bài giảng điện tử công suất

Chuong 4.doc ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT IIA

CHÖÔNG 4 BOÄ NGUOÀN AC VAØ ÑIEÀU KHIEÅN ÑOÄNG CÔ AC

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 nghòch löu ñoäc laäp bieán ñoåi naêng löôïng tích tröõ trong accu thaønh ñieän xoay chieàu taàn soá löôùi cung caáp tieáp tuïc cho taûi. Do naêng löôïng tích tröõ cuûa accu raát höõu haïn, 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 lieäu vaø ñoùng windows). Coù leõ vì theá maø noù coøn coù teân laø boä löu ñieän.

NaïpAccu

Nghòch löu

LöôùiTaûi

Chuyeån maïch

Ñieàu khieån

Hình IV.0.1: Sô ñoà khoái boä nguoàn xoay chieàu khoâng giaùn ñoaïn

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


+ 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

Caáu taïo phöùc taïp, giaù thaønh cao

Hieäu suaát thaáp, suït toác theo taûi lôùn

Yeâu caàu baûo trì thöôøng xuyeân

Momen khôûi ñoäng, khaû naêng quaù taûi (momen) lôùn

Doøng khôûi ñoäng lôùn vaø khoâng theå khôõi ñoäng tröïc tieáp

Ñieàu khieån toác ñoä chaát löôïng cao baèng caùch thay ñoåi aùp phaàn öùng

Ñoäng cô KÑB

Caáu taïo ñôn giaûn, giaù thaønh haï

Hieäu suaát cao, suït toác theo taûi beù

Gaàn nhö khoâng phaûi baûo trì

Momen khôûi ñoäng, khaû naêng quaù taûi (momen) beù

Doøng khôûi ñoäng lôùn vaø cho pheùp khôõi ñoäng tröïc tieáp

Ñieàu khieån toác ñoä chaát löôïng cao baèng 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


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

hôû, coù toác ñoä laø 60o

fnp⋅

= , tính baèng voøng/phuùt (RPM) hay 2. .ow fπ= khi tính baèng rad/s, vôùi

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

coù thöù caáp quay. Khi rotor quay vôùi toác ñoä laø wr , noù coù ñoä tröôït so vôùi TTQ baèng o r

o

w wsw−

= vaø

taàn soá doøng ñieän rotor seõ baèng .r of s f= , 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:

X1, R1: ñieän khaùng taûn vaø ñieän trôû cuoän daây xtator.

Xu: ñieän khaùng töø hoùa; Ro: ñaëc tröng cho caùc toån hao trong maïch töø xtator.

X’2 vaø R’2: ñieän khaùng taûn vaø ñieän trôû cuoän daây rotor quy ñoåi veà xtator.

XTATOR

U skE

1:k

ROTOR

jXu

R2

R1jX1

Ro

jX2

E

Hình IV.1.1.(d)

Töø tröôøngquay

Rotor

worw

(c) (a) chính xaùc (b) gaàn ñuùng

ROTORqui ñoåi veàxtator

XTATORUU

jXnm

jXu

jX1

R'2/s

jXu

jX'2

R'2/s

R1

Ro

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:


doøng ñieän rotor quy ñoåi veà xtator: '2 2'

2 2nm

UIRX s

=⎛ ⎞+ ⎜ ⎟⎝ ⎠

<IV.1.1>

vôùi U: ñieän aùp pha vaø coâng suaát cung caáp cho rotor (coâng suaát ñieän töø) P2 hay Pñt

laø ( )' 2'2

23ñtRP Is

= <IV.1.2>.

Toån hao cuûa ñoäng cô, xem nhö chæ coù ôû ñieän trôû rotor , laø

( )2' '2 2 23. . . ñtP P R I s PΔ Δ = = <IV.1.3>

vaø coâng suaát cô nhaän ñöôïc treân truïc ñoäng cô laø: ( ). 1o ñt ñtP M P P s Pω= = − Δ = − <IV.1.4>

Töø ñoù coù theå suy ra bieåu thöùc cuûa momen :

2. t

t

t

MM sss s

=+

<IV.1.5> vôùi

Hình IV.1.2. Ñaëc tính cô ñoäng cô KÑB khi thay ñoåi aùp xtator vaø (a) laø ñaëc tính phuï taûi quaït gioù.

Mt laø momen tôùi haïn, 23.

2 .to nm

UMw x

= <IV.1.6>

xuaát hieän khi ñoä tröôït baèng giaù trò tôùi haïn '2

tnm

Rs sx

= = ± <IV.1.7>.

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 .ñt oP M w= vaø Momen tæ leä coâng suaát ñieän töø vaø toån hao rotor . . oP s M wΔ = <IV.1.8>.

Caùc nhaän xeùt:

- Khi ñoä tröôït s beù, momen M coù theå xem tæ leä vôùi ñoä tröôït vaø theo <IV.1.1>

'2 '2' 22 2

.

nm

U U sIRRX s

=⎛ ⎞+ ⎜ ⎟⎝ ⎠

vì khi s beù, '2

nmR Xs

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


phuï thuoäc phöông aùn ñieàu chænh toác ñoä. Ñeå giöõ toån hao ΔP khoâng ñoåi khi toác ñoä TTQ khoâng ñoåi,

töø <IV.1.8> suy ra momen taûi phaûi giaûm tæ leä nghòch vôùi ñoä tröôït: . o

PMswΔ

= . Phöông aùn naøy

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. . . . . .sin2 2r rm mM p I p Iψ ψ δ= × = <IV.1.18> trong ñoù:

p: soá ñoâi cöïc

^

mψ : vector töø thoâng xuyeân (moùc voøng) khe hôû xtator-rotor (cuõng chính laø TTQ)

^

rI : 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.

<IV.1.18> coù daïng quen thuoäc cuûa momen (hay) löïc ñieän töø, gioáng nhö bieåu thöùc momen cuûa ñoäng cô moät chieàu (coâng thöùc <3.1> 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:

ss s ss s

dv Ridtψ

= + <IV.1.19> trong ñoù chæ soá s döôùi ñeå cho bieát laø thoâng soá maïch xtator, chæ

soá s treân duøng ñeå nhaán maïnh laø ñang khaûo saùt ñoái vôùi heä toïa ñoä ñöùng yeân. , , s s ss s sv i ψ 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:

sas bs csas bs csX X U X U X U= + + <IV.1.20>

vôùi , ,as bs csU U U laø caùc vector cô heä ba pha (2 43 31, ,

j je e

π π

) .

Neáu heä truïc toïa ñoä quay vôùi toác ñoä ñoàng boä w, <IV.1.19> ñöôïc vieát laïi:

ss s s

dv Ridtψ ω ψ= + + × <IV.1.21> , tích vector sω ψ× laø söùc ñieän ñoäng sinh ra do söï quay

cuûa heä. Tính tích vector, ñoåi phöông trình <IV.1.21> sang heä toïa ñoä vuoâng goùc quay taàn soá w:


.

.

qsqs s qs ds

dsds s ds qs

dv R i w

dtdv R i wdt

ψψ

ψ ψ

= + +

= + − <IV.1.22>

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:

.

.

qrqr r qr dr

drdr r dr qr

dv R i w

dtdv R i wdt

ψψ

ψ ψ

= + +

= + − <IV.1.23>

Vì rotor quay toác ñoä wr neân ñoái vôùi heä truïc quay toác ñoä w, ta coù toác ñoä töông ñoái w – wr vaø <IV.1.23> phaûi boå sung thaønh:

( )

( )

qrqr r qr r dr

drdr r dr r qr

dv R i w w

dtdv R i w wdt

ψψ

ψ ψ

= + + −

= + − − <IV.1.24> .

<IV.1.23>, <IV.1.24> 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:

. ( )

. ( )

. ( )

. ( )

qs ls qs m qs qr

qr lr qr m qs qr

ds ls ds m ds dr

ds lr qr m ds dr

L i L i iL i L i iL i L i iL i L i i

ψ

ψ

ψψ

= + +

= + +

= + += + +

<IV.1.25>

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).


v v

ii

qs

qss s m r m

_ _ls lr r qr

qr

ψw. (w - w ).ψds drr

ψqsqrψm

(w - w ).

lrs mi

ψψ

w.

lss_

r

dr

ds

ψ

i

qs

dr_

qr

r

vm dr

ψ

r m

ds vds

Maïch töông ñöông truïc d

Maïch töông ñöông truïc q

R L = L L R

L

L = L L

L

L = L LL = L LR R

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:

. . . .. . . .

. ( ) . ( )( ) . ( ) .

qs s s s m m qs

ds s s s m m ds

qr m r m r r r r qr

dr r m m r r s s dr

v R s L w L s L w L iv w L R s L w L s L iv s L w w L R s L w w L iv w w L s L w w L R s L i

+⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥− + −⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥=⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥− + −⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥− − − − +⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦

<IV.1.26>

- Thaønh laäp bieåu thöùc momen: töø <IV.1.18>, ta ñoåi sang heä toïa ñoä (d,q):

*

3 ( . . )23 ( . . )23 3. ( . . ) . . .2 2

hay khi thay theá baèng caùc gía trò töông ñöôngdm qr qm dr

dm qs qm ds

m dr qs qr ds m s r

M p i i

M p i i

M p L i i i i p L i i

ψ ψ

ψ ψ

= −

= −

= − =

<IV.1.27>

*ri : vector lieân hôïp cuûa doøng rotor

Bieåu thöùc momen ñoäng cô M naøy vaøcuøng vôùi phöông trình caên baûn cuûa truyeàn ñoäng ñieän:

1m rc

dw dwM M J Jdt p dt

− = = <IV.1.28> trong ñoù chæ soá m ñöôïc theâm vaøo ñeå kyù hieäu

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 <IV.1.26> vaø maïch töông ñöông hình IV.1.3.


