ch8 điều CHỈNH tốc độ ĐỘNG cơ KHÔNG ĐỒNG bộ BẰNG PHƯƠNG PHÁP THAY đổi tần số

CH8.
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
yyy===x+
0
y =x
PHA
401
0

Giá trị hiệu dụng của sức điện động cảm ứng của mỗi pha stator động
cơ không đồng bộ ba pha là:
Ef = 4,44f1N1kN1Φm
trong đó: Ef 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; f1 là tần số mạch stator, đơn vị do là
Hz; N1 là số vòng quấn của mỗi cuộn dây mỗi pha stator; kN1 là hệ số
cuộn dây đối với sóng cơ bản; Φm là từ thông ở khe hở không khí
mỗi cực, đơn vị là Wb.


Chng 8
8.1.1. iu tc thp hn tn s c bn
Quy lut iu ch
nh:
yyy===x+
0
401

y0 = x

U1

U1
= const
f1

Ef
= const
f1

U1đm

b
a
0

f1đm

f1

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. Điều tốc cao hơn tần số cơ bản
Φm

U1

U1®m

yy4y01===x+
0
y0 = x

Φm

Φ®m
b
U1

Φm
a

0
f1®m

f1

H×nh 8.2: §Æc tÝnh ®iÒu khiÓn ®iÒu tèc biÕn tÇn
®éng c¬ kh«ng ®ång bé


Chng 8
8.2. Các bộ biến tần kiểu tĩnh
8.2.1. Thit b biyyy

n tn gián tip (thit b bin tn xoay chiu-mt
===x+
0
401

y0 = x

chiu-xoay chiu)
Chỉnh lưu
f1,U1

Lọc
+



Ud

=

C0

Ngịch lưu
=

f2,U2


-

Hình 8.3: Thiết bị biến tần gián tiếp


Chng 8
3
f1, U1

Chỉnh lưu
điều khiển

Lọc

yy4y01===x+
0
y0 = x

3
f1, U1

Chỉnh lưu
không
điều khiển

3
f1, U1

Chỉnh lưu
không
điều khiển

Lọc 1

Bộ biến
đổi xung
điện áp

Lọc

Lọc 2

Nghịch lưu

3
f 2 , U2

a

Nghịch lưu

3
f 2 , U2

b

Nghịch lưu
PWM

3
f 2 , U2

c

Hình 8.4: Bộ biến tần gián tiếp có khâu trung gian một chiều
a) Biến tần dùng chỉnh lưu điều khiển bằng tiristor
b) Biến tần dùng chỉnh lưu không điều khiển có thêm bộ biến
đổi xung điện áp
c) Biến tần dùng chỉnh lưu không điều khiển với nghịch lưu điều
chế PWM


Chương 8
8.2. C¸c bé biÕn tÇn kiÓu tÜnh
8.2.2. Bộ biến tần trực tiếp (xoay chiều - xoay chiều)
AC

AC

~3
U1, f1

BiÕn tÇn
xoay chiÒu xoay chiÒu

H×nh 8.5: ThiÕt bÞ biÕn tÇn trùc tiÕp
(xoay chiÒu - xoay chiÒu)

~3
U2, f2

Chng 8
8.2. Các bộ biến tần kiểu tĩnh
8.2.2. B bin tn trc tip (xoay chiu - xoay chiu)
Sơ đồ chỉnh
lưu thuận
3
f 1 , U1

Sơ đồ chỉnh
lưu ngược
Tải

3
f1 , 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
8.2.2. Bộ biến tần trực tiếp (xoay chiều - xoay chiều)
α=π/2
α=π/2

yy4y01===x+
0
y0 = x

§iÖn ¸p ®Çu ra

α=0

§iÖn ¸p trung b×nh ®Çu ra
α=π/2

H×nh 8.7: §å thÞ ®iÖn ¸p ®Çu ra cña thiÕt bÞ biÕn tÇn xoay
chiÒu-xoay chiÒu h×nh sin


