b) (CSI)
Các khóa bán dẫn trong phần nghịch lƣu đƣợc nối với một nguồn dòng. Nguồn dòng này đƣợc thực hiện qua mạch vòng điều khiển dòng và các cuộn cảm mắc nối tiếp với thanh cái điện áp một chiều. Do dòng cấp cho tải là không đổi nên điện áp đầu ra của biến tần không phụ thuộc vào biến tần mà phụ thuộc vào tải.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
2.1.2.2. Biến tần trực tiếp: Gồm hai loại sau:
- Biến tần Cyclo: Dùng các bộ chuyển mạch hai chiều đƣợc làm từ các thyristor điều khiển đóng mở theo góc pha và hoán đổi giữa các pha của nguồn để tạo ra điện áp xoay chiều tần số thấp cấp cho mỗi pha của tải.
- Biến tần ma trận: Dùng các chuyển mạch hai chiều tần số đóng cắt cao bằng IGBT để tạo nên ma trận chuyển mạch giữa ba pha vào của nguồn vào ba pha ra cấp cho tải. Tần số và điện áp ra cấp cho tải đƣợc điều khiển qua trạng thái đóng cắt của các khóa chuyển mạch trong ma trận chuyển mạch.
2.1.3 Ứng dụng của biến tần
Ngày nay bộ biến tần không còn là một thứ xa xỉ tốn kém chỉ dành cho những ngƣời có tiền, những tiện ích mà bộ biến tần mang lại cho bạn nhiều hơn rất nhiều so với chi phí bạn phải trả, nên bạn đừng ngần ngại đầu tƣ mua biến tần cho các hệ truyền động của bạn có thể ứng dụng đƣợc biến tần. Biến tần là một thiết bị tự động hóa, là một thiết bị điều khiển vô cấp tốc độ động cơ không tiếp điểm hiện đại nhất trên thế giới, mang trong mình những tiện ích vƣợt trội mà bất cứ ngƣời sử dụng nào cũng cảm thấy hài lòng. Đó là bộ biến tần bán dẫn, một phƣơng tiện kết nối cả thế giới truyền động, đã và đang làm thay đổi cả một kiểu tƣ duy trong điều khiển truyền động điện và quản lý điện năng.
Lĩnh vực có thể sử dụng biến tần để tiết kiệm điện năng là các hệ thống có mômen tải thay đổi theo tốc độ mà bơm và quạt ly tâm là những ứng dụng điển hình. Quan hệ giữa tải và vận tốc tuân theo luật đồng dạng: lƣu lƣợng tỉ lệ bậc nhất, áp suất tỉ lệ bình phƣơng, công suất tỉ lệ lập phƣơng với vận tốc.
Điểm đặc biệt nhất của hệ truyền động biến tần - động cơ là có thể điều chỉnh vô cấp tốc độ động cơ. Tức là thông qua việc điều chỉnh tần số và có thể điều chỉnh tốc độ động cơ thay đổi theo ý muốn trong một dải rộng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Sử dụng biến tần cho phép ta cài đặt rất nhiều các tính năng thông minh, linh hoạt nhƣ là tự động nhận dạng động cơ; tính năng điều khiển thông qua mạng; có thể thiết lập đƣợc 16 cấp tốc độ; khống chế dòng khởi động động cơ giúp quá trình khởi động êm ái (mềm) nâng cao độ bền kết cấu cơ khí; giảm thiểu chi phí lắp đặt, bảo trì; tiết kiệm không gian lắp đặt; các chế độ tiết kiệm năng lƣợng,…Cho phép ta làm chủ, khống chế đƣợc năng lƣợng quá trình truyền động thông qua các chế độ bảo vệ quá tải, quá nhiệt, quá dòng, quá áp, thấp áp, lỗi mất pha, lệch pha,… của biến tần. Đặc biệt, với những bộ biến tần có chế độ điều khiển “Sensorless Vector SLV” hoặc “Vector Control With Encoder Feedback”, ta sẽ đƣợc hƣởng nhiều tính năng cao cấp hơn hẳn, chúng sẽ cho bạn một dải điều chỉnh tốc độ rất rộng và mômen khởi động lớn, bằng 200% định mức hoặc lớn hơn; sự biến động vòng quay tại tốc độ thấp đƣợc giảm triệt để, giúp nâng cao sự ổn định và độ chính xác của quá trình làm việc; mômen làm việc lớn, đạt 150% mômen định mức ngay cả ở vùng tốc độ 0.