Khi ñoù, caùc ñaïi löôïng doøng aùp laø hình sin nhöng caùc bieåu thöùc momen <IV.1.27> seõ khoâng thay ñoåi khi vieát ôû toïa ñoä (α,β) coá ñònh (coâng thöùc Stanley). Hình IV.1.5 laø maïch töông ñöông moät pha cuûa ñoäng cô khi coù xeùt ñeán töø thoâng,

trong ñoù^

mV laø vec tô aùp pha coù suaát (bieân ñoä) :

^2 2

m s sV v vα β= + , ,s sv vα β laø caùc

ñieän aùp ôû heä truïc vuoâng coá ñònh.

Töø thoâng xuyeân (moùc voøng) hay

söùc ñieän ñoäng caûm öùng ^

rψ coù suaát (bieân ñoä) :

^2 2r rr α βψ ψ ψ= +

ls

v

s

Maïch töông ñöông truïc

Maïch töông ñöông truïc

rlri

ψ

i

- wm

r ψψ

α

β

α r

β r

rβsβ

β s

sβ

ψs

r

s

α

α

ψr

β

i

s

is

mψα

v

αlr

α

r

ls r r

w

L

LL RR

R RL

L

L

Hình IV.1.4 Maïch töông ñöông ôû heä truïc vuoâng goùc coá ñònh

Vm

rw.

lr r

ψlss

mr

r^

ψ^

^RL

L

LR

Vm ^

TH

w.

^

ψrr

TH

^V =TH

RL

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 , ^ ^

.TH rV wψ=

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


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 saùt nghòch löu, khi giaûm taàn soá laø caàn giöõ

Hình IV.1.3. So saùnh ñaëc tính cô hai phöông aùn ñieàu khieån 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


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.

o

oi

v

ABC

NK

CB

T2T1 T3

T4 T5 T6R

L

Hình IV.1.4.a: Bieán taàn tröïc tieáp, sô ñoà moät pha

NLNA3 3

Löôùi Taûi

NLND3 3

Löôùi Taûi

L

C

L

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 <IV.1.5> ñeán <IV.1.7> 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.


ÑIEÀU KHIEÅN- Haïn cheá doøng- Taøo haøm doác (RAMP) - Lieân ñoäng, ñieàu khieån logic vaønoái maïng

LÖÔÙI

khoái SCR

T1 T2

G

CONTACTOR (*)

CB

M

ÑOÄNG CÔ KÑB

CT

CONTACTOR (*)

Hình IV.2.1. Sô ñoà khoái boä soft start, trong ñoù caùc phaàn töû coù daáu (*) laø tuøy choïn, chæ duøng cho caùc heä thoáng ñaét tieàn.

Hình IV.2.2. Ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô ngaãu löïc (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 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 ra laø töø tröôøng quay nhö ñoäng cô KÑB.

- Phaàn thuï ñoäng (thöù caáp) cuõng laø nhöõng nhöõng khoái saét noái vôùi taûi vaø chuyeån ñoäng trong TTQ cuûa phaàn chuû ñoäng.

Ñoäng côsô caáp

Taûi

Khôùp chuû ñoäng Khôùp bò ñoäng

Cuoän daây kích töø

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


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 <IV.2.1> nhö ôû ñoäng cô KÑB.

M, w1 M, w2

PI

Maùy phaùttoác

Phaûn hoàitoác ñoä

Phaùtxung

Ñaëttoácñoä

Nguoàn

SCRDf

CKT

Hình IV.2.4. Sô ñoà ñoäng ly hôp tröôït vaø maïch ñieàu khieån

P1 P2

PΔ

Hình IV.2.5. Giaûn ñoà truyeàn naêng löôïng ly hôp tröôït

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:

U ≡ N.φ .f N: soá voøng daây, φ: töø thoâng , f: taàn soá

suy ra U / f = haèng soá ñeå töø thoâng φ khoâng ñoåi.

Thöïc teá, do suït aùp trong cuoän daây xtator coøn 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 treân hình IV.I.3 cuûa bieán taàn SYSDRIVE haûng OMRON). Cuõng gioáng nhö ñoäng cô DC, khi laøm vieäc vôùi töø thoâng khoâng ñoåi, ñaëc tính phuï taûi cuûa ñoäng cô seõ laø momen khoâng ñoåi vaø khi laøm vieäc vôùi taàn soá lôùn 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 cung caáp ñieän aùp laø moät haøm cuûa taàn soá ñöôïc goïi laø bieán taàn V/F.

f

U/Uñm

(a)

(b)

(c) (d)

Hình IV.3.1: Ñaëc tính U / f: theo lyù thuyeát (a) vaø thöïc teá (b). Ñaëc tính U / f khi caàn momen lôùn (c) hay nhoû (d).


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.

VCBA

S5S4

+

S3S1

S6

S2

_

D1 D2 D3

D6D5D4

Hình IV.3.2: Maïch ñoäng löc.

Daïng aùp daây vaø pha NL nguoàn aùp 6 naác.

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

lyù xeáp choàng töø toång trôû ñoäng cô (hình IV.1.1.b) ñoái vôùi haøi baäc n: ( )2'

2 2. .n nmn

RZ nw Ls

⎛ ⎞= + ⎜ ⎟

⎝ ⎠.

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, 1 0s s= trong khi so vôùi toác ñoä cuûa TTQ soùng haøi baäc cao coù taàn soá n laàn lôùn hôn, sn ≅ 1 vaø . .n nmZ nw L töø ñoù suy ra trò hieäu duïng soùng haøi baäc n:


2/Rn nmI I n , chæ soá “R “ duøng ñeå chæ giaù trò hieäu duïng, 1 /nm nmI V X= 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:

2

'2 23. . , 5,7,11,13...nm

nn

IP R nnΣ

⎛ ⎞Δ = =⎜ ⎟⎝ ⎠

∑ <IV.3.1>. Ta coù theå tính toång <IV.3.1> vaø khi giaû

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:

' 2 ' 22 2 13 0.0021 0.1 3 10%n nm RP R I R I PΣΔ = = Δi i i i i i i <IV.3.2>

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


ñieän aùp coù theå keát hôïp vôùi haïn cheá soùng haøi baäc cao.

Vref

Vo

Vc

7

3

2

4

6

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.

10.087793

0

ym

1280 m0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

0

2

4

6

8

10

12

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.


- Ñieàu khieån doøng ñieän hình sin. Vì haøm truyeàn doøng/aùp cuûa taûi RL laø maïch loïc thaáp qua, ta coù theå duøng maïch so saùnh coù treå (smit trigger) ñeå ñoùng ngaét nguoàn cung caáp ñoäng cô sao cho doøng qua noù coù daïng hình sin mong muoán. Trong hình IV.3.4.a, doøng ñieän mong muoán (Ñaët) ñöôïc so saùnh

+V

Ñaët

Phaûn hoài

SO SAÙNH SMITSO SAÙNH SMIT

Outpha A

Pha A

Q1

Q23 2

_V

Hình IV.3.4.a: Sô ñoà nguyeân lyù ñieàu khieån doøng ñieän hình sin

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 ñieåm cuûa chuùng laø maïch ñieàu khieån ñôn giaûn, taàn soá ñoùng ngaét beù nhöng vaãn coù keát quaû mong muoán.

Hình IV.3.4.b: Caùc daïng soùng ñieàu khieån doøng ñieän: iref : tín hieäu ñaët doøng; iO : phaûn hoài doøng vO : daïng aùp ra; v1 : haøi cô baûn cuûa ñieän aùp ra


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 laáy maãu thöù n ñöôïc tính theo (töø IV.3.5b):

Hình IV.3.5a: Nguyeân lyù ñieàu cheá theo maãu: thay theá hình sin baèng daïng naác thang

Hình IV.3.5b: Ñieàu cheá ñoái xöùng

Hình IV.3.5c: Ñieàu cheá khoâng ñoái xöùng

( )1( ) ; 2( ) 1( )2 2S C a

SC

T U u nT n T n T T nU

⎡ ⎤−= = −⎢ ⎥

⎣ ⎦ .2( ) sin( )a M

nu n UN

π=

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 sau (khi ñieàu khieån hoaøn toaøn):

Hình IV.3.6: Vector pha khoâng gian


* 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 1V , 2V , 3V , 4V , 5V , 6V 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 gian cuûa NL saùu naác thang (6 step)

Vd

S1 S2 S3

S5 S6S4

+

_

a b c

Traïng thaùi

Ngaét ñieän ñoùng

aùp pha taûi van

aùp pha taûi vbn

aùp pha taûi vcn

Vector khoâng gian

1 S1,S5,S6 2Vd/3 -Vd/3 -Vd/3 1V (1,0,0) 2 S1,S2,S6 Vd/3 Vd/3 -2Vd/3 2V (1,1,0) 3 S4,S2,S6 -Vd/3 2Vd/3 -Vd/3 3V (0,1,0) 4 S4,S2,S3 -2Vd/3 Vd/3 Vd/3 4V (0,1,1) 5 S4,S5,S3 -Vd/3 -Vd/3 2Vd/3 5V (0,0,1) 6 S1,S5,S3 Vd/3 -2Vd/3 Vd/3 6V (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 0 (0,0,0)V vaø 7 (1,1,1)V 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

