Khảo sát biến tần ALTIVAR 31

Trường Đại Học Bách khoa Hà Nội Khoa Điện Bộ môn kỹ thuật đo & tin học công nghiệp =========*********=========== Đồ án tốt nghiệp Cử nhân cao đẳng -ngành điện bộ môn đo lường &tin học công nghiệp đề tài : khảo sát biến tần ALTIVAR 31 Giáo viên hướng dẫn: Thầy Nguyễn Hoàng Nam Sinh viên thực hiện :Trần Văn An Hà Nội - 2006 Lời cảm ơn E m xin chân thành bày tỏ lòng cảm ơn tới các thầy cô giáo trường đại học Bách Khoa Hà Nội nói chung và thầy cô giáo bộ môn kỹ thuật đo & tin học công nghiệp nói riêng đã nhiều công dìu dắt em . Đặc biệt em biết ơn sâu sắc tới thầy Nguyễn Hoàng Nam là thầy trực tiếp hướng dẫn em thực hiện đồ án này . Thầy đã hướng dẫn mang tính quyết định giúp em có được sản phẩm mà theo em nghĩ đó kà sự học hành của em suốt 3 năm học . Qua đây em cũng xin chân thành cảm ơn những bạn bè , người thân gia đình đã động viên khích lệ em để học tập tốt và hoàn thành đồ án này . Em xin chân thành cảm ơn . Sinh viên : Vương bá viện Lời nói đầu. Đối với mỗi sinh viên, sau thời gian học tập và nghiên cứu trên nghế nhà trường đều mang nặng công lao dạy dỗ của các Thầy Cô luôn tận tuỵ với công việc hết lòng với sinh viên – thế hệ làm chủ tương lai, làm chủ khoa học kỹ thuật và công nghệ mới. Chúng em những sinh viên lớp CĐ Đo lường & tin học công nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội sau 3 năm miệt mài học tập, công trình lớn nhất của chúng em đạt được đó là:đồ án tốt nghiệp. Đó không chỉ là nỗ lực của bản thân mà còn là sự chỉ bảo tận tình của các Thầy Cô trực tiếp hướng dẫn. Đề tài đồ án của em, sinh viên lớp CĐ Đo lường & tin học công nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội tuy còn đơn giản và chưa có ứng dụng trong thực tế nhưng đó cũng phần nào đền đáp được công lao dạy dỗ của các Thầy Cô giáo trong trường và đặc biệt là thầy trực tiếp hướng dẫn:Nguyễn Hoàng Nam. Nếu không có sự chỉ bảo tận tình của thầy thì em không thể hoàn thành đồ án này được. Em xin chân thành cảm ơn các thầy. Và cuối cùng em xin chúc các thầy luôn thành công trong công việc và cuộc sống để luôn đào tạo ra những lớp sinh viên tài năng phục vụ cho đất nước. Sinh viên: Vương bá Viện CHƯƠNG I ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐÔNG BỘ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ. I - ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ (KĐB ). 1.1-Khái niệm chung. Động cơ KĐB được dựng tương đối phổ biến trong sản xuất cụng nghiệp ngày nay,chúng thay thế càng nhiều cho các động cơ một chiều .Vì chúng: giá thành rẻ ,cấu tạo đơn giản , hiệu suất cao , có thể làm việc trong môi trường khắc nhiệt :nhiệt độ cao, ăn mòn ... hơn nữa hiện nay việc sử dụng các bộ biến đổi (biến tần...) đang mở ra một triển vọng lớn cho các loại động cơ không đồng bộ . Tuy nhiên động cơ không đồng bộ cũng có một số nhược điểm : + Mômen tỉ lệ với bình phương điện áp , cho nên khi điện áp lưới điện giảm xuống sẽ làm cho mômen khởi động và mômen tới hạn giảm xuống rất nhiều . + Khe hở không khí nhỏ làm cho độ tin cậy giảm . +Khi điện áp lưới tăng dễ sinh tình trạng nóng quá mức đối với stato cũng khi điện áp lưới giảm dễ làm cho rôto nóng quá mức . 