CÂU HỎI VÀ THỰC HÀNH

a. Chương trình mẫu 2:

7.3. CÂU HỎI VÀ THỰC HÀNH

A. Câu hỏi lý thuyết :

1/. Từ sơ đồ mạch tạo xung kích và mạch cơng suất hình 7.3 hãy cho biết chức năng của các linh kiện sau đây:

U2, U3, U4, U5, D3, D4, D5, Q1, Q2, Q3, C3, C6 và R8 (VR 5K).

B. Câu hỏi thực hành :

1. Mắc tải R (bĩng đèn) vào mạch điều khiển cơng suất AC, lấy điểm đất (mass) chung, dùng oscilloscope xem và vẽ lại dạng sĩng tại các điểm : TP0, TP1, TP2, TP3, TP4, TP5, TP6, TP7 (tất cả cùng một thang thời gian). Trong đĩ, TP5 được vẽ trên cùng một đồ thị với TP2 và TP5 cũng được vẽ trên cùng một đồ thị với TP3 (các thang giá trị của các đồ thị được vẽ như hình 7.4 ), so sánh và nhận xét.

- So sánh dạng sĩng ở TP0 với TP2 và Tp4, từ đĩ suy ra Q2 và U3 tạo xung kích đĩng trong bán kỳ nào?

- So sánh dạng sĩng ở TP0 với TP3 và TP6, từ đĩ suy ra Q3 và U4 tạo xung kích đĩng trong bán kỳ nào?

2 TP1 t TP2 TP5 t TP3 TP5 t TP9 t TP6 t TP7 t Hình 7.4

2. Với tải R, dùng Oscilloscope quan sát điện áp trên tải, ước lượng gĩc mở, đo điện áp hiệu dụng (hoặc dịng điện hiệu dụng) trên tải, lập bảng 1, nhận xét và so sánh với lý thuyết. 〈 VL P = VL 00 300 600 900 1200 1500 1800 RL Hình 7.5

3. Mắc tải R_L vào mạch điều khiển cơng suất AC, dùng oscilloscope xem và vẽ lại dạng sĩng điện áp trên tải, so sánh với trường hợp tải trở, giải thích.

4. Với tải R_L, lặp lại câu 2 (chú ý: VL là điện áp giữa 2 đầu R) . Nhận xét.

7.4. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM:

1) 01 board thí nghiệm (board lớn). 2) 01 tải R-L.

3) 01 tải motor. 4) 01 oscilloscope. 5) 01 VOM.

7.5. TÀI LIỆU THAM KHẢO:

[1]. Giáo trình THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT – Bộ Mơn Viễn Thơng & Kỹ thuật Điều khiển - Khoa cơng Nghệ Thơng Tin & Truyền thơng – ĐHCT - 2001.

[2]. Các bài giảng và giáo trình ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT – Bộ Mơn Viễn Thơng & Kỹ thuật Điều khiển - Khoa cơng Nghệ Thơng Tin & Truyền thơng – ĐHCT.

[3]. NGUYỄN VĂN NHỜ - GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT I – NXB Đại học Quốc gia TP HCM – 2002.

[4]. TRƯƠNG VĂN TÁM - MẠCH ĐIỆN TỬ – Giáo trình – Bộ Mơn Viễn Thơng & Kỹ thuật Điều khiển - Khoa cơng Nghệ Thơng Tin & Truyền thơng – ĐHCT – 2001.

[5]. CYRIL W. LANDER – POWERS ELETRONICS –McGraw-Hill, London – 1987. [6]. Zainal Salam – POWER ELECTRONICS AND DRIVES – Version 3 – UTM.JB – 2003

Bài 8: Biến tần gián tiếp

BÀI 8: BIẾN TẦN GIÁN TIẾP

Tham gia thực hiện: KS Trần Lê Trung Chánh

8.1. MỤC ĐÍCH

Giúp sinh viên nắm được nguyên tắc hoạt động và một số ứng dụng của bộ biến tần dùng nghịch lưu áp.

