Thiết kế Hệ thống Truyền động Biến tần cho Động cơ Xoay chiều

Thiết kế mạch động lực

Như vậy ở bất kỳ thời điểm nào cũng có ba transistor dẫn (hai của nhóm này và một của nhóm kia) cho dòng chảy qua. Ở mỗi thời điểm sơ đồ đều có một pha mắc nối tiếp với hai pha đấu song song, do vậy điện áp trên tải chỉ có hai giá trị hoặc Ed/3 (khi pha đó đấu song song với một pha khác) hoặc 2Ed/3 (khi nó đấu nối tiếp với hai pha khác đấu song song). Giả thiết tải đối xứng ZA =ω* ZB =ω* ZC theo dạng điện áp ra ta có trị số hiệu dụng của nó.

Ta có biểu đồ điện áp ra của tải theo thời gian như trên Hình 2 .3. Ở phần biến tần thì ta sử dụng bộ chỉnh lưu cầu diode 3 pha cấp nguồn DC cho phần nghịch lưu IGBT.

Tính toán các phần tử trong mạch động lực .1 Tính toán các thông số cho động cơ

Để hạn chế dòng nạp tụ ban đầu khi cấp nguồn cho biến tần, đơn giản ta sử dụng 1 diện trở R như như trên Hình 2 .8 nối tiếp với mạch. Để chọn van IGBT ta cần tính toán dòng Ivmax (dòng trung bình lớn nhất qua van) và điện áp ngược lớn nhất Uvmax. Vì mỗi van IGBT đều có 1 diode nối ngược chiều nên nó không phải chịu điện áp ngược.

Các giá trị dòng áp lớn nhất sẽ đạt được khi mạch hoạt động ở các chế độ khắc nghiệt nhất đối với từng van, do vậy ta xét đến trường hợp hoạt động nặng nề nhất. Do vậy van cần chọn phải có dòng điện thỏa mãn lớn hơn Ivmax: Ivmax=Ki. Có thể ngăn chặn hậu quả của việc tắt dòng đột ngột bằng cách sử dụng các mạch dập RC mắc song song với các phần tử.

Tuy nhiên các mạch dập có thể làm tăng kích thước và giảm độ tin cậy của thiết bị. Giải pháp tối ưu được đưa ra là làm chậm lại quá trình khóa của IGBT, hay còn gọi là khóa mềm khi phát hiện có sự cố dòng tăng quá mức cho phép. Trong trường hợp này điện áp trên cực điều khiển và emito được giảm đi từ tử về điện áp âm khi khóa.

Thời gian khóa của IGBT có thể kéo dài 5 đến 10 lần thời gian khóa thông thường. Trong quá trình động cơ dừng, động cơ trở thành máy phát điện tạo ra nguồn điện xoay chiều lúc này mạch bảo vệ IGBT bằng Diode chống dòng ngược sẽ trở thành mạch chỉnh lưu biến đổi điện áp xoay chiều do động cơ tạo ra thành điện áp DC đưa ngược về DC bus khiến điện áp DC tăng cao. Khi điện áp DC tại DC bus tăng cao vượt mức bảo vệ của thiết bị thiết bị sẽ có nguy cơ gây ra nổ IGBT + tụ nạp của biến tần.

Điện trở xả sẽ làm tiêu hao năng lượng dư thừa trong quá trình động cơ dừng, đảo chiều quay với quán tính lớn.

Cấu trúc mạch điều khiển theo phương pháp SinPWM

Mạch mô tả quá trình thực hiện dao động phổ biến một lần với điều khiển khuếch đại tự động. Mặt khác để bảo đảm điện áp tựa có trong nửa chu kỳ điện áp lưới là tuyến tính thì hằng số thời gian tụ nạp được. Thông dụng nhất hiện nay là sơ đồ Hình 3.15 cho phép tạo ở đầu ra khuếch đại thuật toán OA14 điện áp răng cưa có hình tam giác cân, trong khi đó đầu ra của OA13 là dao động điện áp xung chữ nhật.

OA13 là mạch lật Trigo schmitt, do đó đầu ra chỉ có 2 trạng thái tối đa tương ứng hai giá trị cực đại ±Um. Cụm diot ổn áp có tác dụng chống bão hòa sâu cho OA để có thể phản ứng nhanh do giảm thời gian trễ lật trạng thái, do đó cần dùng khi phải tạo khâu dao động tần số cao. Để xác định được thời điểm cần mở van IGBT (xác định xung mở van) chúng nhận cần so sánh hai tín hiệu Usin và Urc, thông thường xung mở được xác định khi hai điện áp này bằng nhau.

Việc so sánh các tín hiệu đó có thể được thực hiện bằng các phần tử như transistor hay khuếch đại thuật toán OA. Sử dụng nhiều nhất hiện nay là các OA vì cho phép đảm bảo độ chính xác cao, nhất là khi dùng OA chuyên dụng loại comparator, có giá thành rẻ, không cần chỉnh định phức tạp. Khâu này có nhiệm vụ khếch đại xung điều khiển để xung này đủ công suất mở transistor, đồng thời làm mạch cách ly giữa mạch điều khiển và mạch động lực.

Khâu khếch đại xung dùng bộ ghép nối quang bao gồm diode phát quang và transistor gọi tắt là OPTO.  Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển cho 1 nhánh van 1&4 (các nhánh van khác tương tự).