Điện tử công suất - Chương 4

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:0

Thêm vào BST

Báo xấu

92
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'điện tử công suất - chương 4', kỹ thuật - công nghệ, điện - điện tử phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Điện tử công suất - Chương 4

BOÄ NGUOÀN AC VAØ ÑIEÀU KHIEÅN ÑOÄNG CÔ AC CHÖÔNG 4 IV. 1 BOÄ NGUOÀN AC BAÙN DAÃN: 1. Phaân loaïi: Boä nguoàn xoay chieàu baùn daãn chæ chung caùc thieát bò söû duïng maïch ñieän töû coâng suaát ñeå cung caáp naêng löôïng ñieän AC cho caùc taûi coâng nghieäp vaø daân duïng, ta coù theå gaëp caùc loaïi sau: - OÅn aùp AC duøng baùn daãn duøng caùc maïch ñieàu khieån aùp AC hay söû duïng caùc ngaét ñieän baùn daãn ñeå ñoåi noái bieán aùp töï ngaãu nhaèm oån ñònh aùp (doøng) ra ôû giaù trò mong muoán. Öu ñieåm lôùn nhaát cuûa caùc thieát bò naøy laø goïn nheï, giaù thaønh thaáp, taùc ñoäng nhanh so vôùi caùc thieát bò coù chuyeån ñoäng. Moät nhöôïc ñieåm lôùn cuûa nhoùm naøy laø khaû naêng quaù taûi keùm vì duøng caùc ngaét ñieän baùn daãn vaø aùp ra khoâng hình sin khi söû duïng ñieàu khieån pha. - Caùc boä nguoàn khoâng giaùn ñoaïn (UPS) duøng ñeå cung caáp naêng löôïng cho caùc thieát bò söû duïng ñieän löôùi maø söï giaùn ñoaïn nguoàn coù theå gaây thieät haïi nghieâm troïng. - Caùc boä nguoàn cho thieát bò gia nhieät söû duïng doøng ñieän caûm öùng (doøng Foucault), thöôøng coù taàn soá cao hôn taàn soá coâng nghieäp (treân 500 Hz). Ñaây laø ñoái töôïng khaûo saùt cuûa chöông 5. - Caùc boä bieán ñoåi taàn soá duøng cho ñieàu khieån ñoäng cô AC. Caùc BBÑ naøy bieán ñoåi ñieän löôùi (1 hay 3 pha) thaønh 3 pha coù taàn soá vaø ñieän aùp thay ñoåi cung caáp cho ñoäng cô xoay chieàu. Coù hai loaïi: bieán taàn tröïc tieáp söû duïng BBÑ ñieàu khieån pha ñaûo chieàu vaø bieán taàn coù qua trung gian moät chieàu. Moät löu yù laø trong coâng nghieäp, caùc boä bieán taàn hay ñöôïc goïi laø nghòch löu (INVERTER), coù leõ vì troïng taâm cuûa thieát bò laø boä nghòch löu, voán laø moät maïch ÑTCS raát phöùc taïp. Khaùc vôùi boä nguoàn DC vaø boä ñieàu khieån ñoäng cô DC, caùc boä nguoàn AC vaø boä ñieàu khieån ñoäng cô AC coù sô ñoà ñoäng löc vaø ñieàu khieån raát khaùc bieät vì taûi cuûa chuùng raát ña daïng. Vaø vì theá maø moãi loaïi seõ ñöôïc giôùi thieäu ôû moät phaàn khaùc nhau. 2. Boä nguoàn khoâng giaùn ñoïan (UPS – boä löu ñieän): Ñeå cung caáp naêng löôïng cho taûi AC khi maát nguoàn, UPS söû duïng boä Ñieàu khieån nghòch löu ñoäc laäp bieán ñoåi naêng löôïng tích tröõ trong accu thaønh ñieän xoay chieàu Löôùi Taûi taàn soá löôùi cung caáp tieáp tuïc cho taûi. Do naêng löôïng tích tröõ cuûa accu raát höõu haïn, Nghòch Naïp Chuyeån maïch löu Accu caùc UPS thöôøng chæ laøm vieäc trong thôøi gian ngaén, chôø khôûi ñoäng maùy phaùt döï phoøng hay ñeå thöïc hieän quaù trình döøng maùy (ví duï ôû maùy tính laøsao löu caùc taøi Hình IV.0.1: Sô ñoà khoái boä nguoàn xoay chieàu khoâng giaùn lieäu vaø ñoùng windows). Coù leõ vì theá maø ñoaïn noù coøn coù teân laø boä löu ñieän. Coù hai loaïi: - Off-line (hình IV.0.1): bình thöôøng, boä nghòch löu ôû traïng thaùi chôø, taûi söû duïng ñieän löôùi. Khi maát nguoàn, UPS khôûi ñoäng boä nghòch löu vaø chuyeån maïch taûi. Thôøi gian khaùm phaù maát ñieän Trang 1 Chuong 4.doc ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT IIA
+ chuyeån maïch taûi caàn ñuû nhanh (vaøi chuïc ms) ñeå khoâng aûnh höôûng hoaït ñoäng cuûa taûi. Sô ñoà off-line thöôøng duøng cho thieát bò coâng suaát beù, khi ñoù accu coù ñieän aùp thaáp vaø boä nghòch löu thöôøng laø moät pha, duøng sô ñoà bieán aùp coù ñieåm giöõa. Daïng soùng nghòch löu (phía xoay chieàu) thöôøng coù daïng ñieàu roäng 1 xung ñôn giaûn, laø keát quaû cuûa vieäc duøng vi maïch ñieàu khieån ñoä roäng xung kieåu ñaåy keùo nhö ñaõ khaûo saùt trong phaàn boä nguoàn DC. - On-line: Thöôøng duøng cho coâng suaát lôùn hay thieát bò caàn chaát löôïng cao, taûi luoân söû duïng naêng löôïng töø boä nghòch löu, vaø heä thoáng khoâng coù boä chuyeån maïch. AÙp ra thöôøng ñöôïc ñieàu cheá hình sin, ñöa qua boä loïc taàn soá cao ñeå coù ñöôïc daïng soùng gioáng nhö ñieän löôùi, traùnh vieäc taêng toån hao cuûa caùc taûi duøng ñieän. Sô ñoà khoái boä nghòch löu coù ñaàu vaøo laø aùp DC cuûa bình accu 24 V vaø ngoû ra hình sin 220 VAC coâng suaát beù (< vaøi Kw): Accu [NL1 BA taàn soá cao CL Loïc 1 ] NL2 Loïc 2 taûi Cuïm bieán ñoài aùp DC [ ] duøng ñeå naâng aùp töø 24 VDC ra 300 VDC, söû duïng Nghòch Löu 1 coù sô ñoà ñieàu roäng 1 xung vôùi bieán aùp coù ñieåm giöõa. Bieán AÙp taàn soá cao giuùp giaûm kích thöôùc vaø taêng hieäu suaát heä thoáng. Nghòch Löu 2 laø ñieàu roäng xung hình sin duøng vi ñieàu khieån neân maïch ñieän ñôn giaûn, kinh teá. Ngaøy nay vôùi söï phaùt trieån cuûa coâng ngheä baùn daãn, sô ñoà khoái treân baét ñaàu aùp duïng cho caû UPS loaïi off-line, nhaèm taêng chaát löôïng thieát bò. IV. 1 CAÙC VAÁN ÑEÀ VEÀ TÑÑ AC: 1. So saùnh ñoäng cô AC vaø DC: Ñoäng cô AC goàm coù ñoäng cô ñoàng boä (ÑB ) vaø khoâng ñoàng boä (KÑB). Neáu ñoäng cô ÑB chæ ñöôïc duøng khi coâng suaát raát lôùn (haøng MW) do caáu taïo phöùc taïp vaø khoù ñieàu khieån thì KÑB laïi raát phoå bieán do caáu taïo ñôn giaûn, chi phí vaän haønh thaáp. Ta coù theå gaëp ñoäng cô KÑB ôû moïi ngaønh kinh teá quoác daân, töø daân duïng ñeán coâng nghieäp. Ta coù caùc so saùnh sau veà hai loaïi ñoäng cô moät chieàu vaø KÑB sau: Ñoäng cô DC Ñoäng cô KÑB Caáu taïo phöùc taïp, giaù thaønh cao Caáu taïo ñôn giaûn, giaù thaønh haï Hieäu suaát thaáp, suït toác theo taûi lôùn Hieäu suaát cao, suït toác theo taûi beù Yeâu caàu baûo trì thöôøng xuyeân Gaàn nhö khoâng phaûi baûo trì Momen khôûi ñoäng, khaû naêng quaù taûi Momen khôûi ñoäng, khaû naêng quaù taûi (momen) lôùn (momen) beù Doøng khôûi ñoäng lôùn vaø khoâng theå khôõi Doøng khôûi ñoäng lôùn vaø cho pheùp khôõi ñoäng tröïc tieáp ñoäng tröïc tieáp Ñieàu khieån toác ñoä chaát löôïng cao baèng Ñieàu khieån toác ñoä chaát löôïng cao baèng caùch thay ñoåi aùp phaàn öùng caùch thay ñoåi taàn soá nguoàn (bieán taàn). Tröôùc ñaây, truyeàn ñoäng ñieän ñoäng cô DC luoân ñöôïc duøng khi caàn chaát löôïng cao cho ñeán khi caùc boä bieán taàn baùn daãn xuaát hieän. Cho ñeán ñaàu nhöõng naêm 90, caùc boä bieán ñoåi taàn soá ñaõ ñöôïc nhieàu coâng ty saûn xuaát nhöng chæ ñeán caùc naêm cuoái theá kyû thì caùc heä thoáng ñieàu khieån taàn soá ñoäng cô KÑB môùi thaät söï chieám lónh thò tröôøng truyeàn ñoäng ñieän coù ñieàu khieån toác ñoä, khi maø Trang 2 Chuong 4.doc ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT IIA