8.2. SƠ LƯỢC VỀ LÝ THUYẾT BIẾN TẦN

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. Biến tần được dùng để điều khiển vận tốc động cơ xoay chiều theo phương pháp điều khiển tần số, theo đĩ tần số của lưới nguồn sẽ đổi thành tần số biến thiên. Ngồi việc thay đổi tần số cịn cĩ sự thay đổi tổng số pha. Từ nguồn lưới 1 pha, thơng qua biến tần ta cĩ thể mắc tải là một động cơ ba pha. Bộ biến tần cịn được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật nhiệt điện, chẳng hạn như cung cấp năng lượng cho lị cảm ứng.

8.2.1. Phân loại

- Phân loại dựa vào tổng số pha ta cĩ: biến tần 1 pha, 3 pha, m pha

- Phân loại dựa vào cấu trúc mạch điện và nguyên tắc hoạt động ta cĩ: biến tần gián tiếp dùng nghịch lưu áp, biến tần gián tiếp dùng nghịch lưu dịng và biến tần trực tiếp.

Trong bài này ta sẽ khảo sát biến tần gián tiếp dùng nghịch lưu áp. Biến tần trực tiếp sẽ được thực hiện trong bài 9.

8.2.2. Cấu tạo:

(Xem sơ đồ nguyên lý hình 8.1)

Biến tần gián tiếp gồm cĩ:

- Bộ chỉnh lưu : Cĩ chức năng chỉnh điện áp xoay chiều với tần số cố định ở ngõ vào. Bộ chỉnh lưu cĩ nhiều dạng: mạch tia, mạch cầu, 1 pha hoặc 3 pha

- Mạch trung gian một chiều : gồm cuộn cảm Lf và tụ Cf dùng để làm phẳng điện áp được chỉnh lưu, tạo ra một nguồn áp cung cấp cho bộ nghịch lưu.

- Bộ nghịch lưu: cĩ thể là 1 pha hoặc 3 pha. Quá trình chuyển mạch của bộ nghịch lưu áp thường là quá trình chuyển đổi cưỡng bức. Bộ nghịch lưu cĩ chức năng biến nguồn điện một chiều đã được chỉnh lưu thành nguồn điện xoay chiều mà tần số cĩ thể điều chỉnh được

- Mạch tạo xung kích để điều khiển nghịch lưu áp:

Các bộ nghịch lưu áp thường được điều khiển theo kỹ thuật điều chế xung (PWM: Pulse With Modulation) và qui tắc kích đĩng đối nghịch

- Mạch chỉnh lưu Mạch nghịch lưu f1 ~ - Id1 Lf Cf Id2 f1 Ud2 ~ Hình 8.1 Mạch tạo xung kích

a. Bộ chỉnh lưu và mạch trung gian một chiều:

Chỉnh lưu bán kỳ khơng điều khiển (hình 8.2)

.01F/400V Pha AC110/50Hz Lf 330F/400V Pha Pha

Dây trung hịa

Lf

330F/400V

(a) (b)

Hình 8.2: (a) 1 pha (b) 3 pha Trong bài thí nghiệm này ta sử dụng nguồn điện 1 pha.

b. Bộ nghịch lưu áp

 Bộ nghịch lưu áp 1 pha:

Bộ nghịch lưu áp dùng BJT mắc theo dạng mạch cầu (Hình 8.3.a) cĩ 4 cơng tắc (BJT) và 4 diode mắc đối song.

+280VDC 10 10 C2939 1N5408 1N5408 C2939 10 C2939 10 1N5408 1N5408 C2939 - Tải (a) S1, S2 S3, S4 Utả + - (b)

Hình 8.3 (a) Bộ nghịch lưu áp 1 pha.

+ U/2 S1 S3 S5 S1 S3 S5 + U - S4 S4 U/2 S6 S2 S6 S2 - J1 J2 J3 U11 U12 U13 Hình 8.4 : Bộ nghịch lưu áp 3 pha 8.2.3. Phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu áp :

Các bộ nghịch lưu áp thường được điều khiển dựa theo kỹ thuật điều chế độ rơng xung (PWM) và qui tắc kích đĩng đối nghịch. Qui tắc kích đĩng đối nghịch đảm bảo dạng áp tải được điều khiển tuân theo giản đồ kích cơng tắc và kỹ thuật điều chế độ rộng xung cĩ tác dụng hạn chế tối đa các ảnh hưởng bất lợi của sĩng hài bậc cao xuất hiện ở phía tải.

