Cỏc bộ biến tần giỏn tiếp cú sơ đồ cấu trỳc như hỡnh vẽ 2.8. Bộ biến tần gồm cỏc khõu: chỉnh lưu ( CL ), mạch lọc ( L ) và nghịch lưu độc lập ( NLĐL ). Như vậy, để biến đổi tần số cần thụng qua khõu trung gian một chiều, do đú nú cú tờn là biến tần giỏn tiếp.
Trong biến tần này,điện ỏp xoay chiều đầu tiờn được chuyển thành điện ỏp một chiều nhờ mạch chỉnh lưu sau đú qua một bộ lọc rồi mới được biến đổi trở lại thành điện ỏp xoay chiều với tần số f2.Việc biến đổi năng lượng hai lần này làm giảm hiệu suất biến tần. Nhưng bự lại loại biến tần này cho phộp thay đổi dễ dàng tần số của f2 khụng phụ thuộc vào f1 trong một dải rộng cả trờn và dưới f1 vỡ tần số ra chỉ phụ thuộc vào mạch điều khiển
Hỡnh 2.8. Sơ đồ cấu trỳc bộ biến tần giỏn tiếp
Trong cỏc bộ tần cụng suất lớn, người ta dựng chỉnh lưu bỏn điều khiển với chức năng làm nhiệm vụ bảo vệ cho toàn hệ thống khi quỏ tải .
điện xoay chiều cú tần số cố định hoặc biến thiờn
Nhược điểm cơ bản của biến tần giỏn tiếp là hiệu suất thấp ( vỡ qua hai lần biến đổi ). Cụng suất cũng như kớch thước của bộ biến đổi lớn. Nếu dựng van tiristo vẫn cú một số khú khăn nhất định khi giải quyết vấn đề khoỏ van.
220v đ c u rh t1 đ1 t3 đ3 t5 đ5 đ2 t2 đ6 t6 đ4 t4 t7 đc
Hỡnh 2.9. Sơ đồ mạch lực biến tần cú đầu vào 1 pha , đầu ra 3 pha Đ : diot ; Rh : điện trở hóm ; T(1ữ7) : tristo; C : Tụ lọc san phẳng
2.2.2. Một số phƣơng phỏp điều khiển biến tần
Được sử dụng hầu hết trong cỏc biến tần ngày nay. Tốc độ ĐCKĐB tỉ lệ trực tiếp với tần số nguồn cung cấp. Do đú, nếu thay đổi tần số của nguồn cung cấp cho động cơ thỡ cũng sẽ thay đổi được tốc độ đồng bộ và tương ứng là tốc độ động cơ.
Tuy nhiờn, nếu chỉ thay đổi tần số mà vẫn giữ nguyờn biờn độ nguồn ỏp cấp cho động cơ sẽ làm cho mạch từ của động cơ bị bóo hũa. Điều này dẫn đến dũng từ húa tăng, mộo dạng điện ỏp và dũng điện cung cấp cho động cơ gõy ra tổn hao lừi từ, tổn hao đồng trong dõy quấn Stato. Ngược lại, nếu từ thụng giảm dưới định mức sẽ làm giảm khả năng mang tải của động cơ.
a, Phƣơng phỏp –
Ta cú cụng thức sau :
( 2.27 )
Với :
fđm : tần số định mức của động cơ
Giả sử động cơ hoạt động dưới tần số định mức ( a < 1 ) , Từ thụng động cơ được giữ ở giỏ trị khụng đổi. Do từ thụng của động cơ phụ thuộc vào dũng từ húa của động cơ, nờn từ thụng được giữ khụng đổi khi dũng từ húa được giữ khụng đổi tại mọi thời điểm làm việc của động cơ.
