Để giảm ảnh hưởng súng điều hoà bậc cao cú ba biện phỏp: a. Chọn bộ biến đổi cú nhiều xung ra ( m = 6, 12, 18,...).
Đối với lưới cú nhiều bộ biến đổi (n bộ biến đổi) cú cựng số xung đầu ra m ta sử dụng cỏc biến ỏp cấp cho cỏc bộ biến đổi cú gúc lệch điện ỏp ra quan hệ với nhau một gúc
n . m 360
δ . Như vậy, súng điều hoà bậc cao sẽ giảm. b. Sử dụng bộ lọc: Nếu cụng suất của bộ biến đổi lớn đối với lưới thỡ ta bố trớ mạch lọc đầu vào bộ biến đổi. Trong trường hợp tổng quỏt, trong lưới điện cú nhiều bộ biến đổi sẽ phỏt ra ớt súng điều hoà hơn so với lưới cú một bộ biến đổi cú cụng suất tương đương.
Bộ lọc được thiết lập thành nhúm mạch LC cộng hưởng nối tiếp (lọc thụ động), nú sẽ dập tắt cỏc dũng điện điều hoà bậc cao ( hỡnh 3.3a).
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 52
c. Trao đổi cụng suất giữa lưới và tải đối với truyền động biến tần động cơ xoay chiều.
Chỉnh lưu diode chỉ cho phộp năng lượng đi theo một chiều duy nhất. Vỡ vậy năng lượng khụng thể được trả về lưới từ động cơ mà bị tiờu hao trờn cỏc điện trở được điều khiển bởi cỏc ngắt điện nối dọc theo mạch một chiều. Phương phỏp cải tiến vấn đề này là dựng hóm dập năng lượng mạch một chiều hoặc dựng bộ chỉnh lưu làm việc ở chế độ nghịch lưu trả về lưới. Tuy nhiờn, trong trường hợp mắc điện trở, nếu cụng suất cao thỡ đũi hỏi điện trở lớn khú khăn trong việc chế tạo và trường hợp mắc bộ ngược cũng gõy tốn kộm.
υ = 5 ữ 13 υ = 5 7 11 13 >17
Hỡnh 3.3: Cỏc bộ lọc để giảm súng hài bậc cao
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 53
Túm lại, khi ta:
- Xột về cỏc tiờu chuẩn: gồm súng điều hoà bậc cao, hệ số tiờu thụ cụng suất phản khỏng đối với chỉnh lưu dựng diode, thyristor cho cỏc hệ truyền động xoay chiều và một chiều cần sử dụng phương phỏp lọc và bự.
- Đối với hệ truyền động cần trao đổi cụng suất với lưới phải dựng bộ biến đổi thứ 2 ( bộ nghịch lưu) trả cụng suất từ tải về lưới.
- Đối với hệ khụng thực hiện trả năng lượng dựng hóm điện trở. Những hệ cú cụng suất từ vài trăm KW trở lờn dựng hóm điện trở khú khăn. Bộ chỉnh lưu Bộ nghịch lưu Bộ chỉnh lưu Bộ nghịch lưu Bộ nghịch lưu phục vụ hóm tỏi sinh ĐC ĐC
Hỡnh 3.4: Cỏc biện phỏp xử lý khi năng lượng động cơ dư thừa a. Dập năng lượng bằng điện trở ở mạch một chiều b. Mắc thờm một bộ nghịch lưu để trả năng lượng về lưới
a)
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 54
Những phương phỏp vừa nờu trờn cũn tồn tại những vấn đề như: hệ thống cồng kềnh, đầu tư lớn, lọc súng hài bậc cao khú, khi cụng suất hệ lớn thỡ điều chỉnh khú khăn. Trong chỉnh lưu diode chỉ cho phộp năng lượng chảy theo một chiều và khụng điều khiển được. Sự thay đổi của năng lượng sẽ xuất hiện một cỏch tự nhiờn với sự thay đổi của điện ỏp nguồn cấp và tải. Trong nhiều ứng dụng năng lượng cần được điều khiển. Thậm chớ đối với tải đũi hỏi điện ỏp khụng đổi hay dũng điện khụng đổi, điều khiển là việc cần thiết để bự nguồn cấp và sự thay đổi của tải. Chỉnh lưu thyristor cú thể điều khiển được năng lượng bởi nguyờn lý điều khiển pha bằng cỏch thay đổi gúc mở của thyristor. Bộ biến đổi này cũn cú thờm khả năng biến đổi năng lượng từ một chiều sang xoay chiều hay hoạt động ở chế độ nghịch lưu. Khi gúc α nằm giữa 0 và Π/2 nú hoạt động ở chế độ chỉnh lưu, gúc α nằm giữa Π/2 và Π thỡ nú hoạt động ở chế độ nghịch lưu và năng lượng từ nguồn một chiều chảy về lưới xoay chiều.
