19
Hình 2.2 Sơ đồ biến tần gián tiếp
Bộ nghịch lưu có thể là độc lập hay phụ thuộc tùy theo phụ tải ở mạng
tiêu thụ với tần số ấn định. Giữa bộ chỉnh lưu và bộ nghịch lưu thường là bộ
lọc để san bằng sự đập mạch của điện áp hay dòng điện chỉnh lưu.
Bộ chỉnh lưu và bộ nghịch lưu có thể làm việc độ
c lập với nhau và có
thể thực hiện chuyển mạch tự nhiên hay nhân tạo, bao gồm các nhóm:
1- Các bộ biến đổi tần số với chuyển mạch hỗn hợp: bộ biến đổi đảo
chiều dùng nghịch lưu phụ thuộc với chuyển mạch tự nhiên, còn nghịch lưu
độc lập, dùng chuyển mạch nhân tạo.
2- Các bộ biến đổi tần số với chuyển mạch t
ự nhiên hoàn toàn: trường
hợp thiết bị điện một chiều, động cơ đồng bộ làm việc ở chế độ bù và với các
phụ tải khác có hệ số công suất cao và trong trường hợp truyền động điện nối
tầng van không đồng bộ.
3- Các bộ biến đổi tần số với chuyển mạch nhân tạo hoàn toàn. Khi đó
cả bộ chỉnh lưu và bộ ngh
ịch lưu đều được thực hiện chuyển mạch nhân tạo.
Ưu điểm chính của bộ biến đổi tần số dùng khoá điện tử có khâu trung
gian dòng điện một chiều là có thể nhận được ở đầu ra của nó nhờ nghịch lưu
độc lập, tần số có thể thay đổi được trong dải rộng, không phụ thuộc vào tần
số nguồn cung cấp.
Nh
ược điểm cơ bản của bộ biến đổi loại này là biến đổi năng lượng hai
lần nên làm giảm hiệu suất của bộ biến đổi và làm tăng kích thước và khối
lượng của nó.
Bộ biến tần dùng van bán dẫn có khâu trung gian dòng điện xoay
chiều một pha tần số cao
.

lưu thường được chia ra theo loại phụ tải và theo tương quan công suất
chuyển mạch và mạch tiêu thụ là độc lập hay phụ thuộc.
Nghịch lưu độc lập là nghịch lưu làm việc với tải độc lập, ở đó không
chứa sẵn nguồn năng lượng tác dụng, có cùng điện áp và tần số với đầu ra
nghịch lưu. Vì vậy tần số, dạng điện áp được xác định do chế độ làm việc đó
đến các thông số ở đầu ra nghịch lưu.

21

Nghịch lưu phụ thuộc là nghịch lưu trả lại năng lượng cho lưới điện
xoay chiều có điện áp, tần số cố định và công suất tác dụng lớn hơn đáng kể
so với công suất mà nghịch lưu trả lại. Khi này những thông số về điện áp, tần
số ở đầu ra của nghịch lưu phụ thuộc không ảnh hưởng đến chế độ làm việc
c
ủa nó, những thông số này hoàn toàn được xác định bởi các thông số của
lưới mà nghịch lưu trả năng lượng lại.
Tuỳ theo kiểu chuyển mạch nghịch lưu mà được chia ra làm hai nhóm:
-
Các bộ nghịch lưu chuyển mạch tự nhiên.
-
Các bộ nghịch lưu chuyển mạch cưỡng bức
Nghịch lưu phụ thuộc được đặc trưng bằng chuyển mạch tự nhiên của
các khoá điện tử, hệ thống điều khiển các khóa điện tử của bộ nghịch lưu này
thường là phụ thuộc (được đồng bộ hoá) như ở bộ chỉnh lưu.
Nghịch lưu độc l
ập được đặc trưng bằng chuyển mạch cưỡng bức và
việc điều khiển các thysistor hay transitor đều từ bên ngoài (không phụ thuộc
cả mạng cung cấp lẫn tải tiêu thụ). Nhưng nghịch lưu độc lập có thể có chế độ
làm việc với chuyển mạch tự nhiên cho các khoá điện tử (khi làm việc với
động cơ đồng bộ quá bù, phụ tải điện dung v.v…). Ch

trên tải làm hở mạch nguồn dòng điện) sẽ làm xuất hiện quá điện áp lớn hơn
giới hạn cho phép. Nghịch lưu
độc lập nguồn dòng điện sẽ gần đạt đến nghịch
lưu dòng điện lý tưởng khi nó làm việc với tải có tính chất dung kháng.
Nghịch lưu độc lập nguồn dòng điện có thể cho phép làm việc với tải có tính
chất cảm kháng hay động cơ điện xoay chiều nhưng trong trường hợp này cần
phải hạn chế quá điện áp chuyển mạch và tốc độ
tăng trưởng của dòng điện
khi thay đổi cực tính và phải có biện pháp đặc biệt để dập tắt hoặc trả lại năng
lượng phản kháng đã tĩch luỹ trên tải cho nguồn cung cấp. Khả năng làm việc
với tải có hệ số công suất vượt góc trước làm cho nghịch lưu độc lập nguồn
dòng điện có ưu việt hơn cả nhờ vi
ệc sử dụng tính chất chuyển mạch tự nhiên.
2.1.3 Các luật điều khiển tần số
a) Luật điều khiển tần số theo khả năng quá tải
Mô men cực đại mà động cơ sinh ra được chính là mô men tới hạn M
th
,
khả năng quá tải về mô men được quy định: Khi điều chỉnh tần số thì trở
kháng, từ thông, dòng điện của động cơ thay đổi, để đảm bảo một số chỉ tiêu