giaù thaønh bieán taàn giaûm ñaùng keå nhôø coâng nghieäp baùn daãn coâng suaát vaø vi xöû lyù phaùt trieån. 2. Ñaëc tính cô ñoäng cô KÑB vaø ñieàu khieån toác ñoä: Coù hai moâ hình ñöôïc söû duïng ñeå khaûo saùt ñoäng cô KÑB: - Moâ hình tónh: maïch töông ñöông laø moär bieán aùp coù thöù caáp quay, thöôøng ñöôïc duøng khi khaûo saùt traïng thaùi xaùc laäp hay gaàn ñuùng, khi ñeå tính toaùn cho ñieàu khieàn pha ñieän aùp xtator trong truyeàn ñoäng ñieän . - Moâ hình ñoäng:bieåu dieãn daïng ma traän hay phöông trình traïng thaùi, cho pheùp khaûo saùt vaø ñieàu khieån chính xaùc ñoäng hoïc cuûa ñoäng cô, söû duïng khi ñieàu khieån vector. a. Maïch töông ñöông ñoäng cô KÑB vaø ñaëc tính cô: Doøng ñieän ba pha chaïy trong caùc cuoän daây xtator seõ taïo ra töø tröôøng quay (TTQ) ôû khe 60 ⋅ f hôû, coù toác ñoä laø no = , tính baèng voøng/phuùt (RPM) hay wo = 2.π . f khi tính baèng rad/s, vôùi p f laø taàn soá , p laø soá ñoâi cöïc. Momen quay laø keát quaû cuûa söï töông taùc cuûa töø tröôøng rotor vaø töø tröôøng quay naøy. ÔÛ ñoäng cô ñoàng boä, töø tröôøng rotor do nam chaâm vónh cöûu hay doøng kích töø taïo ra. ÔÛ ñoäng cô KÑB, töø tröôøng rotor laø do doøng ñieän caûm öùng trong caùc cuoän daây rotor vôùi nguoàn kích thích laø TTQ xtator. Rotor khoâng theå quay ñoàng boä (cuøng toác ñoä) vôùi TTQ vì khi ñoù söùc ñieän ñoäng caûm öùng baèng khoâng daãn ñeán doøng baèng khoâng. Khi khaûo saùt söï laøm vieäc trong cheá ñoä xaùc laäp, moâ hình cuûa ñoäng cô KÑB laø moät bieán aùp w − wr coù thöù caáp quay. Khi rotor quay vôùi toác ñoä laø wr , noù coù ñoä tröôït so vôùi TTQ baèng s = o vaø wo taàn soá doøng ñieän rotor seõ baèng fr = s. fo , maïch töông ñöông cuûa ñoäng cô ñöôïc trình baøy treân hình IV.1.1 (d) vaø (a) khi quy ñoåi maïch rotor veà xtator, trong ñoù: jX1 R1 jX2 X1, R1: ñieän khaùng taûn vaø ñieän trôû cuoän daây xtator. 1:k Xu: ñieän khaùng töø hoùa; Ro: ñaëc R2 skE tröng cho caùc toån hao trong maïch töø xtator. U E Ro jXu X’2 vaø R’2: ñieän khaùng taûn vaø ñieän XTATOR ROTOR trôû cuoän daây rotor quy ñoåi veà xtator. Hình IV.1.1.(d) w o w r Töø tröôøng jX1 R1 jX'2 jXnm quay ROTOR XTATOR R'2/s jXu R'2/s qui ñoåi veà U U xtator Rotor Ro jXu (a) chính xaùc (b) gaàn ñuùng (c) Hình IV.1.1.(c) Töø tröôøng quay xtator wo vaø toác ñoä rotor wr , (d), (a) vaø (b): Maïch töông ñöông cuûa ñoäng cô KÑB. Ñeå tính toaùn ñôn giaûn, ngöôøi ta hay söû duïng maïch gaàn ñuùng hình IV.1.1 (b) khi boû qua R1, Ro vaø gheùp X1 + X’2 = Xnm. Khi ñoù: Trang 3 Chuong 4.doc ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT IIA
doøng ñieän rotor quy ñoåi veà xtator: U I2 = ' X nm + ⎜ R2 ⎟ 2 ⎛ ⎞ ' 2 s⎠ ⎝ vôùi U: ñieän aùp pha vaø coâng suaát cung caáp cho rotor (coâng suaát ñieän töø) P2 hay Pñt R2 ' 2 ' ( I2 ) . laø Pñt = 3 s Toån hao cuûa ñoäng cô, xem nhö chæ coù ôû ñieän trôû rotor , laø ΔP2 = 3.R2 . ( I2 ) = s.Pñt ΔP 2 ' ' vaø coâng suaát cô nhaän ñöôïc treân truïc ñoäng cô laø: Po = M .ω = Pñt − ΔP = (1 − s ) Pñt Töø ñoù coù theå suy ra bieåu thöùc cuûa momen : 2.Mt M= vôùi s st Hình IV.1.2. Ñaëc tính cô ñoäng cô KÑB khi thay ñoåi aùp + st s xtator vaø (a) laø ñaëc tính phuï taûi quaït gioù. 3.U 2 Mt laø momen tôùi haïn, Mt = 2wo .xnm R2' xuaát hieän khi ñoä tröôït baèng giaù trò tôùi haïn s = st = ± . xnm vaøñaëc tính cô ñoäng cô KÑB ñöôïc veõ treân hình IV.1.2 khi thay ñoåi aùp pha xtator U. Cuõng coù theå suy ra Pñt = M .wo vaø Momen tæ leä coâng suaát ñieän töø vaø toån hao rotor ΔP = s.M .wo . Caùc nhaän xeùt: - Khi ñoä tröôït s beù, momen M coù theå xem tæ leä vôùi ñoä tröôït vaø theo U U .s R' I2 = X nm vì khi s beù, 2 ' R2 s ' X nm + ⎜ R2 ⎟ 2 ⎛' ⎞ 2 ⎝ s⎠ M cuõng tæ leä vôùi doøng ñieän nhö ñoäng cô moät chieàu. Khi ñoä tröôït taêng leân, momen taêng chaäm vaø qua cöïc trò laø momen tôùi haïn Mt trong khi doøng ñieän I’2 vaãn taêng, ñeán töø 5.. 7 laàn doøng ñònh möùc khi s = 1 (doøng khôûi ñoäng). - M baèng khoâng khi hoaït ñoäng ôû toác ñoä ñoàng boä, ñoäng cô haõm (töông öùng cheá ñoä maùy phaùt khi hoaït ñoäng ôû toác ñoä lôùn hôn toác ñoä ñoàng boä vaø khoâng coù oån ñònh tónh vôùi taûi moâmen haèng soá khi s > st hay s < - st . Ñoä tröôït ôû momen ñònh möùc töø 3 .. 5 % ñoái vôùi ñoäng cô thoâng thöôøng vaø cao hôn ñoái vôùi caùc ñoäng cô coù momen khôûi ñoäng lôùn, doøng khôûi ñoäng beù. Vaäy suït toác cuûa truyeàn ñoäng ñieän duøng ñoäng cô KÑB theo taûi khaù beù so vôùi ñoäng cô DC. - Toån hao rotor ΔP tæ leä momen M vaø ñoä tröôït s vaø toác ñoä ñoàng boä wo, Ñieàu naøy khoâng Trang 4 Chuong 4.doc ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT IIA
phuï thuoäc phöông aùn ñieàu chænh toác ñoä. Ñeå giöõ toån hao ΔP khoâng ñoåi khi toác ñoä TTQ khoâng ñoåi, ΔP töø suy ra momen taûi phaûi giaûm tæ leä nghòch vôùi ñoä tröôït: M = . Phöông aùn naøy s.wo thích hôïp vôùi taûi quaït gioù hay maùy boâm ly taâm, caùc taûi naøy coù momen Mc tæ leä vôùi wn , n > 2 – ñöôøng cong (a) treân hình IV.1.2. b. Moâ hình ñoäng cuûa ñoäng cô KÑB: Maïch töông ñöông khaûo saùt phaàn a. chæ ñaùp öùng cho vieäc tính toaùn cheá ñoä xaùc laäp hay quaù ñoä khoâng tính ñeán quaùn tính ñieän töø (giaû söû maïch ñieän coù ñaùp öùng töùc thôøi). Ñeå khaûo saùt ñaày ñuû hôn, keå caû aûnh höôûng cuûa baûo hoøa töø treân ñaùp öùng cuûa heä thoáng, ngöôøi ta söû duïng moâ hình ñoäng cuûa ñoäng cô KÑB. * Moät soá kieán thöùc cô sôû maùy ñieän: (Xem phuï luïc chöông IV : TTQ vaø caùc pheùp bieán ñoåi) - Bieåu thöùc caên baûn cuûa momen ñoäng cô: Töø nguyeân lyù momen cuûa ñoäng cô KÑB laødo söï taùc ñoäng cuûa töø tröôøng khe hôû treân doøng ñieän trong rotor, ngöôøi ta thaønh laäp bieåu thöùc momen ñoäng cô: Momen ñoäng cô xoay chieàu tæ leä vôùi tích vector cuûa doøng ñieän rotor vaø töø thoâng khe hôû: 3 3 ^ ^ ^ ^ M = . p.