Đồ án Thiết kế bộ biến tần nguồn áp ba pha để cung cấp cho động cơ điện xoay chiều rotor lồng sóc

Ngày nay với công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá trong các lĩnh vực sản xuất của nền kinh tế quốc dân, cơ khí hoá; tự động hoá các quá trình sản xuất đóng một vai trò hết sức quan trọng. Nó cho phép tăng năng suất lao động, nhằm tạo hiệu quả kinh tế cao nhất. Bước vào thế kỷ 20 chúng ta đã chứng kiến được những thay đổi lớn lao của nền văn minh nhân loại đem lại đó sự phát triển mạnh mẽ của các ngành điện tử, tự động hoá, tin học, cơ khí hoá cùng với việc phát minh ra các linh kiện bán dẫn ngày càng đáp ứng được các yêu cầu của hệ thống trở nên gọn nhẹ hơn, giá thành thấp hơn và có độ chính xác cao. Cho nên việc sử dụng quá trình tự động hoá trong quá trình sản xuất để đảm bảo chất lượng, tăng năng suất và giảm giá thành sản phẩm là một nhu cầu hết sức cần thiết. Sau 5 năm học và nghiên cứu ở trường với sự tận tình giảng dạy của các thầy cô giáo trong khoa KT&CN cùng với sự giúp đỡ của bạn bè và để đánh giá được kết quả của quá trình học tập. Trước khi ra trường em được giao làm đề tài tốt nghiệp : ” THIẾT KẾ BỘ BIẾN TẦN NGUỒN ÁP BA PHA ĐỂ CUNG CẤP CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU ROTOR LỒNG SÓC ”.Với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS-TS-VÕ QUANG LẠP cùng các thầy cô giáo trong khoa KT&CN và sự nỗ lực của bản thân. Đến nay em đã hoàn thành bản đồ án. Do kiến thức chuyên môn còn hạn chế, các tài liệu tham khảo có hạn nên đồ án không tránh khỏi những sai sót. Rất mong được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô giáo cùng các bạn để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn thầy VÕ QUANG LẠP, các thầy cô giáo trong khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ đã giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án đúng thời gian.

doc77 trang | Chia sẻ: ngtr9097 | Ngày: 17/05/2013 | Lượt xem: 1698 | Lượt tải: 11download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đồ án Thiết kế bộ biến tần nguồn áp ba pha để cung cấp cho động cơ điện xoay chiều rotor lồng sóc, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
MỤC LỤC Lời nói đầu 04 PHẦN I: THIẾT KẾ BỘ BIẾN TẦN 05 Chương 1: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC 06 1.1. Giới thiệu sơ đồ khối và chức năng, nhiệm vụ của các khối trong sơ đồ. 07 1.1.1. Giới thiệu và phân loại biến tần 07 1.1.1.1. Biến tần trực tiếp 08 1.1.1.2. Biến tần gián tiếp 07 1.2. Thiết kế mạch động lực bộ biến tần nguồn áp 09 1.2.1. Sơ đồ mạch động lực 09 1.2.2. Nguyên tắc khống chế bộ biến tần 10 1.3. Công thức tổng hợp điện áp 12 1.3.1. Điện áp pha của bộ nghịch lưu với các góc dẫn khác nhau 13 1.3.1.1. Góc dẫn của van y = 180o điện 13 1.3.1.2. Góc dẫn của van y = 150o điện. 17 1.3.1.3. Góc dẫn của van y = 120o điện 18 1.3.2 Mạch chuyển đổi 19 1.3.3. Nhận xét về phương pháp khống chế 22 1.4. Phương pháp khống chế điều chế độ rộng xung 23 1.5. Bộ nghịch lưu Tranzistor 27 1.5.1. Đặt vấn đề 27 1.5.2. Nghịch lưu áp 3 pha dùng Tranzistor 27 1.5.3. Tính chọn mạch động lực, các linh kiện trong mạch động lực 28 Chương 2: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN TẦN NGUỒN ÁP 3 PHA 29 2.1. Đặt vấn đề 31 2.2. Hệ thống nghịch lưu với điều khiển độ rộng xung 31 2.2.1. Khối tạo dao động 2.2.2. Bộ dịch pha số 2.2.3. Khối tạo sin 2.3. Tính chọn linh kiện mạch điều khiển 39 2.3.1. Khối dịch pha và chia pha 39 2.3.2. Khối tạo sin 39 2.3.3. Khối nhân tần 40 2.3.4. Khối phát sóng răng cưa 40 2.3.5. Khối so sánh và tạo xung 40 PHẦN II: ỨNG DỤNG BIẾN TẦN TRONG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTOR LỒNG SÓC-TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG. 41 Chương3 : ỨNG DỤNG BIẾN TẦN TRONG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ XOAY CHIỀU BA PHA ROTOR LỒNG SÓC 42 Xây dựng sơ đồ khối hệ biến tần động cơ không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc : 43 Đặt vấn đề : 43 Sơ đồ khối hệ điều chỉnh tốc độ bằng biến tần : 43 Xây dựng hệ điều khiển biến tần động cơ điện không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc 44 3.2.1 Điều khiển tần số trượt: 44 3.2.2 Điều khiển Vec tơ biến tần động cơ 3 pha 45 3.2.2.1. Mô tả động cơ KĐB 3 pha dưới dạng các đại lượng véctơ không gian 45 3.2.2.2. Quy đổi các đại lượng điện của động cơ không đồng bộ từ hệ véc tơ (a,b,c) về hệ tọa độ cố định trên Stato (a,b) 46 3.2.2.3. Quy đổi các đại lượng điện của động cơ không đồng bộ ba pha từ hệ tọa độ cố định trên Rotor (x,y) về hệ tọa độ cố định trên Stator (a,b). 49 3.2.2.4. Quy đổi các đại lượng điện của động cơ không đồng bộ ba pha từ hệ tọa độ cố định trên Stator (a,b) về hệ tọa độ cố định trên Rotor (d,q) 53 3.2.2.5. Cơ sở để định hướng từ thông trong hệ tọa độ tựa theo từ thông Rotor (d,q) 57 Chương 4: TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG VECTƠ- BIẾN TẦN VÀ ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU BA PHA ROTOR LỒNG SÓC. 60 4.1. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống truyền động điện điều khiển vectơ biến tần và động cơ không đồng bộ: 61 4.2. Tổng hợp bộ điều chỉnh dòng điện 62 4.3. Tổng hợp bộ điều chỉnh tốc độ 63 4.4.Tính toán gần đúng các thông số 65 4.4.1.Tính toán gần đúng các thông số cần tìm từ các thông số ghi trên nhãn động cơ 65 4.4.2 . Tính toán các thông số của bộ điều chỉnh dòng điện Ri(p) 68 4.4.3. Tính toán các thông số của bộ điều chỉnh tốc độ 69 4.5. Kiểm tra chất lượng điều khiển của bộ điều chỉnh tốc độ bằng công cụ Simulink của Matlab 71 4.5.1. Kết quả mô phỏng mạch vòng điều chỉnh tốc độ với bộ điều khiển P 71 4.5.2. Kết quả mô phỏng mạch vòng điều chỉnh tốc độ với bộ điều khiển PI 73 4.6. Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động biến tần nguồn áp,động cơ không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc 74 Kết luận 75 Tài liệu tham khảo 76 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay với công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá trong các lĩnh vực sản xuất của nền kinh tế quốc dân, cơ khí hoá; tự động hoá các quá trình sản xuất đóng một vai trò hết sức quan trọng. Nó cho phép tăng năng suất lao động, nhằm tạo hiệu quả kinh tế cao nhất. Bước vào thế kỷ 20 chúng ta đã chứng kiến được những thay đổi lớn lao của nền văn minh nhân loại đem lại đó sự phát triển mạnh mẽ của các ngành điện tử, tự