CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ KĐB VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN 1.2> CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KĐB: So với máy điện DC, việc điều khiển máy điện xoay chiều gặp rất nhiều khó khăn bởi vì các thông số của máy điện xoay chiều là các thông số biến đổi theo thời gian, cũng như bản chất phức tạp về mặt cấu trúc máy của động cơ điện xoay chiều so với máy điện một chiều. Các phương pháp điều khiển phổ biến: • Điều khiển điện áp stator • Điều khiển điện trở rôto • Điều khiển tần số • Điều khiển công suất trượt rôto 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƯƠNG 2:GIỚI THIỆU VỀ BIẾN TẦN NGUỒN ÁP ĐIỀU KHIỂN V/f=const CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ BIẾN TẦN NGUỒN ÁP ĐIỀU KHIỂN V/f=const 2.1> BIẾN TẦN NGUỒN ÁP: Được sử dụng hầu hết trong các biến tần hiện nay. Tốc độ của động cơ không đồng bộ tỉ lệ trực tiếp với tần số nguồn cung cấp. Do đó, nếu thay đổi tần số của nguồn cung cấp cho động cơ thì cũng sẽ thay đổi được tốc độ đồng bộ, và tương ứng là tốc độ của động cơ.
Tuy nhiên, nếu chỉ thay đổi tần số mà vẫn giữ nguyên biên độ nguồn áp cấp cho động cơ sẽ làm cho mạch từ của động cơ bị bão hòa. Điều này dẫn đến dòng từ hóa tăng, méo dạng điện áp và dòng điện cung cấp cho động cơ gây ra tổn hao lõi từ, tổn hao đồng trong dây quấn Stator. Ngược lại, nếu từ thông giảm dưới định mức sẽ làm giảm moment của động cơ. Vì vậy, khi giảm tần số nguồn cung cấp cho động cơ nhỏ hơn tần số định mức thường đi đôi với giảm điện áp cung cấp cho động cơ.
Và khi động cơ hoạt động với tần số định mức thì điện áp động cơ được giữ không đổi và bằng định mức do giới hạn của cách điện của Stator cũng như của điện áp nguồn cung cấp, moment của động cơ sẽ bị giảm.2> PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN V/f: 2.1) Phương pháp E/f Ta có công thức sau: f a= (2.1) fđm + Với f: tần số hoạt động của động cơ, + fđm: tần số định mức của động cơ. Giả sử động cơ hoạt động dưới tần số định mức (a<1). Từ thông động cơ được giữ ở giá trị không đổi. Do từ thông của động cơ phụ thuộc vào dòng từ hóa của động cơ, nên từ thông được giữ không đổi khi dòng từ hóa được giữ không đổi tại mọi điểm làm việc của động cơ.
Ta có phương trình tính dòng từ hóa tại điểm làm việc định mức như sau: Eđm 1 Im = .2) fđm 2πL m + Với Lm là điện cảm mạch từ hóa Tại tần số làm việc f: E 1 Im = .fđm 2πL m 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƯƠNG 2:GIỚI THIỆU VỀ BIẾN TẦN NGUỒN ÁP ĐIỀU KHIỂN V/f=const Từ 2 phương trình trên suy ra điều kiện để dòng điện từ hóa không đổi: E E E = Eđm ⇒ = đm = const a f fđm (2.4) Như vậy từ thông động cơ được giữ không đổi khi tỉ lệ E/f được giữ không đổi (E/f = const).2) Phương pháp V/f Tuy nhiên trong thực tế, việc giữ từ thông không đổi đòi hỏi mạch điều khiển rất phức tạp. Nếu bỏ qua sụt áp trên điện trở và điện kháng tản mạch stator, ta có thể xem như U ≈ E. Khi đó nguyên tắc điều khiển E/f=const được thay bằng phương pháp V/f=const. Trong phương pháp V/f=const (gọi ngắn là V/f), như đã trình bày ở trên thì tỉ số V/f được giữ không đổi và bằng giá trị tỉ số này ở định mức.