Dựa vào phương pháp thiết lập giản đồ kích đĩng các cơng tắc trong bộ nghịch lưu áp, ta cĩ thể phân biệt các dạng điều chế độ rộng xung khác nhau như sau.

a. Phương pháp điều chế độ rộng sin (sin PWM)

Giản đồ kích đĩng cơng tắc bộ nghịch lưu dựa trên cở sở so sánh 2 tín hiệu cơ bản :

sĩng điều chế tần số cao và sĩng điều khiển dạng sin.

Sĩng điều chế cĩ thể ở dạng tam giác. Sĩng điều khiển mang thơng tin về độ lớn trị hiệu dụng và tần số sĩng hài cơ bản của điện áp ở ngõ ra. Trong trường hợp bộ nghịch lưu áp 3 pha, 3 sĩng điều khiển của 3 pha phải tạo lệch nhau 1/3 chu kỳ của nĩ.

b. Phương pháp điều chế độ rộng xung vuơng (Square PWM)

c. Phương pháp điều chế độ rộng xung tối ưu (Optimum PWM)

Ảnh hưởng của một số sĩng hài bật thấp chứa trong điệnn áp ra cĩ thể được khử bỏ bằng phương pháp điều chế độ rộng xung tối ưu. Giản đồ kích đĩng các cơng tắc được thiết lập trên cơ sở phân tích hàm tối ưu theo các biến là gĩc kích đĩng các linh kiện. d. Phương pháp điều chế theo dịng điện

Giản đồ kích đĩng các cơng tắc được xác định trên cơ sở so sánh dịng điện yêu cầu của tải và dịng điện đo được.

e. Phương pháp điều rộng

Cịn gọi là phương pháp điều chế độ rộng xung đơn, là trường hợp đặt biệt của phương pháp điều chế độ rộng xung. Trong mổi nữa chu kỳ, áp ra chỉ cĩ một xung điện áp. Độ lớn điện áp cho tải được điều khiển bằng cách thay đổi độ rộng xung điện áp. Phương pháp này chỉ áp dụng điều khiển bộ nghịch lưu áp 1 pha.

f. Phương pháp điều khiển theo biên độ

Gọi tắc là phương pháp điều biên. Phương pháp này đồi hỏi điện áp nguồn điều khiển được. Các cơng tắc trong cặp cơng tắc cùng pha được kích đĩng với thời gian bằng nhau và bằng một nữa chu kỳ áp ra.

Bộ nghịch lưu áp ba pha điều khiển theo biên độ cịn gọi là bộ nghịch lưu 6 bước (six-step voltage inverter)

Trong bài này sử dụng vi điều khiển 89C51 để tạo xung điều khiển, nĩ được lập trình cung cấp 3 tín hiệu điều khiển lệch pha 1200 ở 3 port P3.0, P3.1 và P3.2 và cĩ thể chọn một trong 3 tần số 40Hz, 50Hz, 100Hz cho dịng điện ra trên tải.

Sơ đồ chi tiết của bộ biến tần trong bài thí này được được in kèm theo board mạch thí nghiệm.

8.2.4. Giới thiệu về biên tần SIEMENS G110

a. Giới thiệu chung

- Sinamics G110 là biến tần cho phép thay đổi tần số như mong muốn để điều khiển động cơ AC 3 pha. Hiện dịng sản phẩm cĩ nhiều model với cơng suất từ 120W đến 3KW. Model sử dụng trong bài thí nghiệm cĩ cơng suất 2.2KW.