Tuy nhiờn, nú cú nhược điểm là dũng điện chứa nhiều súng điều hoà bậc cao làm ảnh hưởng đến chất lượng điện năng. Bờn cạnh đú, cũn gõy ra hệ số cụng suất thấp.
Kết luận: Do cỏc nhược điểm của bộ chỉnh lưu cũ đũi hỏi phải tỡm ra 1 bộ chỉnh lưu mới thoả món cỏc điều kiện:
- Chứa ớt súng điều hoà bậc cao. - Hệ số cos φ cao.
- Năng lượng chảy được theo theo hai chiều.
Như vậy vấn đề đặt ra ở đõy là phải tỡm ra một loại chỉnh lưu tự nú thoả món những yờu cầu đó nờu trờn. Chỉnh lưu PWM ra đời thoả món cỏc điều kiện trờn, bộ chỉnh lưu PWM sẽ thay thế chỉnh lưu cũ.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 55
3.2. Chỉnh lƣu PWM
3.2.1. Nhiệm vụ
Chỉnh lưu PWM phải đạt được 3 yờu cầu là:
- Trao đổi được năng lượng giữa động cơ và lưới.
- Tăng hệ số cụng suất, cú thể điều khiển hệ số cụng suất cos φ = 1. - Giảm súng điều hoà bậc cao đi vào lưới để cải thiện chất lượng
điện năng, tạo ra súng điều hoà nhỏ nhất ( dạng sin dũng vào). Cấu trỳc cơ bản chỉnh lưu PWM (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Cấu trỳc phổ biến này cú cỏc ưu điểm là sử dụng cỏc module ba pha, số lượng van nhỏ nờn cú thể giảm giỏ thành, năng lượng cú khả năng chảy hai chiều.
Cấu trỳc này cú triển vọng nờn đang được phỏt triển. Trong hệ thống phõn bố năng lượng một chiều hay biến đổi xoay chiều/ một chiều/ xoay chiều, năng lượng xoay chiều đầu tiờn được biến đổi sang một chiều nhờ vào chỉnh lưu ba pha PWM. Nú cho hệ số cụng suất bằng một và dũng điện chứa ớt thành phần súng hài bậc cao. Cỏc bộ biến đổi này nối với đường truyền một
UA UB UC IA IB IC C Tải
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 56
chiều sẽ mang lại cho tải những chuyển đổi mong muốn như thay đổi tốc độ truyền động động cơ cảm ứng và động cơ đồng bộ nam chõm vĩnh cửu, bộ biến đổi từ một chiều sang một chiều, hoạt động đa truyền động,…
Hơn nữa, biến đổi xoay chiều/ một chiều/ xoay chiều sẽ mang lại một số điểm sau:
- Động cơ cú thể hoạt động ở tốc độ cao hơn mà khụng cần giảm từ trường ( bởi sự duy trỡ điện ỏp đường truyền một chiều trờn điện ỏp đỉnh của nguồn cấp).
