- Biến tần 3 pha làm việc
- A) Biến tần ba pha- Chế độ dẫn 180 độ
- A) Biến tần ba pha- Chế độ dẫn điện 120 độ
Tất cả chúng ta đều biết về biến tần - nó là một thiết bị chuyển đổi DC thành AC. Và trước đây chúng ta đã tìm hiểu về Các loại biến tần và chế tạo biến tần một pha 12v đến 220v. Biến tần 3 pha chuyển đổi điện áp một chiều thành nguồn điện xoay chiều 3 pha. Ở đây trong hướng dẫn này, chúng ta sẽ tìm hiểu về Biến tần ba pha và hoạt động của nó, nhưng trước khi đi sâu hơn nữa, chúng ta hãy xem xét các dạng sóng điện áp của đường dây ba pha. Trong mạch điện trên, một đường dây ba pha được nối với tải có điện trở và tải lấy điện từ đường dây. Nếu chúng ta vẽ các dạng sóng điện áp cho mỗi pha thì chúng ta sẽ có một đồ thị như trong hình. Trong đồ thị, chúng ta có thể thấy ba dạng sóng điện áp lệch pha nhau 120º.
Trong bài này, chúng ta sẽ thảo luận về Mạch Biến Tần 3 Pha được sử dụng làm bộ chuyển đổi DC sang 3 pha AC. Hãy nhớ rằng, ngay cả trong thời hiện đại, việc đạt được một dạng sóng hoàn toàn hình sin cho các tải khác nhau là vô cùng khó khăn và không thực tế. Vì vậy, ở đây chúng ta sẽ thảo luận về hoạt động của một mạch chuyển đổi ba pha lý tưởng mà bỏ qua tất cả các vấn đề liên quan đến biến tần 3 pha thực tế.
Biến tần 3 pha làm việc
Bây giờ chúng ta hãy xem xét Mạch biến tần 3 pha và dạng đơn giản lý tưởng của nó.
Dưới đây là sơ đồ mạch biến tần ba pha được thiết kế sử dụng thyristor & diode (để bảo vệ tăng đột biến điện áp)
Và dưới đây là sơ đồ mạch biến tần ba pha được thiết kế chỉ sử dụng công tắc. Như bạn có thể thấy, thiết lập sáu công tắc cơ học này hữu ích hơn trong việc hiểu hoạt động của biến tần 3 pha hơn là mạch thyristor rườm rà.
Những gì chúng ta sẽ làm ở đây là mở & đóng đối xứng sáu công tắc này để lấy đầu ra điện áp ba pha cho tải điện trở. Có hai cách có thể để kích hoạt công tắc để đạt được kết quả mong muốn, một trong đó công tắc dẫn điện ở 180º và một cách khác trong đó công tắc chỉ dẫn điện ở 120º. Hãy để chúng tôi thảo luận về từng mẫu bên dưới:
A) Biến tần ba pha- Chế độ dẫn 180 độ
Mạch lý tưởng được vẽ trước khi nó có thể được chia thành ba phân đoạn cụ thể là phân đoạn một, phân đoạn hai và phân đoạn ba và chúng ta sẽ sử dụng các ký hiệu này trong phần sau của bài viết. Phân đoạn một bao gồm cặp công tắc S1 & S2, phân đoạn hai bao gồm cặp chuyển mạch S3 & S4 và phân đoạn ba bao gồm cặp chuyển mạch S5 & S6. Tại bất kỳ thời điểm nào, cả hai công tắc trong cùng một phân đoạn không bao giờ được đóng vì nó dẫn đến ngắn mạch pin làm hỏng toàn bộ thiết lập, vì vậy nên tránh trường hợp này mọi lúc.
Bây giờ chúng ta hãy bắt đầu trình tự chuyển đổi bằng cách đóng công tắc S1 trong đoạn đầu tiên của mạch lý tưởng và đặt tên cho điểm bắt đầu là 0º. Vì thời gian dẫn đã chọn là 180º nên công tắc S1 sẽ đóng từ 0º đến 180º.
