Bộ biến tầnlà một thiết bị điện tử hoặc mạch điện dùng để biến đổi từ dòng điện một chiều (DC) thành dòng điện xoay chiều (AC).
Điện ápđầu vào, điện áp đầu ra, tần số, và điều chỉnh công suất toàn phần phụ thuộc vào từng thiết bị hoặc mạch điện cụ thể. Bộ biến tần không sinh ra công suất, công suất được cấp từ nguồn một chiều.
Một bộ biến tần có thể là một thiết bị hoàn toàn điện tử hoặc là một phương thức kết hợp các hiệu ứng cơ khí (như các máy điện quay) và mạch điện tử. Các bộ biến tần tĩnhkhông sử dụng các thành phần chuyển động trong quá trình chuyển đổi.
b.Phân loại:
Các thiết bị biến đổi tần số được sử dụng rất nhiều trong công nghiệp. Thông thường thì các thiết bị biến tần được chia ra làm 2 loại chính:
+ Các thiết bị biến tần trực tiếp:
Đây là thiết bị biến đổi trực tiếp một điện áp xoay chiều (thường là điện áp của lưới điện công nghiệp) thành một điện áp xoay chiều khác có tần số điều chỉnh được trong phạm vi nhất định. Thiết bị biến tần này thực chất là các sơ đồ chỉnh lưu mắc song song ngược. Để tạo ra điện áp một pha đầu ra thiết bị này gồm 2 bộ chỉnh lưu mắc song song ngược, trong khoảng thời gian nửa chu kỳ thứ nhất của điện áp ra ta cho sơ đồ chỉnh lưu thứ nhất làm việc, trong nửa chu kỳ tiếp theo ta cho sơ đồ chỉnh lưu thứ hai làm việc và kết quả ta có điện áp trên tải là điện áp xoay chiều với tần số bằng tần số chuyển đổi sự làm việc của 2 sơ đồ chỉnh lưu mắc song song ngược. Để có điện áp ra nhiều pha người kết hợp nhiều bộ biến tần một pha và khống chế chúng theo qui luật xác định. Nhược điểm của thiết bị biến tần này là phạm vi thay đổi tần số hẹp, chất lượng điện áp ra xấu.
+ Các thiết bị biến tần gián tiếp:
I
f2,U2
f1,U1 +
C =
Ud 0
= -
II I
I
f2,I2
f1,U1 +
U L0 =
d
Id
= -
II I
a
b
Hình 5.1
55
Đây là các thiết bị biến đổi tần số thông qua một số khâu trung gian, nó có nhược điểm là cồng kềnh, hiệu suất thấp hơn biến tần trực tiếp nhưng lại khắc phục được các nhược điểm của biến tần trực tiếp. Các BBĐ một chiều- xoay chiều thường là một khâu trong các thiết bị biến đổi tần số gián tiếp.
Tuỳ thuộc vào loại BBĐ một chiều-xoay chiều được sử dụng mà ta có biến tần nguồn áp, biến tần nguồn dòng hay biến tần cộng hưởng. BBĐ cộng hưởng là một trường hợp đặc biệt của BBĐ điện áp hay dòng điện nên về cơ bản thì sơ đồ khối của biến tần cộng hưởng hoặc giống biến tần nguồn áp hoặc giống biến tần nguồn dòng. Ta có sơ đồ khối của biến tần nguồn áp là hình 5.1a và của biến tần nguồn dòng là hình 5.1b. Trong đó :
o Khâu I: là bộ chỉnh lưu, nó làm nhiệm vụ biến điện áp xoay chiều lưới điện có tần số cốđịnh f1và điện áp không đổi U1thành điện áp một chiều Ud.
o Khâu II: là khâu lọc, nó có tác dụng tạo ra nguồn cung cấp cho BBĐ một chiều có tính chất nguồn áp Ud=const hoặc tính chất nguồn dòng Id=const.
o Khâu III: là BBĐ một chiều-xoay chiều, trên đầu ra của nó ta thu được điện áp hoặc dòng điện xoay chiều có giá trị và tần số điều chỉnh được.
Các sơ đồBBĐ một chiều-xoay chiều có thể sử dụng các dụng cụ bán dẫn là tiristor hoặc transitor. Trong phần này ta chỉ nghiên cứu các sơ đồ nghịch lưu dùng tiristor.
Sơ đồ cấu trúc
Cách thức hoạt động cơ bản của bộ biến tần cũng khá đơn giản. Chủ yếu qua 2 công đoạn sau:
Công đoạn 1: Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng. Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụđiện. Điện đầu vào có thể là một pha hoặc ba pha, nhưng nó sẽ ở mức điện áp và tần số cốđịnh.
Công đoạn 2: Điện áp một chiều ở trên sẽ được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Mới đầu, điện áp Một chiều được tạo ra sẽđược trữ trong giàn tụđiện. Điện áp một chiều này ở mức rất cao. Tiếp theo, thông qua trình tự kích hoạt thích hợp bộ biến
56
đổi IGBT (IGBT là từ viết tắt của Tranzito Lưỡng cực có Cổng Cách điện hoạt động giống như một công tắc bật và tắt cực nhanh để tạo dạng sóng đầu ra của Biến tần) của Biến tần sẽ tạo ra một điện áp Xoay chiều ba pha bằng phương pháp điều chếđộ rộng xung (PWM). Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trờn lừi sắt động cơ.
Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ và tần số vô cấp tuỳ theo bộ điều khiển (khi cần tăng hoặc giảm tốc độ của động cơ)
57