A. M UCTĨẻU:
Trình bà)' nguyên 1Ý hoạt động của các dạng mạch inverter. Trình bày nguvên lý hoạt động của các dạng mạch converter.
B . NỞI DUNG:
L B ỏ CHUYỂN ĐỔI NGUỒN D C -A C (ĨNVERTER); 1. KHẢI NIÊM:
Mạch inverter (nghịch lưu): dùng để biến đổi nguồn điện một chiều thành nguồn điện xoay chiều có tần sô" mong muốn.
Nếu nguồn điện 1 chiều cung cấp cho nghịch lưu là nguồn áp ta có nghịch lưu điện áp. Nếu nguồn đ iệ n 1 chiều cung cấp cho nghịch lưu là nguồn dịng thì ta có nghịch lưu dịng điện.
ứ n g dụng: đ ể câ"p nguồn xoay chiều cấp cho phụ tả i xoay chiều làm việc độc lập (phụ tả i khơng có liên hệ trực tiếp v ớ i lư ớ i điện). Ngoài ra, mạch nghịch lưu là một bộ phận của biến tần.
2. NGHICH LƯU NGUỎN DồNG 1 PHA: 2.1. Sơ ĐỒ MACH: T ả i . I Vac. I Af * ắ v~'r )B Mị \ 7 T 1 T ì , Myc h kắch ♦ N é ĩ :
Hình ì: Sơ dồ nguyên lý m ạch nghịch lưu nguồn dịng 1 pha
Mơn: B iệ n Tử Cơng Nghìệp
2.2. NGUYÊN LÝ HOAT ĐỒNG CứA MÁCH:
Trên sơ đồ mỗi SCR được điều khiển mở trong nửa chu kì như vậy điện áp một chiều E được luân phiên đặt lên mỗi nửa cuộn dây của m áy biến áp. K ết quả là bên phắa thứ cấp xuất hiện điện áp xoay chiều.
Tụ điện c mắc sona song với phụ tải ở b ên phắa sơ cấp máy biến áp đóng vai trò là tụ chuyển mạch.
Điện cảm L có trị sơ" lớn mắc nôi tiếp với nguồn đầu vào làm cho dòng đầu vào hầu như được phẳng hoàn toàn và ngăn tụ phóng ngược trả về nguồn khi các SCR chuyển mạch.
Khi TI dẫn, điện áp E đặt lên nửa cuộn sơ cẩp m áy biến áp, như vậy tụ
c sẽ được nạp tới điện áp trên toàn bộ phần sơ câp.
Khi T2 dẫn, dòng it| chạy qua T2, điện áp trên c đặt cực tắnh ngược lên T I Ồữ khoá T l. Tụ c sẽ được nạp điện lại đ ể sẵn sàng cho lần chuyển mạch tiếp theo khi TI lại nhận được tắn hiệu đ iề u khiển.
3. NGHICH LƯU NGUỎN DồNG 3 PHA: 3.1. Sơ D ỏ MACH:
Hinh2: Sơ dồ nguyên lý mạch nghịch lưu nguồn dịng 3 phu
Mơn: Đ ỉện Tử Cơng Nghiệp TQT
3.2. NGUYÊN LÝ HOAT ĐỎNG CỦA MACH:
Cuộn cảm L để giảm thành phần gỢn sóng trong trường hợp nã vào là mạch chỉnh lưu.
Các tụ c làm nhiệm vụ chuyển mạch để ngắt SCR tương ứng.
Các SCR được chia làm 2 nhổm âm và dương, mỗi nhóm dẫn 120ổ điện, và nhóm này cách nhóm kia 60ổ điện. Tại bất cứ thời điểm nào cũng chỉ có 2 SCR (1 SCR của nhóm nàv và 1 SCR tươna ứng của nhóm kia) dẫn điện, như đường biểu diển sau:
Hình 3: Sơ đồ nguyên lý chuyến mạch trong nghịch lưu nguồn dòng 3 pha
Ưu điểm cơ bản của nghịch lưu dịng song song là có khả năng trao đổi công suât phản kháng với nguồn lưới xoay chiều nếu như đầu vào một chiều là một chỉnh lưu có điểu khiển với mạch vịng dồng điện. Do đó sơ đồ này có nhiều ứng dụng trong các hệ thông truyền động không đồng bộ.