Nhưng sau 120º của pha thứ nhất, pha thứ hai cũng sẽ có chu kỳ dương như trong đồ thị điện áp ba pha, vì vậy công tắc S3 sẽ đóng sau S1. S3 này cũng sẽ được đóng trong 180º khác. Vì vậy, S3 sẽ bị đóng từ 120º đến 300º và nó sẽ chỉ mở sau 300º.
Tương tự, pha thứ ba cũng có chu kỳ dương sau 120º của chu kỳ dương pha thứ hai, như trong đồ thị ở đầu bài viết. Vì vậy công tắc S5 sẽ được đóng lại sau khi đóng 120º S3 tức là 240º. Sau khi đóng công tắc, nó sẽ được giữ ở trạng thái đóng 180º trước khi được mở, với điều đó S5 sẽ được đóng từ 240º đến 60º (chu kỳ thứ hai).
Cho đến nay, tất cả những gì chúng tôi đã làm là giả định rằng quá trình dẫn được thực hiện khi các công tắc lớp trên cùng được đóng lại nhưng đối với dòng điện từ mạch phải được hoàn thành. Ngoài ra, hãy nhớ rằng cả hai công tắc trong cùng một đoạn không bao giờ được đóng cùng một lúc, vì vậy nếu một công tắc đóng thì công tắc khác phải mở.
Để thỏa mãn cả hai điều kiện trên, chúng ta sẽ đóng S2, S4 & S6 theo thứ tự đã định trước. Vì vậy, chỉ sau khi S1 được mở, chúng ta sẽ phải đóng S2. Tương tự, S4 sẽ đóng sau khi S3 mở ở 300º và theo cách tương tự S6 sẽ đóng sau khi S5 hoàn thành chu trình dẫn. Chu kỳ chuyển đổi giữa các công tắc của cùng một phân đoạn có thể được nhìn thấy dưới hình dưới đây. Ở đây S2 theo sau S1, S4 theo sau S3 và S6 theo sau S5.
Bằng cách thực hiện theo chuyển đổi đối xứng này, chúng ta có thể đạt được điện áp ba pha mong muốn được biểu diễn trong đồ thị. Nếu chúng ta điền vào trình tự chuyển đổi đầu trong bảng trên, chúng ta sẽ có một mẫu chuyển đổi hoàn chỉnh cho chế độ dẫn 180º như bên dưới.
Từ bảng trên, chúng ta có thể hiểu rằng:
Từ 0-60: S1, S4 & S5 được đóng và ba công tắc còn lại được mở.
Từ 60-120: S1, S4 & S6 được đóng và ba công tắc còn lại được mở.
Từ 120-180: S1, S3 & S6 được đóng và ba công tắc còn lại được mở.
Và trình tự chuyển đổi cứ tiếp diễn như vậy. Bây giờ chúng ta hãy vẽ mạch đơn giản cho từng bước để hiểu rõ hơn về các thông số dòng điện và điện áp.
Bước 1: (cho 0-60) S1, S4 & S5 được đóng trong khi ba công tắc còn lại đang mở. Trong trường hợp như vậy, mạch đơn giản hóa có thể như hình dưới đây.
Vì vậy với 0 đến 60: Vao = Vco = Vs / 3; Vbo = -2Vs / 3
Bằng cách sử dụng chúng, chúng ta có thể tính được điện áp đường dây là:
Vab = Vao - V bo = Vs Vbc = Vbo - Vco = -Vs Vca = Vco - Vao = 0
Bước 2: (từ 60 đến 120) S1, S4 & S6 được đóng trong khi ba công tắc còn lại mở. Trong trường hợp như vậy, mạch đơn giản hóa có thể như hình dưới đây.
