ứng dụng của điện tử công suất trong điều chỉnh tốc độ động cơ, chương 9 ppt

Chương 9: Bộ biến tần áp dùng
Transistor
Sơ đồ nguyên lý biến tần áp dùng Transistor.
Hình II-12 : Sơ đồ nguyên lý biến tần áp dùng Transistor
Về phương diện điều khiển động cơ, những nhận xét về
công suất của bộ nghòch lưu dùng transistor cũng giống như đối
với bộ nghòch lưu dùng thyristor.
Các transistor làm việc ở chế độ chuuyển mạch, cho sóng
đầu ra gần như là hình chữ nhật hay làm việc như bộ điều chế
bề rộng xung.
Mạch như hình vẽ trên có dạng sóng gần như hình chữ
nhật. Transistor T đóng vai trò như một bộ điều chỉnh điện áp
một chiều để điều khiển điện áp liên lạc. Tần số đóng cắt có
thể lớn hơn và các thành phần bộ lọc nhỏ hơn so với trường hợp
dùng thyristor. Điều chế bề rộng xung cho phép loại bỏ
Transistor này.
Các thyristor Th
1
và Th
2
có nhiệm vụ bảo vệ ngắn mạch,
hay nó bảo vệ cho Transistor khi có dòng quá lớn trong bộ
ĐC
a
b
c
V1~
T5T3
T4
C2
ĐK

Th1
Th2
T2
T
T6
T1
C1
nghòch lưu, lúc này Thyristor được mồi, ngắn mạch bộ nghòch
lưu và tác động thiết bò bảo vệ.
Người ta có thể khóa tất cả Transistor bằng cách khử các
tác động lên cực gốc của nó để loại trừ sự số. Ưu điểm dễ thấy
của Transistor so với thyristor là bỏ được chuyển mạch cưỡng
bức. Hơn nữa các tổn hao đổi chiều nhỏù hơn cũng có khả năng
cho bộ nghòch lưu làm việc với tần số cao hơn.
Khuyết điểm của nó là đòi hỏi liên tục tác động vào cực gốc
trong chu kỳ dẫn của Transistor, nhưng nếu dùng sơ đồ
Darlington có thể có hệ số khuyếch đại dòng điện tới 400. Một
khuyết điểm khác là điện áp đònh mức hơi thấp hơn điện áp đònh
mức thyristor.
 Bộ biến tần áp gián tiếp có dải điều tần rộng, tần số ra f
r
có
thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn tần số vào f
1
, do đó có thể điều
chỉnh vô cấp được.
Việc điều chỉnh v
r
, f
r

đơn giản biến tần trực tiếp.
Điện áp ra v
r
có dạng bậc thang nên gây ra các sóng hài
bậc cao vì vậy khi làm việc động cơ sẽ sinh ra từ trường có tần
số cao tạo ra trong động cơ một hệ thống dòng điện, moment có
hại đốt nóng động cơ tăng tổn hao sắt và làm giảm tính ổn đònh
động cơ.
2. Biến tần dòng.
a. Biến tần dòng dùng Thyristor.
Hình II-13:Sơ đồ nguyên lý.
Cầu chỉnh lưu điểu khiển gồm 6 Thyristor T
7
-T
12
cầu biến tần
gồm 6 thyristor T
1
-T
6
. Mỗi Thyristor được nối tiếp qua một
Diode và trong mỗi nửa cầu có 3 tụ điện.
- Cầu chỉnh lưu thông qua điện cảm ĐK san bằng cung cấp cho
cầu biến tần dòng điện I
d
. mọi thời điểm có hai Thyristor
dẫn điện các Thyristor được điều khiển mở theo thứ tự
1,2, ,6,1,,,, mỗi thyristor dẫn trong khoảng 120
0
.

ĐKĐ
T1
T3
T5
T4
T6
T2
T7
T9
T11
T10
T12
T8
V1
~
D3
D5
D1
D6D4
ĐK
D2
- Dạng sóng dòng điện và điện áp ra trên một pha được trình
bày như hình sau.
Hình II-14: Đồ thò dạng sóng dòng điện và điện áp ra của bộ
biến tần dòng gián tiếp
Dòng điện ra có dạng gần như bậc thang. Điện áp ra có
dạng hình sin nhưng mang các điûnh nhọn tại các thời điểm
chuyển mạch.
Ta biết rằng các diode nối ngược ở bộ nghòch lưu áp ngăn
cản điện áp liên lạc một chiều đổi cực tính và cho dòng điện