2.1.4. Các tính năng tích hợp hệ thống cơ điện
a) Tính năng chuyên dụng cho bơm
Biến tần đƣợc thiết kế với cách tính năng cho bơm với sự hỗ trợ và phối hợp của các nhà sản xuất bơm và tƣ vấn lắp đặt cơ điện trên toàn thế giới. Các tính năng chính chuyên cho bơm là:
- Điều khiển tổ hợp bơm: Quản lý sắp xếp vận hành sau cho các bơm trong tổ hợp có tổng số giờ vận hành nhƣ nhau nhằm hạn chế hao mòn và bảo đảm điều kiện vận hành và bảo dƣỡng cho tất cả các bơm trong tổ hợp
- Chạy chờ: Biến tần tự động phát hiện tình trạng dòng chảy thấp hay không có dòng chảy. Khi đó biến tần sẽ điều khiển bơm để tăng ăp lực của hệ thống rồi ngừng bơm để tiết kiệm năng lƣợng. Biến tần sẽ tự động chạy bơm khi áp lực hệ thống giảm dƣới mức đặt.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
- Bảo vệ chạy khô và điểm cuối đƣờng đặc tính: Khi bơm chạy mà áp suất hệ thống không đạt thì có nghĩa là giếng hết nƣớc hay đƣờng ống bị rò hoặc vỡ. Lúc này biến tần sẽ báo, dừng bơm hay thực hiện một chức năng đƣợc lập trình trƣớc.
- Tự động chỉnh định thông số cho bộ điều khiển PI: Biến tần sẽ tự động đặt giá trị cho hệ số tỉ lệ (P) và hệ số tích phân (I) của bộ điều khiển khi biến tần đƣợc tích hợp vào vòng điều khiển kín (theo áp suất hay lƣu lƣợng đặt) sao cho đáp ứng của hệ nhanh và ổn định.
b) Tính năng chuyên dụng cho quạt
Các tính năng cho quạt giúp cho các ứng dụng quạt thông minh hơn tiết kiệm năng lƣợng hơn và thân thiện hơn với ngƣời dùng. Các chức năng chính chuyên cho quạt là:
- Chuyển đổi tốc độ- lƣu lƣợng: Biến tần có khả năng qui đổi tốc độ- lƣu lƣợng và hệ thống có thể chạy theo lƣu lƣợng đặt hay mức chênh lƣu lƣợng đặt. Tính năng tiết kiệm năng điện nhƣng vẫn đảm bảo đƣợc tính tiện nghi và tiết kiệm chi phí đầu tƣ do không phải dùng cảm biến lƣu lƣợng.
- Chức năng AHU thông minh: Biến tần thực hiện điều khiển logic dựa trên các tín hiệu đầu vào từ các cảm biến theo thời gian thực và theo lịch với các chức năng: + Chế độ hoạt động theo ngày trong tuần
+ Điều khiển tầng P-PI cho nhiệt độ + Điều khiển đa vùng
+ Cân bằng lƣu lƣợng giữa khí tƣơi và khí thải
- Chế độ khi có cháy: Tính năng không cho phép biến tần ngừng hoạt động trong những điều kiện làm việc mà biến tần phải dừng hoạt động để tự bảo vệ. Khi có cháy biến tần sẽ tiếp tục hoạt động điều khiển quạt đảm bảo chức năng thông gió khi có cháy bất kể mọi loại tín hiệu điều khiển, liên động, hay cảnh báo...
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
+ Kết nối BMS: Khi kết nối hệ thống thì các đầu vào ra của biến tần sẽ trở thành các đầu vào ra của BMS.
+ Giám sát cộng hƣởng tần số: Biến tần có khả năng tự động điều khiển quạt hoạt động ngoài dải tần số cộng hƣởng của hệ thống thông gió.
+ Tăng áp cầu thang: Khi có cháy biến tần hoạt động đảm bảo áp lực cầu thang cao hơn áp lực ở các phần khác của công trình và lối thoát hiểm khi có cháy sẽ không bị khói xâm nhập.
+ Tiết kiệm chi phí đầu tƣ cho AHU: Biến tần đƣợc tích hợp bộ điều khiển logic Smart Logic Controller và 4 bộ điều khiển PID tự chỉnh định thông số để điều khiển dòng khí với quạt, van nƣớc và van gió.
c) Tính năng chuyên dụng cho máy nén
Biến tần đƣợc thiết kế để điều khiển các máy nén một cách thông minh và linh hoạt nhằm tối ƣu hóa khả năng làm lạnh với áp suất và nhiệt độ đặt cho máy làm lạnh nƣớc và các ứng dụng khác của máy nén trong HVAC. Các tính năng chính chuyên cho máy nén gồm:
- Thay thế tổ hợp máy bằng một máy nén: Biến tần điều khiển tất các các máy nén ở những dải tốc độ đƣợc tối ƣu đảm bảo điều chỉnh linh hoạt chế độ vận hành tối ƣu của máy nén theo nhu cầu phụ tải. Vì vậy mà một máy nén lớn có thể đƣợc dùng thay cho tổ hợp của 2 hay 3 máy nén có công suất nhỏ hơn. Ta cũng có thể dùng tính năng điều khiển tổ hợp để điều chỉnh tốc độ của một máy nén và điều khiển chạy/dừng của hai máy nén khác theo nhu cầu phụ tải.