4. NGHICH LƯU NGUỎN ÁP 1 PHA: 4.1. Sơ Đ ỏ MACH:
Môn: Đ iện Tử Công Nghiệp
................................
I Ễ Ễ Ễ i
Hình 4: S(f đồ nguyên lý m ạch nghịch lưu nguồn áp 1 pha
4.2. NGUYÊN LÝ HOAT ĐỎNG CỦA MACH:
Bốn SCR từ T| đến T4 tạo thành cầu SCR.
Hai cặp SCR T|-T-, và T2-T4 được điều khiến luân phiên.
Tụ c là tụ lọc thành phần xoay chiều và là tụ nạp điện áp phản kháng đưa trả về nguồn.
Hai tụ C |-C2 là tụ chuyển mạch để làm ngắt các SCR đang dẫn.
Cầu diode D| đến D4 là mạch chỉnh lưu ngược đưa điện áp phản kháng về tụ lọc c.
Cầu diode D5 đến Dịị dùng đế cách ly không cho các tụ chuyển mạch C| và c 2 phóng điện qua tải.
Hai cuộn L nối tiếp với nguồn một chiều có tác dụng giới hạn dòng điện khi tắt/mớ điện.
Tải AC thường là động cơ xoay chiều 1 pha. đế có thể thay đổi tốc độ phang tuyến tắnh trong phạm vi rộng.
Giả sử lúc đầu T1-T3 được kắch và dẫn điện. T2-T4 không được kắch ngưng dẫn.
Dòng điện lúc này sẽ đi từ nguùn dương qua T| -D s -lải - D7- T 3-nguùn
âm.
Như vậy. khi T1-T3 dẫn và T2-T4 ngưng dẫn thì dịng điện qua tải theo chiều từ A sang B.
Khi có xung kắch tiếp theo cho T2-T4 thì tụ C |-C2 sẽ xả điện áp âm làm phàn cực ngược T1-T3 làm T1-T3 ngưng dẫn và T7-T4 dẫn.
Dòng điện lúc này sẽ đi từ nguồn dương qua T2 - D6 -tả i - D g - T 4-nguồn âm.
Như vậy, khi T |-T3 ngưng dẫn và T2-T4 dẫn thi dòng điện qua tải theo chiều từ B sang A.
Trường họp này A có điện áp của nguồn âm. Bcó điện áp của ngn dương nên tụ C |-C2sẽ nạp điện áp theo chiêu ngược lại đê làm ngăt T2-T4.
Khi ta chỉnh tăng giảm tần số của mạch tạo xung kắch thì tần số của dòng điện xoav chiều qua tải sẽ thay đổi theo dẫn đến làm thav đổi tốc độ động cơ
Mộn: Điện n CÔỊỊg Nghiệp TQT
5. NGH1CH LƯU NGUỎN ẮP 3 PHA: 5.1. Sơ ĐỒ MACH:
(NI) (N2)
Hình 5: Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu nguồn áp 3 pha
5.2. NGUYÊN LÝ HOAT ĐỎNG CỦA MACH:
Nhóm Diodc (N ỉ) ià mạch chỉnh lưu ngược đưa điện áp phản kháng do các cuộn dây trong động cơ tạo ra nạp trở về tụ lọc C().
Ba SCR Ti-Tì-Ts được gọi là nhóm SCR anode chung. Ba SCR T7-T4-T6
được gọi là nhóm SCR cathode chung. Mỗi SCR sẽ dẫn 180ổ điện. Trong mỗi thời điểm chỉ có 3 SCR dẫn điện (2 SCR của nhóm này và 1 SCR của nhóm kia).
80
Mơn: Đ iện Tử Công Nghiệp
Khi SCR trong nhóm anode chung dẫn thì dịng điện từ nguồn dương vào tải. Khi SCR trong nhóm cathode chung dẫn thì dịng điện từ tải về nguồn âm.
6. CẢU HỎI ỎN TẢP:
1. Giải thắch nguyên lý m ạch nghịch lưu nguồn dòng 1 pha?
2. Giải thắch nguyên lý mạch nghịch lưu nguồn dòng 3 pha? 3. Giải thắch nguyên lý mạch nghịch lưu nguồn áp 1 pha? 4. Giải thắch nguyên lý mạch nghịch lưu nguồn áp 3 pha?