Chương 8
8.2. C¸c bé biÕn tÇn kiÓu tÜnh
8.2.3. Bé biÕn tÇn nguån ®iÖn ¸p vµ nguån dßng ®iÖn
yy4y01===x+
0
=x
0

f1,Uy1

f2,U2

+

∼
=

=

C0

Ud

∼

a

f1,U1

L0

+

∼
=

f2,I2

Id
=

Ud

∼

b

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

Chương 8
8.3. NghÞch l­u ®iÒu chÕ ®é réng xung h×nh sin (SPWM)
ChØnh l­u
tiristor
∼3
f1 , U 1

NghÞch l­u
tiristor

L

yy4y01===x+
0
y0 = x

§K

C
f2, U2

H×nh 8.9: CÊu tróc biÕn tÇn gi¸n tiÕp b»ng tiristor th­êng sö dông
ChØnh l­u
diot
∼3
f1 , U 1

NghÞch l­u
PWM

L

§K

C
f2, U2

H×nh 8.10: CÊu tróc biÕn tÇn gi¸n tiÕp víi nghÞch l­u PWM


Chng 8
8.3. NGHCH LU IU CH RNG XUNG HèNH SIN (SPWM)
8.3.1. Nguyờn lý lm vic ca b nghch lu SPWM
u

yy4y01===x+
0
y0 = x

u

Hình 8.11: Thứ tự sắp xếp các xung hình chữ nhật cùng
biên độ tương đương với sóng hình sin: a) sóng hình sin;
b) đồ thị sóng tương đương của SPWM


Chương 8
8.3. NGHỊCH LƯU ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG HÌNH SIN (SPWM)
8.3.1. Nguyên lý làm việc của bộ nghịch lưu SPWM

yy4y01===x+
0
y0 = x

VT1
U1, f1

C

VT3

VT5

U2, f2

Ud

§K

VT4

VT6

VT2

a

H×nh 8.12a: S¬ ®å nguyªn lý m¹ch lùc khèi nghÞch l­u SPWM

Chương 8
8.3. NGHỊCH LƯU ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG HÌNH SIN (SPWM)
8.3.1. Nguyên lý làm việc của bộ nghịch lưu SPWM
yy4y01===x+
0
y0 = x

Bé dao
®éng t¹o
sãng

uma

u®ka

umb

u®kb

điều chế u
mc
h×nh sin

u®kc
ut

ut

ut

Bé dao ®éng
t¹o sãng t¶i
d¹ng tam gi¸c

b

H×nh 8.12b: S¬ ®å khèi m¹ch khèng chÕ nghÞch l­u SPWM


ut

ut

uma

uma

yy4y01===x+
0
y0 = x

u

uđka

a

1t
sóng hình sin tương đương

b

1t

Hình 8.13: Phương pháp điều chế độ rộng xung và đồ thị với trường hợp điều chế
một cấp: a) Sóng mang tam giác và sóng điều chế hình sin
b) Đồ thị sóng đầu ra SPWM


Chương 8
8.3. NGHỊCH LƯU ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG HÌNH SIN (SPWM)
8.3.1. Nguyên lý làm việc của bộ nghịch lưu SPWM
uAo

δ1

δ2

yy4y01===x+
0
y0 = x

δi

θ1

θ2

π/N

θi

Umsinω1t

Ud
2

ω1 t

H×nh 8.14: §å thÞ xung ®iÖn ¸p ®Çu ra cña SPWM khi ®iÒu khiÓn
mét cùc


yy4y01===x+
0
y0 = x

uAB


yy4y01===x+
0
y0 = x


2U d N 
2i − 1 π
k 
u(t) = Σ
Σ sin(k

× ) sin δi  sin kω1t
k =1 kπ i =1
2 N
2 

∞

U1m

2U d N 
2i − 1 π  δi
=
Σ sin(
× )
π i =1 
2 N 2
yy4y01===x+
0
y0 = x

2U d N 
2i − 1  π U m
2i − 1
U1m =
Σ sin(
π) 
sin
π
π i =1 
2N

2N
 N Ud
2U m N
2U m N 1 
π
2 2i − 1
=
Σ sin (
π) =
Σ 1 − cos(2i − 1) 
N i =1
2N
N i =1 2 
N
π
 1 N
= U m 1 − Σ cos(2i − 1) 
N
 N i =1