Ta có công thức moment định mức ứng với sơ đồ đơn giản của động cơ: ⎡ ⎤ ⎢ 2 R '2 ⎥ Vđm .5) ω đb ⎢ ⎛ 2 ⎥ ( ) ' ⎞ R 2 ⎢ ⎜ R 1 + 2 ⎟ + X1 + X 2 ⎥ ' ⎢ ⎜⎝ s ⎟⎠ ⎥ ⎣ ⎦ Và moment cực đại ở chế độ định mức: ⎡ 2 ⎤ 3 ⎢ Vđm ⎥ Mmax = .ωđb ⎢ ⎥ 2 ( ' 2 ⎢⎣ R 1 ± R 1 + X1 + X 2 ⎥⎦ ) Khi thay các giá trị định mức bằng giá trị đó nhân với tỉ số a (aωđm, aVđm, aX), Ta có được công thức moment của động cơ ở tần số f khác định mức: ⎡ ⎤ ⎢ R' ⎥ Vđm2 .7) ωđb ⎛ R1 R2 ⎞ 2 ( ) ' ⎢ ⎜ + ⎟ + X1 + X ' ⎥ 2 ⎢⎣ ⎝ a as ⎠ 2 ⎥⎦ Và moment cực đại ở tần số f khác định mức: 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƯƠNG 2:GIỚI THIỆU VỀ BIẾN TẦN NGUỒN ÁP ĐIỀU KHIỂN V/f=const ⎡ ⎤ ⎢ ⎥ 3 ⎢ Vđm2 ⎥ Mmax = .ωđb ⎢ 2 ⎥ R ⎢ 1 ± ⎢⎣ a ⎛ R1 ⎞ ⎜⎜ ( ) 2 ⎟⎟ + X1 + X '2 ⎥ ⎝ a ⎠ ⎥⎦ Dựa theo công thức trên ta thấy, các giá trị X1 và X2’ phụ thuộc vào tần số, trong khi R1 lại là hằng số. Như vậy, khi hoạt động ở tần số cao, giá trị (X1+X2’)>> R1/a, sụt áp trên R1 rất nhỏ nên giá trị E suy giảm rất ít dẫn đến từ thông được giữ gần như không đổi. Moment cực đại của động cơ gần như không đổi. Tuy nhiên, khi hoạt động ở tần số thấp thì giá trị điện trở R1/a sẽ tương đối lớn so với giá trị của (X1+X2’), dẫn đến sụt áp nhiều ở điện trở stator khi moment tải lớn.
Điều này làm cho E bị giảm và dẫn đến suy giảm từ thông và moment cực đại. Để bù lại sự suy giảm từ thông ở tần số thấp. Ta sẽ cung cấp thêm cho động cơ một điện áp Uo để cung cấp cho động cơ từ thông định mức khi f=0. Từ đó ta có quan hệ như sau: U=Uo+K.f Với K là một hằng số được chọn sao cho giá trị U cấp cho động cơ bằng Uđm tại f=fđm.
Khi a>1 (f>fđm), Điện áp được giữ không đổi và bằng định mức. Khi đó động cơ hoạt động ở chế độ suy giảm từ thông.1: đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa moment và điện áp theo tần số trong phương pháp điều khiển V/f=const.3> PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ SIN PWM: 2.1) Giới thiệu: Để tạo ra một điện áp xoay chiều bằng phương pháp SIN PWM, ta sử dụng một tín hiệu xung tam giác tần số cao đem so sánh với một điện áp sin chuẩn có tần 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƯƠNG 2:GIỚI THIỆU VỀ BIẾN TẦN NGUỒN ÁP ĐIỀU KHIỂN V/f=const số f. Nếu đem xung điều khiển này cấp cho một bộ biến tần một pha thì đó ngõ ra sẽ thu được một dạng điện áp dạng điều rộng xung có tần số bằng với tần số nguồn sin mẫu và biên độ hài bậc nhất phụ thuộc vào nguồn điện một chiếu cung cấp và tỉ số giữa biên độ sóng sin mẫu và sóng mang. Tần số sóng mang phải lớn hơn tần số của sóng sin mẫu.