Hình IV.3.8.a: Phaân tích aùp ra thaønh caùc thaønh phaàn khoâng gian

pha a

pha b

pha cTc Tc

Ts

tota tb2

to2

Vo VoV1 V1V2 V2V7 V7

S4 S4S1 S1 S1 S1 S1 S1

S2 S2 S2 S2S5 S5 S5 S5

S3 S3S6 S6 S6 S6 S6 S6

tatb2to to

2

Hình IV.3.8.b:

treân hình IV.3.8.a, vector ñieän aùp *V coù vò trí ωt = α ôû giöõa 1V vaø 2V (goùc 1/6 thöù 1) coù theå


phaân tích thaønh hai thaønh phaàn aV , bV naèm treân 1V vaø 2V vôùi:

3 3

3

*sin( ) sin*sin( ) sin

a

b

V VV V

π π

π

αα

− =

=

suy ra: 2

33

23

*.sin( )

*.sin( )

Va V

Vb V

π α

α

= −

=

Goïi TC laø chu kyø ñieàu cheá ñoä roäng xung, trong khoaûng thôøi gian naøy, trung bình aùp ra phaûi töông öùng vôùi aùp ñieàu khieån. Töø bieåu thöùc vector:

o

V3

V4

V2

V5 V6

V1

w t

α

Ts

cT

e

V*

Hình IV.3.8.c:

* 1 2a ba b

C C

t tV V V V VT T

= + = + vaø C O a bT t t t= + + ta suy ra:

aa C

Vt TV

= vaø bb C

Vt TV

= , thôøi gian coøn laïi - - O C a bt T t t= coù aùp ra baèng zero, coù theå

choïn 0 (0,0,0)V hay 7 (1,1,1)V , 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 C a bT t t> + , töông öùng *V naèm phía trong hình luïc giaùc ñeàu hình IV.3.6. Suy ra bieân ñoä aùp ñieàu khieån cöïc ñaïi V* :

2* .cos 0.5773 6 3

dd d

VV V Vπ= = = ; Vd: aùp caáp ñieän moät chieàu,

23 dV chính laø bieân ñoä cuûa aùp 6 naác thang ( 1V … 6V )

töông öùng vôùi chæ soá ñieàu cheá m giôùi haïn baèng: *

max2

1

0.577 0.907dGH

six step d

V VmV Vπ−

= = =

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.


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:

Vf

UñkS1

S2

. . .S3

S4

U?

CD4017

CLK14ENA13

RST15

CO 12

Q0 3Q1 2Q2 4Q3 7Q4 10Q5 1Q6 5Q7 6Q8 9Q9 11

1

23

4

56

Hình IV.4.1.a: Maïch taïo logic ba pha

Baøi taäp : Söû duïng caùc Set – Reset Flip Flop ñeå suy 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 duøng CD4017 treân.

CLK

Q0

Q1

Q2

Q3

Q4

Q5

S1

S2 Hình IV.4.1.b: Daïng soùng logic ba pha, 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):

Trong caùc sô ñoà SPWM hay ñieàu khieån ngoû ra baùm theo hình sin chuaån duøng phaàn cöùng, haït nhaân cuûa maïch ñieàu khieån laø boä taïo hình sin coù bieân ñoä vaø taàn soá ñieàu khieån ñöôïc. Vôùi sô ñoà SPWM, haït nhaân naøy cuõng cho ra daïng soùng tam giaùc coù taàn soá laø boäi soá vaø ñoàng boä vôùi hình sin chuaån.

Vf

UñkPC

ÑIEÀU KHIEÅNÑIEÄN AÙP ROM

ROM ref Data

ref Data

ref Data

DAC

DAC

DAC

DAC

ref Data

+V

ROM

ROM ñòa chæ

Pha A

Pha B

Pha CVFC

Hình IV.4.2: Maïch taïo aùp chuaån hình sin vaø soùng mang raêng cöa cho sô ñoà ñieàu cheá ñoä roäng xung hình sin (SPMW)

Ñieàu naøy seõ ñaûm baûo aùp ra gioáng nhau ôû caùc pha vaø loaïi boû khaû naêng coù soùng haøi ôû taàn soá thaáp


hôn taàn soá cô baûn .

Trong maïch taïo aùp chuaån hình sin duøng ROM vaø DAC, bieân ñoä hình sin chuaãn vaø caùc soùng tam giaùc ñöôïc laáy maãu (thöïc chaát laø tính toaùn) vaø chöùa trong ROM. Ñeå taùi hieän laïi caùc daïng soùng, caùc giaù trò naøy ñöôïc ñoïc laïi tuaàn töï vaø chuyeån ñoåi ra tín hieäu töông töï (analog) baèng DAC. Taàn soá taùi hieän (playback) f ñöôïc toång hôïp baèng boä bieán ñoåi ñieän aùp - taàn soá VFC töø aùp ñieàu khieån Uñk :

f = k .Uñk = N . fO <IV.4.1>, vôùi

k : heä soá tæ leä (Hz/ volt); fO : taàn soá ngoû ra mong muoán; N : soá maãu cuûa moät hình sin chuaãn. f chính laø taàn soá xung ñoàng hoà cuûa boä ñeám chöông trình PC cung caáp ñòa chæ cho ROM chöùa giaù trò boán daïng soùng: ba cho hình sin ba pha vaø moät cho soùng tam giaùc. Caùc DAC bieán ñoåi töø soá ra ñieän aùp, taïo ra caùc tín hieäu mong muoán. Ñeå thay ñoåi bieân ñoä caùc hình sin, DAC ñöôïc söû duïng laø loaïi nhaân vaø tín hieäu ñieàu khieån bieân ñoä ñöôïc ñöa vaøo chaân aùp chuaån REF cuûa noù.

Khoái ñieàu khieån ñieän aùp ÑKU coù theå ñôn giaûn thöïc hieän quan heä U / f = haèng soá, hay goàm caû vieäc buø giaûm toác theo taûi.

Vôùi sô ñoà hình IV.4.2 ta coù söï ñoàng boä giöõa caùc hình sin chuaãn 3 pha vaø soùng mang tam

600

300

2512.5 50

k = 24 k = 12

k = 6

f

fc

o

c c

Hình IV.4.3: quan heä taàn soá soùng mang fC vaø taàn soá ngoû ra fO

giaùc. Vì chæ coù moät soùng mang duøng cho ba pha hình sin, taàn soá soùng mang fC caàn laø boäi saùu cuûa taàn soá ngoû ra fO ñeå caùc daïng soùng ngoû ra gioáng nhau. Ñieàu naøy seõ khoâng thaät söï caàn thieát khi tæ soá fC / fO khaù lôùn (vaøi chuïc). Hình IV.4.3 laø moät ví duï minh hoïa qui luaät thay ñoåi fC theo fO (ñöôøng ñaäm treân hình) vôùi fCMAX = 600 Hz vaø fCMIN = 300 Hz. kC = fC / fO laø boäi soá ñieàu cheá. Khi taàn soá beù hôn 12.5 Hz ta khoâng caàn coù söï ñoàng boä giöõa hai tín hieäu. Moät khoù khaên khaùc phaùt sinh laø khi kC thay ñoåi, coù söï thay ñoåi khoâng lieân tuïc cuûa soùng haøi baäc 1 cuûa ñieän aùp ra.

c. Maïch ñieàu khieån nghòch löu duøng chöông trình ROM:

Vôùi nhaän xeùt traïng thaùi cuûa caùc ngaét ñieän baùn daãn trong boä nghòch löu ñieàu khieån ñoä roäng xung laø ñoùng hay ngaét moät caùch tuaàn töï coù chu kyø, khoâng thay ñoåi neáu daïng soùng ngoû ra khoâng ñoåi (nhö daïng soùng trieät tieâu caùc haøi choïn tröôùc ñaõ khaûo saùt); coù theå ghi traïng thaùi ñoùng ngaét sau

0 nN1 5 10

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Daïng soùng nghòch löu

noäi dung chöông trình ROM

xung thöù n

Hình IV.4.4.a: Daïng soùng nghòch löu theo thôøi gian vaø chöông trình ROM


caùc khoaûng thôøi gian baèng nhau cuûa caùc ngaét ñieän thaønh chöông trình cuûa boä nhôù chæ ñoïc ROM. Chöông trình naøy seõ ñöôïc truy xuaát tuaàn töï ñeå ñieàu khieån caùc ngaét ñieän cuûa boä nghòch löu, taïo ra daïng soùng mong muoán . Hình IV.4.4 trình baøy moät sô ñoà khoái thöïc hieän nguyeân lyù naøy. Ñieän aùp ñieàu khieån Uñaët ñöôïc bieán

Vf

Uñk

PC

ÑO TAÀN SOÁ

ROM Ñeán caùcngaét ñieän

2 : Ñòa chæ queùt trong chu kyø1 : Ñòa chæ choïn chu kyø

1

2

Ñoàng boäVFC

Hình IV.4.4.b: Maïch ñieàu khieån nghòch löu duøng chöông trình ROM

thaønh taàn soá qua boä bieán ñoåi ñieän aùp/taàn soá VFC, laøm xung nhòp cho boä ñeám chöông trình PC, laø boä phaän cung caáp ñòa chæ cho ROM. PC laø boä ñeám nhò phaân coù soá traïng thaùi baèng soá traïng thaùi taïo thaønh daïng soùng ñieàu khieån nghòch löu trong moât chu kyø aùp ra. Noäi dung cuûa ROM ñaõ ñöôïc tính toaùn sao cho ñaûm baûo aùp ra coù trò soá mong muoán (ñieàu khieån aùp) vaø soùng haøi baäc cao beù (haïn cheá haøi baäc cao). Khi thay ñoåi Uñaët ,taàn soá xung nhòp PC thay ñoåi vaø taàn soá ngoû ra ñöôïc ñöôïc thay ñoåi theo tæ leä.