ψ m × Ir = . p. ψ m . Ir .sin δ trong ñoù: 2 2 p: soá ñoâi cöïc ^ ψ m : vector töø thoâng xuyeân (moùc voøng) khe hôû xtator-rotor (cuõng chính laø TTQ) ^ I r : vector söùc töø ñoäng (MMF) rotor δ : goùc leäch giöõa vector söùc töø ñoäng rotor vaø vector töø thoâng khe hôû, heä soá 3/2 xuaát hieän do caùc tính toaùn 3 pha. coù daïng quen thuoäc cuûa momen (hay) löïc ñieän töø, gioáng nhö bieåu thöùc momen cuûa ñoäng cô moät chieàu (coâng thöùc ôû chöông 3) laø momen tæ leä vôùi töø thoâng vaø doøng ñieän. - Thaønh laäp heä phöông trình vi phaân moâ taû ñoäng cô KÑB döïa vaøo töï caûm vaø hoã caûm caùc cuoän daây xtator vaø rotor: Phöông trình daïng vector ñieän aùp xtator: s dψ s s s v = Ri + trong ñoù chæ soá s döôùi ñeå cho bieát laø thoâng soá maïch xtator, chæ s s dt s s s soá s treân duøng ñeå nhaán maïnh laø ñang khaûo saùt ñoái vôùi heä toïa ñoä ñöùng yeân. vs , is , ψ s laàn löôït laø vector giaù trò töùc thôøi cuûa aùp, doøng xtator, töø thoâng moùc voøng ñoái vôùi heä truïc coá ñònh. Moãi vector coù theå bieåu ñieãn döôùi daïng: s X = X as U as + X bs U bs + X cs U cs 2π 4π j j vôùi U as , U bs , U cs laø caùc vector cô heä ba pha ( 1, e ,e ). 3 3 Neáu heä truïc toïa ñoä quay vôùi toác ñoä ñoàng boä w, ñöôïc vieát laïi: dψ s vs = Ris + + ω ×ψ s , tích vector ω ×ψ s laø söùc ñieän ñoäng sinh ra do söï quay dt cuûa heä. Tính tích vector, ñoåi phöông trình sang heä toïa ñoä vuoâng goùc quay taàn soá w: Trang 5 Chuong 4.doc ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT IIA
dψ qs vqs = Rsiqs + + w.ψ ds dt dψ ds vds = Rsids + − w.ψ qs dt Neáu theá w = 0 vaøo, ta coù laïi phöông trình aùp xtator ñoái vôùi heä toïa ñoä vuoâng khoâng quay (α,β). Xeùt maïch rotor vôùi giaû söû coù aùp xung ñoái, phöông trình ôû heä toïa ñoä quay cuõng hoaøn toaøn töông töï, chæ soá r ñeå chæ thoâng soá rotor nhöng trong khaûo saùt ta luoân quy ñoåi veà maïch xtator: dψ qr vqr = Rr iqr + + w.ψ dr dt dψ dr vdr = Rr idr + − w.ψ qr dt Vì rotor quay toác ñoä wr neân ñoái vôùi heä truïc quay toác ñoä w, ta coù toác ñoä töông ñoái w – wr vaø phaûi boå sung thaønh: dψ qr vqr = Rr iqr + + (w − wr )ψ dr dt . dψ dr vdr = Rr idr + − (w − wr )ψ qr dt , cho ta maïch töông ñöông trong heä truïc (dq) cuûa ñoäng cô KÑB coù aùp xung ñoái nhö hình IV.1.3, khi ñeå yù: ψ qs = Lls .iqs + Lm (iqs + iqr ) ψ qr = Llr .iqr + Lm (iqs + iqr ) ψ ds = Lls .ids + Lm (ids + idr ) ψ ds = Llr .iqr + Lm (ids + idr ) trong ñoù Ll laø töï caûm taûn, Lm laø töï caûm töø hoùa, chæ soá s hay r chæ raèng ñaïi löôïng thuoäc veà xtator hay rotor. Ñieän aùp xung ñoái ôû rotor vr ñöa vaøo ñeå naâng tính toång quaùt cuûa moâ hình (nhôù laïi moâ hình bieán aùp cuûa ñoäng cô). Vôùi ñoäng cô loàng soùc, ñoái aùp naøy baèng 0 (ngaén maïch). Trang 6 Chuong 4.doc ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT IIA
(w - wr ). w. ψ ψ ds dr _ _L iqr Rs L =L L Rr L =L i r m ls s m lr qs v vqr ψ qs Lm qr ψ qs Maïch töông ñöông truïc q (w - wr ). w. ψ ψ qs qr _ _L idr Rs L =L L Rr L =L i r m ls s m lr ds v vdr ψ ds Lm dr ψ ds Maïch töông ñöông truïc d Hình IV.1.3 Töø ñoù coù theå vieát phöông trình lieân quan caùc thaønh phaàn doøng , aùp xtator vds, vqs, ids, iqs vaø rotor vqr, vdr, idr, iqr theo ñieän trôû, ñieän caûm ñoäng cô laø 4 phöông trình vi phaân baäc nhaát, döôùi daïng ma traän nhö sau: ⎡ vqs ⎤ ⎡ Rs + s.Ls w.Ls s.Lm w.Lm ⎤ ⎡ iqs ⎤ ⎢ v ⎥ ⎢ −w.L s.Lm ⎥ ⎢ ids ⎥ Rs + s.Ls −w.Lm ⎢ ds ⎥ = ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ s ⎢ vqr ⎥ ⎢ s.Lm (w − wr ) Lm Rr + s.Lr (w − wr ) Lr ⎥ ⎢ iqr ⎥ ⎢⎥⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ vdr ⎥ ⎢ −(w − wr ) Lm s.Lm −(w − wr ) Lr Rs + s.Ls ⎥ ⎢idr ⎥ ⎣⎦⎣ ⎦⎣ ⎦ - Thaønh laäp bieåu thöùc momen: töø , ta ñoåi sang heä toïa ñoä (d,q): 3 M= p(ψ dm .iqr −ψ qm .idr ) hay khi thay theá baèng caùc gía trò töông ñöông 2 3 M = p(ψ dm .iqs −ψ qm .ids ) 2 3 3 M = p.Lm (idr .iqs − iqr .ids ) = p.Lm .is .ir * 2 2 ir : vector lieân hôïp cuûa doøng rotor * Bieåu thöùc momen ñoäng cô M naøy vaøcuøng vôùi phöông trình caên baûn cuûa truyeàn ñoäng ñieän: dwm 1 dwr M − Mc = J =J trong ñoù chæ soá m ñöôïc theâm vaøo ñeå kyù hieäu dt p dt wm laø toác ñoä thöïc cuûa ñoäng cô (phaân bieät w laø taàn soá), wr laø toác ñoä ñieän, p laø soá ñoâi cöïc, cho ta ñuû ñieàu kieän ñeå khaûo saùt ñoäng hoïc cuûa ñoäng cô coù tính ñeán quaùn tính ñieän töø. ÔÛ toïa ñoä (d,q), doøng aùp laø nhöõng giaù trò moät chieàu, cho pheùp tính toaùn ñôn giaûn, sau ñoù ta duøng caùc pheùp bieán ñoåi traû veà heä ba pha thöïc teá. - Moâ hình ñoäng cô trong heä α,β (vuoâng goùc coá ñònh): Trong moät soá tröôøng hôïp ñôn giaûn hay ñeå kieåm chöùng laïi caùc bieåu thöùc cuûa khaûo saùt ôû cheá ñoä xaùc laäp ôû phaàn a., ta cho w = 0 trong phöông trình vaø maïch töông ñöông hình IV.1.3. Trang 7 Chuong 4.doc ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT IIA
Khi ñoù, caùc ñaïi löôïng doøng aùp laø i Rs L L αr Rr i hình sin nhöng caùc bieåu thöùc momen ls lr αs seõ khoâng thay ñoåi khi vieát ôû v ψ Lm toïa ñoä (α,β) coá ñònh (coâng thöùc Stanley). α s αr ψ αs wψ r Hình IV.1.5 laø maïch töông ñöông moät pha rβ cuûa ñoäng cô khi coù xeùt ñeán töø thoâng, Maïch töông ñöông truïc α ^ trong ñoù V m laø vec tô aùp pha coù suaát (bieân ñoä) : i Rs L L βr Rr ^ i V m = vα s + vβ s , vα s , vβ s laø caùc ls lr 2 2 βs v ψ Lm βs ñieän aùp ôû heä truïc vuoâng coá ñònh. βr ψ βs - wr ψ r α Töø thoâng xuyeân (moùc voøng) hay ^ söùc ñieän ñoäng caûm öùng ψ r coù suaát (bieân Maïch töông ñöông truïc β ñoä) : Hình IV.1.4 Maïch töông ñöông ôû heä truïc vuoâng goùc coá ñònh ^ ψ r = ψαr +ψ β r 2 2 L L L Rr R Rs TH TH ls lr ^ ^ ^ ψ V V r ^ ^ ^ Lm m m w. ψ V = w. ψ rr rr TH Hình IV.1.5 Maïch töông ñöông moät pha vaø sô ñoà Thevevin khi xem L töø hoùa baèng voâ cuøng Trong nhieàu tröôøng hôïp, Lm lôùn neân boû qua, ta coù maïch Thevenin, trong ñoù: ^ ^ RTH = Rs + Rr vaø LTH = Ls + Lr , V TH = w.ψ r Caùc nhaän xeùt: Vieäc chuyeån sang toïa ñoä quay (d,q) quay cuøng toác ñoä töø tröôøng ñaõ bieán caùc ñaïi löôïng hình sin (hay vector) thaønh moät chieàu (khoâng ñoåi), töø ñoù vieäc tính toaùn trôû neân ñôn giaûn. Töø caùc yù nghóa cuûa thaønh phaàn d, q cuûa doøng ñieän (ñieän aùp) treân, ngöôøi ta coù theå xaây döïng thuaät toaùn ñieàu khieån hieäu quaû hôn ñoäng cô KÑB, laøm cho TÑÑ xoay chieàu coù theå caïnh tranh vaø ngaøy nay ñaõ vöôït TÑÑ moät chieàu. c. Caùc phuông phaùp ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô KÑB rotor loàng soùc: - ñieàu khieån naêng löôïng tröôït: Khi khoâng thay ñoåi toác ñoä TTQ (soá ñoâi cöïc cuûa cuoän daây, taàn soá laøm vieäc khoâng ñoåi), ta chæ coù theå thay ñoåi toác ñoä ñoäng cô baèng caùch taêng suït toác (hay ñoä tröôït). Caùc phöông phaùp coù theå söû duïng laøñieàu khieån (giaûm) aùp xtator, taêng R, X ôû xtator. Nhö ta ñaõ nhaän xeùt ôû treân, caùc phöông phaùp naøy coù taùc duïng raát haïn cheá: toån hao ΔP taêng theo ñoä tröôït, phaïm vi ñieàu chænh heïp vì ñoä tröôït s caàn phaûi beù hôn st ñeå heä thoáng coù oån ñònh tænh. - Ñieàu khieån toác ñoä TTQ: Khi thay ñoåi toác ñoä TTQ, caùc phöông trình ñaëc tính cô khoâng ñoåi, vaø coù theå xem caùc ñaëc tính cuûa ñoäng cô laøkhoâng ñoåi neáu cheá ñoä laøm vieäc cuûa ñoäng cô khoâng leäch quaù xa cheá ñoä thieát keá. Khi ñoù, suït toác cuûa ñoäng cô beù, chæ leäch vôùi toác ñoä cuûa TTQ ñoä tröôït Trang 8 Chuong 4.doc ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT IIA
