gocuongphat
23-04-2013, 10:54 AM
Biến tần (theo cách gọi của người Việt nam) cổ điển là bộ nghịch lưu dùng để truyền động động cơ không đồng bộ (3 pha). Vì công suất của động cơ 3 pha thường đủ lớn để gọi là công suất lớn trong điện tử công suất, do đó nguồn cung cấp cho biến tần thường được lấy từ lưới điện (1 pha hay 3 pha). Do đó, biến tần thực tế gồm một bộ chỉnh lưu để tạo điện áp nguồn DC (http://tudiencongnghe.com/Special:Search/DC) cho bộ nghịch lưu, có nhiệm vụ tạo ra hệ dòng điện 3 pha có tần số và độ lớn thay đổi được (như vậy sẽ giúp điều khiển được tốc độ và mômen của động cơ).
Với nguyên lý chính thông qua 2 giai đoạn biến đổi: AC (http://tudiencongnghe.com/Special:Search/AC)-DC và DC-AC, các biến tần cổ điển thường sử dụng tụ DC-link lớn. Các bạn, nếu có dịp, cứ nhìn vào ruột của các biến tần cổ điển sẽ thấy rất nhiều tụ điện giải (electrolytic) kích thước khá lớn.
Tùy theo tầng nghịch lưu yêu cầu nguồn dòng hay nguồn áp mà bộ chỉnh lưu sẽ tạo ra dòng điện hay điện áp tương đối ổn định. Những vấn đề chính cần giải quyết đối với bộ chỉnh lưu là cách thức điều chỉnh công suất đầu ra, hệ số công suất ở đầu vào, độ méo dạng sóng đầu vào.
Bộ nghịch lưu có thể ở dạng nguồn dòng (CSI) hay nguồn áp (VSI), tuy nhiên hiện nay phổ biến là loại bộ nghịch lưu nguồn áp. Những vấn đề chính cần giải quyết là cách thức điều chỉnh tần số và điện áp ngõ ra (tôi đang nói đến VSI), cách giảm tổn thất chuyển mạch để nâng cao hiệu suất, cũng như nâng cao tần số chuyển mạch để giảm kích thước của bộ biến đổi.
Tôi sẽ nói chi tiết hơn ở từng phần, ở đây chỉ cung cấp một cái nhìn tổng quát về biến tần cổ điển.
ề sơ đồ khối thì có thể thấy qua mạch mô phỏng mà bạn ToanThang88 đã đưa lên ở post #3. Chúng ta có khối chỉnh lưu, mạch lọc LC (với cuộn cảm L và tụ C khá lớn), và khối nghịch lưu.
Chúng ta dùng biến tần để điều khiển tốc độ và mômen của động cơ, vậy đây chắc chắn là bài toán điều khiển. Trong bài toán điều khiển, chúng ta phải nắm rõ đối tượng được điều khiển thì điều khiển mới có hiệu quả (tôi không dám nói đến các lý thuyết điều khiển mờ, điều khiển thích nghi, hay điều khiển dự đoán, và một mớ lý thuyết điều khiển mà không cần biết đối tượng điều khiển là cái gì). Với tôi thì phải nắm rõ đối tượng cần điều khiển thì mới điều khiển tốt. Dù sao thì chúng ta cũng đang nói về biến tần kinh điển, lúc đó làm gì có mấy cái lý thuyết điều khiển cao siêu kia.
Trở lại vấn đề của chúng ta, cần nắm rõ đối tượng điều khiển, tức là cái động cơ đang được điều chỉnh tốc độ và mômen kia. Nó là một thiết bị điện cơ, nhưng chúng ta chỉ mô phỏng và tính toán trên mạch điện, vậy mạch điện này phải có một phần thể hiện ít nhất là công suất cơ của động cơ chứ.
Bản thân động cơ phản ứng ra sao khi chúng ta đặt một điện áp xung tần số tương đối cao (so với tần số của dòng điện của động cơ). Động cơ không đồng bộ thường được coi như một tải cảm (vì có cuộn dây, và tiêu thụ công suất tác dụng ở một hệ số công suất không cao lắm, đặc biệt ở điều kiện non tải), do vậy mạch tải cảm 3 pha (điện cảm mắc nối tiếp với điện trở) thường được dùng để thay thế cho động cơ trong các mạch mô phỏng.
Vì tính chất cảm, bản thân động cơ phản ứng như một mạch lọc thông thấp, do đó chúng ta có thể dùng các xung điện áp để định dạng cho dòng điện của động cơ. Động cơ chỉ cần có dòng điện tương đối trơn tru là có thể tạo ra mômen ổn định, không làm cho động cơ bị rung mạnh khi vận hành. Dạng sóng điện áp đặt lên động cơ đã được bạn ToanThang88 minh họa trong post #9.