1.2 Cấu tạo Động cơ KĐB là một loại máy điện xoay chiều hai dây quấn ,dây quấn sơ cấp nhận điện áp lưới với tần số f1dây quấn thứ cấp được khép kín . Dây quấn thư cấp sinh ra dòng điện nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ với tần số f2 và nó là hàm của tốc độ góc rôto w . Động cơ KĐB được chia làm hai loại: động cơ KĐB dây quấn và động cơ KĐB rôto lồng sóc . Động cơ KĐB rôto dây quấn là loại động cơ mà rôto có dây quấn giống như dây quấn stato , dây quấn 3 pha của ro to thường đấu hình sao , ba đàu cũng lại được nối với vành trượt , đấu với mạch ngoài bằng chổi than .Nhờ cơ cấu này mà ta có thể nối thêm điện trở phụ vào mạch rôto để cải thiện tính năng mở máy và điều chỉnh tốc độ . Động cơ KĐB rôto lồng sóc có dây quấn rôto khác hẳn với kết cấu của dây quấn stato .Trong rãnh của lõi sắt rôto người ta đặt các thanh dẫn bằng đồng hay nhôm và nối tắt chúng ở hai đầu vòng ngắn mạch. Cấu tạo gồm hai phần chính Phẩm cảm : gồm ba cuộn dây , đặt lệch nhau 120° và được cấp điện áp xoay chiều ba pha để tạo từ trường quay . Phần cảm đăt ở stato . Nối sao hoặc là tam giác . Phần ứng : cũng gồm ba cuộn dây ,thường đăt ở rôto. với rôto bằng sắt và rôto dây quấn . 1.3 Nguyên lý làm việc của động cơ KĐB. Động cơ không đồng bộ làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ . Khi đặt điện áp 3 pha vào 3 dây quấn 3 pha đăt đối xứng trong lõi thép stato. Khi từ trường quay (giả thiết là chiều kim đồng hồ ) của phần cảm quay qua các dây dẫn phần ứng thì các cuộn dây (hay thanh) phần ứng xuất hiện sức điện động (s_đ_đ ) cảm ứng .Nếu mạch phần ứng nối kín thì có dòng điện cảm ứng sinh ra (chiều xác định theo quy tắc bàn tay phải) . Từ trường quay lại tác dụng vào chính dòng cảm ứng này , 2 lực từ có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái và tạo ra mô men làm quay phần cảm theo chiều quay của tư trường quay . Hình 1.nguyên lý làm việc của động cơ xoay chiều ba pha KĐK Tốc độ quay của phần cảm luôn nhỏ hơn tốc độ quay của từ trường quay.Nếu phần cảm quay với tốc bằng tốc độ của từ trường thì từ trường sẽ không quay qua các dây đẫn phần cảm nữa nên sức điện động cảm ứng và dòng điện cảm ứng không còn . Do mômen cản phần cảm sẽ quay chậm lại sau từ trường và các dây dẫn phần cảm lại bị từ trường quay qua , dòng điện cảm ứng lại xuất hiện và do đó laị mômen quay lẫn phần cảm tiếp tục quay theo từ trường nhưng với tốc độ luôn nhỏ hơn tốc độ từ trường . Tốc độ từ trường quay là 0 (rad/s) hay n0 (vòng/phút) thì tốc độ quay của phần cảm hay n luôn nhỏ hơn < 0 , n < n0 . sai lệch tương đối giữa hai tốc độ gọi là độ trượt s . s = (ω0 - ω )/ω0 ( 1-1 ) ω = ω (1-s) hay n = n0 (1-s ) (1-2 ) với ω = (2pn)/60 ; ω0 =(2pn0)/60 =( 2pf1)/p ( 1-3 ) f1 - tần số lưới tốc độ ω0 (rad/s) hay n0 (vòng/phút) là tốc độ lớn nhất mà rôto có thể đạt được nếu không có lực cản nào . Tốc độ này gọi là tốc độ không tải lý tưởng hay tốc độ đồng bộ . ở chế động cơ 0 ≤ s≤ 1 . Dòng điện cảm ứng trong cuộn dõy phần ứng ở ro ro cũng là dòng xoay chiều với tần số xác định bởi tốc độ tương đối cuả rôto với từ trường quay f2 = [p(n0 - n )]/60 (1-4 ) 1.4 Giản đồ thay thế của động cơ KĐB và đặc tính cơ của động cơ KĐB . 