s coù trò soá khoaûng vaøi phaàn traêm, keát quaû laø coù theå söû duïng ñieàu khieån voøng hôû. Ngoaøi ra, chi phí baûo trì thaáp vaø hieäu suaát laøm vieäc raát cao vì nhö CM treân, toån hao tæ leä ñoä tröôït vaø coâng suaát ñieän töø. Coù hai phöông phaùp thöïc hieän: thay ñoåi soá ñoâi cöïc p vaø ñieàu khieån taàn soá. Phöông phaùp 1 coù caùc baát lôïi laø coù naác coá ñònh, phaûi thöïc hieän khi cheá taïo. Coù theå ñoåi noái cuoän daây ñeå thay ñoåi soá ñoâi cöïc (tæ soá toác ñoä 2:1) hay cheá taïo ñoäng cô coù nhieàu cuoän daây ñeå coù tæ soá ñònh tröôùc. Khi ñoùù kích thöôùc, troïng löôïng ñoäng cô taêng cao. Ñieàu khieån taàn soá coù theåø ñieàu chænh voâ caáp nhöng yeâu caàu söû duïng boä bieán ñoåi taàn soá phöùc taïp. Coù hai loaïi bieán taàn baùn daãn: - Bieán taàn tröïc tieáp (Cycloconverter) – hình IV.1.4.a: Söû duïng caùc boä chænh löu ñieàu khieån pha laøm vieäc 4 phaàn tö maët phaúng taûi vôùi goùc kích SCR thay ñoåi lieân tuïc sao cho aùp ra laø ñieän xoay chieàu. BBÑ naøy chæ cho ra taàn soá khaù nhoû so vôùi taàn soá löôùi ñieän, thöôøng söû duïng ñeå cung caáp cho ñoäng cô coâng suaát raát lôùn, quay toác ñoä chaäm. - Bieán taàn coù trung gian moät chieàu: coù sô ñoà khoái nhö hình IV.1.4.b. Ñieän löôùi ñöôïc chænh löu (coù ñieàu khieån hay khoâng) thaønh moät chieàu vaø sau ñoù nghòch löu trôû laïi xoay chieàu. Ñaây cuõng laø sô ñoà khoái cho haàu heát nhöõng boä nghòch löu duøng trong coâng nghieäp vì naêng löôïng ñieän cuûa caùc nhaø maùy ñeàu laáy töø löôùi. Coù hai loaïi bieán taàn coù trung gian moät chieàu phuï thuoäc vaøo loaïi nghòch löu ñöôïc söû duïng: Bieán taàn vôùi nghòch löu nguoàn doøng (NLND) vaø nghòch löu nguoàn aùp (NLNA). Caùc bieán taàn naøy coù ñaëc tính nhö boä nghòch löu töông öùng. Nhö ñaõ trình baøy trong phaàn khaûo Hình IV.1.3. So saùnh ñaëc tính cô hai phöông aùn ñieàu khieån saùt nghòch löu, khi giaûm taàn soá laø caàn giöõ taàn soá: V/F vaø vector. töø thoâng caùc cuoän daây khoâng vöôït quaù giaù trò cho pheùp, thöôøng laø ñònh möùc. Vôùi nhaän xeùt ñoù, ta coù hai phöông phaùp thöïc hieän bieán taàn baùn daãn cho ñieàu khieån ñoäng cô: - Thay ñoåi aùp cung caáp tæ leä vôùi taàn soá ñeå giöõ töø thoâng qua maïch khoâng vöôït quaù giaù trò cho pheùp (bieán taàn V/F). Khi duy trì ñöôïc ñoä tröôït s beù ñoäng cô KÑB seõ laøm vieäc vôùi ñaëc tính phuï taûi momen khoâng ñoåi. Baát lôïi cuûa sô ñoà naøy (cuõng nhö khi hoaït ñoäng vôùi ñieän löôùi) ôû choã ta cung caáp cho ñoäng cô moät nguoàn aùp vaø momen, doøng ñieän ñoäng cô phuï thuoäc vaøo cheá ñoä laøm vieäc. Khi ñoù coù theå xaûy ra tröôøng hôïp doøng raát lôùn trong khi momen beù (ví duï nhö khi ñoä tröôït lôùn) laøm giaûm hieäu qua, ñaëc tính ñoäng keùm. - Ñeå ñoäng cô coù cheá ñoä hoaït ñoäng toái öu hôn, ta coù phöông phaùp ñieàu khieån vector. Döïa treân nghieân cöùu moâ hình ñoäng cuûa ñoäng cô KÑB, ngöôøi ta tìm ra ñöôïc quan heä cuûa caùc thaønh phaàn cuûa doøng xtator vôùi töø thoâng khe hôû vaø doøng ñieän rotor, töø ñoù tính ñöôïc doøng xtator töùc thôøi ñeå taïo ra momen momen treân truïc moät caùch toái öu. Phöông phaùp naøy laøm cho ñaëc tính truyeàn ñoäng toát hôn trong cheá ñoä tænh cuõng nhö ôû quaù trình quaù ñoä, coù theå so saùnh ñöôïc vôùi ñoäng cô DC. Ñieàu khieån taàn soá ñoäng cô KÑB laø phöông aùn truyeàn ñoäng ñieän ñaùng chuù yù nhaát hieän nay Trang 9 Chuong 4.doc ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT IIA
do chaát löôïng cao vaø giaù thaønh ngaøy caøng haï. Ngay caû ôû caùc phöông aùn ñieàu khieån ñôn giaûn nhö bieán taàn V/F, hieäu suaát vaø chaát löôïng truyeàn ñoäng ñaõ khaù toát. Löôùi Taûi NL L ND A 3 3 T1 T2 T3 i L o B KCB C v Löôùi Taûi NL L o R NA T4 T5 T6 C 3 3 N Hình IV.1.4.a: Bieán taàn tröïc tieáp, sô ñoà moät pha Hình IV.1.4.b: Bieán taàn coù trung gian moät chieàu Ñoái vôùi ñoäng cô rotor daây quaán, nhôø khaû naêng taùc ñoäng vaøo maïch rotor, vieäc ñieàu khieån naêng löôïng tröôït trôû neân hieäu quaû hôn. Coù hai phöông aùn: * Söû duïng R phuï ôû xtator: Khi ñoù Mt khoâng ñoåi, ñoä tröôït tôùi haïn st taêng theo R’2. Keát quaû laø phaïm vi ñieàu chænh toác ñoä ñöôïc nôùi roäng, Toån hao rotor tieâu taùn chuû yeáu treân R phuï neân khoâng laøm phaùt noùng ñoäng cô ôû ñoä tröôït s lôùn. * Söû duïng söùc ñieän ñoäng xung ñoái ôû maïch rotor, coøn goïi laø heä thoáng noái caáp. Khi ñoù, naêng löôïng tröôït ñöôïc taùi sinh veà löôùi hay bieán ra cô naêng cung caáp cho taûi, khoâng nhöõng phaïm vi ñieàu chænh toác ñoä ñöôïc nôùi roäng maø hieäu suaát toaøn heä thoáng coøn ñöôïc naâng cao. Nhöôïc ñieåm laø heä thoáng phöùc taïp, söû duïng ñoäng cô rotor daây quaán ñaét tieàn, coù chi phí baûo trì cao hôn ñoäng cô loàng soùc. IV. 2 ÑIEÀU KHIEÅN NAÊNG LÖÔÏNG TRÖÔÏT Ñ. CÔ KÑB: 1. Ñieàu khieån ñieän aùp ñoäng cô KÑB vaø Soft start: Caùc coâng thöùc töø ñeán cho ta nhaän xeùt: Cuøng ñoä tröôït s, khi thay ñoåi (giaûm) aùp xtator: toác ñoä TTQ khoâng ñoåi, doøng ñieän thay ñoåi (giaûm) tæ leätrong khi momen thay ñoåi (giaûm) theo bình phöông. Khoâng nhöõng theá, ñoä tröôït tôùi haïn st theo lyù thuyeát laø khoâng ñoåi laøm phaïm vi ñieàu chænh toác ñoä bò giôùi haïn vaø toån hao trong rotor taêng theo ñoä tröôït laøm cho ñieàu khieån aùp coù taùc duïng raát haïn cheá ñoái vôùi ñoäng cô KÑB. Trong thöïc teá, ñieàu khieån aùp xtator doäng cô KÑB chæ ñöôïc söû duïng trong caùc tröôøng hôïp: - Truyeàn ñoäng taûi coù M giaûm maïnh khi giaûm toác nhö taûi quaït gioù hay maùy boâm ly taâm (coøn goïi laø taûi coù momen thay ñoåi). - Söû duïng cho caùc ñoäng cô ñaëc bieät, coù ñoä tröôït ñònh möùc lôùn, doøng khôûi ñoäng beù, coù theå laøm vieäc daøi haïn ôû ñoä tröôït lôùn. Ñoù