CHƯƠNG 6: BỘ BIẾN TẦN

Chia sẻ: Nguyễn Tuấn Kha | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:32

Thêm vào BST

Báo xấu

2.786
lượt xem 1.328
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Các khái niệm cơ bản: Bộ biến tần là thiết bị dùng để biến đổi nguồn điện có tần số f1 cố định thành nguồn điện có tần số fr thay đổi được nhờ các khóa bán dẫn. Biến tần chia làm hai loại: Biến tần gián tiếp và biến tần trực tiếp. Biến tần gián tiếp hay còn gọi là biến tần có khâu trung gian một chiều, dùng bộ chỉnh lưu biến đổi nguồn xoay chiều thành nguồn một chiều, sau đó lại dùng bộ nghịch lưu biến đổi nguồn một chiều thành nguồn xoay chiều. ...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: CHƯƠNG 6: BỘ BIẾN TẦN

CHƯƠNG 6: BỘ BIẾN TẦN MỤC TIÊU THỰC HIỆN: Sau khi học xong bài nầy sinh viên sẽ đạt được kiến thức sau: - Hiểu được nguyên tắc hoạt động của thiết bị biến tần - Phân tích được tương quan giữa dòng điện, điện áp và ứng dụng của thiết bị biến tần.
6.1. Các khái niệm cơ bản: Bộ biến tần là thiết bị dùng để biến đổi nguồn điện có tần số f1 cố định thành nguồn điện có tần số fr thay đổi được nhờ các khóa bán dẫn. Biến tần chia làm hai loại: Biến tần gián tiếp và biến tần trực tiếp.
•Biến tần gián tiếp hay còn gọi là biến tần có khâu trung gian một chiều, dùng bộ chỉnh lưu biến đổi nguồn xoay chiều thành nguồn một chiều, sau đó lại dùng bộ nghịch lưu biến đổi nguồn một chiều thành nguồn xoay chiều. •Khâu trung gian một chiều đóng vai trò một khâu tích luỹ năng lượng dưới dạng nguồn áp dùng tụ địên hoặc nguồn dòng dùng cuộn cảm tạo ra một khâu cách ly nhất định giữa phụ tải và nguồn điện áp lưới.
Biến tần trực tiếp khác với biến tần gián tiếp, Biến tần trực tiếp tạo ra điện áp trên tải bằng các phần của điện áp lưới, mỗi lần nối tải vào nguồn bằng một phần tử đóng ngắt duy nhất trong một khoảng thời gian nhất định,không thông qua một khâu năng lượng trung gian nào.
Ưu và khuyết của biến tần trưc tiếp và gián tiếp Biến tần trực tiếp có thể trao đổi năng lượng với lưới điện một cách liên tục. Nhất là đối với các động cơ công suất lớn và cực lớn từ hàng trăm Kw đến vài Mw. Ngoài ra tổn hao công suất ở biến tần trực tiếp cũng ít hơn vì phụ tải chỉ nối với nguồn qua một phần tử đóng cắt, không phải qua hai phần tử và qua khâu trung gian như ở biến tần gián tiếp. Sơ đồ van và qui luật điều khiển ở biến tần trực tiếp sẽ phức tạp hơn biến tần gián tiếp. Với kỹ thuật điện tử và kỹ thuật vi xử lý phát triển hiện nay thì vấn đề này hoàn toàn thực hiện được.
6.2. Biến tần gián tiếp: Biến tần gián tiếp được cấu tạo từ bộ chỉnh lưu, khâu lọc trung gian và bộ nghịch lưu. Tuỳ thuộc khâu trung gian một chiều làm việc ở chế độ nguồn dòng hay nguồn áp biến tần chia làm 3 loại chính: Biến tần nguồn dòng. Biến tần nguồn áp với nguồn có điều khiển. Biến tần nguồn áp không điều khiển
6.2.1. Biến tần nguồn dòng: Biến tần nguồn dòng dùng chỉnh lưu có điều khiển cùng với cuộn cảm tạo nên nguồn dòng cung cấp cho nghịch lưu nguồn dòng song song.Hệ thống tụ chuyển mạch được cách ly với tải qua hệ thống diode cách ly .Dòng ra nghịch lưu có dạng xung hình chữ nhật, điện áp ra có dạng tương đối Sin nếu phụ tải là động cơ.
Ưu điểm của biến tần loại này khi dùng với động cơ không đồng bộ có khả năng trả năng lượng về lưới. Với công suất nhỏ thì sơ đồ này không phù hợp vì hiệu suất kém và cồng kềnh nhưng với công suất trên 100 Kw thì đây là một phương án hiệu quả. Nhược điểm của sơ đồ này là hệ số công suất thấp và phụ thuộc vào phụ tải, nhất là khi tải nhỏ.