Ñeå thay ñoåi daïng soùng ngoû ra theo taàn soá, ROM chöùa nhieàu daïng soùng öùng vôùi caùc taàn soá khaùc nhau vaø khoái ño taàn soá seõ thay ñoåi phaàn ñòa chæ do noù quaûn lyù ñeå chæ ñeán vuøng döõ lieäu töông öùng. Coù theå xem daïng soùng moät chu kyø ôû moät taàn soá laø moät trang vaø caùc traïng thaùi cuûa caùc ngaét ñieän trong moät daïng soùng laø nhöõng doøng trong moät trang. Vaäy PC cung caáp ñòa chæ caùc doøng vaø boä ño taàn soá cung caáp ñòa chæ trang. Tín hieäu ñoàng boä töø PC yeâu caàu boä ño taàn soá chæ ñöôïc pheùp thay ñoåi ngoû ra ôû ñaàu caùc trang ñeå traùnh nhöõng thay ñoåi daïng soùng khoâng kieåm soaùt.

Ví duï:

- Taàn soá ngoû ra nghòch löu fO thay ñoåi töø 1 .. 64 : Choïn moãi Hz laø moät daïng soùng, suy ra ROM coù 64 trang daïng soùng, ñiïa chæ trang goàm 6 bit. - Choïn moãi daïng soùng coù N = 255 traïng thaùi (choïn chia chaün cho 3) coù theå ñòa chæ hoùa baèng 8 bit. Vaäy PC laø boä ñeám nhò phaân 8 bit nhöng ñöôïc reset ôû traïng thaùi thöù 255 vaø ROM caàn 14 chaân ñòa chæ, töông öùng dung löôïng laø 128 Kbit hay 16 Kbyte. - Taàn soá xung nhòp cuûa PC laø N. fO = 255.fO , cöïc ñaïi baèng 255*64 = 16.32 kHz . - Coù theå söû duïng boä ñeám 6 bit ñeå laøm boä ño taàn soá, thôøi gian môû coång laø 64/16320 = 3.92 mili giaây ( ñeám ñöôïc 64 xung ôû taàn soá xung nhòp baèng 16.32 kHz). - Khi quy ñònh söï thay ñoåi cuûa bieân ñoä Uñaët vaø khoaûng taàn soá ngoû ra töông öùng, coù theå suy ra heä soá cuûa VFC.

Öu ñieåm cuûa phöông phaùp naøy laø coù theå ñieàu khieån ñieän aùp vaø haïn cheá soùng haøi baäc cao vôùi chaát löôïng khaù toát trong khi maïch xöû lyù raát ñôn giaûn. Nhöôïc ñieåm lôùn nhaát laø daïng soùng ôû moãi taàn soá laø ñaõ ñònh tröôùc, khoâng theå thay ñoåi theo ñieàu kieän thöïc teá ví duï nhö aùp löôùi giaûm so vôùi tính toaùn, hay caàn buø suït aùp theo taûi ... , soá daïng soùng laø höõu haïn.

2. Sô ñoà ñieàu khieån bieán taàn V/F:


a. Sô ñoà ñieàu khieån bieán taàn nguoàn aùp voøng hôû: Hình IV.4.5.

Heä thoáng raát ñôn giaûn, töø tín hieäu ñieàu khieån taàn soá, ta suy ra yeâu caàu ñieàu khieån ñieän aùp qua khaâu taïo haøm F/V. Töø hai tín hieäu naøy, ta ñieàu khieån hoaït ñoäng cuûa bieán taàn theo caùc sô ñoà moâ taû ôû caùc muïc treân. khi taàn soá laøm vieäc beù hôn taàn soá ñònh möùc cuûa ñoäng cô, nhö ñaõ khaûo saùt phaàn treân, ñoäng cô coù ñaëc tính phuï taûi laø momen khoâng ñoåi. Khi laøm vieäc ôû taàn soá lôùn hôn taàn soá ñònh möùc cuûa ñoäng cô ñieän aùp ñaët

++

Ñaët taànsoá f *

Buø suïttoác

ÑK taàn soá

ÑK ñieän aùp

Bieán taàn

Löôùi

Ñoäng cô

f

V

Hình IV.4.5: Ñieàu khieån bieán taàn nguoàn aùp voøng hôû vaøo ñoäng cô khoâng ñoåi suy ra töø thoâng ñoäng cô bò giaûm keùo theo söï giaûm cuûa momen, töông öùng vôùi cheá ñoä laøm vieäc coâng suaát khoâng ñoåi.Ñieàu khieån voøng hôû raát thoâng duïng ôû caùc boä bieán taàn chaát löôïng thaáp vaø trung bình, tuy nhieân chaát löôïng hoaït ñoäng cuûa heä thoáng truyeàn ñoäng ñaõ khaù toát vì suït toác tæ leä vôù ñoä tröôït s , khaù beù.

Coù theå thay ñoåi ñaëc tính boä taïo haøm F/V cho thích hôïp vôùi caùc taûi khaùc nhau. Moät ít phaûn hoài döông doøng (buø taûi – coøn goïi laø Load compensation hay Torque boost) ñuôïc söû duïng ñeå giaûm ñoä suït toác ñoä theo taûi. Maïch haïn cheá doøng cuõng raát caàn thieát ñeå haïn cheá söï coá khi coù caùc cheá ñoä laøm vieäc khoâng thích hôïp, ví duï nhö khi ñoä tröôït lôùn. Khi ñoù caû aùp vaø taàn ñeàu giaûm.

ÔÛ coâng suaát nhoû hôn vaøi traêm KW, Darlington transistor (tröôùc ñaây) hay IGBT luoân ñöôïc söû duïng cuøng vôùi ñieàu cheá ñoä roäng xung hình sin. Trong thôøi gian gaàn ñaây, caùc boä bieán taàn naøy ñöôïc ñieàu khieån baèng caùc vi ñieàu khieån coù boä ñieàu roäng xung vaø vieäc ñieàu cheá ñoä roäng xung hình sin thöïc hieän baèng chöông trình.

Khaùc vôùi nghòch löu nguoàn doøng, nghòch löu nguoàn aùp coù tính thuaän nghòch. Vôùi taûi ñoäng cô KÑB, khi laøm vieäc ôû toác ñoä cao hôn toác ñoä ñoàng boä (toác ñoä TTQ), cô naêng ñöôïc bieán ngöôïc thaønh ñieän naêng: ta coù maùy phaùt KÑB. Khi ñaàu vaøo bieán taàn laø chænh löu diod, ñieän naêng naøy seõ ñöôïc tích tröõ trong tuï ñieän loïc phía moät chieàu laøm ñieän aùp taêng leân. Ñeå nghòch löu ñöôïc pheùp laøm vieäc tieáp tuïc, ta phaûi ñoùng moät transistor ñeå tieâu hao chuùng treân ñieän trôû (hình 3.4 chöông 3) goïi laø maïch haõm ñoäng naêng, hay ta phaûi ngaét xung cung caáp cho boä nghòch löu vaø ñoäng cô quay töï do (stall). Tröôøng hôïp naøy xaûy ra khi giaûm taàn soá cung caáp ñoät ngoät hay laøm vieäc vôùi taûi theá naêng.

Moät soá tính naêng hay gaëp ôû caùc bieán taàn thöïc teá:

- Ñaët tröôùc thôøi gian vaø daïng cuûa quaù trình taêng toác (acceleration), giaûm toác (deceleration).

- Haõm ñoäng naêng (DC braking) ñoäng cô KÑB baèng ñieän moät chieàu: ñoäng cô KÑB thuôøng khoâng ñuû momen khi söû duïng vôùi bieán taàn V/F laøm vieäc ôû taàn soá döôùi 3 Hz. Ñeå haõm ñoäng cô khi muoán döøng chính xaùc, ngöôøi ta ñöa doøng moät chieàu vaøo cuoän daây xtator, rotor laø phaàn töû ñaãn ñieän khi di chuyeån trong töø tröôøng seõ coù doøng caûm öùng vaøtoån hao, töông öùng löïc haõm chuyeån ñoäng.

- Coù boä hieäu chænh PID duøng cho öùng duïng bieán taàn vaøo ñieàu khieån quaù trình, khaû naêng ñieàu khieån töø xa qua maïng RS485, nhôù vaø hieån thò loãi.

b. Sô ñoà ñieàu khieån bieán taàn nguoàn aùp coù phaûn hoài toác ñoä:


VÑK ñieän aùp

ÑK taàn soá

f

+

__

+

Ñaët w

Phaûn hoài w

ÑK w ÑK I

ÑK ngaét doøngPhaûn hoài doøng

Hình IV.4.6.a: Ñieàu khieån bieán taàn nguoàn aùp voøng kín vôùi voøng toác ñoä

Nhöôïc ñieåm quan troïng cuûa sô ñoà voøng hôû laø chaát löôïng truyeàn ñoäng khoâng cao, ngoaøi vieäc khoâng kieåm soaùt chính xaùc toác ñoä, aûnh höôûng suït aùp nguoàn vaø taûi thay ñoåi laøm aûnh höôûng ñeán töø thoâng vaø momen ñoäng cô. Ñeå caûi thieän, ngöôøi ta laép theâm maïch phaûn hoài toác ñoä.

- Trong sô ñoà ñaàu tieân sô ñoà ñieàu khieån coù voøng toác ñoä (hình IV.4.6.a), taàn soá ngoû ra ñöôïc ñieàu khieån baèng sai leäch toác ñoä, Boä hieäu chænh ÑK w coù daïng tích phaân tæ leä PI. Phaûn hoài aâm doøng ñöôïc ñöa vaøo ñeå baûo veä ñoäng cô vaø haïn cheá tröôøng hôïp khi khôûi ñoäng, sai leäch toác ñoä quaù lôùn coù theå laøm taàn soá, ñieän aùp taêng cao vaø keát quaû laø doøng ñieän qua ñoäng cô taêng nhöng momen vaãn beù vì ñoä tröôït lôùn.