Ta cú phương trỡnh tớnh dũng từ húa tại thời điểm làm việc định mức như sau:
( 2.28 )
Lm : điện cảm mạch từ húa
Tại tần số làm việc f :
( 2.29 ) Từ 2 phương trỡnh trờn suy ra điều kiện dũng điện từ húa khụng đổi:
( 2.30 )
2.31 ) Như vậy từ thụng động cơ được giữ nguyờn khụng đổi khi E/f được giữ khụng đổi
–
Trong thực tế, việc giữ từ thụng khụng đổi đũi hỏi mạch điều khiển rất phức tạp. Nếu bỏ qua sụt ỏp trờn điện trở và điện khỏng mạch Stato, ta cú thể xem như U ≈ E. Khi đú nguyờn tắc điều khiển E/f = const thay bằng phương phỏp V/f = const .
Trong phương phỏp V/f, như đó trỡnh bày ở trờn thỡ tỉ số V/f được giữ khụng đổi và bằng giỏ trị tỉ số này ở định mức. Khi Moment tải tăng, dũng động cơ tăng làm gia tăng sụt ỏp trờn điện trở Stato dẫn đến E giảm, cú nghĩa là từ thụng động cơ giảm. Do đú động cơ khụng hoàn toàn làm việc ở chế độ từ thụng khụng đổi .
c, Phƣơng phỏp điều rộng xung
Để tạo ra một điện ỏp xoay chiều bằng phương phỏp SINPWM, ta sử dụng một tớn hiệu xung tam giỏc tần số cao đem so sỏnh với một điện ỏp sin chuẩn cú tần số f. Nếu đem xung điều khiển này cấp cho một bộ biến tần một pha thỡ ngừ ra sẽ thu được một dạng điện ỏp dạng điều rộng xung cú tần số bằng với tần số nguồn sin mẫu và biờn độ hài bậc nhất phụ thuộc vào nguồn điện một chiều cung cấp và tỉ số giữa biờn độ súng sin mẫu và súng mang. Tần số súng mang phải lớn hơn tần số của súng sin mẫu. Sau đõy là hỡnh vẽ miờu tả nguyờn lớ của phương phỏp điều rộng sin 1 pha :
Hỡnh 2.10. Nguyờn lớ phương phỏp điều rộng sin
Khi :
V control > V tri thỡ VAO = Vdc / 2 V control < V tri thỡ VAO = -Vdc / 2
Như võy, để tạo ra nguồn điện 3 pha dạng điều rộng xung, ta cần cú nguồn sin 3 pha mẫu và giản đồ điện ỏp của 3 pha sẽ được biểu diện như hỡnh vẽ sau:
Hỡnh 2.11. Sơ đồ dạng điện ỏp trờn cỏc pha
Vỡ vậy, khi giảm tần số nguồn cung cấp cho động cơ nhỏ hơn tần số định mức thường đũi hỏi phải giảm điện ỏp V cung cấp cho động cơ sao cho từ thụng trong khe hở khụng khớ được giữ khụng đổi. Khi động cơ làm việc với tần số cung cấp lớn hơn tần số định mức, thường giữ điện ỏp cung cấp khụng đổi và bằng định mức, do giới hạn về cỏch điện Stato hoặc điện ỏp nguồn .
.
2.12 z ωmz ωm. ψ sx ) sz ωsi is ( CL ) thụng qua s d . Mụ hỡnh ABC M TG CL GNP LR UST'F' UST'P' FP T-1 a;ò PI PI PI p GPN ωsi
sz ωsi s z sxz . -1 . GF T-1 ? r ? si TN 1 rr m0 ? m is GF-1 Tr T mz rr hỡnh 2.13 wm is isz isxz –
2.14 đư 2.15 ωr ψr r . M CL FP UST'P' TG T-1 GP UST'B' GPN LR PI PI động làm việc theo nhúm
Trong trường hợp nhiều động cơ cựng làm việc, cựng điều chỉnh tốc độ người ta cấp điện cho chỳng bằng bộ biến tần cú điều chỉnh điện ỏp ở mạch trung gian. Hỡnh 2.16 là sơ đồ chức năng của hệ thống điều khiển ngoài truyền động điện nhúm cấp điện từ bộ biến tần giỏn tiếp cú điều chỉnh điện ỏp ở khõu trung gian.