Chương 8
8.3. NGHỊCH LƯU ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG HÌNH SIN (SPWM)
8.3.2. §iÒu chÕ ®ång bé vµ kh«ng ®ång bé cña bé nghÞch l­u SPWM
yyy===x+
0 ®ång bé
§iÒu chÕ ph©n ®o¹n
401

y0 = x

ft(Hz)
1000

144 72

N=36

N=18

500

0

0

20

40

60

f1(Hz)

H×nh 8.16: Quan hÖ gi÷a fm vµ ft khi ®iÒu chÕ ph©n ®o¹n ®ång bé


Chương 8
8.3. NGHỊCH LƯU ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG HÌNH SIN (SPWM)
8.3.3. M« thøc ®iÒu chÕ cña SPWM vµ c¸ch thùc hiÖn nã

ut

yy4y01===x+
0
y0 = x

Msinω1t

B

A

t

t1

t ′′2

t ′2
t2

t3
t

Tc

H×nh 8.17: Ph­¬ng ph¸p lÊy mÉu tù nhiªn t¹o thµnh sãng cña SPWM


8.3. NGHỊCH LƯU ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG HÌNH SIN (SPWM)

8.3.3. M« thøc ®iÒu chÕ cña SPWM vµ c¸ch thùc hiÖn nã
ut

D A

ut

Msinω1t
yy4y01===x+
0
y0 = x

A

umd

Msinω1t
E

umd

B

B

td

t

td

t

a
t1

t2

b

t3

t1

t2

t3

t
Tc

t
Tc

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)
8.3.3. M« thøc ®iÒu chÕ cña SPWM vµ c¸ch thùc hiÖn nã

ut

B
yy4y01===x+
0
y0 = x

umd
A

td

t

C

ta1

ta2

A
tb1

C

t
tc2
tc3

tc1

t
tb3

tb2

B

ta3

t

Tc

H×nh 8.19: §å thÞ sãng SPWM 3pha


8.3. NGHCH LU IU CH RNG XUNG HèNH SIN (SPWM)
8.3.3.3. Phương pháp loại bỏ sóng hài chỉ định (Harmonic Elimination
u

Method)
yy4y01===x+
0
y0 = x

Ud
/2
-/2

0

1 2 3

-1


1t

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)
8.3.4. Bộ nghịch lưu spwm điều khiển vòng trễ (Hyserresis-band) dòng
điện tần số đóng cắt cao

imax
cho
trước

yy4y01===x+
0
y0 = x

Bộ tạo
sóng cho
trước dạng
hình sin

uđkt
Mạch điện
khởi động


iS

uđkd

DHC

Đo kiểm
dòng điện

Dòng điện
stator

Bộ điều khiển vòng trễ dòng điện

Hình 8.21: Sơ đồ khối bộ điều khiển dòng điện một pha bộ nghịch lưu
SPWM điều khiển vòng trễ dòng điện: DHC là bộ so sánh vòng trễ


8.3. NGHỊCH LƯU ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG HÌNH SIN (SPWM)
8.3.4. Bé nghÞch l­u spwm ®iÒu khiÓn vßng trÔ (Hyserresis-band) dßng
®iÖn tÇn sè ®ãng c¾t cao
yy4y01===x+
0
y0 = x

2∆i max

i*s
is

+

Ud
2

0
−

Ud
2

ωt
ωt

H×nh 8.22: §å thÞ dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p ®Çu ra cña bé nghÞch
l­u khi ®iÒu khiÓn vßng trÔ dßng ®iÖn