1.4.0 .giản đồ Hình 2 sơ đồ thay thế động cơ không đồng bộ . Uf1 : trị số hiệu dụng của điện áp pha stato 1 , , 2 : là các dòng điện stato ,từ hoá ,dòng rôto quy đổi về stato . X1 , X , X2 : là điện kháng tải stato ,mạch từ hoá , điện kháng rôto quy đổi về stato . R1 , R , R2 : điện trở của cuộn dây stato , của mạch từ hoá ,của rôto đã quy đổi về stato . 1.4.1 Đặc tính cơ . Phương trình quan hệ giũa mômen quay và tốc độ của động cơ KĐB (N.M) (1-5) v ới điện trở ngắn mạch . ta lại có :tốc độ trượt tới hạn được tính theo công thức: (1-6 ) và mụ men tới han : (1-7) Dấu (+)ứng với trường hợp động cơ KĐB làm việc ở chế độ động cơ ,dấu ( -) là ở chế độ máy phát .Ta đang xét động cơ nên ta nhận dấu (+) 1.5 Vận hành động cơ không đồng bộ - điều chỉnh tốc độ . 1.5.0 .Mở máy động cơ KĐB . Khi đóng điện trực tiếp vào stato động cơ KĐB để mở máy thì thọat đầu do rôto chưa quay , độ trượt s =1 nếu sức điện động cảm ứng và dòng điện cảm ứng lớn : mm = (5á8)dm . Dòng điện này có giá trị đặc biệt lớn ở các động cơ công suất trung bình và lớn ,gây ra nhiệt đốt nóng động cơ và gây xung lực có hại cho động cơ . Tuy dòng lớn nhưng mômen mở máy thì nhỏ : Mmm =(0.5á 1.5)Mdm do vậy cần phải có biện pháp mở máy để hạn chế dòng điện lúc mở máy đảm bảo một mômen mở máy cần thiết . Đối với các động cơ công suất nhỏ hoặc công suất nhỏ so với công suất nguồn cấp thì có thể mở máy trực tiếp .Nếu không mở máy trực tiếp thì có thể thực hiện một trong các phương pháp mở máy trực tiếp sau đây: A-Mở máy bằng điện trở đối xứng ở mạch rôto (chỉ sử dụng cho động cơ KĐB rôto dây quấn ). B-Mở máy bằng điện trở đối xứng ở mạch rôto. C-Mở máy bằng điện trở hoặc điện không nối tiếp mạch rôto. D-Mở máy bằng máy biến áp tự ngẫu. E-Mở máy nhờ đổi nối sao-tam giác, tam giác- sao. 1.5.1. Đảo chiều quay động cơ KĐB. Để đảo chiều quay của động cơ điện xoay chiều ba pha KĐB, ta cần phải đảo chiều quay của từ trường quay do Stato tạo ra. Hình 3 cho sơ đồ nguyên tắc đảo chiều quay động cơ KĐB nhờ đảo chỗ hai pha A và B qua các tiếp điểm cụng tắc tơ K1 và K2. Hỡnh 3-Sơ đồ nguyên tắc đảo chiều quay động cơ KĐB( a,b) và đặc tính cơ khi đảo chiều quay ( c) 1.5.2. Điều chỉnh tốc độ động cơ. A-Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp nguồn cấp đặt vào phần cảm (stato). Ở một tần số nhất định 50 hz, mômen cực đại của động cơ KĐB tỉ lệ với bình phương điện áp đặt vào phần cảm ( thường ở stato) theo biểu thức (1-7): Dấu (+)ứng với động cơ làm việc ở chế độ động cơ. Để thay đổi điện áp cấp cho phần cảm phải dùng bộ biến đổi điện áp xoay chiều( Hình 4). Hinh 4 .Sơ đồ hiệu chỉnh điện áp động cơ KĐB và đặc tính cơ khi điều chỉnh. Bộ biến đổi điện áp (BĐĐA) có thể là hai máy biến áp tự ngẫu, một máy biến áp nhiều đầu ra hay một bộ biến đổi điện áp bán dẫn dùng thyristor. Sơ đồ hình 4 trình bày sơ đồ nối dây và các đặc tính cơ khi thay đổi điện áp . Nhận xét: -Phương pháp này chỉ cho thay đổi về phía giảm áp (U<Udm) nên chỉ thay đổi