laø caùc ñoäng cô coù rotor raõnh saâu vaø ñieän trôû lôùn (lôùp D theo hieäp hoäi caùc nhaø saûn xuaát thieát bò ñieän Myõ – NEMA) hay ñoäng cô coù momen haàu nhö khoâng ñoåi ôû ñoä tröôït lôùn (Torque motor). Loaïi thöù hai naøy coù theå duøng cho caùc truyeàn ñoäng cuoän caùc saûn phaåm vaøo ruloâ, yeâu caàu löïc keùo khoâng ñoåi trong khi toác ñoä daøi laø khoâng ñoåi, toác ñoä quay thay ñoåi theo ñöôøng kính cuoän. - Moät öùng duïng quan troïng cuûa caùc phöông phaùp naøy laø duøng ñeå khôûi ñoäng ñoäng cô KÑB. Sô ñoà taêng daàn aùp xtator baèng boä ñieàu khieån pha aùp AC ñeå haïn cheá doøng khôûi ñoäng vaø ñieàu khieån gia toác ñoäng cô KÑB ñöôïc öùng duïng roäng raõi, coù teân thöông maïi laø SOFT START. Chöõ SOFT START nhaán maïnh ñöôïc khaû naêng ñieàu khieån gia toác cuûa boä khôûi ñoäng. Moät boä soft start hieän ñaïi khoâng chæ coù nhieäm vuï khôûi ñoäng, noù coøn coù theå laø moät trung taâm ño löôøng – ñieàu khieån ñoäng cô ñöôïc noái maïng vôùi boä ñieàu khieån trung taâm cuûa daây chuyeàn saûn xuaát hay phaân xöôûng. Trang 10 Chuong 4.doc ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT IIA
CONTACTOR (*) khoái SCR M G CONTACTOR (*) LÖÔÙI T1 T2 CB CT ÑOÄNG CÔ KÑB ÑIEÀU KHIEÅN - Haïn cheá doøng - Taøo haøm doác (RAMP) - Lieân ñoäng, ñieàu khieån logic vaø noái maïng Hình IV.2.1. Sô ñoà khoái boä soft start, trong ñoù caùc phaàn töû Hình IV.2.2. Ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô ngaãu löïc coù daáu (*) laø tuøy choïn, chæ duøng cho caùc heä thoáng ñaét tieàn. (Torque motor) khi ñieàu chænh aùp. Moät öùng duïng khaùc, ít phoå bieán hôn, laø söû duïng boä ñieàu khieån aùp ñoäng cô AC ñeå tieát kieäm ñieän naêng. Khaùc vôùi maùy bieán aùp, ñoäng cô KÑB coù doøng khoâng taûi khaù lôùn do coù khe hôû xtator- rotor trong maïch töø. Do ñoù toån hao khi laøm vieäc khoâng taûi lôùn vaø laøm giaûm hieäu quaû söû duïng ñoäng cô. Khi ñoù, vieäc giaûm aùp cung caáp khoâng laøm giaûm toác ñoä nhöng seõ laøm giaûm doøng daãn ñeán giaûm toån hao coâng suaát. Haøm ñieàu khieån laø giaûm nhoû nhaát doøng qua maïch ôû moïi cheá ñoä laøm vieäc, coù haïn cheá aùp toái thieåu vaø toái ña. Khi ñang laøm vieäc oån ñònh, neáu doøng taêng ta seõ taêng aùp ñeán khi doøng qua cöïc tieåu vaø ngöôïc laïi. 2. Ly hôïp tröôït (ñoäng cô VS) : Moät heä thoáng raát phoå bieán ôû caùc nöôùc Ñoâng AÙ (Nhaät, Ñaøi loan) laø ñoäng cô VS hay ly hôïp tröôït coù sô ñoà khoái HT nhö sau: Löôùi Ñoäng cô sô caáp toác ñoä coá ñònh(KÑB) Ly hôïp tröôït Taûi toác ñoä thay ñoåi Öu ñieåm laø raát ñôn giaûn, reû tieàn, deã cheá taïo vaø söû duïng ñoäng cô KÑB rotor loàng soùc laø truyeàn ñoäng sô caáp. Nhöôïc ñieåm cuûa heä thoáng naøy laø hieäu suaát thaáp vì ñaây cuõng laø phöông aùn ñieàu khieån naêng löôïng tröôït. Ly hôïp tröôït goàm coù hai phaàn (hình IV.2.3): - Phaàn chuû ñoäng (sô caáp) laø nhöõng cöïc Khôùp chuû ñoäng Khôùp bò ñoäng töø laøm baèng nhöõng khoái saét keát hôïp vôùi cuoän kích töø ñieän moät chieàu, noái cöùng vôùi ñoäng cô sô caáp neân quay vôùi toác ñoä coá ñònh. Töø tröôøng taïo Taûi Ñoäng cô ra laø töø tröôøng quay nhö ñoäng cô KÑB. sô caáp - Phaàn thuï ñoäng (thöù caáp) cuõng laø nhöõng nhöõng khoái saét noái vôùi taûi vaø chuyeån ñoäng Cuoän daây kích töø trong TTQ cuûa phaàn chuû ñoäng. Hình IV.2.3. Nguyeân lyù caáu taïo VS motor Ly hôïp tröôït laøm vieäc theo nguyeân lyù cuûa ñoäng cô KÑB, phaàn thuï ñoäng chuyeån ñoäng quay theo TTQ, nhöng ñoä tröôït seõ phuï thuoäc vaøo doøng kích töø laø doøng ñieän moät chieåu qua cuoän daây vaø momen caûn cuûa taûi. Ñaëc tính cô khi thay ñoåi doøng kích töø coù daïng töông töï nhö ñaëc tính cô ñoäng cô ngaãu löïc treân hình IV.2.2. Ñoä tröôït tôùi haïn vaø momen khôûi ñoäng ñeàu lôùn hôn giaù trò töông öùng cuûa ñoäng cô KÑB do caáu taïo cuûa maïch töø. Nhôø maïch töø chæ laø nhöõng khoái saét maø khôùp tröôït coù theå laøm vieäc daøi haïn ôû ñoä tröôït lôùn vaø coù ñoä tin caäy cao. Goïi P1, P2, ω1, ω2 laàn löôït laø coâng suaát vaø toác ñoä cuûa phaàn sô vaø thöù caáp vaø M laø Trang 11 Chuong 4.doc ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT IIA
momen cuûa heä thoáng, ta coù: P1= M.ω1 vaø P2= M.ω2 suy ra toån hao trong khôùp theo giaûn ñoà hình IV.2.5: ΔP = P1− P2 = M.ω1 − M.ω2 = s. M.ω1 nhö ôû ñoäng cô KÑB. Maùy phaùt toác M, w1 M, w2 P1 P2 Phaûn hoài toác ñoä ΔP CKT Df Ñaët SCR Phaùt toác PI xung ñoä Hình IV.2.5. Giaûn ñoà truyeàn naêng löôïng ly Nguoàn hôp tröôït Hình IV.2.4. Sô ñoà ñoäng ly hôp tröôït vaø maïch ñieàu khieån Sô ñoà khoái heä thoáng ñieàu khieån toác ñoä duøng khôùp tröôït ñöôïc cho ôû hình IV.2.4. Toác ñoä phaûn hoài veà baèng maùy phaùt toác AC cheá taïo saún trong khôùp. Boä hieäu chænh thöôøng laø PI hay PID vaø maïch ñoäng löïc laø chænh löu ñieàu khieån pha 1 SCR coù diod phoùng ñieän cung caáp naêng löôïng cho cuoän kích töø. Söï ñôn giaûn cuûa boä ñieàu khieån cuõng laøm giaûm giaù thaønh vaø taêng ñoä tin caäy cuûa heä thoáng. IV.3 ÑIEÀU KHIEÅN TAÀN SOÁ ÑOÄNG CÔ KÑB BAÈNG BIEÁN TAÀN V/F: 1. Nguyeân lyù hoïat ñoäng: Khi söû duïng boä bieán ñoåi taàn soá ñeå cung caáp cho ñoäng cô KÑB ñieän 3 pha vôùi taàn soá f thay ñoåi, toác ñoä ñoäng cô thay ñoåi theo toác ñoä TTQ laø wo = 2.π.f/p (rad/s), p: soá ñoâi cöïc. Ñeå giöõ töø thoâng khoâng vöôït quaù giaù trò cho pheùp (thöôøng baèng ñònh möùc), ñieän aùp ñoäng cô caàn phaûi thay ñoåi tæ leä vôùi taàn soá. Thaät vaäy, ñieän aùp caûm öùng cuûa cuoän daây khi coù töø thoâng bieán ñoåi hình sin: N: soá voøng daây, φ: töø thoâng , f: taàn soá U ≡ N.φ .f suy ra U / f = haèng soá ñeå töø thoâng φ khoâng ñoåi. Thöïc teá, do suït aùp trong cuoän daây xtator coøn U/Uñm do ñieän trôû, khi taàn soá ñuû beù thì aùp khoâng coøn giaûm tæ leä (ñuôøng cong b. cuûa hình IV.3.1). Khi töø thoâng ñöôïc giöõ khoâng ñoåi, ta coù theå chöùng minh laø momen cuûa ñoäng cô coù theå taïo ra cuõng khoâng ñoåi (xem ñaëc tính cô (d) (c) treân hình IV.I.3 cuûa bieán taàn SYSDRIVE haûng OMRON). Cuõng gioáng nhö ñoäng cô DC, khi laøm vieäc (b) vôùi töø thoâng khoâng ñoåi, ñaëc tính phuï taûi cuûa ñoäng cô f seõ laø momen khoâng ñoåi vaø khi laøm vieäc vôùi taàn soá lôùn (a) hôn ñònh möùc, ñieän aùp ñoäng cô ñöôïc giöõ khoâng ñoåi vaø ta coù ñaëc tính phuï taûi laø coâng suaát khoâng ñoåi. Bieán taàn Hình IV.3.1: Ñaëc tính U / f: theo lyù thuyeát cung caáp ñieän aùp laø moät haøm cuûa taàn soá ñöôïc goïi laø (a) vaø thöïc teá (b). Ñaëc tính U / f khi caàn bieán taàn V/F. momen lôùn (c) hay nhoû (d). Trang 12 Chuong 4.doc ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT IIA