- Đặt chế độ vận hành theo nhiệt độ: Biến tần tính nhiệt độ của môi chất làm lạnh dựa trên áp suất đo và điều chỉnh hoạt động của máy nén qua bộ điều khiển PID đƣợc tích hợp sẵn. Nhiệt độ cũng có thể đƣợc đặt để điều chỉnh chế độ vận hành cho máy nén giống nhƣ áp suất.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
- Giảm số lần khởi động và dừng máy: Đặt số lần chạy/dừng tối đa trong một khoảng thời gian cho phép kéo dài tuổi thọ của máy.
- Khởi động nhanh: Biến tần có khả năng mở van bypass để máy nén có thể khởi động không tải. Biến tần có khả năng cấp momen khởi động lớn trong thời gian ngắn (110% momen định mức trong 60s).
2.2. CÁC KHỐI CHỨC NĂNG CHÍNH CỦA BIẾN TẦN 2.2.1. Khối chỉnh lƣu 2.2.1. Khối chỉnh lƣu
Một mạch chỉnh lƣu là một mạch điện bao gồm các linh kiện điện - điện tử, dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều. Mạch chỉnh lƣu có thể đƣợc 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. Phần tử tích cực trong mạch chỉnh lƣu có thể là các điốt bán dẫn, các đèn chỉnh lƣu thủy ngân hoặc các linh kiện khác.
Khi chỉ dùng một điốt đơn lẻ để chỉnh lƣu dòng điện xoay chiều, bằng cách khóa không cho phần dƣơng hoặc phần âm của dạng sóng đi qua mạch điện, thì mạch chỉnh lƣu đƣợc gọi là chỉnh lƣu nửa chu kỳ hay chỉnh lƣu nửa sóng. Trong các bộ nguồn mọt chiều ngƣời ta hay sử dụng các mạch chỉnh lƣu nhiều điốt (2 hoặc 4 điốt) với các cách sắp xếp khác nhau để có thể biến đổi từ xoay chiều thành một chiều bằng phẳng hơn trƣờng hợp sử dụng một điốt riêng lẻ. Trƣớc khi các điốt bán dẫn phát triển, ngƣời ta còn dùng các mạch chỉnh lƣu sử dụng đèn điện từ chân không, đèn chỉnh lƣu thủy ngân, các dãy bán dẫn đa tinh thể seleni.
2.2.1.1. Mạch chỉnh lưu nửa sóng
Một mạch chỉnh lƣu nửa sóng chỉ một trong nửa chu kỳ dƣơng hoặc âm có thể dễ dàng đi ngang qua điốt, trong khi nửa kia sẽ bị khóa, tùy thuộc vào chiều lắp đặt của điốt. Vì chỉ có một nửa chu kỳ đƣợc chỉnh lƣu, nên mạch chỉnh lƣu nửa sóng có hiệu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
suất truyền công suất rất thấp. Mạch hỉnh lƣu nửa sóng có thể lắp bằng chỉ một điode bán dẫn trong các mạch nguồn một pha.
2. 3: Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ
2.2.1.2. chỉnh lưu hai nửa chu kỳ
Mạch chỉnh lƣu toàn sóng biến đổi cả hai thành phần cực tính của dạng sóng đầu vào thành một chiều. Do đó nó có hiệu suất cao hơn. Tuy nhiên trong mạch điện không có điểm giữa của biến áp ngƣời ta sẽ cần đến 4 điode thay vì một nhƣ trong mạch chỉnh lƣu nửa sóng. Điều này có nghĩa là đầu cực của điện áp ra sẽ cần đến 2 điode để chỉnh lƣu, thí dụ nhƣ 1 cho trƣờng hợp điểm X dƣơng, và 1 cho trƣờng hợp điểm X âm. Đầu ra còn lại cũng cần chính xác nhƣ thế, kết quả là phải cần đến 4 điode. Các điode dùng cho kiểu nối này gọi là cầu chỉnh lƣu đƣợc thể hiện ở hình số 2.4.
2. 4: Chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ dưng cầu chỉnh lưu
Đối với nguồn xoay chiều một pha, nếu dùng biến áp có điểm giữa, chỉ cần 2 điốt nối đâu lƣng với nhau (nghĩa là anode-với-anode hoặc cathode-với-cathode)có thể thành một mạch chỉnh lƣu toàn sóng đƣợc thể hiện hình 2.5.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
2. 5: Chỉnh lưu 2 nửa chu ky dùng biến áp có điểm giữa 2.2.2. Khối nghịch lƣu
2.2.2.1. Tổng quan về nghịch luu
Nghịch lƣu là quá trình biến đổi năng lƣợng một chiều thành năng lƣợng xoay chiều với điện áp và tần số ngõ ra có thể thay đổi cung cấp cho tải soay chiều.