tốc độ về phía giảm. -Khi điện áp giảm, mômen tới hạn của động cơ giảm mạnh theo (1-7). Trong khi tốc độ không tải ( tốc độ đồng bộ ) giữ nguyên nên khi điều chỉnh về tốc độ nhỏ thì đặc tính giảm độ cứng và độ ổn định kém hơn. -Đặc tính cơ của động cơ KĐB thường có độ trượt tới hạn nhỏ: Nên phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần cảm thường kết hợp với việc tăng điện trở phụ mạch phần ứng để tăng độ trượt tới hạn, do đó tăng được dải điều chỉnh lớn. Chỉ áp dụng động cơ KĐB rôto dây quấn. B-Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ ở mạch phần ứng ( rôto). Chỉ áp dụng cho động cơ KĐB rôto dây quấn và được áp dụng rộng rãi do tính chất đơn giản của phương pháp. Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ như hình 5. Hình 5 Nhận xét: -Phương pháp này chỉ cho điều chỉnh tốc độ về pháp giảm. -Tốc độ càng giảm đặc tính cơ càng mềm, tốc độ động cơ càng kém ổn định. -Dải điều chỉnh phụ tthuộc mômen tải, mômen tải càng nhỏ thì dải điều chỉnh càng hẹp. -Khi điều chỉnh sâu (tốc độ nhỏ) thì độ trượt động cơ tăng, tổn hao năng lượng lớn( trên Rp) C-Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đổi cực của động cơ. Đặc tính cơ thay đổi với tốc độ đồng bộ theo 1-3 : thay đổi theo số đôi cực. Do số đôi cực p chỉ có thể là số nguyên ( p=1,2,3…) nên đối với động cơ KĐB làm việc ở lưới điện xoay chiều tần số 50 Hz chỉ có thể có những tốc độ đồng bộ sau: Ứng với p=1,p=2,p=3,p=4. Động cơ KĐB thường được chế tạo với số đôi cực cố định p là do cách quấn các cuộn dây stato quyết định. Điều này thay đổi p là khó với động cơ rôto dây quấn. Nhưng mà đối với động cơ rôto lồng sóc thì nó lại có khả năng tự thay đổi số đôi cực tương ứng với stato. Vì vậy phương pháp này được sử dụng chủ yếu cho động cơ rôto lồng súc. D-Điều chỉnh tấn số nguồn cung cấp cho động cơ KĐB bằng các bộ biến tần dùng thyristor hay transistor…. Ta quan tâm nhiều đến vấn đề điều chỉnh tấn số của động cơ,và đối với các hệ động cơ KĐB thì tốc độ động cơ xoay chiều có yêu cầu cao về dải điều chỉnh và các tính chất động học chỉ có thể thực hiện được với các hệ sử dụng biến tần.Tuỳ theo cấu trúc cơ bản của bộ biến tần- động cơ khác nhau người ta chia chúng ra : +Biến tần trực tiếp: là loại biến tần mà tần số đầu ra luôn nhỏ hơn tần số lưới f1, thường dưới 50% f1, được dựng cho các hệ truyền động công suất lớn. +Biến tần gián tiếp : thường dùng cho các hệ truyền động nhiều động cơ, cho phép ta điều chỉnh tần số và điện áp liên tục. Các loại biến tần này sẽ được trình bày kỹ hơn ở chương III. Yêu cầu chính đối với truyền động điều khiển là: đảm bảo độ cứng của đặc tính cơ và khả năng quá tải trong toàn bộ dải điều chỉnh. Từ (1.2) w = w0 (1-s) Và (1-3) : w = (2pf1)/p vậy ta sẽ có (1-8) và (1-9) với : ω là tốc độ quay của động cơ. f1 là tần số nguồn ỏp cấp . p là số đụi cực của động cơ s là độ trượt ω0 là tốc độ từ trường quay Từ (1-10) ta thấy: khi thay đổi tần số của nguồn cấp cho động cơ f1 thì tốc độ động cơ cũng thay đổi Vì p thường cố định ,2p, (1-s) cố định nên: Khi f1 tăng thì ω tăng theo . Khi f1 giảm thì ω giảm theo . Việc điều chỉnh tốc độ của động cơ KĐB bằng cách thay đổi tần số này thường kéo theo điều chỉnh điện áp, dòng điện hay từ thông của mạch điện stato. F = LI (1-10) U = ZI = (w L)I +RI (1-11) U ~ = 2 pf LI (Bỏ qua RI ) (1-12) U~ = 2p F (1-13) (1-14) 1.6. Kết luận. Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điện tử, tin học, c ong nghệ chế tạo bán dẫn công suất, động cơ KĐB đó được khai thác những ưu điểm cạnh tranh có hiệu quả với hệ truyền động( T-Đ). Ta cũng thấy có thể điều chỉnh tốc độ của động cơ KĐB trong một dải rộng không mấy khó khăn và công nghệ bán dẫn công suất. Bộ biến tần sẽ tiếp tục được trình bày kỹ hơn ở chương sau. CHƯƠNG II CÁC PHẦN TỬ BÁN DẪN I Khái quát chung. Hiện nay nhờ các bộ biến đổi ( ví dụ biến tần ) được sử dụng cùng các phần tử bán dẫn công suất , để điều khiển động cơ KĐB. Ta cũng cần phân biệt : Kỹ thuật điện tử tín hiệu và điện tử công suất . Điện tử tín hiệu (điện tử dòng điện yếu), điện tử công suất (điện tử dòng điện mạnh) (hình 6) Điện tử công suất Công suất ra Công suất vào Tín hiệu điều khiển t Điện tử tín hiệu Tín hiệu ra Tín hiệu vào Nguồn Nuôi Hình.6 Điện tử công suất là một chuyên ngành của kỹ thuật điện tử , nghiên cứu và ưng dụng các phần tử bán dẫn cụng suất trong sơ đồ các bộ biến đổi nhằm : Biến đổi và khống chế nguồn năng lượng điện với các tham số có thể thay đổi được . Ưu điểm sử dụng các phần tử bán dẫn công suất : + Không gây tia lửa điện khi cắc van đóng , cắt điện . + Không bị mài mòn theo thời gian . + Tuy có thể đóng cắt dòng điện lớn nhưng các phần tử bán dẫn công suất lại được điều khiển bởi các tín hiệu điện cụng suất nhỏ . + Hiệu suất cao tổn thất ít . + Cung cấp nguồn năng lượng cho phụ tải với các đặc tính yêu cầu . 1.1 Đặc tính cơ bản chung của các phần tử bán dẫn sử dụng trong bộ biến đổi . +Chỉ làm việc trong chế độ khoá , khi mở cho dòng chạy qua thì có điện trở tương đương rất nhỏ . Khi khoá thì điện trở tương đương rất lớn Nhờ đó tổn hao công suất trong quá trình làm việc được tính bằng tích của điện áp rơi trên phần tử với dòng chạy qua sẽ cú giá trị nhỏ . +Các phần tử bán dẫn chỉ dẫn dòng theo một chiều khi phần tử được đặt dưới điện áp phân cực thuận . Khi điện áp đặt lên phần tử là phân cực ngược , dòng qua phần tử nhỏ gọi là dòng rò (cỡ mA) . II Phân loại các phần tử bán dẫn cụng suất . +Loại không điều khiển ví dụ như điốt . +Loại có điều khiển (được chia làm hai loại ) : - Điều khiển không hoàn toàn như thyristor , triac. -Điều khiển hoàn toàn : GTO ,Transistor,IGBT, MOSFET . 1.2 Phần tử không điều khiển (điốt) 1.2.1. Khái niệm. Điốt là phần tử bán dẫn cấu tạo bởi 1 lớp tiếp giáp p-n. Điốt có 2 cực , anốt là cực nối với lớp bán dẫn kiểu p, catốt k là cực nối với lớp bán dẫn kiểu n. Dòng điện chỉ chạy qua lớp bán dẫn theo chiều từ A đến K khi điện áp UAK dương . Khi UAK < 0 dòng qua điốt xấp xỉ bằng 0. 