Chương 1: Khái quát chung về hệ biến tần động cơ không đồng
5.7. Kết quả mô phỏng
5.7.1. Điện áp đầu ra của biến tần
Nguồn điện AC đưa vào chỉnh lưu lưu và lọc thành nguồn DC bằng phẳng. Điện áp DC sau đó sẽ được biến đổi nghịch lưu thành điện áp xoay chiều ba pha đối xứng.
Mới đầu, điện áp một chiều được tạo ra sẽ được lưu trữ trong giàn tụ điện. Tiếp theo,
thông qua quá trình tự kích hoạt thích hợp và transistor điều khiển IGBT sẽ tạo ra một điện áp xoay chiều 3 pha bằng phương pháp điều chế độ rộng xung PWM.
Khâu chỉnh lưu hình cầu 3 pha
Điện áp vào các pha lệch nhau 1 góc 120 độ:
- Ua = U2.Sin(wt) - Ub = U2.Sin(wt – 120) - Uc = U2.Sin(wt -240)
Xét khoảng làm việc của điện áp rơi trên tải:
- Tại thời điểm 300-> 900: Uab > 0 -> D1D6 Phân cực thuận - Tại thời điểm 900-> 1500 : Uac > 0 -> D2D1 phân cực thuận - Tại thời điểm 1500 -> 2100: Ubc > 0 -> D3D2 phân cực thuận - Tại thời điểm 2100 -> 2700 : Uba > 0 -> D4D3 phân cực thuận - Tại thời điểm 2700 -> 2200 : Uca > 0 -> D5D4 phân cực thuận - Tại thời điểm 3300 -> 3900: Ubc > 0 -> D6D5 phân cực thuận
Khâu lọc:
Hỗ trợ bộ chỉnh lưu và bộ nghịch lưu để cho ra dòng 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.
Với thông số cuộn C = 1F, L = 1e-12H, thông số nhằm đưa hiệu quả lọc lên tối đa.
- So sánh điện áp ra chỉnh lưu trước và sau khi lọc:
+ Trước khi lọc:
+ Sau khi lọc:
Nhận xét: ta lựa chọn thiết kế bộ lọc với tụ C lớn gấp nhiều lần cuộn cảm L nhằm mục đích tăng tối đa hiệu quả cho việc san phẳng điện áp đầu ra chỉnh lưu
Khâu nghịch lưu
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 Sine. Để đảm bảo điện áp ra có dạng
không phụ thuộc vào tải người ta thường dùng biến điệu bề rộng xung hai cực tính, như vậy mỗi 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 sine chuẩn có biên
độ chính xác bằng nhau và lệch pha nhau 120 trong toàn bộ giải điều chỉnh. Cần phải đảm bảo dạng xung điều khiển ra đối xứng và khoảng dẫn của mỗi 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 Sine
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 thông tin về độ lớn, trị số hiệu dụng và tần số sóng hài cơ bản của điện áp ngõ ra:
sau đây là đồ thị dạng sóng sin PWM:
Đồ thị dạng sóng điện áp ra trên các pha và điện áp ra trên pha Ưu điểm của PWM:
- Tiêu thụ điện năng ít
- Công 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 sin 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 - Xác định công thức:
+ Ua + Ub + Uc = 0;
+ Điện áp pha ngõ ra: Van_peak = ma.E /2
+ Điện áp dây ngõ ra: Vab_peak = ma.E.0,87 /2
5.7.1.1. Dạng sóng điện áp đầu ra trên các pha phải lệch nhau 1 góc 1200
Mô phỏng trên PSIM:
Nhận xét: điện áp ngõ vào 220V 3 pha cung cấp nguồn xoay chiều cho bộ chỉnh lưu cầu 3 pha kết hợp với bộ lọc đưa dòng 1 chiều 311V vào bộ nghịch lưu.
Sau khi qua bộ nghịch lưu với sung điều khiển hình sin PWM ta được dạng sóng điện áp hình sin với 3 pha đầu ra lệch sau 1 góc 120 theo luật điều khiển nêu ở trên
- Khi đó Ua + Ub + Uc = 0;
+ Ua = UA – UN (với A và N là các nút phía trước và phía sau trên tải R = 12) + Ub = UB – UN (với B và N là các nút phía trước và phía sau trên tải R = 12) + Uc = UC – UN (với B và N là các nút phía trước và phía sau trên tải R = 12)
5.7.1.2. Dạng sóng điện áp uday sau khi mô phỏng ta được:
Nhận xét: điện áp Ud ngõ ra của biến tần cùng giá trị điện áp vào của động cơ Ud = Upha ( điện áp ra tại pha của biến tần) *R = 0,87;