- Vôùi sô ñoà hình IV.4.6.b, sai leäch toác ñoä sau khi xöû lyù ñöôïc xem laø ñoä tröôït s , coäng vôùi toác ñoä rotor ñeå taïo neân taàn soá ñaët cho BBÑ. Sô ñoà naøy cho pheùp ñieàu khieån toát hôn vì khi ñoù, ngoû ra cuûa boä ñieàu khieån toác ñoä ÑK w chính laø giaù trò momen ñoäng cô

Ñaët wrotor

_

+

Phaûn hoài wrotor

+

+ÑK s ÑK taàn soá

s

wr

ÑK s laø boä hieäu chænh PI coù baûo hoøa Hình IV.4.6.a: Ñieàu khieån bieán taàn nguoàn aùp voøng kín vôùi hieäu chænh ñoä tröôït s

caàn thieát (khi s beù momen tæ teä ñoä tröôït) phuø hôïp vôùi nguyeân lyù ñieàu khieån truyeàn ñoäng ñieän. Ngoaøi ra, ñoä tröôït coù theå ñöôïc giôùi haïn khi boä ñieàu khieån ÑK w coù daïng PI + khaâu baûo hoøa, traùnh tröôøng hôïp doøng taûi taêng nhöng momen beù (xaûy ra khi ñoä tröôït lôùn).

Ngoaøi haït nhaân ñieàu khieån, taát caû caùc bieán taàn ñeàu coù nhöõng ñaëc tính khaùc töông töï nhö ñieàu khieån voøng hôû ñaõ moâ taû treân.

Ngaøy nay, hai sô ñoà trong phaàn naøy ít thoâng duïng hôn vì khi caàn truyeàn ñoäng chaát löôïng cao, ngöôøi ta chuyeån sang duøng ñieàu khieån vector.

3. Bieán taàn ñieàu khieån töø thoâng vaø momen:

a. Bieán taàn ñieàu khieån ñieän aùp:

Töø moâ hình vector cuûa ñoäng cô KÑB, ta coù theå tính toaùn ñöôïc momen vaø töø thoâng cuûa ñoäng cô töø doøng vaø aùp cuûa ñoäng cô laøm cô sôû ñeå ñieàu khieån chính xaùc hôn. Voøng ñieåu khieån töø thoâng taùc ñoäng treân aùp ra cuûa nghòch löu vaø voøng toác ñoä – momen quyeát ñònh taàn soá ngoû ra. Hai voøng ñieàu khieån toác ñoä, momen ñaûm baûo chaát löôïng ñieàu khieån toát hôn caùc sô ñoà treân. Cuõng gioáng nhö hình IV.4.6.a, ngoû ra khoái ñieàu khieån toác ñoä laø ñoä tröôït, ñöôïc coäng vôùi toác ñoä rotor ñeå taïo ra taàn soá (toác ñoä) yeâu caàu.

Phöông aùn naøy khaéc phuïc nhöôïc ñieåm cuûa sô ñoà duøng khoái taïo haøm F / V laø khi ñieän aùp ngoû ra ñöôïc chænh voøng hôû theo taàn soá, ta khoâng xaùc ñònh ñöôïc chính xaùc töø thoâng, daãn ñeán baûo


hoøa hay thieáu – caû hai ñeàu laøm giaûm momen cuûa ñoäng cô. Tuy nhieân, nhö theo sô ñoà khoái ôû hình IV.4.7 ta caàn coù phaûn hoài doøng, aùp ba pha vaø khoái löôïng tính toaùn lôùn, daïng aùp ñieàu roäng xung phaûi qua loïc ñeå trích thaønh phaàn cô baûn. Moät phöông aùp khaùc laø ñaët caùc caûm bieán töø thoâng ôû khe hôû xtator – rotor: caûm bieán Hall hay cuoän daây. Caùch naøy laøm giaûm khoái löôïng tính toaùn nhöng caàn söû duïng ñoäng cô cheá taïo rieâng, laøm bieán taàn khoâng coøn tieän duïng.

ÑK taàn soá+

_

+

_Ñaët w

Phaûn hoài w

ÑK w ÑK M+

+M

+

_Ñaët töøthoâng

Töø thoângñoäng cô

ÑK Ψ ÑK ñieänaùp

Tính toaùnM,Ψ

Phaûn hoàidoøng 3 pha

Phaûn hoàiaùp 3 pha


M Hình IV.4.7: Ñieàu khieån bieán taàn coù phaûn hoài töø thoâng

b. Bieán taàn duøng nghòch löu ñieàu khieån doøng ñieän:

Sô ñoà ñieàu khieån doøng ñieän hình sin boä nghòch löu ñieän aùp (phaàn IV.3.4) ñöôïc öùng duïng raát hieäu quaû cho thuaät toaùn ñieàu khieån töø thoâng. Khi ñoù doøng xtator ba pha yeâu caàu, toång hôïp töø ngoû ra khoái ñieàu khieån töø thoâng vaø ñieàu khieån taàn soá cuûa sô ñoà hình IV.4.7, ñöôïc so saùnh vôùi doøng vaøo ñoäng cô baèng maïch so saùnh coù treå ñeå taùc ñoäng caùc ngaét ñieän laøm cho doøng xtator coù giaù trò mong muoán.

Boä toång hôïp doøng ñieän ba pha coù theå söû duïng sô ñoà IV.4.1b: duøng chöông trình ROM vaø boä bieán ñoåi D/A ñeå taïo ra doøng ba pha coù taàn soá mong muoán. Vieäc phaûn hoài töø thoâng seõ chænh bieân ñoä doøng ñieän ñaët sao cho töø thoâng ñoäng cô coù giaù trò mong muoán.

+ _

Ñaët töøthoâng

ÑKΨ


Boä nghòchlöu ñieän aùp

ÑK taàn soá

i

i

i

aref

bref

a

icref

ib

ic

VDC

+

+

+

_

_

_

Boä so saùnh coù treã

Boä toånghôïp doøngñieän hìnhsin ba pha

IsC

Hình IV.4.8: Bieán taàn duøng nghòch löu ñieàu khieån doøng ñieän

4. Bieán taàn ñieàu khieån vector töø thoâng:


Töø phöông trình <IV.1.18> ^ ^ ^ ^3 3. . . . . .sin

2 2r rm mM p I p Iψ ψ δ= × = cho thaáy momen ñoäng

cô KÑB cuõng döïa vaøo söï töông taùc giöõa doøng rotor Ir vaø töø tröôøng khe hôû ψm gioáng nhö ñoäng cô DC.

Neáu ôû ñoäng cô DC, ta luoân coù momen tæ leä vôùi doøng ñieän vì sin δ = 1 (doøng ñieän vaø töø tröôøng luoân thaúng goùc vôùi nhau) vaø töø thoâng khe hôû chæ phuï thuoäc vaøo doøng kích töø thì ôû ñoäng cô KÑB, caû töø tröôøng khe hôû vaø doøng caûm öùng ôû rotor ñeàu do aùp xtator taïo ra laøm ta khoâng theå ñieàu khieån momen ñoäng cô baèng caùch thay ñoåi ñoä lôùn vaø taàn soá ñieän aùp xtator. Ñaây laø nguyeân nhaân cuûa caùc nhöôïc ñieåm bieán taàn V/F ñaõ trình baøy ôû caùc phaàn treân.

Hình IV.4.9: Doøng ñieän qua thanh daãn phaàn öùng ñoäng cô DC luoân thaúng goùc töø tröôøng khe hôû (do cöïc töø taïo ra)

Moâ hình ñoäng cuûa ñoäng cô KÑB cho thaáy khaû naêng ñieàu khieån ñöôïc momen ñoäng cô

KÑB nhö ñoäng cô DC. Phöông trình momen <IV.1.27> vieát laïi 3 ( . . )2 dm qs qm dsM p i iψ ψ= − vôùi ψdm

vaøψqm laø thaønh phaàn dq cuûa töø thoâng moùc voøng cuûa khe hôû, ids vaø iqs laø thaønh phaàn dq cuûa doøng rotor trong heä toïa ñoä quay. Khi ta giöõ hai vector töø thoâng vaø doøng rotor luoân thaúng goùc, bieåu thöùc momen ñöôïc vieát laïi:

3 . .2 dm qsM p iψ= <IV.4.2>

Neáu ta giöõ töø thoâng coù bieân ñoä khoâng ñoåi, momen M trôû laïi tæ leä vôùi doøng nhö ôû ñoäng cô DC. Khi ta ñeå yù töø thoâng moùc voøng ψdm do thaønh phaàn ids taïo ra:

M =K’. ids.iqs <IV.4.3>

ids vaø iqs chính laø hai ngoû vaøo ñieàu khieån ñeå ta coù theå taïo ta momen coù giaù trò mong muoán ôû cheá ñoä toái öu. Löu yù ñaây laø hai ñaïi löôïng vector quay.

Hình IV.4.10: Söï töông ñoàng ñoäng cô moät chieàu kích töø ñoäc laäp vaø ñieàu khieån vector ñoäng cô KÑB

Maëc duø nguyeân lyù khaù ñôn giaûn, ñieàu khieån vector ñoøi hoûi coâng cuï tính toaùn maïnh (Vi xöû


lyù 16, 32 bit, DSP) beân caïnh heä thoáng ño tröïc tieáp hay giaùn tieáp töø thoâng khe hôû.