- Về lý thuyết, giảm được 1/3 điện ỏp so sỏnh với cấu hỡnh quy ước do điều khiển đồng thời chỉnh lưu và nghịch lưu.
- Phản ứng của bộ điều khiển điện ỏp cú thể được cải tiến bởi tớn hiệu đưa đến từ tải dẫn đến giảm đến mức tối thiểu điện dung 1 chiều, trong khi việc duy trỡ được điện ỏp một chiều dưới giới hạn cho phộp thay đổi tải.
Hỡnh 3.6: Bộ biến đổi xoay chiều/ một chiều/ xoay chiều.
UA UB UC IA IB IC C M
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 57
Hỡnh 3.7: Hệ thống phõn phối điện năng một chiều.
3.2.3. Cấu trỳc mạch lực và hoạt động của chỉnh lưu PWM a. Cấu trỳc mạch lực của chỉnh lưu PWM
Hỡnh 3.7: Hệ thống phõn phối điện năng một chiều.
Hỡnh 3.8a: Sơ đồ thay thế đơn giản của chỉnh lưu 3 pha PWM cho cụng suất chảy theo cả hai chiều
Phớa xoay chiều
Phớa một chiều Bộ biến đổi cầu
Tải
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 58
Hỡnh 3.8 (b) biểu diễn một pha của mạch chỉnh lưu giới thiệu ở hỡnh 3.8 (a). L và R là điện cảm của lưới, UL là điện ỏp lưới và US là điện ỏp bộ chuyển đổi cú thể điều khiển được từ phớa một chiều.
b. Điều kiện để chỉnh lưu PWM hoạt động:
- Điều kiện hoạt động của chỉnh lưu PWM: Vdcmin>VCL tự nhiờn (thường ớt nhất là 20%).
- Cú cuộn cảm đầu vào để tạo kho từ trao đổi năng lượng với lưới. - Điều khiển chỉnh lưu theo luật điều khiển PWM
Quỏ trỡnh làm việc của chỉnh lưu PWM yờu cầu một giỏ trị điện ỏp một chiều nhỏ nhất. Thụng thường, cú thể xỏc định bằng điện ỏp dõy lớn nhất:
Vdcmin>VLN(rms)* 3* 2= 2,45* VLN(rms) (3.6) Ta cú biểu thức điện ỏp
udc> (Em2 (LiLd)2) (3.7) Biểu thức trờn chỉ ra mối quan hệ giữa điện ỏp nguồn và điện ỏp một chiều đầu ra, dũng điện (tải) và cảm khỏng.
Cuộn cảm phải được lựa chọn kỹ bởi cảm khỏng thấp sẽ làm cho dũng điện nhấp nhụ lớn và làm cho việc thiết kế phụ thuộc nhiều vào trở khỏng đường dõy. Cảm khỏng cú giỏ trị lớn làm giảm độ nhấp nhụ dũng điện, nhưng
Hỡnh 3.8b: Sơ đồ thay thế điện của một nhỏnh
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 59 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
đồng thời cũng làm giảm giới hạn làm việc của chỉnh lưu. Điện ỏp rơi trờn cuộn cảm cú ảnh hưởng tới dũng điện nguồn. Điện ỏp rơi này được điều chỉnh bởi điện ỏp đầu vào chỉnh lưu PWM nhưng giỏ trị lớn nhất được giới hạn bởi điện ỏp 1 chiều. Kết quả là, dũng điện lớn(cụng suất lớn) qua cảm khỏng cũng cần điện ỏp một chiều lớn hay cảm khỏng nhỏ. Vỡ vậy, sau khi biến đổi phương trỡnh (1.6) độ tự cảm lớn nhất xỏc định: L< LD 2 m 2 dc i . E u . (3.8) c. Giản đồ vectơ
Cuộn cảm được nối giữa đầu vào chỉnh lưu và lưới đúng vai trũ là bộ tớch phõn trong mạch. Nú mang đặc tớnh nguồn dũng của mạch đầu vào và cung cấp đặc trưng tăng thế của bộ biến đổi. Dũng điện lưới iL được điều khiển bởi điện ỏp rơi trờn điện cảm L nối giữa 2 nguồn ỏp (lưới và bộ biến đổi). Nú cú nghĩa rằng điện ỏp của cuộn cảm uL tương đương với độ chờnh lệch giữa điện ỏp lưới và điện ỏp bộ biến đổi. Khi điều khiển gúc pha ε và biờn độ của điện ỏp bộ biến đổi, tức là đó điều khiển giỏn tiếp pha và biờn độ của dũng điện lưới. Theo cỏch này, giỏ trị trung bỡnh và dấu của dũng điện 1 chiều là đối tượng để điều khiển tỷ lệ với cụng suất tỏc dụng qua bộ biến đổi. Cụng suất phản khỏng cú thể được điều khiển một cỏch độc lập với sự thay đổi của thành phần dũng điều hoà cơ bản IL đối với điện ỏp UL.