động hoá, tin học, cơ khí hoá cùng với việc phát minh ra các linh kiện bán dẫn ngày càng đáp ứng được các yêu cầu của hệ thống trở nên gọn nhẹ hơn, giá thành thấp hơn và có độ chính xác cao. Cho nên việc sử dụng quá trình tự động hoá trong quá trình sản xuất để đảm bảo chất lượng, tăng năng suất và giảm giá thành sản phẩm là một nhu cầu hết sức cần thiết. Sau 5 năm học và nghiên cứu ở trường với sự tận tình giảng dạy của các thầy cô giáo trong khoa KT&CN cùng với sự giúp đỡ của bạn bè và để đánh giá được kết quả của quá trình học tập. Trước khi ra trường em được giao làm đề tài tốt nghiệp : ” THIẾT KẾ BỘ BIẾN TẦN NGUỒN ÁP BA PHA ĐỂ CUNG CẤP CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU ROTOR LỒNG SÓC ”.Với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS-TS-VÕ QUANG LẠP cùng các thầy cô giáo trong khoa KT&CN và sự nỗ lực của bản thân. Đến nay em đã hoàn thành bản đồ án. Do kiến thức chuyên môn còn hạn chế, các tài liệu tham khảo có hạn nên đồ án không tránh khỏi những sai sót. Rất mong được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô giáo cùng các bạn để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn thầy VÕ QUANG LẠP, các thầy cô giáo trong khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ đã giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án đúng thời gian. Thái Nguyên, ngày 25 tháng 5 năm 2009 SINH VIÊN THIẾT KẾ Phạm Văn Dũng PHẦN I: THIẾT KẾ BỘ BIẾN TẦN CHƯƠNG I: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC 1.1. Giới thiệu sơ đồ khối và chức năng, nhiệm vụ của các khối trong sơ đồ. 1.1.1. Giới thiệu và phân loại biến tần Biến tần là thiết bị biến đổi điện năng xoay chiều từ tần số này sang tần số khác. Biến tần được chia làm 2 nhóm: - Biến tần trực tiếp - Biến tần gián tiếp 1.1.1.1. Biến tần trực tiếp Hình 1.1.Sơ đồ cấu trúc biến tần trực tiếp Biến tần trực tiếp gồm 2 bộ chỉnh lưu mắc song song ngược, hình 1.2. Các bộ chỉnh lưu này có thể là sơ đồ 3 pha có điểm trung tính, hình 1.3. Sơ đồ cầu, hình 1.4 hoặc bộ chỉnh lưu nhiều pha. số pha của bộ chỉnh lưu càng lớn thì thành phần sóng điều hoà bậc cao càng giảm. A B C Zt f2 ,u2 f1 ,u1 Hình 1.2 Sơ đồ chỉnh lưu ba pha có điểm trung tính Hình 1.3. Sơ đồ chỉnh lưu cầu A B C T1 T3 T5 T7 T9 T11 T4 T6 T2 T10 T12 T8 f1,u1 f1,u1 Kết luận: Các bộ biến tần này có hiệu suất biến đổi năng lượng cao, vì điện áp vào chỉ qua một mạch van chuyển đổi là cho điện áp đầu ra với tần số khác. Tuy nhiên trong thực tế, mạch van khá phức tạp, số lượng van lớn, nhất là với mạch ba pha. Việc thay đổi tần số gặp nhiều khó khăn và phụ thuộc nhiều vào tần số điện áp vào f1. Phạm vi điều chỉnh tần số đầu ra bị hạn chế bởi tần số đầu vào: f2 f1, nhưng mức độ phức tạp tăng lên nhiều lần). 