Hỡnh 2.16. Sơ đồ chức năng của hệ thống điều khiển ngoài truyền động điện nhúm cấp điện từ bộ biến tần giỏn tiếp cú điều khiển điện ỏp ở khõu trung gian
Hệ thống TĐĐ khụng đổi chiều quay được điều khiển bởi đặc tớnh điện ỏp – tần số. Tần số cho trước fsz xỏc định tần số cụng tỏc của bộ biến tần điện ỏp cú chuyển mạch cưỡng bức cỏc tristo fn . Tần số này quyết định tốc độ quay của động cơ. Căn cứ vào độ chớnh xỏc điều chỉnh mà sử dụng cảm biến tốc độ số hay tương tự. Ở cỏc hệ thống dựng cảm biến số, sai số tần số do nhiệt độ giảm xuống cũn 0,1%/100C . Hệ thống trờn hỡnh 2.16 dựng cảm biến tương tự nờn sai số cỡ 0,5%/100C . Tần số cho trước fs được đưa tới bộ biến đổi điện ỏp – tần số 6, bộ biến đổi này sẽ tạo ra xung hỡnh chữ nhật, xung này được chia ở bộ chia xung 7, được khuếch đại ở khõu 8 và đưa tới cỏc nhúm tirito của bộ biến tần . Bộ điều chỉnh 3 so sỏnh điện ỏp cho trước us với điện ỏp thực tế đo được từ khõu 9, để điều chỉnh giữ cho điện ỏp ổn định. Tớn hiệu ra của bộ điều chỉnh 4 của bộ chỉnh lưu làm nhiệm vụ điều chỉnh điện ỏp ở mạch trung gian, cũng cú nghĩa là điều chỉnh điện ỏp đưa vào động cơ. Động cơ và biến tần được mắc song song với bộ điều chỉnh điện ỏp và điều chỉnh dũng điện 5 nhằm bảo vệ động cơ khỏi quỏ tải. Khi bị quỏ tải bộ điều chỉnh sẽ hạn chế gúc mở của cỏc tirito. Bộ phỏt hàm số 2 tạo giỏ trị điện ỏp us cho
thiet bi do u f 6 7 8 2 3 4 1 imax PI PI Us fs fsz id M M M CL NL A B C
trước theo hàm tần số fs . Tớnh chất động của hệ thống khi khởi động được hỡnh thành bởi bộ tớch phõn hoặc quỏn tớnh trong khõu phỏt 1.
Ở cỏc hệ thống truyền động nhúm, khi tần số ra bộ biến đổi khụng lớn lắm ( 200 Hz ) người ta cũng sử dụng cỏc bộ biến tần cú khõu trung gian khụng điều chỉnh điện ỏp và bộ biến tần điều chỉnh độ rộng xung .
2.3.3. Sơ đồ cấu trỳc chung của hệ thống điều khiển truyền động điện động cơ khụng đồng bộ cấp điện từ bộ biến tần nguồn ỏp
Hệ thống khụng khỏc nhiều với hệ thống cấp điện từ bộ biến tần nguồn dũng hỡnh 2.12 . Ở bộ biến tần nguồn ỏp PWM cú đại lượng điều khiển là điện ỏp cho trước usz và tần số ωsu , những đại lượng này đưa tới hệ thống điều khiển HĐK để tạo cỏc trạng thỏi mở của cỏc van SA, SB , SC (hỡnh 2.17). Nhiệm vụ của người thiết kế hệ thống là phải xỏc định thành phần isxz của dũng stato và đại lượng điều khiển biến tần: usz và ωsu trờn cơ sở của moment cho trước Mz. Cú hai phương phỏp khỏc nhau để thiết kế cấu trỳc hệ thống điều khiển
Loại thứ nhất là tạo cỏc tớn hiệu điều khiển ( usz , ωsu ) từ tớn hiệu cho trước ( Mz , ψz ) và gọi là điều khiển điện ỏp
Loại thứ hai là dựng cỏc bộ điều chỉnh dũng stato lỳc này việc thiết kế cấu trỳc của hệ thống giống như trường hợp cấp điện từ biến tần dũng điện, nhưng cần chỳ ý nhận dạng chế độ làm việc của bộ biến tần PWM. Khi bộ chỉnh lưu điện ỏp lưới cú trang bị thờm bộ chỉnh lưu cú điều khiển làm việc ở chế độ ngược PS, thỡ dũng id ở mạch trung gian cú thể thay đổi hướng, nờn khi hướng của ud khụng đổi năng lượng vẫn cú thể chạy 2 chiều, truyền động làm việc được với hóm trả năng lượng về nguồn .