Hỡnh 3.9 giới thiệu đồ thị vộctơ với cỏc trường hợp bộ chỉnh lưu thụng thường và bộ chỉnh lưu PWM ở hai chế độ chỉnh lưu và nghịch lưu. Như vậy bộ chỉnh lưu PWM cho phộp năng lượng chảy theo 2 chiều và cú hệ số cụng suất = 1. Hỡnh vẽ cho thấy vector điện ỏp us trong quỏ trỡnh tỏi sinh cao hơn (lờn đến 3%) so với chế độ chỉnh lưu. Nú cú nghĩa là 2 chế độ này là khụng đối xứng.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 60
3.2.3. Cỏc phương phỏp điều khiển chỉnh lưu PWM
Cỏc nguyờn tắc điều khiển của chỉnh lưu PWM được xõy dựng dựa trờn hai đại lượng vectơ cơ bản : điện ỏp và từ thụng ảo. Hiện nay, cú hai phương phỏp điều khiển: điều khiển dựa trờn điện ỏp và điều khiển dựa trờn từ thụng ảo. Cấu trỳc điều khiển chỉnh lưu PWM được minh hoạ trờn hỡnh 3.10.
Điều khiển dựa trờn điện ỏp là ước lượng điện ỏp lưới và sẽ điều khiển bằng dũng điện hay cụng suất. Trước hết cần ước lượng điện ỏp lưới bằng cỏch cộng điện ỏp đặt đầu vào bộ chỉnh lưu với điện ỏp rơi trờn cuộn cảm. Sau đú, dựa trờn điện ỏp lưới đó ước lượng sẽ được tiến hành điều khiển bằng dũng điện thỡ gọi là phương phỏp VOC (Voltage Orientend Control) hay theo cụng suất thỡ gọi là phương phỏp DPC (Direct Power Control).
(a) (b)
(c)
Hỡnh 3.9: Giản đồ pha cho chỉnh lưu PWM. a. Đồ thị vộctơ bộ chỉnh lưu thụng thường.
b. Đồ thị vộctơ bộ chỉnh lưu PWM với hệ số cụng suất bằng 1. c. Đồ thị vộctơ bộ chỉnh lưu PWM hoạt động ở chế độ nghịch lưu
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 61
Cấu trỳc điều khiển VOC sử dụng mạch vũng điều khiển dũng điện là cấu trỳc đó được phỏt triển và rất phổ biến. Cấu trỳc này dựa trờn việc chuyển đổi giữa hệ trục toạ độ cố định ,...và hệ trục toạ độ quay đồng bộ d - q. Phương phỏp này đảm bảo đỏp ứng tức thời nhanh và hiệu suất tĩnh cao thụng qua cỏc mạch vũng điều khiển dũng điện bờn trong .
