Bài giảng tổng hợp hệ điện cơ (chương 8)

Chương 8
ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BẰNG
PHƯƠNG PHÁP THAY ĐỔI TẦN SỐ
8.1. PHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG
TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN-ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA
PHA
Giá trị hiệu dụng của sức điện động cảm ứng của mỗi pha stator động
cơ không đồng bộ ba pha là:
E
f
= 4,44f
1
N
1
k
N1
Φ
m
trong đó: E
f
là giá trị hiệu dụng của sức điện động cảm ứng do từ
thông ở khe hở không khí trong mỗi pha stator động cơ không đồng
bộ ba pha gây ra, đơn vị đo là V; f
1
là tần số mạch stator, đơn vị do là
Hz; N
1
là số vòng quấn của mỗi cuộn dây mỗi pha stator; k
N1
là hệ số
cuộn dây đối với sóng cơ bản; Φ

m
là từ thông ở khe hở không khí
mỗi cực, đơn vị là Wb.
y
0
= 0
y
0
= x
y
1
= y
4
= x+
Chng 8
8.1.1. i u t c th p h n t n s c b n
y
0
= 0
y
0
= x
y
1
= y
4
= x+
f
1
E

const
f
=
1
1
U
const
f
=
Quy lu t i u ch nh:
U
1
U
1đm
0
f
1
f
1đm
b
a
Hình 8.1: Đặc tính điều khiển tỷ số điện áp và tần số hằng số:
a) không bù sụt áp mạch stator; b) có bù sụt áp mạch stator
Chương 8
8.1.2. i u t c cao h n t n s c b nĐ ề ố ơ ầ ố ơ ả
y
0
= 0
y
0

= x
y
1
= y
4
= x+
H×nh 8.2: §Æc tÝnh ®iÒu khiÓn ®iÒu tèc biÕn tÇn
®éng c¬ kh«ng ®ång bé
U
1
Φ
m
U
1®m
0
f
1
f
1®m
b
a
Φ
®m
Φ
m
U
1
Φ
m
Chng 8

8.2. Các bộ biến tần kiểu tĩnh
y
0
= 0
y
0
= x
y
1
= y
4
= x+
8.2.1. Thi t b bi n t n gián ti p (thi t b bi n t n xoay chi u-m t
chi u-xoay chi u)
f
1
,U
1
+
=

C
0
U
d
-
=

Chỉnh l#u
Hình 8.3: Thiết bị biến tần gián tiếp

Lọc Ngịch l#u
f
2
,U
2
Ch ng 8
y
0
= 0
y
0
= x
y
1
= y
4
= x+
Hình 8.4: Bộ biến tần gián tiếp có khâu trung gian một chiều
a) Biến tần dùng chỉnh l<u điều khiển bằng tiristor
b) Biến tần dùng chỉnh l<u không điều khiển có thêm bộ biến
đổi xung điện áp
c) Biến tần dùng chỉnh l<u không điều khiển với nghịch l<u điều
chế PWM
3
f
1
, U
1
Chỉnh l#u
điều khiển

3
f
2
, U
2
Lọc
Nghịch l#u
a
3
f
1
, U
1
Chỉnh l#u
không
điều khiển
3
f
2
, U
2
Lọc 1
b
Lọc 2
Bộ biến
đổi xung
điện áp
Nghịch l#u
3
f

1
, U
1
Chỉnh l#u
không
điều khiển
3
f
2
, U
2
Lọc
Nghịch l#u
PWM
c
Ch ng 8ươ
8.2. C¸c bé biÕn tÇn kiÓu tÜnh
8.2.2. B bi n t n tr c ti p (xoay chi u - xoay chi u)ộ ế ầ ự ế ề ề
AC
AC
~ 3
U
1
, f
1
BiÕn tÇn
xoay chiÒu -
xoay chiÒu
~ 3
U

2
, f
2
H×nh 8.5: ThiÕt bÞ biÕn tÇn trùc tiÕp
(xoay chiÒu - xoay chiÒu)
Chng 8
8.2. Các bộ biến tần kiểu tĩnh
8.2.2. B bi n t n tr c ti p (xoay chi u - xoay chi u)
Sơ đồ chỉnh
l#u thuận
3
f
1
, U
1
Tải
Sơ đồ chỉnh
l#u ng#ợc
3
f
1
, U
1
Hình 8.6: Sơ đồ nguyên lý bộ biến tần trực tiếp
Chương 8
8.2. C¸c bé biÕn tÇn kiÓu tÜnh
y
0
= 0
y