- Biến tần G110 là một hệ vi xử lý và điều khiển dùng cơng nghệ IGBT ( Isolated Gate Bipolar Transistor). Sản phẩm cĩ độ tin cậy cao và linh hoạt trong các ứng dụng. Việc sử dụng phương pháp biến điệu độ rộng xung đặc biệt, với tần số xung cĩ thể lựa chọn cho phép motor hoat động thật yên tĩnh và nhẹ nhàng. Bên cạnh đĩ, với các tính năng bảo vệ tồn diện giúp bảo vệ an tồn cho chính biến tần G110 và motor kết nối khi sử dụng.

- G110 cĩ thể sử dụng theo hai phương thức điều khiển:

+ Điều khiển Analog – dùng mạch tương tự kết nối với các ngõ vào của G110. + Điều khiển USS – dùng chuẩn RS485.

6). V. c nối với sử dụng u. pha.

b. Sơ lược cấu tạo.

L1,L2/N BOP DIN10 U,V,W,PE Hình 8.5: Hình dạng biến tần G110 - G110 với gĩc nhìn từ đỉnh (Hình 8. + L1, L2: nối với nguồn điện 220 + PE (Protect Circuit): thường đượ mass của biến tần G110.

+ Led: dùng để hiện thị giúp người biết được trạng thái của G110. + DC+, DC-: ngõ ra điện thế 1 chiề + U, V, W: Kết nối với động cơ 3 + DIN 10: Các ngõ vào của G110.

DIN10

- Sơ đồ khối của G110 (Hình 8.7):

c. Sử dụng

Hình 8.7

G110 cĩ thể điều khiển động cơ bằng nhiều cách: + Thơng qua các DIP trên G110

+ Keypad

+ PC (mode USS).

- Để điều khiển hoạt động của G110, người điều khiển phải nhập vào các tham số (Parameter). G110 sẽ lấy giá trị các tham số này, tính tốn và thực hiện điều khiển tương ứng ở ngõ ra.

Các tham s ố đ iề u k h iể n: - P0003: Cấp độ truy nhập các thơng số. 1: Standard. 2: Extended. 3: Expert 4: Reserved - P0010: Cài đặt chế độ chấp hành cho G110. 0: Ready 1: Quick Commissioning. 2: Inverter. 29: Download 30: Factory setting

- P0100: Europe / North America. 0: kw/50hz.

1: Hp/60hz. 2: kw/60hz.

- P0700: Chọn bộ điều khiển:

1: BOP (Basic Operation Panel) 2: Terminal / Digital input 3: USS Interface

Tên Chức năng

P0304 Điện thế định mức của động cơ P0305 Dịng điện định mức của động cơ P0307 Cơng suất định mức của động cơ P0308 Hệ số cơng suất

P0310 Tần số hoạt động

P0311 Số vịng quay trong 1 phút P0335 Chọn chế độ làm mát cho motor P0640 Tham số về dịng quá tải cho phép P1000 Lựa chọn tần số đặt trước

P1080 Tần số nhỏ nhất

P1082 Tần số lớn nhất

P1120 Thời gian tăng đến tần số lớn nhất P1121 Thời gian giảm từ tần số lớn nhất về

0

P1300 Chọn chế độ điều khiển

P3900 Chọn kết thúc Quick

Commissioning

Sử dụng BOP để truy nhập vào các tham số tương đối đơn giản: 1. Nhấn để vào chọn các tham số.

2. Nhấn đến khi tham số cần hiệu chỉnh hiển thị trên màn hình. 3. Nhấn để hiển thị giá trị hiện tại của tham số.

4. Nhấn hoặc để chọn giá trị cần thiết lập. 5. Nhấn để chấp nhận giá trị vừa thay đổi. 6. Lặp lại từ bước 2 cho các thơng số kế tiếp.

8.3. CÂU HỎI VÀ THỰC HÀNH A. Câu hỏi lý thuyết A. Câu hỏi lý thuyết

1. Cơng suất của một dịng điện hình sin phụ thuộc vào tần số của nĩ như thế nào? 2. Tốc độ quay của một motor AC thay đổi theo tần số của nguồn cấp điện như thế nào?