23
điều chỉnh mà không làm động cơ bị quá dòng thì cần phải điều chỉnh cả điện
áp. Đối với hệ thống biến tần nguồn áp thường có yêu cầu giữ cho khả năng
quá tải về mô men là không đổi trong bằng hệ số quá tải về mô men λ
M
.
M
M
λ

M
λ ==
(2.2)
Thay (2.3) vào (2.2) ta được:
dm0dm
sdm
0
s
M
M
ω
U
ω
U
=
(2.3)
Đặc tính cơ của máy công tác có dạng
x
dm
0
dmc
ω
ω
MM
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜

ω
U
U
+
++
=⇔
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
(2.4)
•
Khi x=0 tức là phụ tải có M
c
=const thì:
U

*
)
2
suy ra U
s
/f
s
2
=const
b) Luật điều chỉnh giữ từ thông không đổi

Chế độ định mức là chế độ làm việc tối ưu về tuổi thọ của động cơ
không đồng bộ. Trong chế độ này từ thông là định mức và mạch từ có công
suất tối đa. Luật điều chỉnh điện áp tần số mà ta đã trình bày ở trên là luật gần
đúng giữ từ thông không đổi trên phạm vi toàn dải điều chỉnh. Tuy nhiên từ
thông động c
ơ trên mỗi đặc tính còn phụ thuộc rất nhiều vào độ trượt s, tức là
phụ thuộc mô men tải trên trục động cơ. Vì thế, trong các hệ điều chỉnh yêu
cầu chất lượng cao thì ta cần tìm cách bù từ thông.

Từ phương trình mô tả mô men của động cơ không đồng bộ ta thấy,
nếu giữ được từ thông của khe hở không khí hay từ thông stator không đổi thì
mô men sẽ không phụ thuộc vào tần số và mô men tới hạn sẽ không đổi trong
toàn dải điềi chỉnh. Nếu coi R
s
= 0 thì:
const
ω
U
ω

thấy để điều chỉnh cho từ thông không đổi ta chỉ cần điều chỉnh dòng điện stator và
tần số f
s
sao cho thoả mãn biểu thức trên.
c) Luật điều khiển tần số trượt không đổi

25
Động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc ở chế độ xác lập ta có phương trình:
()
2
rr
2
sr
r
2
m
Tω1
Iω
R
L
2
3
M
+
=
(2.6)
trong đó: ω
r
=ω
s

=
=

Như vậy nếu giữ ω
r
=ω
th
=R
r
/L
r
=1/T
r
thì mô men điện từ của động cơ sinh ra
bằng mô men tới hạn của động cơ. Trường hợp này ta gọi là luật điều chỉnh
sao cho động cơ sinh ra mô men tối đa ứng với một giá trị cho trước của dòng
điện stator. Mặt khác vì ω
r
=2пf
r
nên luật này còn gọi là luật điều chỉnh giữ tần
số mạch rotor là hằng số.
d) Điều chỉnh tần số bằng phương pháp véc tơ không gian
Qua sự phân tích một số phương pháp điều khiển tốc độ động cơ không
đồng bộ nêu trên ta thấy, hầu hết các phương pháp đó đều có đặc điểm là
không sử dụng các thiết bị phản hồi nên mặc dù đạt được sự tối ưu về giá
thành song mục tiêu quan trọng là chất lượng điều khiển lại chưa đạt được độ
chính xác cao. Sự đị
nh hướng của trường rotor không được sử dụng, trạng
thái của động cơ bị bỏ qua, mô men không được điều khiển Kỹ thuật điều

dẫn công suất, việc tính toán, đo các giá trị thực đã được gói trọn trên một bản
mạch. Vấn đề chủ chốt của một hệ điều khiển vào lúc đó chỉ còn là thuật toán
điều khiển. Như vậy nếu giải quyết được vấn đề trên thì hệ truyền động động
cơ không đồng bộ s
ẽ dần thay thế hệ truyền động động cơ một chiều trong
hầu hết các lĩnh vực, kể cả công nghệ cao như hệ điều khiển chương trình
người máy. Cũng từ đó ta dễ dàng phân lập các hệ truyền động để nâng cao
chất lượng công nghệ. Như vậy ta đã góp phần vào vấn đề mấu chốt là kinh tế
và chất lượng.
2.1.4 Bộ biến tần áp bán dẫn

Có nhiều loại biến tần nhưng do giới hạn của đề tài chỉ nghiên cứu về

27
biến tần áp.

Nghịch lưu độc lập nguồn điện áp
là nghịch lưu mà ở dạng điện áp ở
đầu ra của nó được xác định chỉ bằng việc đóng, ngắt các khoá điện tử trong
nghịch lưu, còn dạng dòng điện thì phụ thuộc vào tính chất của phụ tải. Khi
nghịch lưu độc lập nguồn điện áp làm việc với tải phản kháng cần phải đảm
bảo khả năng trao đổi nă
ng lượng phản kháng giữa tải và nguồn điện áp một
chiều. Tụ điện có dung lượng đủ lớn đấu song song ở đầu vào nghịch lưu độc
lập nguồn điện áp, còn sơ đồ đấu song song ngược với nghịch lưu độc lập
nguồn điện áp được gọi là chỉnh lưu ngược. Điều này cho phép dòng điện
chảy trong mạch t
ải lệch pha so với điện áp tải.

Hình 2.3 Sơ đồ mạch lực của bộ biến tần nguồn áp một pha dùng