Vôùi caùc ñaëc tính phuï taûi khaùc nhau, quan heä V/F cuõng ñöôïc hieäu chænh ñeå ñoäng cô coù momen thích hôïp. Ví duï neáu laø taûi momen thay ñoåi (varible torque – taûi maùy boâm, quaït gioù), aùp ñöôïc pheùp giaûm nhanh hôn taàn soá => töø thoâng giaûm keùo theo doøng töø hoùa giaûm, taêng ñöôïc hieäu suaát. Ngöôïc laïi, aùp ñaët vaøo ñoäng cô coù theå taêng moät ít khi doøng taûi taêng ñeå giaûm suït toác, taêng momen (chöùc naêng Torque boost hay Load Compensation cuûa caùc bieán taàn). 2. Söï laøm vieäc cuûa ñoäng cô AC vôùi nguoàn khoâng sin: Vì BBÑ söû duïng caùc ngaét ñieän, doøng hoaëc aùp qua ñoäng cô laø nhöõng xung vuoâng vaø ñaïi löôïng coøn laïi cuõng khoâng theå hình sin. Keát quaû laøsöï laøm vieäc cuûa ñoäng cô bò aûnh höôûng, taùc duïng quan trong nhaát cuûa doøng aùp khoâng sin laø ñoäng cô bò phaùt noùng phuï vaø coù momen phuï. a. Soùng haøi aùp doøng ñaët vaøo ñoäng cô: Soùng haøi ñieän aùp cuûa nghòch löu nguoàn aùp coù nhöõng ñaëc tính: - Vì laø ba pha, heä thoáng khoâng coù haøi boäi 3 vaø trong ña soá tröôøng hôïp, khoâng coù haøi baäc chaün, baäc cuûa soùng haøi baèng n = 6 k ± 1, k = 1, 2, 3 .. - Bieân ñoä giaûm nhanh, tæ leä vôùi 1/n. Ví duï khi phaân tích soùng haøi daïng aùp nghòch löu 6 naác nhö hình IV.3.2 ôû trang sau, ta coù bieân ñoä haøi baäc n laø Un = ± U1 /n, tính baèng soá U5 = – U1 / 5 , U7 = + U1 / 7 . U1 laø bieân ñoä haøi cô baûn (baäc n = 1). - Ñoái vôùi nghòch löu nguoàn doøng, doøng qua ñoäng cô laø nhöõng xung vuoâng, coù quan heä nhö ví duï soùng haøi aùp treân. + D1 D2 D3 S1 S2 S3 A B C V D4 D5 D6 S4 S5 S6 _ Daïng aùp daây vaø pha NL nguoàn aùp 6 naác. Hình IV.3.2: Maïch ñoäng löc. Tröôøng hôïp ñaëc bieät laø khi heä thoáng coù ñieàu cheá, bieân ñoä soùng haøi ôû taàn soá soùng mang raát cao nhöng doøng ñieän töông öùng thöôøng raát beù, khoâng ñaùng keå nhö khaûo saùt soùng haøi doøng ñieän sau ñaây: - Ñoái vôùi nghòch löu nguoàn aùp, soùng haøi doøng coù theå tính töø soùng haøi ñieän aùp theo nguyeân 2 ⎛ R' ⎞ lyù xeáp choàng töø toång trôû ñoäng cô (hình IV.1.1.b) ñoái vôùi haøi baäc n: Zn = ( n.w.Lnm ) + ⎜ 2 ⎟ . 2 ⎝ sn ⎠ Zn coù theå xem laø tæ leä vôùi baäc soùng haøi n suy ra doøng baäc cao giaûm tæ leä vôùi bình phöông cuûa n. Ñeå tính chính xaùc hôn, caàn ñeå yù ñoä tröôït sn phuï thuoäc vaøo taàn soá. Khi laøm vieäc ôû toác ñoä ñònh möùc, s1 = s 0 trong khi so vôùi toác ñoä cuûa TTQ soùng haøi baäc cao coù taàn soá n laàn lôùn hôn, sn ≅ 1 vaø Zn n.w.Lnm töø ñoù suy ra trò hieäu duïng soùng haøi baäc n: Trang 13 Chuong 4.doc ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT IIA
I Rn Inm / n2 , chæ soá “R “ duøng ñeå chæ giaù trò hieäu duïng, Inm = V1 / X nm laø doøng ngaén maïch cuûa ñoäng cô, coøn goïi laø doøng khoùa rotor (doøng qua ñoäng cô khi rotor khoâng quay) hay quen thuoäc hôn: doøng khôûi ñoäng. b. Phaùt noùng phuï: Vì phaùt noùng trong maïch tæ leä vôùi bình phöông giaù trò hieäu duïng doøng ñieän, khi söû duïng doøng ñieän khoâng sin, ñoäng cô phaûi chòu theâm söï phaùt noùng cuûa soùng haøi doøng ñieän, goïi laø phaùt noùng phuï ΔPΣn. Vôùi daïng soùng nghòch löu aùp 6 naác, ta coù: ⎛I ⎞ 2 ΔPΣn = 3.R .∑ ⎜ nm ⎟ , n = 5, 7,11,13... . Ta coù theå tính toång vaø khi giaû ' n⎝n ⎠ 2 2 söû doøng khôûi ñoäng Inm gaáp 7 giaù trò ñònh möùc, suy ra phaùt noùng phuï ôû cheá ñoä laøm vieäc ñònh möùc nhö sau: ΔPΣn = 3i R2 i0.0021i Inm 0.1i3i R2 i I R1 = 10%iΔP ' 2 ' 2 Vaäy khi ñoäng cô laøm vieäc vôùi daïng soùng nghòch löu aùp 6 naác, toån hao trong cuoän daây taêng theâm 10% ôû cheá ñoä ñònh möùc hay noùi caùch khaùc, ñoäng cô bò giaûm khaû naêng taûi 10%. Ngoaøi ra ñoäng cô coøn coù toån hao phuï trong loõi theùp do töø tröôøng taàn soá cao, nhaát laø khi duøng ñieàu roäng xung. c. Momen phuï: Khi trong maïch töø coù doøng ñieän 3 pha cuûa soùng haøi baäc cao, ta cuõng coù TTQ cuûa soùng haøi vaø keát quaû laø trong ñoäng cô xuaát hieän caùc momen phuï: - Momen quay cuûa haøi baäc cao. Soùng haøi baäc 6k – 1 coù TTQ ngöôïc vaø 6k + 1 cuøng chieàu vôùi TTQ thaønh phaàn cô baûn. Do ñoä tröôït ñoái vôùi TTQ cuûa haøi baäc cao raát lôùn momen naøy neân khoâng ñaùng keå. - Momen ñaäp maïch do söï töông taùc cuûa caùc töø tröôøng khoâng cuøng taàn soá, ñaùng chuù yù nhaát laø momen M6, taïo ra do söï töông taùc giöõa hai soùng haøi baäc 5 vaø 7, M6 laø phaùch neân tæ leä vôùi | I5 – I7 | . Trong heä thoáng duøng nghòch löu aùp 6 naác, I5 – I7 = Inm / 50 vaø moät caùch gaàn ñuùng, ta coù theå xem momen tæ leä vôùi doøng ñieän, coù theå suy ra momen ñaäp maïch M6 lôùn hôn 10 % momen ñònh möùc cuûa ñoäng cô. Khi taàn soá laøm vieäc thaáp, aûnh höôûng cuûa soùng haøi baäc cao trôû neân quan troïng hôn vaø trong caùc heä thoáng ñieàu khieån taàn soá ñoäng cô KÑB, ta luoân phaûi giaûi quyeát baøi toaùn haïn cheá soùng haøi beân caïnh vieäc ñieàu khieån ñieän aùp. 3. Caùc phöông phaùp ñieàu khieån ñieän aùp bieán taàn qua trung gian moät chieàu: Coù hai phöông phaùp ñieàu khieån ñieän aùp: - Ñieàu khieån bieân ñoä aùp ra baèng caùc thay ñoåi aùp trung gian moät chieàu. Coù theå duøng chænh löu SCR ôû ngoû vaøo hay chænh löu diode + BBÑ aùp DC. Phöông aùn ñaàu ñôn giaûn hôn nhöng aùp DC coù nhaáp nhoâ cao hôn, caàn maïch loïc ñaét tieàn ñeå coù aùp moät chieàu phaúng. Phöông phaùp naøy söû duïng chuû yeáu cho bieán taàn nguoàn doøng. - Ñieàu cheá ñoä roäng xung. Ñöôïc söû duïng roäng raûi ôû caùc bieán taàn duøng transistor vaø heä thoáng coù chaát löôïng cao. Ñaëc ñieåm cuûa phöông phaùp naøy laø yeâu caàu taàn soá laøm vieäc cuûa ngaét ñieän töø vaøi traêm Hz ñeán 15 KHz vaø sô ñoà ñieàu khieån phöùc taïp. Moät öu ñieåm khaùc laø ñieàu khieån Trang 14 Chuong 4.doc ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT IIA
