Chƣơng 3 CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA XE ĐIỆN
3.2 Động cơ điện sử dụng trê nô tô điện
3.2.2.4 Điều khiển động cơ cảm ứng
Biến tần động cơ cảm ứng
Biến tần là một bộ chuyển đổi DC sang AC, có chức năng là thay đổi điện áp đầu vào DC thành điện áp đầu ra AC đối xứng có cƣờng độ và tần số mong muốn. Điện áp đầu ra có thể cố định hoặc thay đổi ở tần số cố định hoặc thay đổi.
35 Điện áp đầu ra thay đổi có đƣợc bằng cách thay đổi điện áp xoay chiều đầu vào và duy trì độ khuếch đại của biến tần không đổi hoặc điện áp một chiều đƣợc cố định và điện áp đầu ra thay đổi thu đƣợc bằng cách thay đổi độ khuếch đại của bộ biến tần đƣợc thực hiện bằng cách điều chế độ rộng xung (PWM) điều khiển trong biến tần. Độ khuếch đại biến tần có thể đƣợc định nghĩa là tỷ số giữa điện áp đầu ra xoay chiều và điện áp đầu vào một chiều.
Dạng sóng điện áp đầu ra của bộ biến tần lý tƣởng là dạng hình sin nhƣng dạng sóng thực tế của bộ biến tần thực tế khơng phải dạng hình sin và chứa một số sóng hài nhất định. Đối với các ứng dụng công suất thấp và trung bình, điện áp sóng vng hoặc sóng gần nhƣ vng có thể đƣợc chấp nhận; và đối với các ứng dụng cơng suất cao, cần có dạng sóng hình sin bị méo mó thấp. Với sự sẵn có của các thiết bị bán dẫn cơng suất tốc độ cao, lƣợng sóng hài điện áp đầu ra có thể đƣợc giảm thiểu.
Bộ biến tần PWM hiện đang đƣợc sử dụng nhiều nhất để cấp nguồn cho động cơ công nghiệp điện áp thấp trong các ứng dụng liên quan đến sự thay đổi tốc độ. Chúng hoạt động nhƣ một mặt phân cách giữa nguồn năng lƣợng (nguồn điện AC) và động cơ cảm ứng [8].
Để có đƣợc tín hiệu đầu ra có điện áp và tần số mong muốn, tín hiệu đầu vào phải thực hiện ba giai đoạn trong bộ biến tần:
• Cầu diode: chỉnh lƣu điện áp đầu vào AC, biên độ và tần số thay đổi đến từ lƣới điện. • Bộ lọc DC: Điều chỉnh/làm mịn tín hiệu đã chỉnh lƣu với bộ lƣu trữ năng lƣợng thông qua một dãy tụ điện.
• Transistor cơng suất IGBT: nghịch đảo điện áp đến từ liên kết DC thành tín hiệu thay thế có biên độ và tần số thay đổi.
36
Điều khiển theo phƣơng pháp biến thiên điện áp – biến thiên tần số (VVVF) Điều khiển VVVF đƣợc chấp nhận rộng rãi trong việc điều khiển tốc độ động cơ điện cảm ứng. Nó dựa trên sự điều khiển tỉ số V/f không đổi cho dải tần số dƣới tần số định mức. Và điều khiển biến thiên tần số với mức điện áp định mức không đổi cho các dải tần số nằm ngoài tần số định mức. Đối với các dải tần số rất thấp, việc nâng điện áp lên cao đƣợc áp dụng để bù đắp lại sự chênh lệch giữa điện áp đặt vào và lực cảm ứng điện từ.
Sức điện động đƣợc tạo ra đƣợc tính nhƣ cơng thức sau:
Tốc độ đồng bộ đƣợc tính theo cơng thức (3.1):
Tốc độ của động cơ điện cảm ứng công thức (3.3):
Trong đó: n: Tốc độ rotor, động cơ (vòng/phút) n1: Tốc độ từ trƣờng quay stator (vòng/phút) s: Hệ số trƣợt f: Tần số (Hz) p: Số cặp cực K: Hằng số cuộn dây T: Số lần chuyển mỗi pha ɸ: Mật độ từ thông (T)
Từ biểu thức 3.5, ta thấy từ thông tỷ lệ thuận với V/f. Vậy việc giữ cho từ thông khơng đổi là rất quan trọng và ta chỉ có thể làm đƣợc điều đó khi ta thay đổi điện áp. Khi ta giảm tần số, từ thông sẽ tăng lên nhƣng đồng thời nếu ta giảm điện áp, từ thơng cũng
37 sẽ giảm dẫn đến khơng có sự thay đổi của từ thơng và từ đó nó đƣợc giữ khơng đổi. Và nhƣ vậy chúng ta giữ cho tỉ số V/f không đổi nên phƣơng pháp này gọi là phƣơng pháp V/f. Và để thực hiện phƣơng pháp này để điều khiển tốc độ động cơ điện cảm ứng xoay chiều ba pha chúng ta phải cung cấp một điện áp và tần số biến thiên, công việc này có thể dễ dàng thực hiện đƣợc bằng bộ biến tần [4].