II. BỐ CHUYỂN ĐỔI NGUỒN DC - DC (CONVERTERỉ: 1. KHÁI NIỆM:
Mạch converter: dùng đ ể biến đổi nguồn điện m ột chiều điện áp thấp ra nguồn một chiều điện áp cao.
ứ n g dụng: đ ể cấp nguồn 1 chiều điện áp cao cho 1 số động cơ DC điều khiển đóng ngắt các CB, các mạch đo lường, m ạch nạp acquy tự đ ộ n g ...
2. MACH CONVERTER DỪNG 2 TRANSISTOR NPN: 2.1. Sơ ĐỐ MACH:
Mơn: Đ iện Tử Cơng Nghiệp
Hình 6: Sơ đồ nguyên lý mạch converter dùng 2 transistor NPN
2.2. NGUYÊN LÝ HOAI ĐỎNG CỦA MACH:
+Khi mạch điều khiển kắch Qj: làm Qi dẫn và Q2ngưng Ồ> tạo dòng điện từ nguồn VDC Ồ> cuộn sơ cấp theo chiều từ o đến A Ồữ Qi Ồ* mass. Đồng thời trên đoạn BO sinh ra 1 dòng điện cảm ứng, nên trên cuộn sơ cấp ta có dòng điện chạy từ B đến A.
+Khi mạch điều khiển kắch Q2: làm Q2dẫn và Qi ngưng Ồữ tạo dòng điện từ nguồn v nc Ồữ cuộn sơ cấp theo chiều từ o đến B Ồ> Q2 Ồ♦ mass. Đồng thời trên đoạn AO sinh ra 1 dòng điện cảm ứng, nên trên cuộn sơ cấp ta có dịng điện chạy từ A đến B.
+Như vậy, dòng điện chạy qua cuộn sơ cấp theo 2 chiều ngược nhau, nên khi cảm ứng sang cuộn thứ cấp một điện áp xoay chiều.
+Điện áp xoay chiều ra ở thứ cấp có biên độ tùy thuộc vào điện áp nguồn V|)C và tỉ số biến áp.
+Tần số dòng điện ra chắnh là tần số của mạch tạo xung điều khiển. +Diode ỉ), và D2 tạo thành mạch chỉnh lưu toàn kỳ' để đổi điện áp xoay chiều ở thứ cấp thành nguồn một chiều, sau đó được đưa qua bộ lọc Cj, c2và cuộn dây L để tạo ra điện áp một chiều phẳng (có giá trị cao) cấp cho tải.
3. MA CH CONVERTER DứNG CẦU 4 TRANSISTOR NPN: 3.1. Sơ ĐỒ MACH:
Mơn: Đ iện Tử Cơng Nghiệp
Hình 9: Sơ đồ nguyên lý m ạch converter dừng cặp 2 transistor h ổ phụ
4.2.2. NGUYÊN LÝ HOAI ĐÔNG CỦA MACH:
+ cầ u transistor gồm 2 cặp bổ phụ Q r C h và Q2-Q4, được kắch theo nguyên lý so điện áp của các chân B với 2 đ iể m M, N:
-Khi VB1 > VM thì VB4 = V M và đồng thời VB2 = V N thì VB3 < V M : Q r Q.3 dẫn, Q2-Q4 ngưng.
-Khi VB| = V M thì VB4 < V M và đồng thời VB2 > V N thì VB3 = V M : Q1-Q3 ngưng, Q2-Q4 dẫn.
+Khi Q1-Q3 dẫn, Q2-Q4 ngưng Ồ* dòng điện từ nguồn V DC Ồ> Qi Ồ* C0 Ồ> cuộn sơ cấp theo chiều từ A đến B Ồ* Q:, Ồ* niass.
+Khi Q2-Q4 dẫn, Q r Q ĩ ngưng Ồ*Ễ dòng điện từ nguồn V DC Ồ*■ Q2 ỒIỄ cuộn sơ cấp theo chiều từ B đến AỒ> C0 Ồ♦ Q4 Ồữ mass.
+Như vậy, dòng điện chạy qua cuộn sơ cấp theo 2 chiều ngược nhau, nên khi cảm ứng sang cuộn thứ cấp một điện áp xoay chiều.
+Như vậy, dòng điện chạy qua cuộn sơ cấp theo 2 chiều ngược nhau, nên khi cảm ứng sang cuộn thứ cấp một điện áp xoay chiều. Đ iện áp 1 chiều này qua bộ chỉnh lưu (Di, D 2) và lọc (C|, c 2, L) đ ể tạo ra điện áp m ột chiều có giá trị cao câo cho tải.