1.1.1.2. Biến tần gián tiếp (Có khâu trung gian 1 chiều) Chỉnh Lưu Mạch trung gian Biến Tần U2,f2 U1,f1 Hình 1.4. Sơ đồ cấu trúc biến tần gián tiếp Biến tần gián tiếp có sơ đồ cấu trúc như hình 1.4 Điện áp nguồn có tần số f1 được biến đổi thành điện áp một chiều nhờ mạch chỉnh lưu, qua mạch trung gian rồi biến trở lại thành điện áp xoay chiều với tần số f2. Hiệu suất của biến tần gián tiếp giảm đi: Song loại biến tần này cho phép thay đổi dễ dàng tần số điện áp đầu ra, sự điều chỉnh tần số f ở đầu ra độc lập hoàn toàn với tần số điện áp nguồn cung cấp. Dải điều chỉnh tần số f2 có thể thay đổi từ 0 đến giá trị bất kỳ, nếu các thông số của động cơ trong hệ truyền động cho phép. * Biến tần nguồn dòng: Là loại biến tần được xây dựng trên nguyên lý nghịch lưu dòng điện. Hình 1.5. Sơ đồ cấu trúc biến tần nguồn dòng Nguồn cung cấp cho nghịch lưu dòng là nguồn dòng điện một chiều ổn định, ví dụ như các máy phát nguồn dòng chiều hay các bộ chỉnh lưu lớn nối tiếp với cuộn kháng có điện cảm lớn ở đầu ra. * Biến tần nguồn áp: Là biến tần được xây dựng trên nguyên lý nghịch lưu điện áp. Nguồn cung cấp cho nghịch lưu áp là nguồn điện áp một chiều ổn định, ví dụ như các bộ pin, ắcquy có công suất lớn, các máy phát điện một chiều hay các bộ chỉnh lưu nối song song với tụ điện có dung lượng lớn ở các mạch trung gian. Hình 1.6. Sơ đồ cấu trúc biến tần nguồn áp 1.2. Thiết kế mạch động lực bộ biến tần nguồn áp 1.2.1. Sơ đồ mạch động lực Mạch động lực của biến tần nguồn áp ba pha gồm 6 Thyristor công suất T1 ¸ T6. Các van này có nhiệm vụ đóng hay cắt từng khoảng điện áp đặt trên tải. Các van được lựa chọn tuỳ thuộc vào công suất của phụ tải. Các Điốt D1 ¸ D6 là các Điốt công suất được nối ngược với các van Thyristor có tác dụng khép mạch dòng điện tải, trả phần năng lượng tích luỹ của tải về nguồn trong trường hợp tải có tính cảm. Khi các Thyristor ở trạng thái khóa thì dòng tải sẽ được duy trì qua các Điốt này. Nguồn cung cấp cho bộ nghịch lưu là nguồn áp có giá trị U ổn định, hoặc bộ nguồn có thể điều chỉnh được điện áp nhờ bộ chỉnh lưu có điều khiển. Sơ đồ nguyên lý khống chế bộ biến tần nguồn áp ba pha như hình 1.7 M N D4 D5 D1 T3 D3 T5 T6 D6 T2 D2 ZA ZC ZB T1 T4 Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý mạch động lực bộ biến tần 1.2.2. Nguyên tắc khống chế bộ biến tần Với đối tượng là các thiết bị điện sử dụng nguồn điện áp 3 pha xoay chiều, để tận dụng công suất nguồn chất lượng truyền động cũng như tuổi thọ thiết bị, điều mong muốn là dạng điện áp ra phải đạt được là nguồn điện áp ba pha đối xứng bằng bộ nghịch lưu từ nguồn áp một chiều ta xuất phát từ tính chất của nguồn điện xoay chiều ba pha. Sóng điện áp ba pha đối xứng vẽ trên hình 1.8 có một số tính chất sau: - Điện áp giữa các pha lệch nhau góc 120o điện. - Trong một chu kỳ điện áp pha (dây), cứ sau 1/2 chu kỳ điện áp đổi chiều một lần. - Tại mỗi thời điểm tổng điện áp các pha bằng 0. U Hình 1.8 Sóng điện áp ba pha đối xứng Theo định nghĩa điện áp dây là hiệu điện thế giữa hai dây pha, nếu ký hiệu điện áp dây là uab, ubc, uca thì ta có: uab = ua - ub ubc = ub - uc (1.2) uca = uc - ua (1.2) cho thấy: uab + ubc + uca = 0 - tức là điện áp dây 3 pha cũng đối xứng. Đây cũng là cách biểu diễn điện áp pha qua điện áp dây như sau: ua = (uab - uca) ub = (ubc - uab) (1.3) uc = (uca - ubc) Qua phân tích những tính chất của nguồn điện ba pha xoay chiều trên hình 1.8 và hình 1.7 ta có nguyên tắc khống chế các van như sau: - Ở 1 tần số cố định thì mỗi van có tính chu kỳ cố định. - Khoảng dẫn của mỗi van bằng nhau, khoảng dẫn lớn nhất của van là 180o điện. - Một chu kỳ điện áp ra cả 6 van lần