một số ứng dụng của điện tử công suất trong điều chỉnh tốc độ động cơ 3 pha, chương 9 docx

Chương 9:
ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ
KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA
BẰNG BỘ BIẾN TẦN
Bộ biến tần là thiết bò dùng để biến đổi nguồn điện
có tần số f
1
cố đònh thành nguồn điện có tần số f
r
thay
đổi được nhờ các khóa bán dẫn. Người ta thường dùng
hai loại biến tần là: Biến tần trực tiếp và biến tần gián
tiếp.
3.1 Biến tần trực tiếp.
Biến tần trực tiếp là thiết bò biến đổi trực tiếp
nguồn xoay chiều có tần số f
1
sang nguồn xoay chiều có
tần số f
r
.
Sơ đồ khối của bộ biến tần trực tiếp như hình vẽ.
Bộ biến tần trực tiếp gồm hai nhóm chuyển mạch
nối song song ngược (sơ đồ nguyên lý của bộ biến tần
trực tiếp được trình bày như hình vẽ sau). Cho xung mở
lần lượt hai nhóm chỉnh lưu trên ta sẽ nhận được dòng
điện xoay chiều chạy qua tải.
Ở mỗi pha ở đầu ra (a, b, c) được cấp điện bởi hai nhóm
Thyristor. Nhóm T tạo ra dòng điện chạy thuận và nhóm
N tạo ra dòng chạy ngược. Mỗi nhóm là một bộ chỉnh
lưu (hoặc nghòch lưu phụ thuộc) ba pha. Để hạn chế

dòng ký sinh chạy qua hai Thyristor của nhóm T và
nhóm N đang dẫn, người ta dùng các cuộn kháng ĐK
1
và ĐK
6
.
Sơ đồ nguyên lý bộ biến tần trực tiếp dùng Thyristor.
Nguồn
Tần số
Biến đổi
ĐKĐ
Bộ biến
tần trực
tiếp
Nguồn
Tàn số cố đònh
Điều khiển điện áp/tần số
ĐKĐ
f1
V1
~
a b
c
fr Vr Biến đổi
T1
N4
T3
N6
T5 N2
ĐK1

ĐK4
ĐK3
ĐK6
ĐK5
ĐK2
Hình II-6: Bộ biến tần trực tiếp dùng Thyristor.
Khi điều khiển theo nhóm thì mỗi nhóm được mở
trong nửa chu kỳ điện áp đầu ra. Xét sự làm việc pha a
theo đồ thò sau.
Đồ thò điện áp một pha của biến tần trực tiếp.
Trong khoảng thời gian t
1
: nhóm T
1
mở, còn trong
khoảng t
2
thì nhóm N
4
mở. Các Thyristor trong cùng một
nhóm chuyển mạch cho nhau nhờ điện áp lưới (chuyển
mạch tự nhiên). Mỗi Thyristor mở 1/3 chu kỳ của điện
áp lưới. Thay đổi số Thyristor mở trong mỗi nhóm ta sẽ
thay đổi được thời gian của chu kỳ điện áp đầu ra
T
2
=t
1
+t
2

do đó thay đổi được tần số đầu ra của biến tần.
Từ đồ thò ta tìm được mối quan hệ giữa tần số lưới
và tần số ra:
Trong đó:
m: số pha đầu vào của bộ biến tần (m=3).
22
2
1
1


mn
m
T
T
f
f
r
V
a(V)
T
1
T
2
T
r
t(s)
V
a(V)
a

b
n: số đỉnh hình sin (tức số Thyristor mở ở mỗi
nhóm) trong một nửa chu kỳ của điện áp ra.
Theo công thức trên ta thấy tần số đầu ra luôn lôn
nhỏ hơn tần số lưới vì n là số nguyên nên tần số ra được
điều chỉnh nhảy cấp.
Điện áp ra V
r
được thay đổi bằng cách thay đổi góc
chậm
 của các Thyristor Hình b minh họa.
Vì số đỉnh hình sin n ở trường hợp này giống như
hình a nên tần số đầu ra của hai trường hợp như nhau,
nhưng điện áp ở hình b có giá trò nhỏ hơn.
Để tạo ra điện áp ba pha ở đầu ra ta điều kh iển
các nhóm Thyristor mở theo thứ tự T
1
-N
2
-T
3
-N
4
-T
5
-N
6
-
T
1

mỗi nhóm cho mở 1/3 chu kỳ của điện áp ra. Nếu
điện áp ra được lọc phẳng hoàn toàn thì bằng cách điều
khiển như trên ta được đồ thò điện áp ra ở ba pha như
trên hình III. (hệ thống điện áp ba pha ở đầu ra bộ biến
tần trực tiếp)
Hình
T1 T1
N4
N2
N2
N6
N6
T5
T3
2

/3
wt(rad)
wt(rad)
wt(rad)
V
A
(v)
V
b
V
c
Hình II-6: Hệ thống điện áp ba pha ở đầu ra của bộ biến
tần trực tiếp
Để có thể điều chỉnh tinh tần số ra và tạo được

điện áp ra có dạng gần hình sin hơn, ta áp dụng phương
pháp điều khiển góc mở Thyristor
 cần thiết cho các
Thyristor ở mỗi pha của điện áp đầu ra và kết quả ta
được đồ thò điện áp ra một pha đầu ra như hình vẽ sau
thành phần sóng điều hòa bậc nhất (theo tần số w
r
của
điện áp này là đường đứt)
Hình a)Quan hệ
=f(t)
b) Đồ thò điện áp ra của bộ biến tần trực tiếp khi
điều khiển góc
 theo qui luật hình sin.
Nhận xét:

2

w
rt
(rad)

0

Sóng Sin cơ bản
wt
a/
b/
- Hiệu suất cao vì tổn thất năng lượng không đáng kể,
không cần dùng tụ chuyển mạch.

- Chỉ cho tần số f
r
<f
1
tức <
0
.
- Làm việc ở chế độ tónh nên thuận tiện đối với những cơ
cấu cần di chuyển nhiều.