6.1 MỤC ĐÍCH YÊU CẦU:
Giúp sinh viên tìm hiểu phương pháp điều chế độ rộng xung và nguyên lý kích dẫn bộ cầu tạo điện áp ba pha của bộ PWM Inverter.
6.2 PHẦN LÝ THUYẾT:
Sơ đồ khối cho bộ biến tần theo phương pháp điều rộng xung được trình bày trên hình 6.1. Tín hiệu từ máy phát tín hiệu sine 3 pha cùng với tín hiệu dạng tam giác được so sánh tại các bộ so sánh COM 1, 2, 3. Ngõ ra bộ so sánh cho chuỗi xung có độ rộng thay đổi tương ứng với tín hiệu sine chuẩn. Khi thay đổi biên độ hoặc tần số tín hiệu sine, chuỗi xung có số xung và độ rộng thay đổi tương ứng theo. Các chuỗi xung có độ rộng thay đổi qua ngõ ra (Drive) để điều khiển các cặp MOSFET tương ứng và hình thành tín hiệu ra.
Khối biến đổi DC-DC ngõ vào cho phép tạo áp một chiều cung cấp cho bộ biến tần.
Hình 6.1: Sơ đồ khối biến tần điều rộng xung
BÀI 6: THÍ NGHIỆM BỘ BIẾN TẦN KIỂU ĐIỀU RÔNG XUNG 43
Khi thay đổi biến trở (SET VALUE) sẽ làm thay đổi đồng thời cả biên độ và tần số sóng sine của máy phát. Kết quả là làm thay đổi tần số và điện áp ra của bộ biến tần.
Hình 6.2: Giản đồ thời gian hoạt động của bộ biến tần điều rộng xung
Dạng sóng ra của bộ biến tần điều rộng xung có dạng gần sine hơn so với bộ biến tần 6 bước. Khi dùng với tải cảm, dòng điện ra chậm pha so với điện áp.
Do sử dụng chuỗi xung điều rộng ở tần số cao hơn, công suất tiêu tán của khối biến tần điều rộng xung cũng thấp hơn.
6.3 TIẾN TRÌNH THÍ NGHIỆM: BỘ BIẾN TẦN KIỂU ĐIỀU RỘNG XUNG
(PULSE – WIDTH – MODULATED INTERVER)
6.3.1 Thiết bị sử dụng:
Thiết bị cho thực tập về bộ biến đổi điện áp một pha (hình 6.3) chứa các phần chức năng:
- Bảng nguồn PE-500PS chứa Aptomat 1 pha cho các ổ điện 220 VAC, Aptomat chính 3 pha cấp nguồn cho thí nghiệm, cầu chì 10A, đèn báo nguồn, các ngõ ra cho nguồn ~24V AC/10A 3 pha, nguồn 1 chiều +12V/1.5A và -12V/1.5A.
- Module biến đổi nguồn DC-DC và tạo xung đếm PEC-504A.
- Module máy phát sin 3 pha: PEC-505A.
- Module công suất biến tần: PE-516.
- Module tải PEL-521.
- Motor 3 pha AC, 24V (3 cuộn dây tải còn bỏ ngõ).
Dao động ký 2 tia.
Phụ tùng: Dây có chốt cắm 2 đầu.
BÀI 6: THÍ NGHIỆM BỘ BIẾN TẦN KIỂU ĐIỀU RÔNG XUNG 45
Hình 6.3: Thiết bị thực tập về biến tần kiểu điều rộng xung
6.3.2 Các bài thực hành:
a) Khảo sát bộ phát tín hiệu sin 3 pha:
- Kiểm tra việc cấp nguồn 12V và GND cho sơ đồ điều khiển PEC-505A.
- Vặn biến trở SET VALUE để thay đổi tần số và biên độ của máy phát tín hiệu sine.
Xác định khoảng tần số và biên độ làm việc của máy phát tín hiệu sine 3 pha.
- Sử dụng dao động ký quan sát dạng tín hiệu của máy phát tín hiệu sine tại ngõ ra PEC-505A.
- Dao động ký đặt ở chế độ đồng bộ với tín hiệu sine A. Quan sát sự chênh lệch pha của tín hiệu sine B và sine C so với tín hiệu sine A.
Vặn biến trở SET VALUE để thay đổi tần số và biên độ của máy phát tín hiệu sine, dừng lại ở vị trí sao cho tín hiệu dễ vẽ nhất.
- Vẽ giản đồ thời gian cho các tín hiệu sine vào hình phần 6.2.II trong cuốn báo cáo.
Xác định độ lệch pha của các tín hiệu sine này.
Hình 6.4: Máy phát tín hiệu sin 3 pha và bộ hình thành xung điều rộng
BÀI 6: THÍ NGHIỆM BỘ BIẾN TẦN KIỂU ĐIỀU RÔNG XUNG 47
b) Khảo sát hoạt động của bộ tạo xung có độ rộng thay đổi:
Khảo sát hoạt động của khối PEC-505A (Hình 6.4).