Nhö vaäy heä thoáng ñieàu khieån seõ coù ñöôïc hai voøng ñieàu khieån toác ñoä vaø momen nhö ñaõ khaûo saùt trong phaàn ñieàu khieån toïa ñoä, coù khaû naêng cung caáp chaát löôïng truyeàn ñoäng raát toát, ngay khi ôû taàn soá raát thaáp.

(a,b,c)q

Boä toång hôïp doøng ñieän hình sin ba pha

d (α,β)

~ i

M ~ i

β

i

w

α

Ψi

Boä nghòchlöu ñieän aùp

VDC

c

a

bi

i

i(d,q)

(α,β)

PWM

mΨ

e e

Caûm bieántöø thoâng

cos w t

chuaånvector cô heä

Ψ

α

β

sin w t

Ψ

Tính bieân ñoätöø thoâng| |

^

C

Hình IV.4.11: Nghòch löu vector töø thoâng loaïi tröïc tieáp

a. Sô ñoà ñieàu khieån tröïc tieáp: hình IV.4.11

Ñöôïc goïi laø tröïc tieáp vì heä thoáng caàn coù boä phaän ño tröïc tieáp töø thoâng khe hôû, ñaët vuoâng goùc 90O ñieän ñeå nhaän ñöôïc töø thoâng ôû heä truïc (α,β). Töø ñoù ta seõ bieát ñöôïc vò trí cuõng nhö toác ñoä cuûa vector töø tröôøng khe hôû. Söû duïng caùc pheùp bieán ñoåi vector töø toïa ñoä (d,q) sang (α,β) roài (a,b,c) ta coù ñöôïc doøng ba pha ia, ib, ic caàn thieát ñeå taïo ra momen M theo yeâu caàu cuûa boä ñieàu khieån vaø ñaûm baûo töø thoâng ñoäng cô ôû giaù trò ñònh möùc. Duøng moät boä ñieàu khieån doøng ñieän hình sin (muïc IV.3.4), ta taïo ra doøng ñieän ñoäng cô caàn thieát.

Sô ñoà ñieàu khieån naøy coù baát lôïi lôùn nhaát laø phaûi duøng ñoäng cô ñöôïc cheá taïo rieâng, gaén saün caûm bieán töø thoâng do ñoù ít ñöôïc phoå bieán duø ñaây laø phöông aùn chính xaùc nhaát veà nguyeân taéc.

b. Sô ñoà ñieàu khieån giaùn tieáp:

Cuøng nguyeân lyù ñieàu khieån vector töø thoâng nhöng ñeå tieän söû duïng vôùi ñoäng cô baát kyø, ngöôøi ta taän duïng khaû naêng tính toaùn cuûa caùc vi xöû lyù, ñeå tính ra caùc thaønh phaàn töø thoâng (d,q) töø doøng ñieän, ñieän aùp vaø caùc thoâng soá maïch ñieän cuûa ñoäng cô neân coøn goïi laø ñieàu khieån khoâng caàn caûm bieán töø thoâng (sensorless flux vector control). Heä thoáng nhö vaäy ngoaøi khaû naêng tính toaùn maïnh coøn phaûi giaûi quyeát hai baøi toaùn: ñieàu tra thoâng soá maïch ñieän cuûa ñoäng cô vaø söï thay ñoåi cuûa caùc thoâng soá naøy theo nhieät ñoä. Quy trình söû duïng moät bieán taàn vector nhö vaäy seõ coù böôùc ñeå bieán taàn ño thoâng soá

c

cva

va

iiTính toaùn

töø thoâng vaømomen

Hình IV.4.12: Nghòch löu vector töø thoâng loaïi giaùn tieáp

ñoäng cô (tuning) hay nhaäp caùc thoâng soá naøy tröôùc khi söû duïng (thöïc hieän moät laàn). Ñeå loaïi aûnh


höôûng cuûa nhieät ñoä treân caùc thoâng soá ñoäng cô, coù theå döï kieán moät heä soá hieäu chænh theo nhieät ñoä hay ño löôøng moät laàn nöõa (online tuning).

Caùc sô ñoà ñieàu khieån vector töø thoâng loaïi giaùn tieáp ñang ñöôïc öùng duïng roäng raõi vaø hieän nay vaãn ñöôc lieân tuïc caûi thieän ñeå naâng cao ñoä chính xaùc. Ngoaøi ra ñieàu khieån vector töø thoâng coøn coù theå keát hôïp vôùi nguyeân lyù ñieàu cheá ñoä roäng xung vector khoâng gian ñaõ giôùi thieäu oû phaàn treân.

Caùc bieán taàn chæ duøng ñieàu cheá ñoä roäng xung vector khoâng gian (SVPWM) cuõng ñöôïc goïi laø bieán taàn vector, nhöng neáu ñeå yù, ta seõ thaáy khoâng coù caùc töø khoùa töø thoâng (flux vector), ñieàu khieån momen tröïc tieáp (direct torque control), truyeàn ñoäng ñieän chaáp haønh (servo drive) vaø thöôøng khoâng coù phaûn hoài toác ñoä.

Hieän nay, caùc coâng ty kyõ thuaät ñieän lôùn ñeàu coù saûn xuaát caùc bieán taàn ñieàu cheá ñoä roäng xung vector khoâng gian cuøng vôùi thuaät toaùn ñieàu khieån vector töø thoâng ôû nhieàu möùc ñoä chính xaùc khaùc nhau. Moät caùch toång quaùt, caùc sô ñoà chaát löôïng cao ñeàu caàn coù phaûn hoài toác ñoä, qua maùy phaùt toác xung (pulse generator) coù chieàu (xung AB hay incremental pulse encoder).

Taøi lieäu tham khaøo veà SVPWM vaø ñieàu kheån vec tor töø thoâng:

1. Giaùo trình Ñieän töû Coâng suaát 1, TS Nguyeãn Vaên Nhôø, NXB Ñaïi hoïc Quoác gia TPHCM 2002.

2. ÑKTÑ TÑÑ Xoay chieàu Ba pha, TS Nguyeãn Phuøng Quang, NXB Giaùo duïc 1996

3. bpra073.pdf (Field Orientated Control of 3-Phase AC-Motors) cuûa haûng Texas Instrument.

IV.5 ÑIEÀU KHIEÅN ÑOÄNG CÔ MOÄT CHIEÀU KHOÂNG COÅ GOÙP:

Hình V.0.1: Sô ñoà heä thoáng truyeàn ñoäng ñaàu töø video, quay truïc chính ñiaõ cöùng, quaït laøm maùt CPU:


Rotor laø moät vaønh nam chaâm vónh cöûu bao quanh stator laø 3 cuoän daây. Ba caûm bieán Hall ñaët giöõa cac cuoän daây taïo tín hieäu ñoùng ngaét caàu nghòch löu 3 pha cung caáp ñieän cho cuoän daây theo vò trí rotor.

Cuøng vôùi söï phaùt trieån cuûa ÑTCS, ta coù söï xuaát hieän cuûa ñoäng cô moät chieàu khoâng coå goùp (Brushless DC motor). Ñoäng cô moät chieàu khoâng coå goùp laø moät toå hôïp ñoäng cô ñoàng boä 3 pha (rotor laø nam chaâm vónh cöûu hay nam chaâm ñieän ôû coâng suaát lôùn) laøm vieäc vôùi boä nghòch löu ñoùng ngaét theo vò trí cuûa rotor. Nhö vaäy boä nghòch löu laøm nhieäm vuï cuûa coå goùp ñoäng cô moät chieàu: noái nguoàn moät chieàu vaøo caùc cuoän daây ba pha (töông ñöông vôùi caùc cuoän daây phaàn öùng) khi rotor quay ñeán caùc vò trí xaùc ñònh nhö doøng ñieän moät chieàu chuyeån maïch qua heä thoáng coå goùp – choåi than. Hình V.0.1 laø moät ví duï veà ñoäng cô moät chieàu khoâng coå goùp.

Coù nhieàu daïng ñoäng cô moät chieàu khoâng coå goùp:

- Ñoäng cô chaáp haønh xoay chieàu (AC servo motor): coù coâng suaát nhoû ( < vaøi kW), kích töø baèng nam chaâm vónh cöûu cöïc maïnh ñeå taïo ra momen lôùn khi toác ñoä thay ñoåi trong phaïm vi roäng. Ñeå ñaït chaát löôïng cao, caùc nhaø saûn xuaát thöôøng saûn xuaát gheùp boä: ñoäng cô (AC servo motor) ñi keøm boä ñieàu khieån (servo driver).

- Ñoäng cô töø trôû ñoùng ngaét (Switched Reluctance Motor) coù coù rotor cöïc loài (laø khoái vaät lieäu saét töø coù phaân boá khoâng gioáng nhau theo 2 truïc d, q ) töông töï nhö ñoäng cô ñoàng boä loaïi töø trôû.

Hình V.0.2: Caáu taïo SR Motor.

- Ñoäng cô ñoàng boä kích töø nam chaâm vónh cöûu (Permanent Magnet Synchronous Motor – PM Motor) cheá taïo vôùi coâng suaát nhoû vaø trung bình ( < traêm kW) duøng cho taûi coâng nghieäp coù ñaëc ñieåm laø soá cöïc töø raát lôùn (2p = 16..24) neân toác ñoä laøm vieäc beù coù theå keùo tröïc tieáp taûi (gearless drive) ñieàu khieån baèng bieán taàn vaãn duøng cho ñoäng cô KÑB (vôùi söï thay ñoåi trong thuaät toaùn ñieàu khieån). PM Motor coù öu ñieåm lôùn nhaát laø hieäu suaát toång coäng raát cao, hôn 90%. Nhö vaäy coù theå noùi PM motor laø moät loaïi AC servo motor coâng suaát lôùn nhöng chöa ñaùp öùng ñöôïc yeâu caàu raát cao cuûa truyeàn ñoäng chaáp haønh.