Sau đây là hình vẽ miêu tả nguyên lý của phương pháp điều rộng sin một pha: Hình 2.2: nguyên lý của phương pháp điều rộng SIN một pha Khi: Vdc Vcontrol > Vtri thì VAO = (2.9) 2 V Vcontrol < Vtri thì VAO = − dc 2 Như vậy, để tạo ra nguồn điện 3 pha dạng điều rộng xung, ta cần có nguồn sin 3 pha mẫu và giãn đồ kích đóng của 3 pha sẽ được biểu diển như hình vẽ dưới đây: 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƯƠNG 2:GIỚI THIỆU VỀ BIẾN TẦN NGUỒN ÁP ĐIỀU KHIỂN V/f=const Hình 2.3: nguyên lý của phương pháp điều rộng SIN 3 pha và dạng sóng điện áp ngõ ra 2.2) Các công thức tính toán: Ta cần tính được biên độ hài bậc nhất của điện áp ngõ ra từ tỉ số biên độ giữa sóng mang và sóng tam giác Ta có công thức sau tính biến độ của hài bậc nhất: UDC USIN(1) = ma.10) Trong đó ma là tỉ số giữa biên độ sóng sin mẫu và biên độ sóng mang – còn gọi là tỉ số điều biên.11) Ucarry 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƯƠNG 2:GIỚI THIỆU VỀ BIẾN TẦN NGUỒN ÁP ĐIỀU KHIỂN V/f=const 2.3> PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ VECTOR KHÔNG GIAN ( SVM) 2.1) giới thiệu chung: Sau đây là sơ đồ nguyên lý của bộ biến tần sử dụng 6 khóa transitor công suất : S0 S2 S4 Hình 2.4: Sơ nguyên lý đồ bộ nghịch lưu 3 pha Đối với phương pháp điều rộng xung vector không gian, bộ nghịch lưu được xem như là một khối duy nhất với 8 trạng thái đóng ngắt riêng biệt từ 0 đến 7. 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƯƠNG 2:GIỚI THIỆU VỀ BIẾN TẦN NGUỒN ÁP ĐIỀU KHIỂN V/f=const Hình 2.5: Trạng thái đóng ngắt các khóa bộn nghịch lưu Bảng tóm tắt : Vector Trạng thái của các Điện áp pha Điện áp dây điện khóa áp Q1 Q3 Q5 Van Vbn Vcn Vab Vbc Vca V0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 V1 1 0 0 2/3 -1/3 -1/3 1 0 -1 V2 1 1 0 1/3 1/3 -2/3 0 1 -1 V3 0 1 0 -1/3 2/3 -1/3 -1 1 0 V4 0 1 1 -2/3 1/3 1/3 -1 0 1 V5 0 0 1 -1/3 -1/3 2/3 0 -1 1 V6 1 0 1 1/3 -2/3 1/3 1 -1 0 V7 1 1 1 0 0 0 0 0 0 Ghi chú: độ lớn điện áp phải nhân với VDC 2.2) Sơ đồ sắp xếp các vector V0 -> V7 trên trục Va; Vb; Vc Đối với nguồn áp ba pha cân bằng, ta luôn có phương trình sau: ua (t ) + ub (t ) + uc (t ) = 0 (2.12) Và bất kỳ ba hàm số nào thỏa mãn phương trình trên đều có thể chuyển sang hệ tọa độ 2 chiều vuông góc. Ta có thể biểu diễn phương trình trên dưới dạng 3 vector gồm: [ua 0 0]T trùng với trục x, vector [0 ub 0]T lệch một góc 120o và vector [0 0 uc]T lệch một góc 240o so với trục x như hình sau đây.6: Biễu diễn vector không gian trong hệ tọa độ x-y 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƯƠNG 2:GIỚI THIỆU VỀ BIẾN TẦN NGUỒN ÁP ĐIỀU KHIỂN V/f=const Từ đó ta xây dựng được phương trình của vector không gian trong hệ tọa độ phức như sau u (t ) = 2 ( ua + ub .13) + Ta xét trường hợp bộ nghịch lưu ở trạng thái đầu V1 : +VDC/2 +VDC/2 Ra S1 S3 S5 a b c N Rb Rc S0 S2 S4 -VDC/2 -VDC/2 Ra Rb Rc N Hình 2.