- Kiểm tra việc cấp nguồn 12V và GND cho sơ đồ điều khiển PEC-505A và PEC- 505B.
- Nối các ngõ ra sine A, sine B, sine C của khối PEC-505A với các ngõ vào tương ứng của khối PEC-505B.
Kiểm tra ngõ ra của máy phát tín hiệu tam giác. Vẽ dạng tín hiệu tam giác vào hình ở phần 6.2.II có 3 dạng sóng sine vừa vẽ.
- Sử dụng dao động ký quan sát dạng tín hiệu ngõ ra của bộ so sánh Comp 1, Comp 2, Comp 3 tại TP1-2-3 tương ứng.
- Vẽ giản đồ thời gian tín hiệu điều khiển ở các lối ra T1-T6/PEC-505B vào các hình tương ứng trong Báo cáo.
Vặn biến trở SET VALUE để thay đổi tần số và biên độ của máy phát tín hiệu sine vài lần. Quan sát và nhận xét rồi dừng lại tại vị trí sao cho tần số sóng sine bằng với tần số sine vừa vẽ xong.
- Kiểm tra lại hình vẽ giản đồ thời gian tín hiệu điều khiển ở các lối ra T1-T6/PEC- 505B một lần nữa.
- Giữ nguyên vị trí biến trở SET VALUE cho thí nghiệm sau.
- Phát biểu kết luận về sự phụ thuộc của tín hiệu ra các bộ so sánh (Comp1-3) theo tần số và biên độ tín hiệu sine chuẩn.
c) Khảo sát hoạt động của bộ biến tần điều rộng xung (PWM):
Nối sơ đồ PEC-505A, PEC-505B, PEC-504A, PE-516, PEL-521 như hình 6.5, trong đó:
- Khối PEC-504A và phần ngỏ vào AC của khối PE-516 tạo thành bộ biến đổi điện thế DC-DC cấp cho khối 6 MOSFET công suất biến tần.
- Khối PEC-505A là máy phát sine 3 pha.
- Khối PEC-505B là bộ tạo xung độ rộng thay đổi và các ngõ ra điều khiển khối MOSFET công suất của biến tần PE-516.
- Chú ý trình tự nối các ngõ ra của biến thế xuất tương ứng với các MOSFET: Hàng trên ký hiệu lần lượt là T1-T3-T5. Hàng dưới tương ứng là T4-T6-T2. Khi nối nhầm sẽ dẫn tới 2 MOSFET trong một cột cùng dẫn gây đoản mạch, nổ nguồn, hư hỏng linh kiện công suất.
- Nối các chốt U – V – W với tải R1-R2-R3 là 3 bóng đèn của khối tải PEC-521, Các tải R nên đấu theo kiểu sao. (Lưu ý : Lúc này ngõ ra của bộ Biến tần cho ra một nguồn 3 pha theo kiểu tam giác).
- Nối nguồn ~24VAC từ PE-500PS tới ngõ vào AC In của PE-516.
Kiểm tra hoạt động của bộ biến đổi thế DC-DC Converter. Chỉnh biến trở SET của khối PEC-504A để thế ra là 24VDC.
- Kiểm tra cấp nguồn 12V và GND cho sơ đồ điều khiển PEC-505A, PEC-505B.
Sử dụng dao động ký quan sát tín hiệu từng pha tại các điểm U-V-W trên PE- 516 (so với điểm trung tính tải). Vẽ các dạng tín hiệu này vào giản đồ thời gian trong hình báo cáo.
Sử dụng dao động ký quan sát tín hiệu dây giữa các cặp: U-V, V-W, và U-W trên PE-516. Vẽ các dạng tín hiệu này vào giản đồ thời gian trong hình báo cáo.
Nối các lối ra U-V-W với 3 tải R1-R2-R3. Giữ nguyên U0 = 24V. Thay đổi biến trở SET VALUE. Xác định mối quan hệ giữa tần số sóng sin chuẩn với dòng trên tải.
d) Khảo sát Bộ biến tần ứng với tải cảm (động cơ 3 pha):
Giữ nguyên cấu hình thí nghiệm trên. Nối các chốt U-V-W trực tiếp với tải motor AC. Sử dụng dao động ký quan sát và vẽ lại tín hiệu của riêng pha U và và một cặp điện áp dây U-V vào hình.
So sánh sự khác nhau giữa tín hiệu điện áp pha và điện áp dây trong bước vừa rồi với bước tương ứng ở trên (tải thuần trở).
Nhận xét, đánh giá kết quả đo.
BÀI 6: THÍ NGHIỆM BỘ BIẾN TẦN KIỂU ĐIỀU RÔNG XUNG 49
Hình 6.5: Bộ biến tần kiểu điều rộng xung