- Ñoäng cô moät chieàu khoâng coå goùp coâng suaát raát lôùn (MW) truyeàn ñoäng cho taûi coâng nghieäp coù kích töø baèng doøng ñieän moät chieàu qua vaønh tröôït (nhö ñoäng cô ñoàng boä), duøng boä nghòch löu ba pha SCR chuyeån maïch nhôø vaøo söùc ñieän ñoäng caûm öùng ôû cuoän daây xtator (chuyeån maïch löôùi).


So saùnh truyeàn ñoäng duøng ñoäng cô DC khoâng coå goùp vaø caùc phöông aùn khaùc.

So saùnh truyeàn ñoäng duøng bieán taàn - ñoäng cô KÑB vaø duøng ñoäng cô DC khoâng coå goùp.


1. Nguyeân lyù hoaït ñoäng:

Hình V.1.1 beân moâ taû hoaït ñoäng cuûa ñoäng cô DC khoâng coå goùp. Rotor ñoäng cô laø nam chaâm vónh cöûu coù soá ñoâi cöïc baèng 1, stator coù 3 cuoän daây, keùo baèng 3 transisitor coâng suaát coù phaân cöïc duøng transistor quang. Transistor quang ñöôïc ñaët tröôùc moät diaõ chaén aùnh saùng noái cöùng truïc vôùi rotor. Khi transistor ñöôïc chieáu saùng, noù daãn ñieän laøm transistor coâng suaát baûo hoøa, ñoùng ñieän cho cuoän daây keùo rotor ñeán vò trí môùi gioáng nhö ñoäng cô böôùc. Vaäy ñiaõ chaén saùng phaûi ñöôïc khoeùt sao cho caùc transistor döôïc kích ôù vò trí taïo ra momen keùo lôn nhaát.

Trong thöïc teá, ba cuoän daây ñöôïc ñieàu khieån baèng sô ñoà nghòch

Hình V.1.1: Minh hoïa nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa ñoäng cô DC khoâng coå goùp.

löu ba pha, doøng qua cuoän daây ñaûo chieàu laøm taêng hieäu quaû söû duïng chuùng, caûm bieán Hall ñaët khoaûng giöõa cuoän daây cuûa hai pha thay cho caûm bieán quang nhö hình V.0.1 cung caáp tín hieäu vò trí rotor cho maïch ñieàu khieån. ÔÛ nhieàu sô ñoà, thay cho caûm bieán Hall laø caùc boä encoder quang hoïc cung caáp tín hieäu vò trí rotor cuøng vôùi maõ hoùa chuyeån ñoäng (toác ñoä, vò trí, chieàu). Vôùi caùch ñieàu khieån naøy, coù theå thaáy deã daøng laø töông quan giöõa doøng xtator vaø töø tröôøng rotor chæ phuï thuoäc vaøo bieân ñoä doøng ñieän vaø töø tröôøng naøy. Vì töø thoâng rotor ñöôïc giöõ khoâng ñoåi, momen ñoäng cô chæ phuï thuoäc vaøo doøng qua cuoän daây nhö ñoäng cô DC, vaø ta coù theå ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô thoâng qua bieân ñoä xung aùp hay doøng ñaët leân cuoän daây, ñoäng cô ñaït toác ñoä xaùc laäp khi momen cung caáp caân baèng vôùi momen taûi nhö nguyeân lyù caên baûn cuûa TÑÑ. Coù theå thaáykhi lyù luaän theâm laø maïch töông ñöông cuûa BBÑ + ÑC nhìn töø phía nguoàn moät chieàu cuõng gioáng ñoäng cô DC, nhaát laø khi soá cöïc töø taêng cao.

2. Sô ñoà ñieàu khieån:

Ñeå ñieàu khieån ñoäng cô moät chieàu khoâng coå goùp, caàn caùc boä phaän sau:

- Boä nghòch löu ba pha duøng transistor hay SCR ôû coâng suaát raát lôùn.

- Caûm bieán vò trí rotor (boä phaän naøy coù theå bò thay theá baèng vieäc quan saùt aùp (doøng) qua cuoän daây.

- Maïch phaùt xung, xöû lyù tín hieäu vò trí rotor ñeå ñieàu khieån boä nghòch löu.


Hình V.1.2: Hai chuoãi ñoùng ngaét coù theå duøng ñeå ñieàu khieån ñoäng cô. Moät chu trình ñoùng ngaét töông öùng moät voøng quayø khi ñoäng cô coù 2p = 2.

Coù hai thuaät toaùn coù theå duøng ñeå ñieàu khieån : goùc daãn 120O vaø 180O nhö treân hình V.1.2. Ñieàu khieån goùc daãn 120O coù theå aùp duïng cho nghòch löu nguoàn doøng duøng SCR, söû duïng söùc phaûn ñieän cuûa cuoän daây ñeå chuyeån maïch. Ñoù chính laø boä ñieàu khieån pha laøm vieäc ôû cheá ñoä nghòch löu vôùi aùp xoay chieàu laø söùc ñieän ñoäng cuûa cuoän daây ñoäng cô.

Coù hai daïng xung ñieàu khieån: xung vuoâng vaøhình sin (ñieàu cheá ñoä roäng). Xung vuoâng ñôn giaûn nhöng vieäc ñieàu cheá hình sin seõ cho ra chaát löôïng hoaït ñoäng cao hôn.

- Khoái ñieàu khieån doøng (aùp) phía moät chieàu laøm thay ñoài doøng qua cuoän daây ñeå thay ñoåi momen ñoäng cô. Ñaây chính laø khoái ñieàu khieån momen cuûa heä thoáng truyeàn ñoäng ñieän quen thuoäc neáu ñaàu vaøo coù phaûn hoài doøng. Ñieàu naøy coù theå khoâng caàn neáu ta khoâng coù yeâu caàu haïn cheá momen. Thöôøng heä thoáng luoân coù boä ñieàu khieån toác ñoä vaø vò trí laø hai voøng beân ngoaøi.

- Ñeå naâng cao chaát löôïng ñieàu khieån, ngöôøi ta söû duïng doøng ñieän hình sin vaø ñieàu khieån vector vì baûn chaát ñoäng cô vaãn laø ñoäng cô ñoàng boä.


PHUÏ LUÏC CHÖÔNG IV

IV.1: TÖØ TRÖÔØNG QUAY VAØ CAÙC PHEÙP BIEÁN ÑOÅI VECTOR

1. Töø tröôøng xtator vaø rotor cuûa ñoäng cô xoay chieàu;

Hình PL IV.1.1: Sô ñoà caùc cuoän daây ñoäng cô KÑB ba pha (a,b,c) vaø hai pha (α,β). Chæ soá s cho bieát laø thoâng soá xtator vaø r laø cuûa rotor. Hình PL IV.1 beân cho ta sô ñoà nguyeân lyù boá trí caùc cuoän daây xtator vaø rotor cuûa ñoäng cô khoâng ñoàng boä ba pha. Caùc cuoän daây boá trí leäch 2π/3 theo khoâng gian vaø coù caùc doøng ñieän leäch 2π/3 theo thôøi gian ñi qua. Rotor ñöôïc bieåu thò baèng 3 cuoän daây ngaén maïch, leäch goùc θ (ñieän) so vôùi cuoän daây xtator. Coù theå quan saùt ñöôïc laø taïi moãi ñieåm cuûa khe hôû, töø tröôøng thay ñoåi hình sin vaø taïi moãi thôøi ñieåm töø tröôøng khe hôû coù daïng hình sin. Ñaây chính laø moâ taû cuûa töø tröôøng quay (TTQ) xtator cuûa maùy ñieän ba pha. TTQ cuõng coù theå taïo ra baèng caùch cho moät töø tröôøng hình sin quay vôùi toác ñoä khoâng ñoåi nhö cuoän kích töø cuûa maùy phaùt ñoàng boä. Baèng toaùn hoïc ta coù theå thay

theá doøng qua caùc cuoän daây cuûa maùy ñieän baèng vector doøng ñieän khoâng gian ^I :

2 4^3 3

j j

a b cI i i e i eπ π

= + + döïa vaøo ñoù coù theå xaây döïng lyù thuyeát cuûa maùy ñieän toång quaùt vaø moâ hình vector cuûa ñoäng cô xoay chieàu .

2. Bieán ñoåi heä ba pha abc ra toïa ñoä vuoâng coá ñònh αβo (bieán ñoåi hay pheùp chieáu Clarke):

Heä ba pha va, vb, vc hình sin coù boá trí leäch 2π/3 trong khoâng gian coù theå bieåu dieãn baèng vector khoâng gian:

v

v

v

a

b

c

vα

βv

1

jej2π3

ej4π3

V^

2 4^3 3. .

j j

a b cV v v e v eπ π

= + + (2 43 31, ,

j je e

π π

laø caùc vector cô heä cuûa heä 3 pha).

Khi chieáu vector naøy leân heä toïa ñoä vuoâng goùc (1, j), ta coù ñöôïc caùc thaønh phaàn vα, vβ, vo .

Ñaây chính laø pheùp chieáu hay bieán ñoåi Clarke:


Hình PL IV.1.2: Bieán ñoåi Clarke vaø Clark _1 toång quaùt.