1.2.2. Cấu tạo và kí hiệu của điốt . Hình 7, a. cấu tạo, b. kí hiệu 1.2.3. Đặc tính Vôn-Ampe của điốt Hình 8. Đặc tính thực tế Đặc tính gồm 2 phần , phần tính thuận nằm trong góc phần tử thứ nhất , tương ứng UAK > 0 , đặc tính ngược nằm ở góc phần tư thứ 3 với UAK < 0 . Trên đường đặc tính thuận , nếu UAK tăng từ 0 cho đến khi vượt qua giá trị UD,0 xấp xỉ 0.6 đến 0.7V (gọi là điện áp rơi trên điôt) theo chiều thuận , dòng trên điôt có thể có giá trị lớn nhưng điện áp rơi trên điôt thì hầu như không đổi . Vậy đặc tính thuận đặc trưng bởi tính chất : Điện trở tương đương nhỏ . Trên đường đặc tính ngược nếu UAK tăng từ 0 đến Ungmax gọi là điện áp ngược max thì dòng qua điôt rất nhỏ gọi là dòng rò. Nếu tiếp tục giảm UAK thì cũng không giảm nên điôt bị đánh thủng . 1.2.4. Các thông số cơ bản của điôt . A . Giá trị trung bình của dòng điện cho phép chạy qua điôt theo chiều thuận , D B . Giá trị điện áp ngược lớn nhất mà điôt có thể chịu đựng được , Ungmax :yêu cầu UAK ≤ Ungmax C . Tần số D . Thời gian phục hồi ,tr 1.2.5.Nhận xét . Với cấu trúc và tính chất như vậy , điôt sử dụng trong nhiều mạch chỉnh lưu không điều khiển động cơ KĐB sẽ được xét tiếp ở chương sau . 1.3 Phần tử bán dẫn có điều khiển . 1.3.1.Phần tử điều khiển không hoàn toàn . A . Thyristor. A.1.Khái niệm : Thyristor là phần tử bán dẫn cấu tạo từ 4 lớp bán dẫn p-n-p-n tạo ra ba tiếp giáp p-n J1 , J2 J3 . nó có ba cực ,anot A , catôt K , cực điều khiển G . Hỡnh 9 . a-cấu tao , b ký hiệu của thyristor. A.2 Đặctính vôn -ampe của một thyristor . Hình 10. Đặc tính vôn-ampe của thyristor . Đặc tính vôn-ampe của thyristor gồm hai phần chính .(hình10) .Phần thứ nhất nằm trong góc phần tư thứ I là đặc tính thuận tương ứng với trường hợp điện áp UAK >0 , phần thứ hai nằm trong góc phần tư thứ , gọi là đặc tính ngược , ứng với UAK<0. A.3-Các thông số cơ bản của thyristor . +Giá trị trung bình cho phép chạy qua thyristor ,v,tb . +Điện áp ngược cho phép lớn nhất ,Ungmax . +Thời gian phục hồi tính chất khoá của thyristtor , tp (s) +Tốc độ tăng điện áp cho phép dv/dt (v/s) . +Tốc độ tăng dòng cho phép (A/s) . A .4-thyristor ứng dụng nhiều trong các mạch động lực , với chỉnh lưu có điều khiển . B-TRIAC . B .1 Khái niệm : là phần tử bán dẫn gồm năm lớp bán dẫn , tạo nên cấu trúc p-n-p-n như ở thyristor theo cả hai chiều giữa các cực T1 , T2 , do đó cú thể dẫn dòng theo cả hai chiều giữa T1 , T2 . TRIAC coi như tương đương với hai thyristor đấu song song ngược . Hình 11 , a-cấu trúc bán dẫn b-ký hiệu trên sơ đồ c-sơ đồ tương đương với hai thyristor song song ngược. 1.3.2-Phần tử bán dẫn công suất điều khiển hoàn toàn . C-GTO (gate turn-off thyristor ) Là một loại của thyristor :khoá lại được bằng cực điều khiển . Cấu trúc của GTO phức tạp hơn so với các thyristor thường như ta đã xét . Cấu trúc và ký hiệu của và ký hiệu của GTO như hinh12 Hình 12 a-cấu trúc bán dẫn b-ký hiệu GTO . D-transistor công suất D1.Khái niệm : Transistor là phần tử bán dẫn có cấu trúc gồm 3 lớp bán dẫn p-n-p (bóng ngược ) tạo nên hai lớp tiếp giáp p-n . hình13 .phần lớn các transistor công suất lớn cấu trúc n-p-n .Transistor có 3 cực Bazơ(B) colector (C) emitor (E). Gọi là hệ số khuếch đại dòng điện . c= B C (dòng colector) B(dòng bazơ). Hình13.a-bóng thuận ,b-bóng ngược . Chú ý :khi điều khiển mở transistor dòng điều khiển phải thoả mãn: (1-15) Với