35
đến
B Chỉnh lƣu_ ĐK C - + Nghịnh lƣu Nghịnh lƣu để hóm tỏi sinh
Hỡnh 1.10: Sử dụng thờm bộ nghịch lưu mắc song song ngược với bộ chỉnh lưu để trả năng lượng về lưới điện xoay chiều
Khi sử dụng chỉnh lƣu thyristor, cú thể thực hiện việc biến đổi năng lƣợng để chuyển trả về lƣới điện xoay chiều bằng cỏch mắc song song ngƣợc với sơ đồ chỉnh lƣu một bộ chỉnh lƣu tƣơng tự và điều khiển làm việc ở chế độ nghịch lƣu (hỡnh 1.10). Quỏ trỡnh biến đổi năng lƣợng trong hệ thống truyền động điện khi động cơ làm việc ở chế độ hóm diễn ra nhƣ sau: năng lƣợng cơ học từ phớa động cơ (ở dạng động năng tớch lũy đƣợc của hệ thống truyền động hoặc thế năng của phụ tải) đƣợc biến đổi thàng năng lƣợng điện trong cỏc cuộn dõy động cơ và qua bộ nghịch lƣu của biến tần làm việc ở chế độ chỉnh lƣu đƣợc chuyển thành năng lƣợng điện một chiều, sau khi qua bộ nghịch lƣu thyristor đƣợc biến đổi thành năng lƣợng điện xoay chiều và đƣợc chuyển vào lƣới điện xoay chiều.
1.3.2. Biến tần bốn gúc phần tư (biến tần 4Q)
Cỏc phƣơng phỏp sử dụng bộ lọc để giảm súng hài bậc cao trong dũng điện nguồn, sử dụng thiết bị bự để tăng hệ số cụng suất, dựng điện trở hóm hoặc bộ nghịch
để giải phúng năng lƣợng dƣ của động cơ cũn tồn tại những vấn đề nhƣ: hệ thống cồng
kềnh, đầu tƣ lớn, lọc súng hài bậc cao khú, khi cụng suất hệ lớn thỡ điều chỉnh khú
điều khiển đƣợc. Sự thay đổi của năng lƣợng sẽ xuất hiện một cỏch tự nhiờn với sự thay đổi của điện ỏp nguồn cấp và tải. Trong nhiều ứng dụng năng lƣợng cần đƣợc điều khiển. Thậm chớ đối với tải đũi hỏi điện ỏp khụng đổi hay dũng điện khụng đổi, điều khiển là việc cần thiết để bự nguồn cấp và sự thay đổi của tải. Chỉnh lƣu thyristor cú thể điều khiển đƣợc dũng năng lƣợng bằng cỏch thay đổi gúc điều khiển (gúc mở) của thyristor. Bộ biến đổi này cũn cú thờm khả năng biến đổi năng lƣợng từ một chiều sang xoay chiều hay làm việc ở chế độ nghịch lƣu. Khi gúc điều khiển nằm giữa 0 và π/2 bộ biến đổi làm việc ở chế độ chỉnh lƣu, cũn khi gúc điều khiển
nằm giữa π/2 và π thỡ bộ biến đổi làm việc ở chế độ nghịch lƣu và năng lƣợng từ phớa một chiều đƣợc chuyển về lƣới xoay chiều. Tuy nhiờn, khi sử dụng thờm một nghịch chỉnh lƣu bằng thyristor mắc song ngƣợc với bộ chỉnh lƣu, ngoài nhƣợc điểm là thiết bị phần lực rất cồng kềnh, cũn cú thờm nhƣợc điểm là dũng điện qua lƣới chứa nhiều súng điều hoà bậc cao làm