M PT Mụ hỡnh ABC HéK BT C CL PS T-1 iA iB UA UB
Hỡnh 2.17. Sơ đồ tổng quỏt hệ thống truyền động cấp điện từ BBT nguồn ỏp PWM
2.3.4. Hệ thống truyền động điện cú điều khiển ngoài đƣợc cấp điện từ bộ biến tần nguồn ỏp
Trờn hỡnh 2.18 biểu diễn một hệ thống truyền động điện cấp từ bộ biến tần giỏn tiếp nguồn ỏp. Bộ biến tần giỏn tiếp gồm bộ chỉnh lưu khụng điều khiển, làm nhiệm vụ chỉnh lưu điện ỏp lưới thành điện ỏp một chiều ud1. Bộ ngắt mạch dũng một chiều PO cú diot ngược D biến điện ỏp một chiều thành điện ỏp xung điều chỉnh được ud2 . Tụ C trong mạch trung gian giữ vai trũ bộ lọc và cỏch li 2 bộ biến đổi PO và NL. Bộ nghịch lưu NL làm nhiệm vụ biến điện ỏp một chiều thành xoay chiều cấp cho tải. Trong cuộn dõy stato sẽ cú dũng xoay chiều 3 pha chay qua hệ thống, dũng 3 pha này tạo ra từ trường quay. Tốc độ quay đồng bộ ( cũng là tốc độ quay của cỏc cơ cấu tải mà động cơ lai ) tỉ lệ với tần số của bộ biến tần fs . Ở chế độ động cơ điện ỏp us1 , us2
cú chiều ngược nhau. Dũng id2 tỉ lệ với thành phần tỏc dụng dũng stato .
Bộ tớch phõn 1 giới hạn sự thay đổi đại lượng cho trước. Khõu 2 xỏc định biờn độ và hướng (L/P) của điện ỏp cho trước trong mạch trung gian ud2 . Bộ điều chỉnh 3 so sỏnh udz2 với ud2 rồi điều khiển hệ thống mở tiristo 4 ngắt
PO sao cho ud2 ở mạch trung gian giữ ở mức đó cho. Bộ phỏt chức năng 5, bộ biến đổi 6 và bộ chia xung 7 ( bộ đếm vũng ) điều khiển giỏ trị udz2 bằng tần số đồng bộ của bộ biến tần điện ỏp fn , sao cho từ thụng của mỏy khụng đổi và khụng phụ thuộc vào tải. Khi tần số nhỏ hơn 3 Hz thỡ việc đo chớnh xỏc điện ỏp gặp nhiều khú khăn, nờn trong phạm vi này người ta chỉ cho trước một giỏ trị điện ỏp tương đối nhỏ, cho phộp khởi động mỏy. Thay đổi tốc độ quay được thực hiện bằng thay đổi điện ỏp trong mạch trung gian theo tần số stato fs . Dấu của tớn hiệu L/P sẽ quyết định bộ đếm 7 sẽ tạo nờn hệ thống tớn hiệu 3 pha làm cho đối tượng quay trỏi hoặc quay phải, như vậy động cơ cú thể làm việc theo 2 chiều. Khi bị quỏ tải ( tức là khi dũng trong khõu trung gian đạt giỏ trị imax ) thỡ điện ỏp và tần số được giảm dưới tỏc dụng của bộ điều chỉnh 8 ( giới hạn dũng ). Quỏ trỡnh điều chỉnh điện ỏp và tần số kộo dài cho tới khi động cơ đạy được chế độ ổn định mới nằm trong phạm vi cho phộp của is và tốc độ của động cơ trở lại giỏ trị cho trước. Dũng ismax đươc chọn sao cho quỏ trỡnh tải xảy ra ngắn mạch ( khoảng 5 – 10s ) với giỏ trị dũng
(1,1- 2 )iđm . Khi tải thay đổi trong phạm vi nhỏ hơn dũng định mức cú thể khử được quỏ trỡnh thay đổi tốc độ động cơ bằng thay đổi thớch hợp tần số của khõu khử độ trượt 9. Hệ thống chỉ làm việc ở gúc phần tư thứ nhất và thứ ba của hệ tọa độ ( động cơ quay thuận và quay ngược ). Trong hệ thống này khụng cú chế độ hóm trả năng lượng về nguồn.