Phân loại: Các sơ đồ nghịch lƣu đƣợc chia làm hai loại.
- Sơ đồ nghịch lƣu làm việc ở chế độ phụ thuộc vào lƣới xoay chiều.
- Sơ đồ nghịch lƣu làm việc ở chế độ độc lập (với các nguồn độc lập nhƣ ác quy, máy phát một chiều ....)
2.2.2.2. Nghịch lưu phụ thuộc
Nghịch lƣu phụ thuộc có sơ đồ nguyên lý giống nhƣ chỉnh lƣu có điều khiển. Mạch nghịch lƣu phụ thuộc là mạch chỉnh lƣu trong đó có nguồn một chiều đƣợc đổi dấu so với chỉnh lƣu và góc mở của các tiristo thoả mãn điều kiện ( /2 < < ) lúc đó công xuất của máy phát điện một chiều trả về lƣới xoay. Tần số và điện áp nghịch lƣu này phụ thuộc vào tần số điện áp lƣới xoay chiều.
2.2.2.3. Nghịch lưu độc lập
Nghịch lƣu độc lập làm nhiệm vụ biến đổi điện áp một chiều từ các nguồn độc lập (không phụ thuộc vào lƣới xoay chiều) thành xoay chiều với tần số pha tuỳ ý. Tần số và điện áp nghịch lƣu. Nói chung có thể điều chỉnh tuỳ ý. Có hai dạng sơ đồ nghịch lƣu độc lập là mạch cầu và mạch dùng biến áp có trung tính.
Sơ đồ nghịch lƣu lập đƣợc chia là ba loại cơ bản: - Nghịch lƣu song song và nối tiếp
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
- Nghich lƣu nguồn dòng và nguồn áp
a) Nghịch lưu song song và nối tiếp
Là các dạng nghịch lƣu sử dụng SCR cho đóng ngắt, và có sử dụng tụ điện ở mạch tải để đảm bảo chuyển mạch. Trong mạch điện gồm R tải, tự cảm L và điện dung
C tại thành mạch cộng hƣởng LCR, làm cho dòng qua SCR giảm về 0 và SCR tự tắt.
2. 6: Nghịch lưu song song
2. 7: Nghịch lưu nối tiếp + Nghịch lƣu song song (Hình 2.6)
Các SCR1 và SCR4 có cùng dạng xung kích cũng nhƣ SCR2 và SCR3. Khi SCR 1 và SCR4 dẫn điện, tụ điện C đƣợc nạp đến điện áp có cực tính nhƣ trên hình vẽ. Điện áp này sẽ đặt điện áp âm vào SCR1 và SCR4, làm tắt chúng khi ta kích SCR2 và SCR3. Tự cảm L ở đầu vào cách ly nguồn và cầu chỉnh lƣu, làm cho dòng điện cung
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
cấp vào cầu chỉnh lƣu không thay đổi tức thời, tránh khả năng chập mạch tạm thời qua SCR1 và SCR2 ( hay SCR3 và SCR4 ) khi các SCR chuyển mạch.
Do có tự cảm ở giữa bộ nghịch lƣu và nguồn nên trị số và điện áp ngõ ra thay đổi theo đặt tính tải. Trên hình 2.7b áp ra không còn dạng xung vuông và có thể gần giống hình sin khi tải có tự cảm ( tải RL).
2. 8: dạng áp, dòng của nghịch lưu nối tiếp (a) song song (b)
+ Nghich lƣu nối tiếp (Hình 2.7)
Mạch điện hình 2.7 là dạng đơn giản nhất của mạch nghịch lƣu nối tiếp, có mạch tƣơng đƣơng là LCR nối tiếp khi SCR dẫn điện. Ví dụ nhƣ khi SCR 1 đƣợc kích, dòng qua mạch sẽ về không khi áp trên tụ điệ đạt giá trị cực đại ( có dấu nhƣ mạch điện) và SCR sẽ tự tắt. Vì thế mạch còn gọi là mạch nghịch lƣu chuyển mạch tải. Khi SCR2 đƣợc kích, tụ điện sẽ phóng qua nó và dòng về không khi áp trên tụ đảo cực tính, chuẩn bị cho chu kỳ kế tiếp. Dạng sóng nhƣ hình 2.8a
Hai mạch nghịch lƣu này đƣợc dùng làm mạch nguồn trung hay cao tần. Và nhƣ vậy ngoài nhiệm vụ tắt ( chuyền mạch) SCR, các tụ điện trong hai mạch nghịch lƣu này còn là một phần của tải, góp phần vào việc cải thiện hệ số công suất của mạch.