ảnh hƣởng xấu đến chất lƣợng điện năng và làm giảm hệ số cụng suất. Mặt khỏc nhiều hệ thống truyền động điện cú yờu cầu cao về chất lƣợng động, vớ dụ nhƣ độ tỏc động nhanh cao, khi đú yờu cầu động cơ phải thay đổi chế độ làm việc một cỏch linh hoạt. Với một số hệ thống truyền động, tải mang tớnh chất thế năng, khi đú yờu cầu động cơ trong hệ thống phải làm việc đƣợc ở cả bốn gúc phần tƣ, tức là ngoài chế độ động cơ ra thỡ phải làm việc đƣợc ở cỏc chế độ hóm, đặc biệt là phải làm việc đƣợc ở chế độ hóm tỏi sinh. Để động cơ cú thể làm việc cả bốn gúc phần tƣ thỡ thỡ yờu cầu bộ biến tần phải cú khả năng thực hiện trao đổi đƣợc năng lƣợng hai chiều. Cỏc bộ biến tần nhƣ vậy đƣợc gọi là biến tần bốn gúc phần tƣ. Nhiều chuyờn gia và nhiều hóng khỏc nhau đó thực hiện khỏ nhiều nghiờn cứu để tỡm cỏch xõy dựng cỏc bộ biến tần bốn gúc phần tƣ. Khối nghịch lƣu của biến tần, kể cả biến tần điều chế độ rộng xung hỡnh sin (SPWM) hoặc biến tần điều khiển vector, …, đều cú thể thực hiện trao đổi cụng suất hai chiều: từ phớa một chiều sang động cơ và ngƣợc lại. Nhƣ vậy, để bộ biến tần cú thể thực hiện trao đổi cụng suất hai chiều thỡ vấn đề cũn lại là khối chỉnh lƣu cũng phải cú khả năng trao đổi cụng suất hai chiều. Nhƣ đó nờu ở trờn, để thực hiện yờu cầu này cú thể sử dụng
hai sơ đồ chỉnh lƣu điều khiển bằng thyristo cựng loại mặc song ngƣợc, một sơ đồ đƣợc dựng để chỉnh lƣu khi cần thực hiện biến đổi năng lƣợng điện xoay
chiều từ phớa lƣới thành năng lƣợng điện một chiều cấp cho khối nghịch lƣu, cũn sơ đồ kia sẽ đƣợc điều khiển làm việc ở chế độ nghịch lƣu khi cần biến đổi năng lƣợng điện từ phớa một chiều (năng lƣợng từ động cơ đƣợc khối nghịch lƣu làm việc ở chế độ chỉnh lƣu chuyển sang) thành năng lƣợng điện xoay chiều trả lại lƣợng điện xaoy chiều. Tuy nhiờn, cấu trỳc biến tần này cú phần chỉnh lƣu rất cồng kềnh, dũng điện qua lƣới điện cú nhiều súng hài bậc cao với biờn độ khỏ lớn, hệ số cụng suất thấp khi điều chỉnh sõu. Nhƣ vậy, nhiệm vụ cơ bản đặt ra là phải nghiờn cứu tỡm ra đƣợc một khối chỉnh lƣu cú cỏc ƣu điểm:
- Giảm đƣợc biờn độ cỏc súng điều hoà bậc cao dũng điện lƣới. - Hệ số cosϕ cao.
- Cú khả năng trao đổi cụng suất theo hai chiều.
Bộ chỉnh tớch cực PWM ra đời đó đỏp ứng đƣợc cỏc yờu trờn [3], [11], [12]. Luận văn sẽ tiến hành nghiờn cứu bộ biến tần bốn gúc phần tƣ dựng chỉnh lƣu tớch cực PWM.