3. Từ sơ đồ mạch hãy cho biết các xung điều khiển S1, S2, S3, S4, S5, S6 lệch pha nhau như thế nào ?

4. Bộ biến tần gián tiếp dùng nghịch lưu áp khác với biến tần gián tiếp dùng nghịch lưu dịng ở điểm nào?

B. Phần thực hành trên bộ biến tần dùng BJT cơng suất và mạch tạo xung kích dùng vi điều khiển 89C51. dùng vi điều khiển 89C51.

1. Mắc tải R(bĩng đèn) vào mạch biến tần theo kiểu Y (đấu hình sao):

a. Chọn tần số 40Hz, dùng oscilloscope xem và vẽ lại dạng sĩng xung điều khiển S1 ( tại JH1), S3 (tại JH9) và S5 (tại JH4) từ đĩ cho biết phương pháp điều khiển là phương pháp gì?

b. Thay đổi tần số (theo trình tự như sau: ngắt điện nguồn, ấn nút xả điện X, mở nguồn điện lại, ấn nút chọn tần) đo điện áp hiệu dụng trên tải (trên một pha xác định). Lập bảng :

Tần số (Hz) 40Hz 50Hz 100Hz

Vtải(V) Ptải= V2tải/R

Cho nhận xét về sự phụ thuộc của cơng suất vào tần số.

c. Dùng oscilloscope xem và vẽ lại dạng sĩng điện áp ra trên tải trên một pha xác định (chú ý : dùng dây lấy tín hiệu cho oscilloscope cĩ mạch giảm áp) , nhận xét.

2. Mắc tải R_L vào mạch biến tần theo kiểu Y, chọn tần số 40Hz, dùng Oscilloscope xem và vẽ lại dạng sĩng điện áp trên tải (trên một pha xác định)

3. Thay tải R_L bằng motor 3 pha, thay đổi tần số và quan sát tốc độ quay của motor. Suy ra sự phụ thuộc của tốc độ quay vào tần số của nguồn điện cấp cho motor. Lúc khởi động motor, nguồn cấp điện cho motor cĩ tần số thấp hay cao? Tại sao?

C. Phần thực hành trên bộ biến tần Siemens G110.

1. Điều khiển G110 từ các DIN

Điều khiển tốc độ và chiều quay động cơ từ mạch điện kết nối từ bên ngồi:

- Cài đặt các tham số: + P0700=2 + P1000=2

- Tác động lên các SW ta sẽ điều khiển on/off và chiều quay của động cơ. Thay đổi tần số bằng cách điều chỉnh biến trở.

* Sau khi motor hoạt động, nhấn giữ phím trong khoảng 2s để xem các thơng số của tải đang hoạt động: điện thế, tần số, dịng diện.

Yêu cầu:

Lập bảng thống kê sau:

Tần số 0 20 30 40 50

Điện áp

Cho nhận xét về mối quan hệ giữa điện áp ngõ ra, tốc độ động cơ với tần số được điều chỉnh.

2. Điều khiển G110 từ BOP

Thực hiện cài đặt các thơng số cho biến tần như sau: P0003=1 // Cấp độ truy cập các tham số P0010=1 P0100=0 P0304=220V P0305=2.00A P0307=0.75kw P0310=50Hz P0311=1390 P0700=1 P1000=1 chọn tần số setpoint từ MOP P1080=0 Hz

P1082=50 Hz P1120=10 P1121=10 P3900=1

: Khởi động motor ( ON)  Motor chạy với tần số 5Hz. : Dừng Motor (OFF).

: Đảo chiều quay Motor.

: Nhấn giữ Motor sẽ tăng dần đến tần số đã đặt.( P1058 ) tần số hoạt động motor tăng dần đến 5Hz.

- Vẫn giữ các thơng số về motor trên nhưng ta thay đổi thêm một số tham số: P0003=3

P0010=0

P1040=30  thay đổi tần số MOP. P1058 = 20  thay đổi tần số JOG. Thực hiện cài đặt lại 3 tham số:

P0700=1 P0719=0 P1000=1

: Khởi động motor ( ON)  Motor chạy với tần số 30Hz. : Dừng Motor (OFF).

: Đảo chiều quay Motor.

: Nhấn giữ Motor sẽ tăng dần đến tần số đã đặt.( P1058 ) tần số hoạt động