0
= x
y
1
= y
4
= x+
8.2.2. B bi n t n tr c ti p (xoay chi u - xoay chi u)ộ ế ầ ự ế ề ề
α=π/2
α=0
α=π/2
α=π/2
§iÖn ¸p ®Çu ra §iÖn ¸p trung b×nh ®Çu ra
H×nh 8.7: §å thÞ ®iÖn ¸p ®Çu ra cña thiÕt bÞ biÕn tÇn xoay
chiÒu-xoay chiÒu h×nh sin
Ch ng 8ươ
8.2. C¸c bé biÕn tÇn kiÓu tÜnh
y
0
= 0
y
0
= x
y
1
= y
4
= x+
8.2.3. Bé biÕn tÇn nguån ®iÖn ¸p vµ nguån dßng ®iÖn
f

2
,U
2
f
1
,U
1
+
=
∼
C
0
U
d
-
=
∼
f
2
,I
2
f
1
,U
1
+
=
∼
L
0

U
d
I
d
-
=
∼
a
H×nh 8.8: CÊu tróc biÕn tÇn xoay gi¸n tiÕp
a) Bé biÕn tÇn nguån ®iÖn ¸p
b) Bé biÕn tÇn nguån dßng ®iÖn
b
Chương 8
8.3. NghÞch lu ®iÒu chÕ ®é réng xung h×nh sin (SPWM)
y
0
= 0
y
0
= x
y
1
= y
4
= x+
ChØnh l#u
tiristor
∼ 3
f
1

, U
1
§K
L
C
f
2
, U
2
H×nh 8.9: CÊu tróc biÕn tÇn gi¸n tiÕp b»ng tiristor th<êng sö dông
∼ 3
f
1
, U
1
§K
L
C
f
2
, U
2
H×nh 8.10: CÊu tróc biÕn tÇn gi¸n tiÕp víi nghÞch l<u PWM
NghÞch l#u
tiristor
ChØnh l#u
diot
NghÞch l#u
PWM
Chng 8

8.3. NGHCH LU IU CH RNG XUNG HèNH SIN (SPWM)
y
0
= 0
y
0
= x
y
1
= y
4
= x+
8.3.1. Nguyờn lý lm vic ca b nghch lu SPWM
Hình 8.11: Thứ tự sắp xếp các xung hình chữ nhật cùng
biên độ t<ơng đ<ơng với sóng hình sin: a) sóng hình sin;
b) đồ thị sóng t<ơng đ<ơng của SPWM
u
u
Chương 8
8.3. NGHỊCH LƯU ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG HÌNH SIN (SPWM)
y
0
= 0
y
0
= x
y
1
= y
4

= x+
8.3.1. Nguyên lý làm việc của bộ nghịch lưu SPWM
§K
a
VT
1
VT
3
VT
5
VT
2
VT
6
VT
4
C
U
d
U
1
, f
1
U
2
, f
2
H×nh 8.12a: S¬ ®å nguyªn lý m¹ch lùc khèi nghÞch l<u SPWM
Chương 8
8.3. NGHỊCH LƯU ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG HÌNH SIN (SPWM)

y
0
= 0
y
0
= x
y
1
= y
4
= x+
8.3.1. Nguyên lý làm việc của bộ nghịch lưu SPWM
H×nh 8.12b: S¬ ®å khèi m¹ch khèng chÕ nghÞch l<u SPWM
b
Bé dao
®éng t¹o
sãng
i u ch đ ề ế
h×nh sin
Bé dao ®éng
t¹o sãng t¶i
d¹ng tam gi¸c
u
ma
u
mb
u
mc
u
t

u
t
u
t
u
®ka
u
®kb
u
®kc
y
0
= 0
y
0
= x
y
1
= y
4
= x+
Hình 8.13: Ph<ơng pháp điều chế độ rộng xung và đồ thị với tr<ờng hợp điều chế
một cấp: a) Sóng mang tam giác và sóng điều chế hình sin
b) Đồ thị sóng đầu ra SPWM
u
ma
u

1
t

1
t
u
t
u
t
u
ma
a
b
sóng hình sin t<ơng đ<ơng
u
đka
Chương 8
8.3. NGHỊCH LƯU ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG HÌNH SIN (SPWM)
y
0
= 0
y
0
= x
y
1
= y
4
= x+
8.3.1. Nguyên lý làm việc của bộ nghịch lưu SPWM
ω
1

t
δ
1
δ
2
π/N
H×nh 8.14: §å thÞ xung ®iÖn ¸p ®Çu ra cña SPWM khi ®iÒu khiÓn
mét cùc
u
Ao
U
m
sinω
1
t
d
U
2
θ
1
δ
i
θ
2
θ
i
y
0
= 0
y

0
= x
y
1
= y
4
= x+
u
AB
y
0
= 0
y
0
= x
y
1
= y
4
= x+
y
0
= 0
y
0
= x
y
1
= y
4