5. CẢU HỎI ÔN TẤP:
1. Giải thắch nguyên lý mạch converter dùng 2 transistor NPN? 2. Giải thắch nguyên lý mạch converter dùng 4 transistor NPN?
3. Giải thắch nguyên lý mạch converter dùng 2 transistor bổ phụ?
4. Giải thắch nguyên lý mạch converler dùng cầu dùng 2 cặp transistor hổ phụ?
MÔIữ: Đ iện Tử Cộng Nghiệp TQT
c. TẢI LIÊU THAM KHẢO:
[1] , Giáo trình THễ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CồNG SUẤT - Bộ Môn Viễn Thông & Kỹ thuật Điều khiển - Khoa công Nghệ Thông Tin & Truvền thông - ĐHCT - 2001 [2] . Các bài giảng và giáo trình ĐIỆN T Ử CƠNG SUẤT - Bộ Môn Viễn Thône & Kỹ thuật Điều khiển - Khoa công Nghệ Thông Tin & Truyền thông - ĐHCT.
13J. Giáo trinh Điện tử công nghiệp - Vụ Giáo dục Trung Học Chuvên Nghiệp - Nhà xuất bản Giáo Dục - 2003
Môn: Biện Tử Cộng Nghiệp TQT
CHƯƠNG 5: BIÊN TAN
A. MUC TIÊU
Trình bàv nguyên lý của các khối chức năng của biến tần.
Trình bày nguyên lý vận hành và cài đặt được các thông sổ cơ bán của 1 số biến tần.
B. NỐI DUNG: L PHẨN MỞ ĐẨU:
1. KHẢI NIÊM:
Biến tần là thiết bị biến đổi tần số fj (thường là tần sô điện áp lưới điên 50 Hz) sang một tần số ọ> có thể điều chỉnh được.
2. PHẢN LOAI:
Có 2 loại biến tần: biến tần gián tiếp và biến tần trực tiếp.
+Biến tần gián tiếp (inverter):
Chỉnh lưu lưới điện thành điện một chiều rồi nghịch lưu điện một chiều ấy thành điện xoay chiều theo nguyên lý nghịch lưu độc lập, tạo ra điện áp xoay chiều ở đầu ra có tần số và biên độ điều chỉnh được.
Đặc diCm: Có thẻ điêu chỉnh dải tân sô và diện áp trong phạm vi khá rộng, sơ đồ mạch tương đối đơn giản và rẻ.
Tuy nhiên, tốn hao công suất tương đối lớn do phải qua 2 phần tử và khâu trung gian.
+Biến tần trực tiếp (Cycloconverter):
Gôm các nhóm chỉnh lưu mắc song song ngược với nhau ờ mỗi pha, cho xung mở lân lượt vào các nhóm chỉnh lưu này ta sẽ có điện áp đầu ra xoay chiều có tần số và biên độ điều chỉnh được.
Môn: Đ iện Tử Công Nghiệp
Đặc điểm: Tổn hao công suất ắt, phụ tái trong hiến tần trực tiếp có thể trao dổi năng lượng với lưới diện một cách liên tục. Tuy nhiên, tốn nhiều thyristor, tần số của diện áp ra bao giờ cũng thấp hơn tần số của điện áp lưới, mạch điều khiển phức tạp.
3. ỨNG P Ụ N G :
Biến tần gián tiếp: các biến tần được sứ dụng tại Việt Nam hiện nay hầu hết là biến tần gián tiếp.
Biến tần trực tiếp: ứng dụng cho các hệ thống điện cơ công suất lớn (từ hàng trăm k w đến hàng ngàn MW).
Biến tần nói chung, với chúc năng điêu khiên vô cấp lốc độ động cư cho
phép người sứ dụng diều clunh tốc độ dộng cơ theo nhu càu v à mục đắch SU'
dụng. Có chức năng báo vệ: quá tủi. quá áp. thấp áp. quá dòng, tháp dòng, quá nhiệt dộng cơ, nói dàt...
Biến tần là một giải pháp hàng đầu cho việc tơi ưu hố điều khiển động cơ thông qua rất nhiều ứng dụng thực tiễn như:
Biên tán lạo sự' dỏng bộ về tốc độ một cách chắnh xác giữa 2
dộng cơ cuộn và nhá. giúp ồn định sue căng giữa 2 dâu.