Kbh=1,2á1,5 (hệ số bão hoà) Tổn hao công suất trên transistor bằng tích giữa dòng colector với điện áp rơi trên colector-emitor .Do đó trong chộ độ khoá ,tổn hao công suất trên sẽ rất nhỏ . D2.Các thông số cơ bản của transistor. + Dòng điện colector cho phép lớn nhất C,max . + Hệ số khuếch đại dòng điện . + Đặc tính công suất giới hạn . +Thời gian đóng cắt. E-Tansistor trường -MOSFET (metal-oxicle-semicolector field-effect Transistor ). MOSFET: là phần tử điều khiển bằng điện áp.Với đặc điểm này vối MOSFET công suất điều khiển là không đáng kể , do vậy có thể điều khiển trực tiếp MOSFET bởi đầu ra của vi mạch công suất nhỏ. Ký hiệu MOSFET: Hình14 F-Transistor có cực điều khiển cách ly ,GBT. GBT là phần tử kết hợp khả năng đóng cắt nhanh của MOSFET với khả năng chịu tải lớn của transistor thường .Nó cũng là phần tử điều khiển bằng điện áp ,do vậy công suất điều khiển yêu cầu nhỏ . Ký hiệu GBT: Hình15 1.4.So sánh tương đối giữa các phần tử bán dẫn công suất . Có thể so sánh một cách tương đối các phần tử bán dẫn công suất theo khả năng đóng cắt về công suất (điện áp và dòng điện ) và tần số đóng cắt để thấy đựơc phạm vi ứng dụng của các phần tử khác nhau . Hình 16 miêu tả sự so sánh này Thấp Trung bình Cao Vừa và nhỏ Trungbình Lớn Công Suất Thyistor GTO IGBT, Transitor MOSFET Tần số Hình 16 Nhận xét : Thyristor là nhũng phần tử được chế tạo cho khả năng đúng cắt về công suất lớn nhất . Những thyristor lớn nhất có thể chịu được đến 4500v , dòng tối đa nên tới 4000A . Phạm vi hoạt động với tần số đối với thyristor là thấp nhất vì vậy, các thyristor được ứng dụng chủ yếu trong các sơ đồ chỉnh lưu . Và lại thyristor là phần tử điều khiển không hoàn toàn , có thể điều mở bằng cực điều khiển nhưng lại không thể điều khiển khoá lại được . GTO là bước cải tiến đỏng kể về công nghệ chế tạo thyristor. GTO có khả năng đóng cắt thấp hơn về công suất so với thyristor , nhưng phạm vi hoạt động vố tần số lại cao hơn . GTO được ứng dụng trong các sớ đồ nghịch lưu công suất trung bình .việc ứng dụng GTO đó dẫn đến công suất các bộ biến đổi (biến tần) được chế tạo ngày càng lớn . Transistor và GBT là nhũng phần tử bán dẫn được ứng dụng rộng rãi trong phạm vi công suất nhỏ nhưng yêu cầu tần số làm việc cao . Đặc biệt là các GBT đang được ứng dụng ngày càng rộng rãi và thay thế dần các transistor thường .Với cụng suất điều khiển yêu cầu nhỏ , việc sử dụng các GBT làm đơn giản đáng kể của bộ biến đổi và làm cho kích thước của hệ thống điều khiển ngày càng thu nhỏ . Với ưu thế tuyệt đối về thời gian đúng cắt cực nhỏ (cỡ 0.5 đến 1s) , cỏc MOSFET chiếm ưu thế tuyệt đối cho các ứng dụng yêu cầu tần số đúng cắt rất cao đến vài trăm kHz nhưng công suất tương đối nhỏ . Chương III Khảo sát bộ biến tần điều khiển động cơ KĐB I. .Giới thiệu bộ biến tần . 1 . Khái niệm cơ bản Biến tần là các bộ biến đổi nguồn điện áp với các thông số điện áp và tần số không đổi thành nguồn điện áp và tần số thay đổi được 2. Phân loại . Về nguyên lý ,biến tần chia ra làm hai loại : Biến tần gián tiếp và biến tần trực tiếp 3. Sơ đồ khối bộ biến tần . Biến tần U1 ,f1~ U2 ,f2~ 4.