LỰA CHỌN BIẾN TẦN ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ 4.1. Cách lựa chọn biến tần
Để lựa chọn được loại biến tần phù hợp, cần xác định rõ nhu cầu ứng dụng, mục đích sử dụng và cân đối mức đầu tư. Những nguyên tắc lựa chọn cần lưu ý:
- Chọn biến tần phù hợp với loại động cơ và công suất động cơ: cần tìm hiểu loại động cơ mình cần lắp biến tần là động cơ gì? đồng bộ hay không đồng bộ, 1 pha hay 3 pha, DC hay AC, điện áp bao nhiêu, ... để từ đó đưa ra quyết định phù hợp và chính xác.
- Chọn biến tần theo tải: cần xác định được loại tải của máy móc là loại nào: tải nhẹ, tải nặng hay tải trung bình
- Lựa chọn biến tần theo chế độ làm việc: chế độ vận hành cũng quyết định rất lớn để việc lựa chọn, vì vậy cần xác định hệ thống băng tải hoạt động ở chế độ làm việc nào: ngắn hạn hay dài hạn, liên tục hay không liên tục, …
- Lựa chọn biến tần theo thơng số kỹ thuật: tính toán cơng suất động cơ rồi tính toán cơng suất của biến tần và theo yêu cầu kỹ thuật của nhà đầu tư hoặc từ khách hàng. Hoặc lựa chọn theo đúng thông số kỹ thuật của biến tần cũ để thay thế trong trường hợp biến tần hư hỏng và không thể sử dụng.
- Lựa chọn biến tần theo kinh tế tài chính: nếu hệ thống khơng u cầu quá gắt gao về độ chính xác, thì có thể chọn những loại máy rẻ tiền một chút, ít chức năng cao cấp và chọn công suất động cơ là mức trung bình thấp. Nếu nhu cầu cao và muốn tối ưu hệ thống, thì lựa chọn các hãng có thương hiệu như: Mitshubishi, Schneider, ABB, ... để đảm bảo tốt nhất các yêu cầu về bảo hành, chế độ chăm sóc hỡ trợ khách hàng tốt.
- Công suất: P= 18.5kW (25 HP) - Dòng định mức: 39A
- Tần số hoạt động: 50 60Hz (5%) - Điện áp: 3 pha, 380 480VAC
- Công suất quá tải: 150% trong 1 phút
- Phương pháp điều khiển: V/f, bù trượt, vector không cảm biến - Trọng lượng: 10.0 kg
*Cách đấu nối dây biến tần:
4.3. Tính toán các thông số cài đặt bộ biến tần
Hình 4.2: Sơ đồ mạch điều khiển động cơ bằng biến tần
4.3.1. Tính toán thông số bộ nghịch lưu
Hình 4.3: Sơ đồ bộ nghịch lưu SinPWM *Nguyên tắc chung
Ngày nay nghịch lưu áp ba pha thường dùng chủ yếu với biện pháp biến đổi bề mặt xung, đảm bảo điện áp ra có dạng gần hình sin. Để đảm bảo điện áp ra có dạng khơng phụ thuộc vào tải người ta thường dùng biến điệu bề rộng xung hai cực tính, như vậy mỡi pha của sơ đồ ba pha có thể được điều khiển độc lập với nhau
Vấn đề chính trong biến điệu bề rộng xung ba pha là phải có ba sóng sin chuẩn có biên độ chính xác bằng nhau và lệch pha nhau trong toàn bộ giải điều chỉnh. Cần phải
đảm bảo dạng xung điều khiển ra đối xứng và khoảng dẫn của mỡi khóa bán dẫn được xác định chính xác.
Giản đồ kích đóng khóa bán dẫn của bộ nghịch lưu dựa trên cơ sở so sánh hai tín hiệu cơ bản:
- Sóng mang URC (Carrier Signal) có tần số cao
- Sóng điều khiển Udk (Reference Signal) hoặc sóng điều chế dạng Sin
Sóng mang có thể ở dạng tam giác. Tần số sóng mang càng cao, lượng sóng hài bậc cao bị khử càng nhiều. Tuy nhiên, tần số đóng ngắt cao làm tổn hao phát sinh do quá trình đóng ngắt tăng.
Sóng điều khiển Udk mang thơng tin về độ lớn, trị số hiệu dụng và tần số sóng hài cơ bản của điện áp ngõ ra.