Hình ỉ: ư ng dụng biên tân cho dãy chuyên in bao bì
Vắ dụ: Biên tăn .17 cua Yaskacva vói chức nâng bù trượt tỏc dộ. dị tìm tốc dộ cộm: vói chức năng tăng mômen dộng CO'
khi mỏmen tai tăng giúp tóc dộ băng tai luôn ln ón dinh (bèn cạnh dó biền tàn có kha năng diều khiên dộng cơ chạy da câp tơc dụ
Hình 2: ú n g dụng hiển lán cho các hàng tai
- 9 cấp)
Vắ dụ: Biên tân 17 cua Yaskawa dòng ra định mức cao. trinh lự nùng ha xác dinh giúp
diều khiốn dộng CO' thang rp.áv lèn \uong. dung tầng chinh xác. Dièu khiên dộng CO' dóng mỏ cua niêm mai.
Hình 3: ứ ng dụng hiến tủn cho thang máy
ĨL BIẾN TẲN GIẢN TIẾP;
Bộ biến tần gián tiếp được câu tạo từ bộ chỉnh lưu khâu lọc trung gian và bộ nghịch lưu.
Tuỳ thuộc khâu trung gian một chiều làm việc trong c h ế độ nguồn dòng hay nguồn áp, biến tần chia ra làm 3 loại chắnh:
+Biến tần nguồn dòng.
+Biến tần nguồn áp với nguồn có điều khiển. +Biến tần nguồn áp không điều khiển.
1. BIẾN TẲN GIẢN TIẾP NGUỎN DồNG:
1.1. BIẾN TẨN GIẢN TIẾP NG UồN DồNG 1 PHA:
Hình 4: Biến tần nguồn dòng 1 pha
Khối chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển T b T 2, T3, T4 cùng cuộn cảm L tạo nên nguồn dòng cung cấp cho bộ nghịch lưu dòng 1 pha. T ạ o ra đ iện áp AC có tần số và biên độ thay đổi được.
* ư u đ iểm: Sơ đồ đơn giản và sử dụng SCR với tần số không cao lắm.
* Khuyết đ iểm : Hệ thống có cơng st thâp.
Miơữ; ẳ>Ịện Tở Cơng Nghiệp TQ T
ị
Hình 5: Biến tần nguồn dòng 3 pha
Trên sơ đồ, bộ chỉnh lưu có điều khiển cùng với cuộn cảm tạo nên nguồn dòng cung câp cho nghịch lưu. Nghịch lưu là sơ đồ nguồn dòng song song. Hệ thông tụ chuyển mạch được cách ly với tải qua hệ thống diode cách ly.
* ưu đ iểm :
BiCn tần nguồn dịng khơng sợ c h ế độ ngắn mạch vì có hệ thơng giữ dịng khơng đổi nhờ chỉnh lưu có điều khiển và cuộn kháng trong mạch một chiều.
Với cơng st nhỏ thì sơ đồ này khơng phù hợp vì hiệu suât kém và cồng kềnh nhưng với công suâ't cỡ trên 100w thì đây là một phương án hiệu
quả.
* Khuyết điểm:
'Môn:.Điện Tử Cộng Nghiệp TQT
Hệ thống công suất thâp.
Phụ thuộc vào phụ lải, nhẫt là khi tải nhỏ.
2. BIẾN TẨN GĨẨN TIÊP NGUỎN ÁP:
2.1. BIẾN TẨN GIẢN TIÊP NGUỎN ẮP 1 PHA:
Hình 6: Biến tần gián tiếp nguồn áp ỉ pha:
Bộ biến tần loại này dùng nghịch lưu nguồn áp với đầu vào 1 chiều điều khiển được. Nguyên lý hoạt động tương tự như mạch nghịch lưu nguồn áp 1 pha (xem trang 79)
ơ sơ đồ này điện áp một chiều được cung cấp từ m ạch chỉnh lưu có điều khiển. Sau đó qua bộ lọc, qua tiếp m ạch nghịch lưu tạo điện áp xoay chiều có biên độ và tần sô điều chỉnh được, câp cho tải.
Tuy nhiên sơ đồ sẽ qua nhiều khâu biến đổi và hiệu suât sẽ kém do đó