Cấu trỳc điều khiển DPC dựa trờn cỏc mạch vũng điều khiển cụng suất tỏc dụng và cụng suất phản khỏng tức thời. Trong cấu trỳc DPC, khụng cú mạch vũng điều khiển dũng điện và khụng cú khối điều chế PWM vỡ cỏc trạng thỏi chuyển mạch của bộ biến đổi được chọn bởi bảng chuyển mạch dựa trờn sự sai lệch giữa giỏ trị ước lượng và giỏ trị điều khiển của cụng suất tỏc dụng và cụng suất phản khỏng. Do đú, một điểm quan trọng khi thực hiện cấu trỳc DPC là phải ước lượng nhanh và chớnh xỏc cụng suất tỏc dụng và cụng suất phản khỏng.
Điều khiển dựa trờn từ thụng ảo là phương phỏp điều khiển cần phải ước lượng từ thụng ảo của lưới điện và ỏp dụng phương phỏp điều khiển từ thụng stator của động cơ khụng đồng bộ cho lưới điện. Nếu điều khiển bằng mạch vũng dũng điện thỡ gọi là phương phỏp VFOC (Voltage Flux Oriented Control), cũn khi điều khiển dựa theo cụng suất thỡ được gọi là phương phỏp
Hỡnh 3.10: Cỏc phương phỏp điều khiển chỉnh lưu PWM Cỏc phƣơng phỏp điều khiển chỉnh lƣu PWM Điều khiển theo vộc tơ từ thụng ảo VFOC VF-DPC VOC DPC Điều khiển theo vộc tơ điện ỏp
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 62
VF-DPC. VFOC tương tự như VOC, cũn VF-DPC cũng tương tự như DPC, chỳng chỉ khỏc nhau ở chỗ điều khiển dựa trờn điện ỏp hay dựa trờn từ thụng ảo.
Hệ điều khiển biến tần dựng chỉnh lưu PWM với động xoay chiều cú cỏc phương ỏn được trỡnh bày trờn hỡnh 3.11.
3.3. Phõn tớch hệ truyền động biến tần – Động cơ khụng đồng bộ cho Cabin thang mỏy Cabin thang mỏy
3.3.1. Khối mạch lực:
Mạch lực bao gồm một biến tần 4 gúc phần tư (Khối chỉnh lưu CL tạo điện ỏp cao một chiều, khối nghịch lưu NL tạo điện ỏp ba pha xoay chiều với tần số mong muốn). Chỉnh lưu tớch cực PWM cú khả năng tạo ra điện ỏp một chiều đầu ra cao đỏp ứng được yờu cầu điện ỏp nguồn của biến tần trong hệ thống truyền động biến tần – Động cơ khụng đồng bộ rotor lồng súc, ngoài ra nú cũn cú một số ưu điểm khỏc như: đảm bảo trao đổi cụng suất hai chiều giữa nguồn và tải, cho phộp động cơ làm việc được ở chế độ hóm tỏi sinh; dũng qua lưới cú dạng rất gần hỡnh sin; cú thể điều khiển để hệ số cụng suất cos= 1.
Hỡnh 3.11: Hệ truyền động động cơ xoay chiều - biến tần dựng chỉnh lưu PWM với cỏc phương phỏp điều khiển
CL NL
DPC
VOC FOC
DTC
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 63
Hỡnh 3.12 là sơ đồ nguyờn lý phần mạch lực của hệ thống truyền động. Sơ đồ gồm bộ điện cảm nguồn L; hai sơ đồ cầu ba pha bằng cỏc IGBT làm nhiệm vụ chỉnh lưu (CLPWM) và nghịch lưu (NL); tụ điện C vừa là phần tử cơ bản trong sơ đồ chỉnh lưu PWM, vừa là phần tử lọc; động cơ ASM.
a. Điều khiển chỉnh lưu PWM: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Cú nhiều phương phỏp điều khiển bộ chỉnh lưu tớch cực PWM, mỗi phương phỏp điều khiển cú những ưu nhược điểm riờng. Cỏc phương phỏp điều khiển khỏc nhau cú sự khỏc nhau về đại lượng điều khiển cũng như cấu