ñieän aùp coù theå keát hôïp vôùi haïn cheá soùng haøi baäc cao. V 7 c V 3 o 6 2 V 4 ref Hình IV.3.3: Sô ñoà nguyeân lyù, daïng aùp cuûa ñieàu cheá ñoä roäng xung hình sin SPWM vaø caùc daïng soùng. 4. Caùc phöông phaùp haïn cheá soùng haøi baäc cao: Trong caùc bieán taàn, ngöôøi ta thöôøng söû duïng caùc phöông phaùp haïn cheá haøi baäc cao sau: - Ñieàu cheá ñoä roäng xung hình sin vaø caùc caûi tieán. Nhoùm phöông phaùp naøy coù öu ñieåm laø taàn soá ñoùng ngaét ñieàu khieån ñöôïc, daïng aùp caùc baùn kyø vaø caùc pha gioáng nhau khi coù söï ñoàng boä giöõa soùng mang Vc vaø aùp ñieàu khieån Vref . Nhöôïc ñieåm cuûa nhoùm phöông phaùp naøy laø coù sô ñoà phöùc taïp. 12 10.087793 10 8 y 6 m 4 2 0 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 0 m 128 Hình IV.3.3.b: Phoå cuûa aùp ra ñieàu roäng xung hình sin. Haøi baäc chaün baèng 0, caùc ñieän aùp taàn soá baèng 1 (cô baûn), baèng taàn soá soùng mang vaø boäi soá soùng mang coù giaù trò ñaùng keå. Trang 15 Chuong 4.doc ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT IIA
- Ñieàu khieån doøng +V ñieän hình sin. Vì haøm truyeàn Q1 doøng/aùp cuûa taûi RL laø maïch SO SAÙNH SMIT loïc thaáp qua, ta coù theå duøng maïch so saùnh coù treå (smit Pha A Ñaët Out pha A trigger) ñeå ñoùng ngaét nguoàn cung caáp ñoäng cô sao cho Q2 3 2 doøng qua noù coù daïng hình Phaûn hoài sin mong muoán. Trong hình _V IV.3.4.a, doøng ñieän mong Hình IV.3.4.a: Sô ñoà nguyeân lyù ñieàu khieån doøng ñieän hình sin muoán (Ñaët) ñöôïc so saùnh tín hieäu tæ leä vôùi doøng qua ñoäng cô (Phaûn hoài). Khi doøng ñieän coøn beù hôn giaù trò ñaët boä ñieàu khieån seõ ñoùng nguoàn döông ñeå laøm taêng doøng taûi. Khi doøng taûi vöôït quaù giaù trò ñaët, maïch ñieàu khieån seõ ñoùng vaøo nguoàn aâm laøm doøng giaûm xuoáng. Nhö vaäy ngoû ra seõ ñöôïc giöõ dao ñoäng quanh giaù trò giaù trò ñaët vôùi sai soá ñònh tröôùc, soùng haøi khi ñoù raát beù. Vaäy maïch ñieàu khieån chæ caàn taïo ra tín hieäu ñieàu khieån laø doøng ñieän mong muoán vaø maïch phaùt xung seõ ñoùng ngaét taûi ñeå taïo ra giaù trò naøy. Ñieàu naøy taïo tieàn ñeà cho vieäc ñieàu khieån tröïc tieáp momen ñoäng cô nhö seõ khaûo saùt trong phaàn sau. Baát lôïi lôùn nhaát laø taàn soá ñoùng ngaét phuï thuoäc ñaëc tính taûi, raát khoù khoáng cheá. Thoâng thöôøng, ngöôøi ta söû duïng ngaét ñieän coù theå ñoùng ngaét ôû taàn soá raát cao nhö MOSFET, IGBT hay khoáng cheá thôøi gian ñoùng (ngaét) toái thieåu. ÔÛ phöông aùn sau, chaát löôïng ngoû ra seõ bò aûnh höôûng khi heä thoáng laøm vieäc ngoaøi vuøng tính toaùn. Sô ñoà ñieàu khieån naøy coøn söû duïng trong caùc boä nghòch löu caàn aùp ra hình sin. Khi ñoù moät boä loïc LC seõ ñöôïc söû duïng ôû ngoû ra boä nghòch löu vaø nhö vaäy coù theå ñieàu khieån aùp xoay chieàu sau boä loïc naøy baùm theo daïng soùng mong muoán hình sin. Trong caùc taøi lieäu ÑTCS, ta coøn gaëp caùc phöông phaùp haïn cheá soùng haøi nhö sau: - Söû duïng aùp ra daïng naác thang. - Ñoùng ngaét theo chöông trình tính toaùn saün ñeå loaïi boû moät soá haøi choïn tröôùc hay giaûm thieåu caùc haøi baäc cao. Caùc phöông phaùp naøy coù daïng soùng coá ñònh, chæ coù theå keát hôïp vôùi ñieàu khieån aùp ra baèng thay ñoåi bieân ñoä hay leäch pha. Ta thöôøng gaëp ôû caùc BBÑ coù taàn soá ngoû ra coá ñònh, phaïm vi thay ñoåi ñieän aùp beù, nhö caùc boä nguoàn AC baùn daãn. Öu Hình IV.3.4.b: Caùc daïng soùng ñieàu khieån doøng ñieåm cuûa chuùng laø maïch ñieàu khieån ñôn giaûn, taàn ñieän: soá ñoùng ngaét beù nhöng vaãn coù keát quaû mong muoán. iref : tín hieäu ñaët doøng; iO : phaûn hoài doøng vO : daïng aùp ra; v1 : haøi cô baûn cuûa ñieän aùp ra Trang 16 Chuong 4.doc ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT IIA
e. Ñieàu cheá theo maãu: Khi ñieàu khieån duøng vi xöû lyù, vieäc taïo ra vaø so saùnh caùc daïng soùng thöïc hieän baèng phaàn meàm. Ta coù theå thay theá soùng hình sin baèng daïng soùng naác thang ñeå giaûm khoái löôïng tính toaùn nhö hình IV.3.5a . Coù theå ñieàu cheá ñoái xöùng hay khoâng ñoái xöùng. Khi ñieàu cheá ñoái xöùng, soá giaù trò hình sin trong moät chu kyø baèng boäi soá ñieàu cheá N = fC / fO (taàn soá laáy maãu baèng taàn soá soùng tam giaùc). Beà roäng xung ôû kyø Hình IV.3.5a: Nguyeân lyù ñieàu cheá theo maãu: thay theá hình sin baèng daïng naác thang laáy maãu thöù n ñöôïc tính theo (töø IV.3.5b): Hình IV.3.5c: Ñieàu cheá khoâng ñoái xöùng Hình IV.3.5b: Ñieàu cheá ñoái xöùng TS ⎡ U C − ua (n) ⎤ n.2π T1(n) = ⎥ ; T 2(n) = TS − T1(n) ua (n) = U M sin( ⎢ ) 2 ⎣ 2U C N ⎦ Vôùi Ts: chu kyø laáy maãu; ua(n): aùp chuaån taïi kyø laáy maãu thöù n; UC , UM: bieân ñoä soùng mang tam giaùc vaø aùp chuaån hình sin. Töø caùc bieåu thöùc treân, coù theå tính tröôùc haøm sin(n.2π /N) chöùa vaøo ROM vaø tính ra caùc ñoä roäng theo TS, tæ soá UM / UC. Khi ñieàu cheá khoâng ñoái xöùng, soá laàn tính haøm sin taêng leân gaáp ñoâi (hình 5.25c). f. Ñieàu cheá vector khoâng gian - SVM (coøn goïi laø ñieàu roäng xung vector khoâng gian - SVPWM): Laø phöông phaùp tieân tieán nhaát hieän nay, thích hôïp vieäc öùng duïng caùc phaàn töû tính toaùn cho ñieàu khieån. - Vector khoâng gian cuûa aùp ba pha: laø cô sôû cuûa kyõ thuaät ñieàu cheá vector khoâng gian, moâ taû hoaït ñoäng heä thoáng ba pha döôùi daïng vector. Ta coù caùc tröôøng hôïp Hình IV.3.6: Vector pha khoâng gian sau (khi ñieàu khieån hoaøn toaøn): Trang 17 Chuong 4.doc ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT IIA
* Heä ba pha hình sin ñoái xöùng Vmsin ωt , Vmsin (ωt -2π/3), Vmsin (ωt -4π/3) coù theå bieåu dieãn baèng vector V quay goùc ωe laø toác ñoä (ñieän) cuûa töø tröôøng quay. * Nghòch löu 6 naác thang coù theá bieåu dieãn baèng boä 6 vector V1 , V2 , V3 , V4 , V5 , V6 moâ taû saùu traïng thaùi cuûa caùc ngaét ñieän trong boä nghòch löu (hình IV.3.6 vaø IV.3.7). Saùu vector naøy laøm thaønh luïc giaùc ñeàu vaø aùp ra laàn löôït ñi qua caùc ñænh. Khi phaân tích caùc vector khoâng gian naøy theo caùc vector cô heä 1, a = ej2π/3, a2 = e-j2π/3, ta coù caùc traïng thaùi ñoùng ngaét cuûa caùc ngaét ñieän töông öùng. Nhaän xeùt laø aùp ra khoâng thay ñoåi ñöôïc bieân ñoä vaø vector khoâng gian laø giaùn ñoaïn, di chuyeån nhaûy caáp laøm soùng haøi baäc cao coù bieân ñoä lôùn. Hình IV.3.7: Vector pha khoâng Traïng Ngaét ñieän aùp pha taûi aùp pha taûi aùp pha taûi Vector van vbn vcn thaùi ñoùng khoâng gian gian cuûa NL saùu naác thang (6 step) 1 S1,S5,S6 2Vd/3 -Vd/3 -Vd/3 V1 (1,0,0) 2 S1,S2,S6 Vd/3 Vd/3 -2Vd/3 V2 (1,1,0) + 3 S4,S2,S6 -Vd/3 2Vd/3 -Vd/3 V3 (0,1,0) S1 S2 S3 a b c Vd 4 S4,S2,S3 -2Vd/3 Vd/3 Vd/3 V4 (0,1,1) S4 S5 S6 5 S4,S5,S3 -Vd/3 -Vd/3 2Vd/3 V5 (0,0,1) _ 6 S1,S5,S3 Vd/3 -2Vd/3 Vd/3 V6 (1,0,1) * Khi ñieàu roäng xung hình sin vôùi taàn soá soùng mang laø fC = N.fO , heä thoáng seõ goàm N vector traïng thaùi