Các thành phần mômen bậc cao (có những bậc làm cho động cơ quay ngược với chiều quay mong muốn) có thể được loại bỏ nếu chúng ta có thể tạo ra một hệ dòng 3 pha hình sin đưa vào động cơ. Cách trực quan nhất là chúng ta tạo ra một sóng mang và điều chế bằng một sóng sin, ở đây chúng ta lợi dụng tính chất lọc thông thấp của động cơ, và như vậy chúng ta có giải thuật điều chế độ rộng xung sin (sin PWM). Giải thuật này được minh họa trong post #3 của bạn ToanThang88.
Hôm nay viết đến đây thôi, còn phải làm việc khác.
Với nguyên lý chính thông qua 2 giai đoạn biến đổi: AC (http://tudiencongnghe.com/Special:Search/AC)-DC và DC-AC, các biến tần cổ điển thường sử dụng tụ DC-link lớn. Các bạn, nếu có dịp, cứ nhìn vào ruột của các biến tần cổ điển sẽ thấy rất nhiều tụ điện giải (electrolytic) kích thước khá lớn.
Tùy theo tầng nghịch lưu yêu cầu nguồn dòng hay nguồn áp mà bộ chỉnh lưu sẽ tạo ra dòng điện hay điện áp tương đối ổn định. Những vấn đề chính cần giải quyết đối với bộ chỉnh lưu là cách thức điều chỉnh công suất đầu ra, hệ số công suất ở đầu vào, độ méo dạng sóng đầu vào.
Bộ nghịch lưu có thể ở dạng nguồn dòng (CSI) hay nguồn áp (VSI), tuy nhiên hiện nay phổ biến là loại bộ nghịch lưu nguồn áp. Những vấn đề chính cần giải quyết là cách thức điều chỉnh tần số và điện áp ngõ ra (tôi đang nói đến VSI), cách giảm tổn thất chuyển mạch để nâng cao hiệu suất, cũng như nâng cao tần số chuyển mạch để giảm kích thước của bộ biến đổi.
Tôi sẽ nói chi tiết hơn ở từng phần, ở đây chỉ cung cấp một cái nhìn tổng quát về biến tần cổ điển.
ề sơ đồ khối thì có thể thấy qua mạch mô phỏng mà bạn ToanThang88 đã đưa lên ở post #3. Chúng ta có khối chỉnh lưu, mạch lọc LC (với cuộn cảm L và tụ C khá lớn), và khối nghịch lưu.
Chúng ta dùng biến tần để điều khiển tốc độ và mômen của động cơ, vậy đây chắc chắn là bài toán điều khiển. Trong bài toán điều khiển, chúng ta phải nắm rõ đối tượng được điều khiển thì điều khiển mới có hiệu quả (tôi không dám nói đến các lý thuyết điều khiển mờ, điều khiển thích nghi, hay điều khiển dự đoán, và một mớ lý thuyết điều khiển mà không cần biết đối tượng điều khiển là cái gì). Với tôi thì phải nắm rõ đối tượng cần điều khiển thì mới điều khiển tốt. Dù sao thì chúng ta cũng đang nói về biến tần kinh điển, lúc đó làm gì có mấy cái lý thuyết điều khiển cao siêu kia.
Trở lại vấn đề của chúng ta, cần nắm rõ đối tượng điều khiển, tức là cái động cơ đang được điều chỉnh tốc độ và mômen kia. Nó là một thiết bị điện cơ, nhưng chúng ta chỉ mô phỏng và tính toán trên mạch điện, vậy mạch điện này phải có một phần thể hiện ít nhất là công suất cơ của động cơ chứ.
Bản thân động cơ phản ứng ra sao khi chúng ta đặt một điện áp xung tần số tương đối cao (so với tần số của dòng điện của động cơ). Động cơ không đồng bộ thường được coi như một tải cảm (vì có cuộn dây, và tiêu thụ công suất tác dụng ở một hệ số công suất không cao lắm, đặc biệt ở điều kiện non tải), do vậy mạch tải cảm 3 pha (điện cảm mắc nối tiếp với điện trở) thường được dùng để thay thế cho động cơ trong các mạch mô phỏng.
Vì tính chất cảm, bản thân động cơ phản ứng như một mạch lọc thông thấp, do đó chúng ta có thể dùng các xung điện áp để định dạng cho dòng điện của động cơ. Động cơ chỉ cần có dòng điện tương đối trơn tru là có thể tạo ra mômen ổn định, không làm cho động cơ bị rung mạnh khi vận hành. Dạng sóng điện áp đặt lên động cơ đã được bạn ToanThang88 minh họa trong post #9.
Các thành phần mômen bậc cao (có những bậc làm cho động cơ quay ngược với chiều quay mong muốn) có thể được loại bỏ nếu chúng ta có thể tạo ra một hệ dòng 3 pha hình sin đưa vào động cơ. Cách trực quan nhất là chúng ta tạo ra một sóng mang và điều chế bằng một sóng sin, ở đây chúng ta lợi dụng tính chất lọc thông thấp của động cơ, và như vậy chúng ta có giải thuật điều chế độ rộng xung sin (sin PWM). Giải thuật này được minh họa trong post #3 của bạn ToanThang88.
Hôm nay viết đến đây thôi, còn phải làm việc khác.