ngược chạy qua. Khi vượt quá tốc độ có thể động cơ trở thành
máy phát. Do đổi cực tính điện áp góc mở có thể làm bộ biến
tần làm việc ở chế độ nghòch lưu và trả năng lượng về nguồn.
Dạng sóng dòng điện hình bậc thang gây khó khăn khi làm
việc ở tốc độ rất thấp. Cuộn dây liên lạc một chiều ngăn cản
biến thiên đột ngột của dòng điện. Một ưu điểm khác của bộ
nghòch lưu dòng là ngắn mạch đầu cực động cơ không gây hư
hỏng bộ nghòch lưu vì dòng điện có xu hướng giữ không đổi.
b. Biến tần dòng transistor.
Hình 15:Sơ đồ nguyên lý bộ biến tần dòng Transistor.
+
T1 T3 T5
D1 D3 D5
Bộ nghòch lưu dòng Transistor cũng sử dụng 6 Transistor và 6
diode. Nhưng trong sơ đồ nghòch lưu dòng các diode được mắc
nối tiếp với các Transistor và các diode này có nhiệm vụ ngăn
dòng ngược bảo vệ cho tất cả các transistor.
 Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng biến tần dòng gián tiếp
dùng các Thyristor thông thường với chuyển mạch đơn giản
chỉ có tụ điện ngăùn mạch tức thời đầu ra không gây ảnh
hưởng gì nhờ cuộn dây liên lạc ngăn tất cả các đột biến của
dòng điện và tái sinh tương đối dễ dàng, có khả năng cung
cấp cho nhiều động cơ làm việc song song có hiệu suất cao.
 Việc dùng ngày càng nhiều các Thyristor khóa bằng cực
khiển hay Transistor công suất trong các bộ nghòch lưu áp
chứng tỏ rằng bộ nghòch lưu dòng không được sử dụng rộng
rãi với truyền động công suất nhỏ vì gây ra moment và va
đập lớn, các cuộn dây có kích thước lớn và việc điều chỉnh
tốc độ khó.
II. 5 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG

ĐỒNG BỘ 3 PHA BẰNG PHƯƠNG PHÁP NỐI
TẦNG.
Điều chỉnh tốc độ bằng phươngpháp nối tầng được thực
hiện với động cơ không đồng bộ rotor dây quấn sơ đồ nguyên lý
mạch như sau.
ĐKĐ
T1
T3
T5
T4
T6
T2
V1~
BA
D1
D3
D5
D4
D6 D2
CD1
CD2
Hình II
-
16:Sơ đồ nguyên lý hệ nối tầng dùng thyristor
Điều chỉnh góc mở các Thyristor của bộ nghòch lưu sẽ điều
chỉnh được tốc độ động cơ dưới tốc độ đồng bộ góc mở xác đònh
điện áp liên lạc trung bình.
Điện áp liên lạc một chiều liên quan trực tiếp đến điện áp
giữa các vành trượt, độ trượt của động cơ sẽ điều chỉnh môt cách
tự động để cân bằng với điện áp này.

Hình vẽ sau đây sẽ biểu diễn các đặc tính moment tốc độ
điển hình của động cơ rotor dây quấn khi điện áp giữa các vành
trượt không đổi. Hệ số trượt tăng lên đồng thời với moment tải
để dòng điện đạt tới mức duy trì moment này. Công suất chỉ có
thể lấy từ rotor việc điều khiển chỉ có thể tiến hành ở mức đưới
tốc độ đồng bộ.
- Công suất truyền qua bộ chỉnh lưu-nghòch lưu bằng tích
của hệ số trượt với công suất ở Stator. Do đó nếu điều khiển chỉ
cần khỏang 80% tốc độ đồng bộ thì công suất cần thiết của bộ
biến đổi chỉ bằng 20% công suất truyền động để tận dụng công
suất này ở tốc độ nhỏ nhất việc mồi trước bộ biến đổi phải ở góc
nhỏ nhất.
Khi dùng bộ biến đổi để điều chỉnh tốc độ giới hạn, ví dụ
tới 70% tốc độ đồng bộ cần tính đến đặc điểm mở máy các vành
trượt được chuyển mạch tự động về phía bộ biến đổi có điều
chỉnh tốc độ nhỏ nhất. Ở các tốc độ gần đồng bộ thời gian
chuyển mạch của các chỉnh lưu, diode có thể tương đối dài để 4
diode dẫn đồng thời lớn hơn 60
0
điện áp liên lạc một chiều
không có được và không một công suất nào truyền qua.