naèm treân ñöôøng troøn coùbaùn kính thay ñoåi theo aùp ra mong muoán. Kyõ thuaät ñieàu cheá ñoä roäng xung vecto khoâng gian laø moâ taû caùc vector traïng thaùi naøy theo caùcvector cuûa NL saùu naác thang. Ñeå coù ñöôïc bieân ñoä aùp ra mong muoán, ta boå sung theâm hai traïng thaùi V0 (0, 0, 0) vaø V7 (1,1,1) töông öùng vôùi ba ngaét ñieän S1, S2, S3 cuøng ngaét vaø cuøng ñoùng, töông öùng aùp ra baèng khoâng. - Coâng thöùc cho ñieàu cheá vector khoâng gian: Ñeå thöïc hieän vector khoâng gian V * coù bieân ñoä V* baèng boä nghòch löu ba pha, ta coù theå phaân tích V * thaønh hai thaønh phaàn naèm treân 2 vector laân caän cuûa NL 6 naác thang, ví duï nhö V2 V7 V7 V2 Vo V1 V1 Vo to ta tb to to tb ta to 2 22 2 pha a S4 S1 S1 S1 S1 S1 S1 S4 pha b S5 S5 S2 S2 S2 S2 S5 S5 pha c S6 S6 S6 S3 S3 S6 S6 S6 Tc Tc Ts Hình IV.3.8.a: Phaân tích aùp ra thaønh Hình IV.3.8.b: caùc thaønh phaàn khoâng gian treân hình IV.3.8.a, vector ñieän aùp V * coù vò trí ωt = α ôû giöõa V1 vaø V 2 (goùc 1/6 thöù 1) coù theå Trang 18 Chuong 4.doc ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT IIA
phaân tích thaønh hai thaønh phaàn Va , Vb naèm treân V1 vaø V 2 vôùi: V *sin( π − α ) = Va sin π wt e V2 V3 3 3 V *sin(α ) = Vb sin π Ts 3 V Va = V *.sin( 3 − α ) * π 2 Tc suy ra: 3 α V4 Vb = V *.sin(α ) 2 o V1 3 Goïi TC laø chu kyø ñieàu cheá ñoä roäng xung, trong khoaûng thôøi gian naøy, trung bình aùp ra phaûi töông öùng vôùi V5 V6 aùp ñieàu khieån. Töø bieåu thöùc vector: Hình IV.3.8.c: ta t V1 + b V 2 vaø TC = tO + ta + tb ta suy ra: V * = Va + Vb = TC TC Va V ta = TC vaø tb = b TC , thôøi gian coøn laïi tO = TC - ta - tb coù aùp ra baèng zero, coù theå V V choïn V0 (0, 0, 0) hay V7 (1,1,1) , sao cho soá laàn chuyeån maïch laø ít nhaát. Hình IV.3.8.b trình baøy daïng soùng ñoùng ngaét ñoái xöùng, goùc α ñöôïc laáy ôû vò trí giöõa cuûa khoaûng thôøi gian laáy maãu Ts, gioáng nhö tröôøng hôïp ñieàu cheá theo maãu ôû phöông aùn ñoái xöùng (hình IV.3.8.c). Caàn löu yù laø chuoãi ñoùng ngaét to, ta, tb ñöôïc choïn laïi khi thay ñoåi toå hôïp vevtor 6 naác sao cho soá laàn chuyeån maïch laø ít nhaát. Ñieàu kieän ñeå caùc tính toaùn treân coù yù nghóa laø T > ta + tb , töông öùng V * naèm phía trong C hình luïc giaùc ñeàu hình IV.3.6. Suy ra bieân ñoä aùp ñieàu khieån cöïc ñaïi V* : πV 2 V* = Vd .cos = d = 0.577Vd ; Vd: aùp caáp ñieän moät chieàu, 3 6 3 2 Vd chính laø bieân ñoä cuûa aùp 6 naác thang ( V1 … V6 ) 3 Vmax 0.577Vd * töông öùng vôùi chæ soá ñieàu cheá m giôùi haïn baèng: mGH = = = 0.907 V1six − step π Vd 2 Tröôøng hôïp khaûo saùt treân ñöôïc goïi laø laøm vieäc trong vuøng döôùi ñieàu cheá (undermodulation region), khi ñoù m thay ñoåi tuyeán tính theo bieân ñoä aùp chuaãn. Khi muoán coù aùp ra taêng cao, ta caàn môû roäng vuøng ñieàu khieån ñieän aùp baèng caùch taêng cao aùp chuaãn V*, heä thoáng laøm vieäc trong vuøng quaù ñieàu cheá (overmodulation), m khoâng coøn tuyeán tính vaø ta caàn thay ñoåi coâng thöùc tính ta, tb. IV.4 ÑIEÀU KHIEÅN BIEÁN TAÀN COÙ TRUNG GIAN MOÄT CHIEÀU: Nhö ñaõ bieát, bieán taàn coù khaâu trung gian moät chieàu goàm hai boä phaän chænh löu vaø nghòch löu vaø ta caàn ñieàu khieån hai thoâng soá ñieän aùp, taàn soá ngoû ra. Ñoái vôùi ña soá bieán taàn söû duïng nghòch löu nguoàn doøng, ñieän aùp ñöôïc ñieàu khieån thoâng qua chænh löu SCR ôû ñaàu vaøo vaø boä nghòch löu cuõng duøng SCR vì taàn soá chuyeån maïch thaáp, coâng suaát cao. Ngöôïc laïi, ôû bieán taàn söû duïng nghòch löu nguoàn aùp, caùc transistor ñöôïc khai thaùc trieät ñeå nhaèm naâng cao taàn soá ñieàu cheá ñoä roäng nhaèm taêng chaát löôïng hoaït ñoäng vaø söû duïng chænh löu diod ôû ñaàu vaøo. Trang 19 Chuong 4.doc ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT IIA
1. Sô ñoà ñieàu khieån nghòch löu ñôn giaûn: Trong phaàn tieáp theo, ta chæ tìm hieåu caùc sô ñoà ñieàu khieån nghòch löu trong bieán taàn V/F. Duø coù ñieàu roäng xung hay khoâng, sô ñoà cuõng caàn ñaûm baûo logic ba pha. Beân caïnh ñoù, ta caàn coù khoái ñieàu khieån aùp hay sô ñoà thay ñoåi ñoä roäng xung ñeå ñieàu khieån ñieän aùp vaø haïn cheá haøi baäc cao. a. Maïch taïo logic ba pha: CLK Uñk U? V Q0 S1 14 3 1 CLK Q0 f 13 2 3 ENA Q1 4 2 Q1 Q2 15 7 RST Q3 S2 10 4 Q4 1 6 Q2 Q5 5 5 Q6 6 Q7 S3 9 Q3 Q8 11 Q9 ... 12 Q4 CO S4 CD4017 Q5 Hình IV.4.1.a: Maïch taïo logic ba pha S1 Baøi taäp : Söû duïng caùc Set – Reset Flip Flop ñeå suy S2 ra caùc tín hieäu ñieàu khieån sô ñoà nghòch löu nguoàn aùp hình IV.3.2 (moãi luùc coù 3 ngaét ñieän laøm vieäc) töø logic ba pha Hình IV.4.1.b: Daïng soùng logic ba pha, duøng CD4017 treân. moãi luùc coù hai ngaét ñieän baùn daãn laøm vieäc. Hình IV.4.1 trình baøy nguyeân lyù cuûa maïch taïo ra logic ba pha, coù theå ñöôïc söû duïng trong nghòch löu nguoàn doøng hay nghòch löu nguoàn aùp ñôn giaûn (ñieàu cheá ñoä roäng moät hay nhieàu xung). Caùc sô ñoà ñieàu cheá xung hình sin hay ñieàu khieån baèng vi xöû lyù cuõng coù nhöõng khoái coù cuøng chöùc naêng ñeå ñaûm baûo thöù töï cuûa heä ba pha. CD4017 laø vi maïch ñeám voøng Johnson 10 traïng thaùi: sau moãi xung ñoàng hoà CLK laàn löôït coù moät ngoû ra leân 1 (hình 5.20), Q6 ñöa veà chaân Reset ñeå heä thoáng chæ coøn 6 traïng thaùi töông öùng vôùi logic 3 pha. Caùc maïch OR toå hôïp caùc ngoû ra boä ñeám laøm thaønh caùc xung ñieàu khieån ngaét ñieän baùn daãn theo sô ñoà moãi luùc coù hai ngaét ñieän laøm vieäc (treân hình 5.20 veõ tín hieäu ñieàu khieån hai ngaét ñieän S1 vaø S2, caùc ngaét ñieän khaùc cuõng töông töï ). b. Maïch taïo aùp chuaån hình sin duøng ROM vaø DAC (bieán ñoåi soá töông töï): Pha A ref DAC ROM Data Trong caùc sô ñoà SPWM ÑIEÀU KHIEÅN Pha B hay ñieàu khieån ngoû ra baùm ref DAC ÑIEÄN AÙP ROM Data theo hình sin chuaån duøng phaàn Pha C cöùng, haït nhaân cuûa maïch ñieàu ref DAC VFC ROM khieån laø boä taïo hình sin coù Data bieân ñoä vaø taàn soá ñieàu khieån V +V PC ref DAC ñöôïc. Vôùi sô ñoà SPWM, haït Uñk f ROM Data ñòa chæ nhaân naøy cuõng cho ra daïng soùng tam giaùc coù taàn soá laø boäi Hình IV.4.2: Maïch taïo aùp chuaån hình sin vaø soùng mang raêng cöa soá vaø ñoàng boä vôùi hình sin cho sô ñoà ñieàu cheá ñoä roäng xung hình sin (SPMW) chuaån. Ñieàu naøy seõ ñaûm baûo aùp ra gioáng nhau ôû caùc pha vaø loaïi boû khaû naêng coù soùng haøi ôû taàn soá thaáp Trang 20 Chuong 4.doc ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT IIA