lượt dẫn dòng nên góc mở của van kế tiếp chậm sau góc mở của van trước 60o điện, góc mở của van kế tiếp trong cùng một nhóm lần lượt cách nhau 120o điện. Góc mở giữa 2 van trong cùng pha lệch nhau 180o điện. Như vậy để điều khiển được 1 chu kỳ điện áp ra cần 6 xung để khống chế mạch lực. Việc tổng hợp điện áp đầu ra của bộ biến tần được xây dựng như sau: M N D4 D5 D1 T3 D3 T5 T6 D6 T2 D2 ZA ZC ZB T1 T4 Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý nghịch lưu áp ba pha 1.3. Công thức tổng hợp điện áp Gọi uAN, uBN, uCN là điện áp giữa các điểm A, B, C với điểm N. Từ nguyên tắc khống chế đã xét, người ta cho xung mở các van Tiristo theo thứ tự T1, T2, T3, T4, T5, T6, xung nọ cách xung kia 1/6 chu kỳ. Nhìn vào hình 1.9 ta thấy: uAN = u khi T1 mở; khi T4 mở, T1 khóa uAN = 0; khi cả hai van T1, T4 đều khóa thì điện áp u được đặt lên 2 van T1, T4 mắc nối tiếp nhau nên uAN = u. Tương tự như vậy: Khi T3(T5) mở thì uBN(uCN) = u và khi T6(T2) mở thì uBN(uCN) = 0, khi cả hai van T3, T6(T5, T2) cũng đóng thì uBN(uCN) = u. Xét điện áp giữa các điểm A, B, C: uAB = uAN - uBN (1.4) uBC = uBN - uCN (1.5) uCA = uCN - uAN (1.6) Đối với mạch điện tải ta có: uAB = uA - uB (1.7) uBC = uB - uC (1.8) uCA = uC - uA (1.9) Trong đó uA, uB, uC là điện áp pha tải. Nếu tải 3 pha đối xứng thì: uA + uB + uC = 0 (1.10) Từ các phương trình từ (1.4) đến (1.10) ta nhận được công thức điện áp pha được tổng hợp theo uAB, uBN, uCN. uA = (2uAB + uBN - uCN) (1.11) uB = (2uBN + uCN - uAN) (1.12) uC = (2uCN + uAN - uBN) (1.13) Các công thức tổng hợp điện áp (1.11), (1.12), (1.13) cho thấy điện áp pha tải phụ thuộc vào uAN, uBN, uCN mà các điện áp này lại phụ thuộc góc dẫn của các van T1 ¸ T6. Do đó, với mỗi khoảng dẫn của van sẽ cho giá trị điện áp pha khác nhau. Sau đây sẽ xét một vài trường hợp cụ thể. 1.3.1. Điện áp pha của bộ nghịch lưu với các góc dẫn khác nhau 1.3.1.1. Góc dẫn của van y = 180o điện Trong trường hợp này mỗi van trong sơ đồ dẫn dòng điện trong khoảng 180o điện. Giản đồ điện áp khống chế vẽ trên hình 1.10. Các sóng điện áp ra uA, uB, uC vẽ được nhờ công thức tổng hợp điện áp (1.11), (1.12), (1.13), và uAB nhờ (1.7). Dựa vào hình 1.10 ta tính được các thông số: - Trị số hiệu dụng điện áp dây: uAB = (1.14) = = 0,816.U - Trị hiệu dụng của điện áp pha UA = U = 0,47U (1.15) Hình 1.10.Giản đồ điện áp khống chế, góc dẫn Các điện áp uAB và uA là những hàm tuần hoàn chu kỳ T = 2p nên có thể khai triển các hàm này theo công thức khai triển Fourie. Do điện áp uAB và uA là những hàm lẻ nên: ao = an = .cosnq = 0 (1.16) Do đó: U (1.17) Vì thế khai triển Fourie của chúng chỉ gồm các sóng điều hoà hình sin. - Khai triển Fourie của điện áp dây uAB(wt) (1.18) Trong đó: bn = (1.19) Từ đó ta có: uAB(wt) (1.20) uAB(wt) (1.20) Với n nhận các giá trị lẻ: n = (1; 3; 5; 7; ... ) Giá trị hiệu dụng của thành phần sóng hai bậc n: (uAB)n (1.21) Khai triển Fourie của điện áp pha: uA(wt) (1.22) Trong đó: bn = (1.23) Từ đó ta có: uA(wt) (1.24) Giá trị hiệu dụng của thành phần sóng hài bậc n: (uA)n (1.25) Một số giá trị hiệu dụng của các thành phần sóng bậc cao được liệt kê trong bảng (1.1) Bảng 1-1. Giá trị hiệu dụng của một số sóng bậc cao