= x+
N
d
i 1
k 1 i 1
2U
2i 1 k
u(t) sin(k )sin sin k t
k 2 N 2
∞
= =
− π
 
= Σ Σ × δ ω
 
π
 
N
d
i
1m
i 1
2U
2i 1
U sin( )
2 N 2
=
δ− π
 
= Σ ×

 
π
 
N
d
m
1m
i 1
d
N N
2
m m
i 1 i 1
N
m
i 1
2U
U
2i 1 2i 1
U sin( ) sin
2N N U 2N
2U 2U2i 1 1
sin ( ) 1 cos(2i 1)
N 2N N 2 N
1
U 1 cos(2i 1)
N N
=
= =
=

− π −
 
= Σ π π
 
π
 
− π
 
= Σ π = Σ − −
 
 
π
 
= − Σ −
 
 
Chương 8
8.3. NGHỊCH LƯU ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG HÌNH SIN (SPWM)
y
0
= 0
y
0
= x
y
1
= y
4
= x+
8.3.2. §iÒu chÕ ®ång bé vµ kh«ng ®ång bé cña bé nghÞch lu SPWM

§iÒu chÕ ph©n ®o¹n ®ång bé
0 20 40 60
f
1
(Hz)
f
t
(Hz)
1000
500
0
N=18N=3672144
H×nh 8.16: Quan hÖ gi÷a f
m
vµ f
t
khi ®iÒu chÕ ph©n ®o¹n ®ång bé
Chương 8
8.3. NGHỊCH LƯU ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG HÌNH SIN (SPWM)
y
0
= 0
y
0
= x
y
1
= y
4
= x+

8.3.3. M« thøc ®iÒu chÕ cña SPWM vµ c¸ch thùc hiÖn nã
H×nh 8.17: Ph<¬ng ph¸p lÊy mÉu tù nhiªn t¹o thµnh sãng cña SPWM
A
B
t
2
t
1
t
3
t
t
u
t
T
c
Msinω
1
t
2
t
′′
2
t
′
8.3. NGHỊCH LƯU ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG HÌNH SIN (SPWM)
y
0
= 0
y

0
= x
y
1
= y
4
= x+
8.3.3. M« thøc ®iÒu chÕ cña SPWM vµ c¸ch thùc hiÖn nã
t
2
t
1
t
3
t
T
c
t
2
t
1
t
3
t
T
c
Msinω
1
t
A

B
D
u
md
t
d
t
u
t Msinω
1
t
A
B
u
md
t
u
t
E
t
d
a b
H×nh 8.18: Ph<¬ng ph¸p lÊy mÉu quy t¾c t¹o sãng SPWM
a) PhÐp lÊy mÉu quy t¾c I, b) PhÐp lÊy mÉu quy t¾c II
8.3. NGHỊCH LƯU ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG HÌNH SIN (SPWM)
y
0
= 0
y
0

= x
y
1
= y
4
= x+
8.3.3. M« thøc ®iÒu chÕ cña SPWM vµ c¸ch thùc hiÖn nã
H×nh 8.19: §å thÞ sãng SPWM 3pha
A
B
u
md
t
u
t
t
d
C
t
b2
t
b1
t
b3
t
t
c2
t
c1
t

c3
t
T
c
t
a2
t
a1
t
a3
t
A
B
C
8.3. NGHCH LU IU CH RNG XUNG HèNH SIN (SPWM)
y
0
= 0
y
0
= x
y
1
= y
4
= x+
8.3.3.3. Phơng pháp loại bỏ sóng hài chỉ định (Harmonic Elimination
Method)
u
U

d
-/2

1

2

3
0

/2

1
t
-
1
Hình 8.20: Đồ thị sóng SPWM kiểu một cựcvới 3 xung
trong một nửa chu kỳ
8.3. NGHCH LU IU CH RNG XUNG HèNH SIN (SPWM)
y
0
= 0
y
0
= x
y
1
= y
4
= x+

8.3.4. Bộ nghịch lu spwm điều khiển vòng trễ (Hyserresis-band) dòng
điện tần số đóng cắt cao
Bộ tạo
sóng cho
tr#ớc dạng
hình sin
Mạch điện
khởi động
Đo kiểm
dòng điện
u
đkt
i
max
cho
tr#ớc
Dòng điện
stator
Bộ điều khiển vòng trễ dòng điện
i
S

DHC
Hình 8.21: Sơ đồ khối bộ điều khiển dòng điện một pha bộ nghịch l<u
SPWM điều khiển vòng trễ dòng điện: DHC là bộ so sánh vòng trễ
u
đkd
8.3. NGHỊCH LƯU ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG HÌNH SIN (SPWM)
y
0

= 0
y
0
= x
y
1
= y
4
= x+
8.3.4. Bé nghÞch lu spwm ®iÒu khiÓn vßng trÔ (Hyserresis-band) dßng
®iÖn tÇn sè ®ãng c¾t cao
0
H×nh 8.22: §å thÞ dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p ®Çu ra cña bé nghÞch
l<u khi ®iÒu khiÓn vßng trÔ dßng ®iÖn
i
s
ωt
ωt
*
s
i
max
2 i∆
d
U
2
+
d
U
2

−