5. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG KHƠNG BIẾN
5.2. Bộ biến tần gián tiếp 1 Khái niệm và ứng dụng
5.2.1. Khái niệm và ứng dụng
Bộ biến tần dùng để chuyển đổi điện áp hoặc dịng điện xoay chiều ở đầu vào từ một tần số này thành điện áp hoặc dịng điện cĩ một tần số khác ở đầu ra.
Ưùng dụng: Bộ biến tần thường được sử dụng để điều khiển vận tốc động cơ xoay chiều theo phương pháp điều khiển tần số, theo đĩ tần số của lưới nguồn sẽ thay đổi thành tần số biến thiên. Ngồi việc thay đổi tần số cịn cĩ sự thay đổi tổng số pha. Từ nguồn lưới một pha, với sự giúp đỡ của bộ biến tần ta cĩ thể mắc vào tải động cơ ba pha. Bộ biến tần cịn được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật nhiệt điện. Bộ biến tần trong trường hợp này cung cấp năng lượng cho lị cảm ứng.
5.2.2. Phân loại
* Theo tổng số pha, các bộ biến tần - Một pha
- Ba pha - m pha
* Theo cấu trúc mạch điện, các bộ biến tần
- Gián tiếp (mạch chứa khâu trung gian một chiều), trong đĩ ta phân biệt biến tần dùng bộ nghịch lưu áp và biên tần dùng bộ nghịch lưu dịng với quá trình chuyển mạch phụ thuộc mạch nguồn hoặc với quá trình chuyển mạch cưỡng bức.
- Trực tiếp (khơng cĩ mạch trung gian một chiều)- cịn gọi là cycloconvertor. Bộ
biến tần trực tiếp cĩ thể hoạt động - Với quá trình chuyển mạch phụ thuộc bên ngồi: tín hiệu điều khiển cĩ dạng hình thang hoặc dạng điều hịa:
của chúng cĩ thể lên đến vài MW và tần số tối đa khoảng vài chục kHz (trong kỹ thuật nhiệt điện - lị cao tần).
Cấu trúc mạch được vẽ trên hình H5.56
Mạch trung gian một chiều: cĩ chứa tụ lọc với điện dung khá lớn Cf (khỏang vài ngàn F) mắc vào ngõ vào của bộ nghịch lưu. Điều này giúp cho mạch trung gian hoạt động như nguồn điện áp. Tụ điên cùng với cuộn cảm Lµf của mạch trung gian tạo thành mạch lọc nắn điện áp chỉnh lưu. Cuộn kháng Lf cĩ tác dụng nắn dịng điện chỉnh lưu.
Trong nhiều trường hợp, cuộn kháng Lf khơng xuất hiện trong cấu trúc mạch và tác dụng nắn dịng của nĩ cĩ thể được thay thế bằng cảm kháng tản máy biến áp cấp nguồn cho bộ chỉnh lưu. Do tác dụng của diode nghịch đảo bộ nghịch lưu, điện áp đặt trên tụ chỉ cĩ thể đạt các giá trị dương. Tụ điện cịn thực hiện chức năng trao đổi năng lượng ảo giữa tải của bộ nghịch lưu và mạch trung gian bằng cách cho phép dịng id2 thay đổi chiều nhanh khơng phụ thuộc vào chiều của dịng id1.
Bộ nghịch lưu áp: dạng một pha hoặc ba pha. Quá trình chuyển mạch của bộ nghịch lưu áp thường là quá trình chuyển đổi cưỡng bức. Trong trường hợp đặc biệt bộ nghịch lưu làm việc khơng cĩ quá trình chuyển mạch hoặc với quá trình chuyển mạch phụ thuộc bên ngồi. Từ đĩ, ta cĩ hai trường hợp bộ biến tần với quá trình chuyển mạch độc lập và quá trình chuyển mạch phụ thuộc bên ngồi .
Bộ chỉnh lưu: cĩ nhiều dạng khác nhau, mạch tia, mạch cầu một pha hoặc ba pha.
Thơng thường ta gặp mạch cầu ba pha. Nếu như bộ chỉnh lưu một pha và bộ nghịch lưu ba pha, bộ biến tần thực hiện cả chức năng bộ biến đổi tổng số pha.
Khi áp dụng phương pháp điều khiển theo biên độ cho điện áp tải xoay chiều ra bộ chỉnh lưu phải là bộ chỉnh lưu điều khiển.
Thơng thường, bộ chỉnh lưu cĩ dạng khơng điều khiển, bao gồm các diode mắc dạng mạch cầu. Độ lớn điện áp và tần số áp ra của bộ nghịch lưu cịn cĩ thể điều khiển thơng qua phương pháp điều khiển xung thực hiện trực tiếp ngay trên bộ nghịch lưu. Ở chế độ máy phát của tải (chẳng hạn khi hãm động cơ khơng đồng bộ), năng lượng hãm được trả ngược về mạch một chiều và nạp cho tụ lọc Cf. Năng lượng nạp về trên tụ làm điện áp nĩ tăng lên và cĩ thể đạt giá trị lớn cĩ thể gây quá áp. Để loại bỏ hiện tượng quá điện áp trên tụ Cf, một số biện pháp sau đây cĩ thể thực hiện. Phương pháp đơn giản nhất là tác dụng đĩng mạch xả điện áp trên tụ qua một điện trở mắc song song với tụ. Việc đĩng mạch xả tụ thực hiện nhờ cơng tắc bán dẫn S- hình H5.56 (chẳng hạn điều khiển áp tụ giữa hai giá trị biên) dựa theo kết quả so sánh tín hiệu điện áp đo được trên tụ với một giá trị điện áp đặt trước cho phépï Một biện pháp khác là thực hiện đưa năng lượng quá áp trên tụ Cf về nguồn lưới điện xoay chiều. Trong trường hợp này, bộ biến tần được trang bị bộ chỉnh lưu kép (hình H5.57). Khả năng bộ chỉnh lưu kép cho phép thực hiện đảo chiều dịng điện qua bộ chỉnh lưu và bằng cách này, trong điều kiện chiều điện áp tụ lọc khơng đổi dấu, năng lượng được trả về lưới điện xoay chiều qua bộ chỉnh lưu.
Xu hướng nâng cao chất lượng điện năng bằng cách sử dụng loại chỉnh lưu điều rộng xung (boost PWM Rectifier) đã cho phép thực hiện trả cơng suất về nguồn với hệ số cơng suất cao (gần như bằng một) (hình H5.58). Dịng điện đi qua nguồn lưới xoay chiều cĩ dạng gần như sin và cùng pha với điện áp xoay chiều.
mạch như GTO, transistor. Chúng được trình bày về nguyên lý hoạt động trong chương bộ biến đổi ma trân (Matrix conveter).
Bộ biến tần với quá trình chuyển mạch phụ thuộc được sử dụng nhiều trong cơng nghiệp. Tính phụ thuộc ở đây biểu hiện khả năng ngắt dịng điện qua linh kiện thực hiện nhờ tác dụng của điện áp nguồn xoay chiều hoặc sức điện động xoay chiều của tải. Do đĩ, mạch chỉ cần trang bị thyristor thơng thường. Với tải cơng suất lớn, việc sử dụng linh kiện chuyển mạch tự nhiên như SCR cĩ ý nghĩa rất quan trọng vì hiệu quả kinh tế của thiết bị.
Do phụ thuộc vào điện áp xoay chiều của nguồn nên tần số điện áp ở ngõ ra bị giới hạn ở mức thấp hơn tần số điện áp nguồn. Bộ biến tần này được ứng dụng trong các truyền động động cơ cơng suất lớn tốc độ chậm.