CL PO D 1 2 8 9 3 4 NL M L/P 5 6 7 Rn
Hỡnh 2.18. Hệ thống truyền động điện cú điều khiển ngoài được cấp điện từ bộ biến tần nguồn ỏp
2.4 . BIẾN TẦN SỬ DỤNG TRONG SẢN XUẤT GIẤY CỦA CễNG TY
Bộ biến tần sử dụng trong dõy chuyền sản xuất giấy là bộ biến tần DELTA – họ B: VFD750B43A, VFD300B43A, VFD220B43A, VFD150B43A.
2.4.1.Đặc điểm chung của bộ biến tần DELTA -họ B
Ngừ ra PWM điều khiển vi xử lớ 16 bit
Tự động bự trượt
Dải tần số từ 0,1 Hz – 400Hz
Điều khiển tốc độ 16 bước và tốc độ preset 15 bước
Điều khiển phản hồi PID và phỏt xung PG
Bốn chế độ đặt thời gian tăng giảm tốc và 2 lựa chọn đường cong
Xử lớ tớn hiệu : -10 ~ 10 VDC , 0 ~ 10VDC , 4 ~ 20 mA
Trượt tới khi cú lệnh dừng
Cú thể điều chỉnh độ dốc V/f và tự điều ỏp
Tự động điều chỉnh chế độ thời gian tăng giảm tốc
Tự động chỉnh và điều khiển vector khụng cảm ứng
Bảo vệ : Quỏ tải, quỏ dũng, thấp ỏp, quỏ tải Motor, dũng rũ, quỏ nhiệt, ngắn mạch IGBT 2.4.2.Bảng thụng số của biến tần VFD họ B a, Cỏc thụng số cơ bản Thụng số Giải thớch Cài đặt Mặc định 01-00 Tần số đầu ra lớn nhất 50 Hz – 400Hz 60 Hz 01-01 Tần số điện ỏp lớn nhất 0,1 Hz – 400Hz 60 Hz 01-02 Điện ỏp đầu ra lớn nhất 0,1V – 510 V 440 V 01-03 Điểm tần số trung bỡnh 0,1 Hz – 400Hz 0,5 Hz 01-04 Điện ỏp đầu ra nhỏ nhất 0,1V – 510 V 3,4 V 01-05 Tần số đầu ra nhỏ nhất 0,1 Hz – 400Hz 0,5 Hz 01-06 Điện ỏp đầu ra nhỏ nhất 0,1V – 510 V 3,4 V 01-07 Giới hạn tần số trờn 1 – 120 % 100% 01-08 Giới hạn tần số dưới 00 – 100 % 00
01-09 Thời gian tăng tốc 1 0,01 – 3600 s 10 s
01-10 Thời gian giảm tốc 1 0,01 – 3600s 10s
01-11 Thời gian tăng tốc 2 0,01 – 3600s 10s
01-12 Thời gian giảm tốc 2 0,01 – 3600s 10s
01-13 Thời gian tăng tốc nhấn chạy thử 0,01 – 3600s 1s
01-14 Tần số chạy thử 0,1 Hz – 400Hz 6 Hz
01-15 Tăng tốc / giảm tốc tự động Tăng tốc/ giảm tốc theo đường thẳng 01-16 Tăng tốc theo đặc tớnh hỡnh chữ S 00 tới 07