Giáo trình hướng dẫn sử dụng phương pháp điểu khiển tốc độ động cơ điện xoay chiều bằng biến tần p4

Tham khảo tài liệu giáo trình hướng dẫn sử dụng phương pháp điểu khiển tốc độ động cơ điện xoay chiều bằng biến tần p4, khoa học tự nhiên, vật lý phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình hướng dẫn sử dụng phương pháp điểu khiển tốc độ động cơ điện xoay chiều bằng biến tần p4 Hình 2.4 Điện áp tải (u), dòng điện tải (i) và dòng nguồn(is) Hoạt động của sơ đồ Giả thiết T2 và T4 đang cho dòng chảy qua ( dòng tải đi từ B đến A). Khi t = 0, cho xung điều khiển mở T1 và T3 , T2 và T4 bị khoá lại (do thiết bị chuyển mạch thực hiện). Dòng tải i = - Im không thể đảo chiều một cách đột ngột. Nó tiếp tục chảy theo chiều cũ nhưng theo mạch: D5 → E→ D7 → Z → D5 và suy giảm dần. D5 và D7 dẫn dòng khiến T1và T3 vừa kịp mở đã bị khoá lại. Điện áp trên tải là U = E. Khi t = t1, i = 0, D1 và D3 bị khoá lại, T1 và T3 sẽ mở lại nếu còn xung điều khiển tác động ở các cực điều khiển của T1 và T3, dòng tải i > 0 và tăng trưởng, chảy theo chiều từ A đến B. Giai đoạn từ t = 0 đến t1 là giai đoạn hoàn năng lượng. Khi t = T/2, cho xung điều khiển mở T2 và T4, T1 và T3 bị khoá lại. Dòng tải i chạy qua D6 và D8 khiến cho T2 và T4 vừa kịp mở đã khoá lại. Khi t = t3, i = 0, T2 và T4 sẽ mở lại, i < 0, chảy theo chiều từ B đến A, … Dòng tải i biến thiên theo theo quy luật hàm mũ giữa hai giá trị Im và - Im. Biểu thức của dòng tải i 28 Khi bắt đầu cho xung mở T1 và T3, ta có phương trình: Ldi/dt + Ri = E , (2.7) di/dt + ai = a E/R Dưới dạng toán tử Laplace, ta có: pI(p) – i(0) + aI(p) = aE/Rp trong đó sơ kiện i(0) = - Im và a = R/L. Do đó ( ) E i = 1−e−at − Ime−at (2.8) R Tương tự như vậy, khi cho xung mở T2 và T4 ta có phương trình: - Ldi/td – Ri = E E ⎡ -a ( t-T/2 ) ⎤ -a ( t-T/2 ) ⎢1- e ⎥ + Im e Và i= (2.9) R⎣ ⎦ Dòng nguồn Chúng ta quy ước: is > 0 khi nguồn nuôi cung cấp năng lượng cho tải, tức là khi các transitor dẫn dòng; is < 0 khi tải trả năng lượng về nguồn nuôi, tức là các điot dẫn dòng. Dòng điện is là dòng điện xoay chiều dạng răng cưa. Chất lượng điện áp tải và dòng tải Điện áp tải có dạng “sin chữ nhật”, đối xứng. Nó là một hàm lẻ, chu kỳ. Triển khai Fourier của nó gồm các số hạng sóng sin: 4E 1 1 (sinωt + sin3ωt + sin5ωt+ …) u= (2.10) π 3 5 Biên độ của số hạng thứ 10 bằng 5,2% biên độ số hạng thứ nhất. Mạch tải là động cơ nên gồm có thành phần R và L. Tổng trở của mạch tải liên quan đến bậc của sóng hài như sau: Zn = R 2 + ( nωL ) 2 29 Trong đó n = 1, 3, 5, 7… Vì Z5 > Z3 > Z1 nên biên độ sóng hài của dòng tải giảm nhanh so với sự suy giảm của biên độ sóng hài điện áp tải. Biên độ của số hạng thứ 3 của dòng tải chỉ còn bằng 5,4% biên độ của số hạng thứ nhất của nó. Như vậy đối với tải cảm kháng, ta chỉ cần lấy 3 số hạng đầu trong khai triển Fourier của điện áp tải để tính toán cũng khá chính xác. Sơ đồ điều biến độ rộng xung PMW (Pluse Width Modulation) Thiết bị biến tần trình bày ở trên chỉ tạo ra được dạng điện áp xoay chiều chữ nhật, hoặc gần chữ nhật, chứa nhiều sóng hài. Muốn giảm nhỏ ảnh hưởng của sóng hài, người ta dùng các bộ lọc, và như vậy, trọng lượng và giá thành của thiết bị biến tần sẽ cao. Điều mong muốn là làm thế nào để vừa điều chỉnh được điện áp mà vẫn giảm nhỏ được ảnh hưởng của các sóng hài bậc thấp. Biện pháp điều biến độ rộng xung đáp ứng yêu cầu trên. Nội dung chính của biện pháp này như sau: - Tạo một sóng dạng sin, ur, ta gọi là sóng điều biến, có tần số bằng tần số mong muốn. - Tạo một sóng dạng tam giác, biên độ cố định, up, ta gọi là sóng mang, có tần số lớn hơn nhiều (thường là bội ba) tần số sóng điều biến. - Dùng một khâu so sánh ur và up. Các giao điểm của hai sóng này xác định khoảng phát xung điều khiển mở transitor công suất. Người ta chia điều biến độ rộng xung thành hai loại: - Điều biến độ rộng xung đơn cực: điện áp ra trên tải là một chuỗi xung, độ rộng khác nhau, có trị số 0 và ± E. - Điều biến độ rộng xung lưỡng cực: điện áp ra trên tải là một chuỗi xung, độ rộng khác nhau, có trị số ± E. Tỉ số giữa biên độ sóng điều biến và biên độ sóng mang, ký hiệu là M, được gọi là tỉ số điều biến, M = Ar + Ap . Điều chỉnh Ar cũng chính là điều chỉnh độ rộng xung. 30 Vì biên độ xung ra ...