ứng với góc dẫn y=180o n 1 2 3 4 5 6 0,778 0 -0,153 -0,115 0 0,071 0,45 0 0,09 0,055 0 0,041 1.3.1.2. Góc dẫn của van y = 150o điện. Hình 1.11.Giản đồ điện áp khống chế vẽ trên Góc dẫn của van y = 150o 1.3.1.3. Góc dẫn của van y = 120o điện Hình 1.12.Giản đồ điện áp khống chế vẽ trên Góc dẫn của van y = 120o 1.3.2. Mạch chuyển đổi Mạch chuyển đổi là tập hợp các phần tử ghép thành mạch để khóa van. Các loại mạch chuyển đổi - Mạch chuyển đổi riêng biệt - Mạch chuyển đổi phụ thuộc theo pha - Mạch chuyển đổi dùng cuộn kháng phân chia - Mạch chuyển đổi độc lập theo pha Trong đồ án này, tôi nghiên cứu mạch chuyển đổi độc lập theo pha hình 1.13. Mạch chuyển đổi độc lập theo pha Hình 1.13. Sơ đồ nguyên lý mạch động lực bộ nghịch lưu cầu nguồn áp ba pha chuyển đổi độc lập Sơ đồ nguyên lý của mạch vẽ trên hình 1.13. Ở mạch này để thực hiện việc chuyển đổi giữa các van, ngoài ra các tụ C1, C2, C3 các cuộn kháng L1, L2, L3 còn cần dùng hệ thống 6 Thyristor phụ T11¸T16. Nguyên lý làm việc: Giả thiết T1 đang dẫn dòng và ở giai đoạn trước T14 đang được mở, tụ C1 đã được nạp theo mạch vòng +U ® T1 ® L1 ® C1 ® T14 ® -U . Khi tụ C1 nạp đến giá trị điện áp Uc = Uo » 2U do tính chất mạch vòng dao động LC. Khi cần khóa T1, ta đưa xung vào mở T11 làm cho T11 mở, tụ C1 phóng điện theo mạch vòng +C ® L1 ® D1 ® T11 ® -C. Phương trình phóng điện của tụ: UC(t = 0) = L. (1.32) Các điều kiện đầu là: (t = 0) = 0 (t = 0) = UCo = L. (1.33) Với các điều kiện đầu (1.33) thì phương trình (1.32) có nghiệm là: = UCo.sinwot = ICm.sinwot (1.34) với wo = Nếu dòng điện tải tại thời điểm tới T11 là: i1 = I10 thì dòng điện chạy qua T1 là: Do dòng điện tăng theo quy luật hình sin, dòng tải được duy trì do tải có tính cảm nên dòng qua T1 giảm dần. Tải khi = 0 và T1 khóa. Điện áp ngược đặt lên T1 là điện áp rơi trên Điốt D1. Thời gian kể từ khi đưa xung tới T11 cho tới khi T1 khóa (it1 = 0) là thời gian Gọi thời gian khóa T1 là t1 thì: t1 = LC.arcsin (1.35) Trong đó: x = (1.36) Bắt đầu từ thời điển t1, dòng điện phóng của tụ điện qua Điốt D1 xác định: ID1 = IC - i1 = iC1 - I10 (1.37) Đến thời điểm t2, dòng điện phóng của tụ điện đạt giá trị cực đại, thời gian t2 được tính: t2 = LC (1.38) Lúc này, điện áp giảm về 0, nhờ tính chất của mạch dao động cộng hưởng mà tụ được nạp theo chiều ngược lại. Hình 1.14 minh hoạ quá trình diễn ra trong mạch. Đến thời điểm t3, dòng ic giảm xuống bằng giá trị dòng tải I10, dòng điện chạy qua D1, giảm về bằng 0. Nếu tải thuần trở thì tại thời điểm này sẽ cắt hoàn toàn dòng tải, còn nếu tải có tính cảm thì tại thời điểm này D1 ngừng dẫn, sức điện động tự cảm duy trì dòng tải sẽ khép mạch qua D4 trả phần năng lượng tích luỹ của tải về nguồn, do đó điện áp trên tụ C được nạp tới giá trị lớn hơn mức điện áp của mạch LC đơn giản. Sự chuyển mạch kết thúc khi dòng điện trên tải có xu hướng ngược chiều. T11 sẽ khóa ở thời điểm t3 và D1 khép mạch dòng điện tải. Hình 1.14. Quá trình chuyển mạch trong mạch chuyển đổi độc lập Các khoảng thời gian biểu diễn trên hình 1.18 được tính: t'0 = (1.39) t0 = = LC.g(x) (1.40) Sự ràng buộc của các giá trị L và C vào thông số nguồn và tải được biểu diễn: C = L = (1.41) Hình 1.15. Đồ thị