Chương 2
NGHIấN CỨU XÂY DỰNG BIẾN TẦN BỐN GểC PHẦN TƯ SỬ DỤNG CHỈNH LƯU TÍCH CỰC PWM
2.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Nhƣ đó phõn tớch trong chƣơng trƣớc, để động cơ trong hệ truyền động điện biến tần - động cơ xoay chiều làm việc đƣợc ở chế độ hóm tỏi sinh (yờu cầu bắt buộc của biến tần bốn gúc phần tƣ) là phải chuyển đổi đƣợc năng lƣợng từ phớa động cơ thành năng lƣợng điện xoay chiều trả lại lƣới điện. Để thực hiện vấn đề này cú nhiều hƣớng giải quyết, nhƣng phƣơng phỏp cú ƣu điểm nổi bật là sử dụng bộ biến tần với khõu biến đổi điện ỏp xoay chiều của lƣới điện thành điện ỏp một chiều dựng chỉnh lƣu tớch cực PWM. Biến tần bốn gúc phần tƣ dựng chỉnh lƣu PWM cú một số ƣu điểm nhƣ: cú khả năng ổn định đƣợc điện ỏp một chiều cấp cho khõu nghịch lƣu của biến tần; đảm bảo khả năng trao đổi cụng suất hai chiều giữa nguồn và tải; cho phộp động cơ làm việc đƣợc ở cỏc chế độ hóm khỏc nhau, mà đặc biệt là hóm tỏi sinh, nờn động cơ cú thể làm việc trờn cả bốn gúc phần tƣ của hệ tọa độ; dũng qua lƣới cú dạng rất gần hỡnh sin; cú khả năng điều khiển đƣợc hệ số cụng suất cosϕ của hệ thống truyền động, nhƣ võy cú thể điều khiển cho cosϕ =1. Bộ biến tần giỏn tiếp cú khõu trung một chiều gồm hai khõu cơ bản là chỉnh lƣu và nghịch lƣu. Phần nghịch lƣu đó cú nhiều kết quả nghiờn cứu đƣợc ỏp dụng rất tốt trong thực tế, trong nội dung luận văn khụng đi vào việc phõn tớch phần nghịch lƣu mà thực hiện lựa chọn loại nghịch đƣợc ỏp dụng phổ biến trong truyền động động cơ xoay chiều hiện nay là nghịch lƣu điều khiển vector, khối nghịch này cho phộp trao đổi cụng suất hai chiều giữa động cơ và phần cung cấp một chiều. Nhƣ vậy, khả năng làm việc ở cả bốn gúc phần tƣ của động cơ trong hệ truyền động điện chỉ cũn phụ thuộc vào đặc tớnh làm việc của chỉnh lƣu, vỡ thế, nội dung cơ bản của chƣơng này là nghiờn cứu về cấu tạo, nguyờn lý họat động và khả năng ứng dụng của chỉnh lƣu PWM vào hệ truyền động điện biến tần - động cơ xoay chiều làm việc ở bốn gúc phần tƣ.
2.2. CẤU TẠO VÀ NGUYấN Lí LÀM VIỆC CỦA BIẾN TẦN NGUỒN ÁP BỐN GểC PHẦN TƢ DÙNG CHỈNH LƢU PWM
Cỏc biến tần nguồn ỏp dựng chỉnh lƣu điụt hoặc tiristor cú ba nhƣợc điểm: khụng thực hiện trao đổi cụng suất giữa tải và lƣới (tức là chỉ làm việc đƣợc ở hai gúc phần tƣ), dũng điện đầu vào chứa nhiều súng hài bậc cao ảnh hƣởng xấu đến lƣới điện xoay chiều và hệ số cụng suất cosϕ thấp khi sử dụng chỉnh lƣu điều khiển.
Biến tần dựng chỉnh lƣu PWM đó khắc phục cả ba vấn đề tồn tại trờn. Nú cú thể làm việc cả ở bốn gúc phần tƣ, cú khả năng trao đổi cụng suất giữa tải và lƣới theo hai chiều. Dũng đầu vào cú dạng rất gần hỡnh sin và hệ số cụng suất cú thể điều chỉnh bằng 1.
Sơ đồ nguyờn lý phần lực của biến tần dựng chỉnh lƣu PWM đƣợc trỡnh bày trờn hỡnh 2.1.
uL
ĐK