tuyệt đối. – Việc dùng ngày càng nhiều các Thyristor khóa bằng cực khiển hay Transistor công suất trong các bộ nghịch lưu áp chứng tỏ rằng bộ nghịch 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. Dựa vào ưu nhược điểm như trên ta lựa chọn bộ biến tần nguồn áp với cấu chúc như sau:. 2) Bộ chỉnh lưu không điều khiển cầu 3 pha sử dụng Diot.

TÍNH TOÁN MẠCH CÔNG SUẤT .1 Bộ nghịch lưu

• IGBT hoặc Transistor công suất được sử dụng cho biến tần công suất tới 300 KW điện áp lưới đầu vào đến 690V. Tần số sóng mang đến 12Khz đối với công suất 55KW , với công suất lớn hơn tần số này bị giới hạn dưới 3 Khz. • Tần số đóng ngắt cao trong biến điệu bề rộng xung tạo ra điện áp đầu ra gần Sin hoặc chỉ cần những mạch lọc LC đơn giản là có thể tạo điện áp hình Sin tuyệt đối. – Việc dùng ngày càng nhiều các Thyristor khóa bằng cực khiển hay Transistor công suất trong các bộ nghịch lưu áp chứng tỏ rằng bộ nghịch 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. Dựa vào ưu nhược điểm như trên ta lựa chọn bộ biến tần nguồn áp với cấu chúc như sau:. 2) Bộ chỉnh lưu không điều khiển cầu 3 pha sử dụng Diot. Trong trường hợp này,tại thời điểm t1 tụ điện tương đương nhận giá trị dòng nhảy bậc từ T1,thyristor T1 ngắt vì đặt lên cực anot-catot của nó điện áp âm.().Trong khoảng thời gian td thyristor T1 cần phải đạt được tính chất khóa.Thời gian td là khoảng thời gian cần để có điện áp ngược của T1 tăng từ giá trị Uoc1 tới 0.Thời gian này phải nhỏ hơn thời gian trung hòa các điện tử của T1.Trong khoảng thời gian t1- t2 dòng chay qua tụ điện lớn hơn dòng tải Io.Dòng hiệu Ic-Io chạy qua điôt phóng DZ1 không qua tải.Tại T2 dòng Ic=Io,dòng tụ điện giảm nhảy bậc xuống 0.Từ thời điểm này dòng tải gây nên do năng lượng tích lũy trong cảm kháng của tải chạy qu khép mạch kín bởi DZ4(sdt cảm ứng đã phân cực DZ4 theo hướng dẫn).Bây giờ DZ4. - DZ4.Ở chế độ hãm máy phát của động cơ năng lượng kháng được chuyển về nguồn từ tải cũng qua điôt DZ .Đặc trưng của loại chuyển mạch này là chuyển mạch cưỡng bức,nguồn năng lượng dùng đểchuyển mạch được tụ nạp tới điện áp tỉ lệ với điện áp nguồn Ud cấp cho.Khi giảm giá trị điện áp nguồn giảm năng lượng tích lũy trong tụ điện có thể không thực hiện được sự chuyển mạch.

Điện áp ra của khối chỉnh lưu là điều chỉnh nhưng không bằng phẳng mà nhấp nhô,gọi là đập mạch.Do đó để cho dòng điện áp ít thay đổi ta cần sử dụng khối lọc.Khối lọc dùng để tách một tín hiệu phức tạp thành những thành phần có tần số nằm trong một dải nhất định và loại đi những thành phần nằm ngoài dỉa đó.Dải tần số mạch lọc cho tín hiệu đi qua gọi là dải thông của nó.

ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU

Khi điện ỏp trờn tụ ≥ 2VCC/3 thỡ điện ỏp ở ngừ ra của chõn 3 sẽ chuyển trạng thái về mức thấp ,còn chân 7 sẽ ở mức cao .Lúc này tụ sẽ phóng điện , điện áp trên tụ sẽ giảm dần .Khi điện áp trên tụ < VCC/3 lúc này chân 3 sẽ đổi trạng thái về thấp ,còn chân 7 sẽ chuyển lên cao ,tụ C lại nạp điện .Quá trình dao động cứ tiếp tục diễn ra như thế tạo ra xung chữ nhật ở đầu ra 3. Sử dụng ba J-K trigo nhưng đấu khoog theo kiểu chia tần,vì đầu vào của mỗi trigo lấy trực tiếp từ đầu ra của trigo khác nên đầu J và K luôn ở trạng thái logic ngược nhau,tức là theo bảng trạng thái của J-K trigo,nó sẽ hoạt động ở dòng thứ 2 và thứ 3.Để mạch hoạt động đúng ta đặt vào trạng thái làm việc nào đó thông qua các cổng Reset(R) hoặc Set(S)bằng 1 xung chuẩn bị khởi động,Q1= 0 ;Q2 = 0;Q3.

TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU .1 Tính toán tần số xung ra của IC555 và các trigơ

Vì có 6 xung ở đầu vào (xung CLOCK) lấy từ IC555 thì các trigơ có 1 xung,như vậy tần số xung ra của các trigơ cũng chính là tần số của điện áp xoay chiều trên. Muốn thay đổi tần số của nguồn thì phải thay đổi tần số xung của bộ phát xung chủ đạo IC555 tức là điều chỉnh giá trị C,R1,R2.Với tải là động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc yêu cầu điều chỉnh tần số từ 15-50HZ.