1 12 2

3 3 312 2 2 2

1 1 1 312 2 2 2 2

1 1 0 12 0 13

1

a a

b b

o c c o

v v v vv v v vv v v v

α α

β β

− −

− −−

−

⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥= =⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦⎣ ⎦ ⎣ ⎦

<IV.1.19>

Neáu heä ba pha khoâng coù thaønh phaàn zero: 12 ( ) 0o a b cv v v v= + + = , nhö thöôøng gaëp trong

thöïc teá, bieán ñoåi Clark trôû neân ñôn giaûn hôn: 2 1 13 3 3

1 13 3

a b c a

b c

v v v v vv v v

α

β−

= − − =

= + vaø bieán ñoåi ngöôïc

312 2

312 2

a b

c

v v v v v

v v vα α β

α β

= = − −

= − + <IV.1.20>

Bieán ñoåi Clarke xaùc nhaän laïi moät ñieàu caên baûn laø coù theå taïo TTQ töø moät heä hai pha vuoâng goùc 90O, nhö thöïc teá ñaõ coù caùc ñoäng cô hai pha.

3. Bieán ñoåi heä toïa ñoä vuoâng goùc coá ñònh (αβ) thaønh heä toïa ñoä vuoâng (dq) quay toác ñoä we (bieán ñoåi hay pheùp chieáu Park):

Sau khi giaûm moät thöù nguyeân, vieäc khaûo saùt caùc heä quay coøn gaëp moät khoù khaên: caùc ñaïi löôïng ôû heä toïa ñoä coá ñònh thay ñoåi hình sin, bieán ñoåi heä thoáng truïc toïa ñoä coá ñònh thaønh heä thoáng toïa ñoä quay vôùi toác ñoä goùc cuûa doøng ñieän coù theå giuùp ta giaûi quyeát vaán ñeà: bieán ñoåi Park.

qα

dv v

vβ V

j

^

1

v

w t

w

e

e

we

Hình PL IV.1.3: Bieán ñoåi Park vaø Park _1.

Khi choïn vò trí ñaàu cuûa heä truïc quay (dq) truøng vôùi heä coá ñònh (αβ), ta coù:

Pheùp bieán ñoåi Park thuaän:

cos sinsin cos

q e e

d e e

v v w t v w tv v w t v w t

α β

α β

= −

= + <IV.1.21.a>

Pheùp bieán ñoåi Park ngöôïc:

cos sin

sin cosq e d e

q e d e

v v w t v w tv v w t v w t

α

β

= +

= − + <IV.1.21.b>

ÖÙng duïng hai pheùp bieán ñoåi Clarke vaø Park vaøo heä ba pha cuûa aùp xtator ñoäng cô xoay chieàu, vôùi Vsm laø bieân ñoä aùp pha nguoàn (töø ñaây chæ soá s ñöôïc theâm vaøo ñeå chæ ñoái vôùi toïa ñoä tónh – ñöùng yeân):

cos

cos( 120 )

cos( 120 )

sa sm es ob sm es oc sm e

v V w tv V w tv V w t

=

= −

= +

=> ôû heä (αβ) cos

sin

ssm e

ssm e

v V w tv V w t

α

β

=

= − vaø ôû toïa ñoä quay (dq)

^

0q sm

d

v V Vv

= =

=

Sau hai pheùp bieán ñoåi naøy, vector khoâng gian ^V quay vôùi toác ñoä we cuûa heä ba pha boá trí

leäch 120O khoâng gian trôû neân coá ñònh ñoái vôùi heä quy chieáu vuoâng goùc quay cuøng toác ñoä. Ñieàu naøy hoaøn toaøn phuø hôïp vôùi thöïc teá : doøng ñieän 3 pha ñi qua 3 cuoän ñaây cuûa maùy ñieän xoay chieàu taïo neân TTQ coù bieân ñoä khoâng ñoåi vaø toác ñoä (ñieän) cuûa taàn soá goùc cuûa doøng ñieän. Neáu heä toïa ñoä quay cuøng toác ñoä, TTQ trôû neân khoâng ñoåi.


IV.2: BIEÁN TAÀN HOÏ FR - A500 CUÛA HAÕNG MITSUBISHI ELECTRIC:

Laø moät trong nhöõng hoï bieán taàn cao caáp cuûa haõng Mitsubishi Electric, hoï bieán taàn FR-A500 coù theå ñöôïc khaûo saùt nhö moät bieán taàn vector töø thoâng tieâu bieåu.

Coù caùc ñaëc ñieåm chính sau:

- Nguyeân taéc ñieàu khieån vector töø thoâng loaïi giaùn tieáp (khoâng coù caûm bieán töø thoâng) hay ñieän aùp/taàn soá (söû duïng khi truyeàn ñoäng cho nhieàu ñoäng cô). Coù theå taêng chaát löôïng ñieàu khieån chuyeån ñoäng khi duøng vôùi boä phaûn hoài toác ñoä (PLG card) vaø phaùt toác xung (incremental rotary encoder).

- Coù cheá ñoä hoïc thoâng soá ñoäng cô (parameter tuning) tröôùc khi laøm vieäc hay ngöôøi duøng cheùp hay nhaäp thoâng soá ñoäng cô, phuïc vuï cho vieäc ñieàu khieån vector töø thoâng ñoäng cô coù saün ôû thò tröôøng.

- Coù theå ñaët toác ñoä baèng nhieàu caùch: tröïc tieáp qua baøn phím (Programming Unit), bieán trôû, töø xa qua caùc ngoû vaøo logic, tín hieäu aùp, doøng 4 – 20mA, noái maïng RS485.

- Coù maïch haõm ñoäng naêng saün (coâng suaât beù hôn 7.5 Kw) hay noái ngoaøi cho pheùp coù momen haõm 100% ñònh möùc vaø heä soá tieáp ñieän (duty cycle hay ED%) ñeán 40%.

- Cho pheùp löu tröõ vaø chuyeån qua laïi hai boä thoâng soá hoaït ñoäng khaùc nhau töông öùng hai cheá ñoä hoaït ñoäng hay laøm vieäc vôùi hai ñoäng cô khaùc nhau.

- Coù boä PID cho ñieàu khieån quaù trình (phaûn hoài tín hieäu ñieän aùp), ví duï nhö ñieàu khieån möïc nöôùc maø bieán taàn seõ cung caáp ñieän cho ñoäng cô boâm.

Q7

U V W

RST

L

C

P1 P PXPR

R

Hình Phuï luïc IV.2.1: Maïch ñoäng löïc cuûa bieán taàn hoï FR-A500

1. Moâ taû caùc ñaàu daây:

R, S, T: Nguoàn vaøo. U, V, W: Ngoõ ra ñoäng cô. R1, S1: AÙp cung caáp cho maïch ñieàu khieån.

PC (hay SD): Ngoû noái nguoàn 24 V (hay 0 volt) ngoaøi khi duøng logic doøng vaøo bieán taàn (sink) hay logic doøng ra (source). Trong hình laø logic source, ngoû vaøo bieán taàn laø taùc ñoäng khi ñöôïc noái vôùi SD.

STF (STR): ngoû vaøo choïn chieàu quay thuaän (ngöôïc).

STOP: ngoû vaøo döøng (caám), bieán taàn seõ khoâng laøm vieäc duø coù ñuû caùc tín hieäu ñieàu khieån.

RH, RM, RL: ba ngoû vaøo taïo ra toå hôïp toác ñoä, coù theå ñònh nghóa laïi ngoû vaøo RT ñeå coù 15 toác ñoä ñaët tröôùc.

JOG, MRS, RES, AU, CS: Caùc ngoû vaøo ñieàu khieån khaùc.

10, 2, 5: ngoû vaøo tín hieäu ñieàu khieån analog.


Auxiliary input, Current input: Caùc ngoû vaøo tín hieäu ñieàu khieån analog, coù theå duøng cho phaûn hoài ñeå ñieàu khieån quùa trình.

P1, P: Ñaàu döông nguoàn moät chieàu, coù theå noái cuoän khaùng loïc ñeå taêng chaát löôïng hoaït

ñoäng: aùp ra phaúng hôn, doøng nguoàn ít haøi baäc cao hôn.

PX, PR: Ngoû ra noái ñieän trôû trong hay ngoaøi phuï thuoäc vaøo yeâu caàu haõm chuyeån ñoäng.

A, B, C: ngoû ra relay cuûa tín hieäu baûo veä.

RUN, SU, IPF, OL, FU, SE: Ngoû ra tín hieäu vaø baûo veä, coù theå choïn töø nhieàu baûo veä coù saün.


FM: Ngoû ra 0 – 1 mA ñeå chæ thò taàn soá (toác ñoä).

AM, 5: Ngoû ra laäp laïi cuûa tín hieäu ñieàu khieån analog (feed forward), duøng cho heä ñieàu khieån nhieàu ñoäng cô.

THOÂNG SOÁ KYÕ THUAÄT ÑÒNH MÖÙC: SERIES A540 (AÙP ÑÒNH MÖÙC 400 VAC)

Hình Phuï luïc IV.2.2: Ñaëc tính chính cuûa bieán taàn hoï FR-A500

CHUÙ THÍCH :

IP20: IP laø kyù hieäu cho bieát moâi tröôøng laøm vieäc. Soá ñaàu ñeå chæ khaû naêng choáng laïi vaät raén rôi vaøo, baèng 2 töông öùng vôùi khe thoâng gioù khoâng cho qua caùc vaät coù ñöôøng kính > 1.2 cm rôi vaøo. Soá keá ñeå chæ khaû naêng choáng nöôùc, baèng 0 töông öùng vôùi khoâng coù baûo veä choáng nöôùc rôi vaøo.

Self cooling: thieát bò chæ laøm maùt baèng ñoái löu khoâng khí qua caùc khe thoâng gioù.

Force cooling: thieát bò coù quaït laøm maùt.

Power facility capacity: Coâng suaát bieåu kieán caàn thieát cuûa nguoàn ñieän (kVA laép ñaët) ñeå coù theå khai thaùc heát khaû naêng cuûa thieát bò.

bài giảng điện tử công suất

Documents