6.2.2. Biến tần nguồn áp với nguồn có điều khiển Biến tần nguồn áp dùng nghịch lưu nguồn • áp với đầu vào một chiều điều khiển được. Điện áp một chiều cung cấp( dùng chỉnh lưu có điều khiển hoặc chỉnh lưu không điều khiển) sau đó điều chỉnh nhờ bộ biến đổi xung áp một chiều. • Biến tần nguồn áp có dạng điện áp ra xung chữ nhật, biên độ được điều chỉnh nhờ thay đổi điện áp một chiều.
Hình dạng và giá trị điện áp ra không phụ thuộc phụ tải, dòng điện tải xác định. Điện áp ra có độ méo phi tuyến lớn, có thể không phù hợp với một số loại phụ tải. Hệ số công suất của sơ đồ không đổi, không phụ thuộc vào tải. Tuy nhiên phải qua nhiều khâu biến đổi và hiệu suất kém, do đó chỉ phụ thuộc cho tải nhỏ, dưới 30KW. Ngày nay biến tần nguồn áp được chế tạo chủ yếu với điện áp biến điệu bề rộng xung.
6.2.3. Biến tần nguồn áp biến điệu bề rộng xung Dùng chỉnh lưu không điều khiển ở đầu vào. Điện áp và tần số ở đầu ra sẽ hoàn toàn do phần nghịch lưu xác định. Nghịch lưu thường sử dụng các van điểu khiển hoàn toàn như GTO, IGBT, Transistor công suất. IGBT hoặc Transistor công suất được sử dụng cho biến tần công suất tới 300 KW điện áp lưới đầu vào đến 690V. Tần số sóng mang đến 12Khz đối với công suất 55Khz , với công suất lớn hơn tần số này bị giới hạn dưới 3 Khz.
GTO được sử dụng cho các biến tần công suất trên 300KW, điện áp lưới đến 690V tần số sóng mang 1 Khz. Tần số đóng ngắt cao trong biến điệu bề rộng xung tạo ra điện áp đầu ra gần Sin hoặc chỉ cần những mạch lọc LC đơn giản là có thể tạo điện áp hình Sin tuyệt đối. Hệ số công suất của sơ đồ gần như bằng 1 (cỡ 0.98) và không phụ thuộc vào phụ tải. Tuy nhiên ở thời điểm đóng điện ban đầu dòng nạp cho tụ một chiều có thể có giá trị rất lớn, cần phải được hạn chế dòng khởi động nạp tụ ban đầu.
6.3. Giới thiệu về bộ biến tần trực tiếp: Biến tần trực tiếp là thiết bị biến đổi trực tiếp nguồn xoay chiều có tần số f1 sang nguồn xoay chiều có tần số fr. Nguoà n Nguoà n Boä bieá n Taø n soá coá ñònh Taà n soá taà n tröï c tieá p Bieá n ñoå i ÑKÑ Ñieà u khieå n ñieä n aù p /taà n soá
6.3.1. Nguyên lý hoạt động của bộ biến tần trực tiếp Bộ biến tần trực tiếp gồm hai nhóm chuyển mạch nối song song ngược. 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.
Để hạn chế dòng ký sinh chạy qua hai Thyristor của nhóm T và nhóm N đang dẫn, người ta dùng các cuộn kháng ĐK1 và ĐK6.
f1 ~ V1 T5 N2 T1 N6 N4 T3 ÑK5 ÑK1 ÑK3 ÑK4 ÑK6 ÑK2 a b c fr Vr Bieán ñoåi ÑKÑ
6.3.1. Nguyên lý hoạt động của bộ biến tần trực tiếp Khi điều khiển theo nhóm thì mỗi nhóm được mở trong nửa chu kỳ điện áp đầu ra. Xét sự làm việc pha a Trong khoảng thời gian t1: nhóm T1 mở, còn trong khoảng t2 thì nhóm N4 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 T2= t1 + t2 do đó thay đổi được tần số đầu ra của biến tần.
Va(V) t(s) a T1 T2 Tr Va(V) b
Từ đồ thị ta tìm được mối quan hệ giữa tần số lưới và tần số ra: fr T1 m = = 2n + m − 2 f1 T2 Trong đó: m: số pha đầu vào của bộ biến tần (m=3). n: số đỉnh hình sin (tức số Thyristor mở ở mỗi nhóm) trong một nửa chu kỳ của điện áp ra. 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 Vr được thay đổi bằng cách thay đổi góc chậm của các Thyristor
• Để tạo ra điện áp ba pha ở đầu ra ta điều khiển các nhóm Thyristor mở theo thứ tự T1-N2-T3-N4-T5-N6-T1 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 thị điện áp ra ở ba pha (hệ thống điện áp ba pha ở đầu ra bộ biến tần trực tiếp) Nhận xét: • Hiệu suất cao vì tổn thất năng lượng không đáng kể, không cần dùng tụ chuyển mạch. • Chỉ cho tần số fr