Hình 4.5: Đồ thị dạng sóng điện áp dây và điện áp pha ngõ ra * Ưu điểm của PWM
- Tiêu thụ điện năng ít
- Cơng suất xử lý năng lượng cao
- Biên độ và tần số có thể được kiểm soát độc lập - Giảm đáng kể THD của dòng tải
- Giá thành rẻ
* Nhược điểm của PWM - Mạch khá phức tạp
- Băng thông phải lớn để sử dụng trong giao tiếp - Tiếng ồn điện từ
- Suy hao chuyển mạch cao do tần số PWM cao - Công suất tức thời của máy phát thay đổi
Ta sử dụng động cơ KĐB 3 pha có điện áp cần cung cấp cho động cơ là 220/380V. Vậy áp dụng cơng thức (4.5), khi ma = 0.86 thì ta tính được nguồn điện DC cung cấp cho bộ nghịch lưu là:
Vậy nguồn DC cung cấp cho bộ nghịch lưu là 510V
4.3.2. Tính toán thông số bộ chỉnh lưu
- Điện áp các pha lệch nhau một góc :
*Xét sự làm việc của sơ đồ tại một khoảng thời gian
* Ưu điểm của chỉnh lưu cầu
- Điện áp một chiều lấy ra có độ gợn sóng nhỏ - Tần số gợn sóng, dễ lọc
- Hiệu quả hơn so với các mạch chỉnh lưu khác * Nhược điểm của chỉnh lưu cầu
- Biến áp phải lấy điểm giữa, chia thành 2 nửa cân xứng nhau - Có điện áp rơi đặt lên mỡi diode khi phân cực
*Xác định công thức
- Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu trong 1 chu kỳ:
* Áp dụng tính toán mơ phỏng
Do ta đã tính được điện áp trung bình qua tải trong 1 chu kỳ là Ud = E = 510V. Từ đó, áp dụng cơng thức (4.7) xét trường hợp có điện áp rơi trên diode là 0.7V.
Vậy giá trị điện áp ban đầu cài đặt cho bộ chỉnh lưu là: 220 V
Hình 4.8: Bảng tính toán cài đặt thơng số biến tần
CHƯƠNG V:
MƠ PHỎNG VÀ KẾT LUẬN
5.1. Mô phỏng điều khiển tốc độ ĐCKĐB 3 pha - Phần mềm matlab simulink
5.1.1. Mạch chỉnh lưu
Hình 5.2 Thông số cài đặt nguồn mạch chỉnh lưu của bộ biến tần
5.1.2. Bộ lọc
Hỗ trợ bộ chỉnh lưu và bộ nghịch lưu để cho ra dịng điện thích hợp. Chức năng lọc nhiễu và tạo dạng sóng hình Sine chuẩn cho tín hiệu đầu ra của bộ biến tần. Điều khiển các động cơ, các thiết bị tải hoạt động với độ chính xác cao, tốc độ cao, tần số cao,…
5.1.3. Mạch nghịch lưu
Hình 5.4 Mạch nghịch lưu của bộ biến tần
5.1.4. Động cơ KĐB 3 pha
Động cơ với thông số 20HP_400V_50Hz_1460RPM.
Hình 5.5: Thông số cài đặt tải động cơ ( =)
5.1.5. Bộ điều khiển PWM
Hình 5.7: Tốc độ đặt ban đầu động cơ
5.2. Kết quả mô phỏng matlab simulink
Hình 5.9 Kết quả mơ phỏng dạng sóng điện áp một chiều * Nhận xét:
- Kết quả mô phỏng (515V) gần bằng với kết quả tính toán (510V) ở mục 4.3.1. Tính toán thơng số bộ nghịch lưu.
Hình 5.11 Kết quả mơ phỏng dạng sóng điện áp ngõ ra * Nhận xét:
- Kết quả mô phỏng chưa nhân với chỉ số m = 0,8.
- Khi nhân thêm m = 0,8. Kết quả ngõ ra = 520*0,8 = 416 V
Hình 5.12: Kết quả mô phỏng tốc độ động cơ và momen *Nhận xét:
- Đáp ứng tốc độ tốt.
- Tốc độ của động cơ bám khá sát tốc độ đặt.
- Trong khoảng 1s đầu tốc độ động cơ chưa ổn định là do khởi động mềm.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh, (2008)“Điện tử công suất”, NXB khoa học và kỹ thuật.
2. Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn “Cơ sở truyền động điện”, NXB khoa hoc và kỹ thuật.
3. Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Mạnh Tiến, Đoàn Quang Vinh,”Điều khiển động cơ xoay chiều cấp từ biến tần bán đẫn” NXB khoa học và kỹ thuật.