Ưng dụng. Dùng biến tần để điều khiển động cơ KĐB và nhiều ứng dụng khác . II.Biến tần ALTIVAR sự lựa chọn mới cho truyền động xoay chiều . 1. Các chức năng cơ bản của hệ truyền động xoay chiều với biến tần . Ví dụ với băng chuyền đóng gói sản phẩm . Băng chuyền cần thực hiện các nhiệm vụ . Chạy hai chiều : Vận chuyển hàng theo một trong hai chiều . Điều chỉnh tốc độ : Dùng biến trở trên KEYPAD hoặc dùng biến trở nối tới cổng AI (analog Input). Duy trì tốc độ không đổi : Biến tần sẽ tự động bù dòng điện và mômen để duy trì tốc độ khi tải thay đổi . Hạn chế tốc độ :Khống chế tốc độ trong phạm vi cho phép Lệnh LSP (Low speed). HSP (High speed). Trong menu : SET. 50 HZ HSP Vùng tốc độ làm việc MAX MIN 10 HZ LSP E. Ramping- Đặc tính khởi động và dừng động cơ . Ram_up_khởi động động cơ : Khởi động êm ,tăng từ từ . Đặt thời gian khởi động lệnh ACC(ACCeleration). t Trong menu SET : Báo lỗi khi thời gian khởi động nhỏ OCF (over curren fault) OLF (over load fault) Tốc độ Tốc độ đặt ACC DEC 10s 5s Ramp_down_dừng động cơ: dừng nhanh đúng vị trí mong muốn .Thời gian dừng đặt theo ứng dụng . Đặt thời gian dừng : Lệnh DEC(DECELERATION),trong menu SET. Lỗi khi thời gian dừng quá nhỏ .Biến tần tự động điều chỉnh thời gian F. Hãm . Để dừng phanh và chính xác động cơ theo yêu cầu .Khi đó biến tần phải tiêu thụ động năng của hệ động cơ _máy làm việc . Nếu thời gian dừng DEC quá nhỏ Biến tần báo lỗi ObF (over voltage fault) Các phương pháp hãm : Hãm động năng . Hãm tái sinh . Hãm một chiều . Hãm nguồn một chiều dùng chung . G. Tiết kiệm năng lượng. Đặc biệt cho các ứng dụng bơm /quạt.Thí dụ :máy nén với áp suất đặt 80 psi. Tiết kiệm tới 35%năng lượng điện năng .Giảm hao mòn cơ khí do nhiều lần ấn . 2.Phương thức điều khiển ,điều khiển động cơ với biến tần. Điều khiển tại chỗ (local control) . Sử dụng KEYPAD có sẵn trên mặt biến tần . Các phím: Stop/Reset; Run; ESC ; FWd/REV F1đF4 ; Núm xoay KEYPAD có thể lắp đặt mặt ngoài tủ điều khiển sử dụng RJ-45(10M)Và bộ giá lắp . Điều khiển từ xa (REMOTE CONTROL). Biến tần cung cấp sẵn các đầu nối điều khiển từ xa . Các đầu vào số LI ( logic INPUT ) . Các đầu vào tương tự AI (analog INPUT ). Các đầu ra tương tự AO (analog OUTPUT ). Các đầu ra rơle /số R/DO ( RELAY/DIGITAL OUTPUT ). Hình 17 Khả năng điều khiển nhiều động cơ (multi motor operation). Mỗi động cơ phải có rơle nhiệt bảo vệ .Khi các động cơ có công suất khác nhau nên dùng luật điều khiển V/F. L1 Kháng lọc L2 L3 ALTIVAR 71 MX M2 M1 LN1 LN2 LNX Hình 18 Điều khiển kiểu chủ /tớ (master /slaver operation). Một biến tần đóng vai trò máy chủ gửi tín hiệu điều khiển đến các biến tần khác . Điều khiển mạch vòng kín . Hình 19 F. Khả năng nối mạng . Chức năng đồng bộ hoá quá trình sản xuất được thực hiện ở trên mức của .Biến tần có cấu tạo Card > đóng vai trò như một bộ điều khiển lập trình cho phép điều khiển 1 tập ứng dụng nhất định . 3. Cấu trúc của một bộ biến tần . Gồm các phần chính sau: Bộ chỉnh lưu. Mạch một chiều trung gian(bộ lọc). Bộ nghịch lưu. Khối điều khiển . 3.0 Bộ chỉnh lưu. A.Khái niệm : là thiết bị dùng để biến đổi nguồn điện xoay