thể hiện sự ràng buộc của các giá trị L và C vào thông số nguồn và tải Các quan hệ này được tính toán và thể hiện trên đồ thị hình 1.15 1.3.3. Nhận xét về phương pháp khống chế Các hình vẽ 1.10, hình 1.11, hình 1.12 cho thâyd dạng điện áp ra của bộ nghịch lưu áp 3 pha khi khống chế góc dẫn của van 180o , 150o và 120o độ điện. Do điện áp ra trên tải nhận được nhờ việc đóng cắt các van cho dạng điện áp là các xung vuông nên chúng có tính phi sin. Triển khai Furier điện áp, ngoài thành phần sóng hình sin cơ bản bậc 1 còn có các thành phần sóng hài bậc cao khác. - Xét về dạng sóng thì khi khống chế ở góc dẫn 150o điện, điện áp pha gần sin hơn cả, do đó với góc dẫn này nên nối tải hình Y. Đối với góc dẫn 120o điện, dạng điện áp dây trên tải gần sin hơn cả, do đó với góc dẫn này, nên nối tải theo hình D. - Xét về trị hiệu dụng của điện áp ra thì góc dẫn dòng của van càng lớn, trị hiệu dụng của điện áp càng lớn. Điều đáng quan tâm nhất của bộ nghịch lưu là điện áp ra càng gần sin, chứa ít thành phần sóng hài, đặc biệt làm sao hạn chế các thành phần sóng hài bậc thấp (bậc 3, bậc 5). Với phương pháp khống chế trên, tuy rằng hạn chế được thành phần bậc 3, song thành phần bậc 5, 7 ... còn lớn nên người ta đưa ra một số phương pháp khống chế khác để cải thiện dạng sóng. Một số phương pháp được sử dụng là bộ nghịch lưu sin và phương pháp băm điện áp (điều chế độ rộng xung). Tuy nhiên, hiện nay thì phương pháp băm xung điện áp được sử dụng phổ biến hơn do tính hiệu quả trong công việc. Sau đây sẽ nghiên cứu kỹ phương pháp này trong đồ án. 1.4. Phương pháp khống chế điều chế độ rộng xung Đây là phương pháp khống chế bộ nghịch lưu dựa trên nguyên tắc bộ băm điện áp: Điện áp ra trong một chu kỳ là một chuỗi xung điện áp hình chữ nhật có cùng biên độ nhưng độ rộng từng xung thay đổi và được quyết định bởi luật điều khiển góc mở a. Chu kỳ đóng mở van được thực hiện sao cho bề rộng xung là cực đại ở đỉnh. Hình vẽ 1.16 biểu diễn điện áp ra của bộ nghịch lưu điều chế độ rộng xung đơn cực. Để xác định các thời điểm mồi cần thiết tổng hợp đúng sóng theo phương pháp điều chế độ rộng xung đơn cực trong mạch điều khiển, người ta tạo ra một sóng hình sin chuẩn, mong muốn so sánh nó với 1 dãy xung tam giác. Giao điểm giữa hai sóng đó xác định các thời điểm mồi. Với phương pháp khống chế này có thể thay đổi biên độ điện áp ra bằng cách thay đổi biên độ sóng chuẩn hình sin. Hình 1.16. Điều chế độ rộng xung đơn cực Hình 1.17. Điều chế bằng cách thay đổi biên độ sóng chuẩn hình sin Hình 1.17 cho thấy phần sóng chuẩn hình sin nằm phía trên xung tam giác sẽ tương ứng cho xung ra có bề rộng b, giảm biên độ sóng sin đi một nửa xung ra có bề rộng c. Nếu coi gần đúng đoạn sóng sin đó như một đoạn thẳng thì c bằng nửa b. Điều đó ứng với biên độ sóng hình sin ra đã được giảm đi như mong muốn. Hình 1.18 . Điều chế độ rộng xung lưỡng cực Thay cho việc điều chế độ rộng xung đơn cực như đã mô tả trên, người ta cũng có thể điều khiển bộ nghịch lưu sao cho nguồn một chiều luôn được nối với tải để tránh điện áp có những khoảng bằng 0 tạo nên xung lưỡng cực. Phần điện áp ngược trong nửa chu kỳ điện áp đầu ra rất ngắn. Để xác định thời điểm mồi của