Vì vậy, từ 60 đến 120: Vbo = Vco = -Vs / 3; Vao = 2Vs / 3
Bằng cách sử dụng chúng, chúng ta có thể tính được điện áp đường dây là:
Vab = Vao - Vbo = Vs Vbc = Vbo - Vco = 0 Vca = Vco - Vao = -Vs
Bước 3: (từ 120 đến 180) S1, S3 & S6 được đóng trong khi ba công tắc còn lại mở. Trong trường hợp này, mạch đơn giản có thể được vẽ như dưới đây.
Vì vậy, đối với 120 đến 180: Vao = Vbo = Vs / 3; Vco = -2Vs / 3
Bằng cách sử dụng chúng, chúng ta có thể tính được điện áp đường dây là:
Vab = Vao - V bo = 0 Vbc = Vbo - Vco = Vs Vca = Vco - Vao = -Vs
Tương tự, chúng ta có thể lấy điện áp pha và điện áp đường dây cho các bước tiếp theo trong trình tự. Và nó có thể được hiển thị như hình dưới đây:
A) Biến tần ba pha- Chế độ dẫn điện 120 độ
Chế độ 120º tương tự như 180º ở mọi khía cạnh ngoại trừ thời gian đóng của mỗi công tắc được giảm xuống 120, trước đây là 180.
Như thường lệ, hãy bắt đầu chuyển đổi trình tự bằng cách đóng công tắc S1 trong đoạn đầu tiên và là số bắt đầu thành 0º. Vì thời gian dẫn đã chọn là 120º nên công tắc S1 sẽ mở sau 120º, vì vậy S1 đã được đóng từ 0º đến 120º.
Vì nửa chu kỳ của tín hiệu hình sin đi từ 0 đến 180º, trong thời gian còn lại S1 sẽ mở và được biểu thị bằng vùng màu xám ở trên.
Bây giờ sau 120º của pha đầu tiên, pha thứ hai cũng sẽ có một chu kỳ dương như đã đề cập trước đó, vì vậy công tắc S3 sẽ đóng sau S1. S3 này cũng sẽ được đóng trong 120º nữa. Vì vậy S3 sẽ bị đóng từ 120º đến 240º.
Tương tự, pha thứ ba cũng có chu kỳ dương sau 120º của chu kỳ dương pha thứ hai nên công tắc S5 sẽ đóng sau 120º của S3 đóng. Sau khi đóng công tắc, nó sẽ được giữ ở trạng thái đóng đến 120º trước khi được mở và cùng với đó, công tắc S5 sẽ được đóng từ 240º đến 360º
Chu kỳ chuyển mạch đối xứng này sẽ được tiếp tục để đạt được điện áp ba pha mong muốn. Nếu chúng ta điền trình tự chuyển đổi bắt đầu và kết thúc trong bảng trên, chúng ta sẽ có một mẫu chuyển đổi hoàn chỉnh cho chế độ dẫn 120º như bên dưới.
Từ bảng trên, chúng ta có thể hiểu rằng:
Từ 0-60: S1 & S4 được đóng trong khi các công tắc còn lại được mở.
Từ 60-120: S1 & S6 được đóng trong khi các công tắc còn lại được mở.
Từ 120-180: S3 & S6 được đóng trong khi các công tắc còn lại được mở.
Từ 180-240: S2 & S3 đóng trong khi các công tắc còn lại mở
Từ 240-300: S2 & S5 được đóng trong khi các công tắc còn lại được mở
Từ 300-360: S4 & S5 được đóng trong khi các công tắc còn lại được mở
Và chuỗi các bước này cứ tiếp diễn như vậy. Bây giờ chúng ta hãy vẽ mạch đơn giản cho từng bước để hiểu rõ hơn về thông số dòng điện và điện áp của mạch Biến tần 3 pha.
Bước 1: (cho 0-60) S1, S4 đóng trong khi bốn công tắc còn lại mở. Trong trường hợp này, mạch đơn giản có thể được hiển thị như dưới đây.
Vì vậy với 0 đến 60: Vao = Vs / 2, Vco = 0; Vbo = -Vs / 2
Bằng cách sử dụng chúng, chúng ta có thể tính được điện áp đường dây là:
Vab = Vao - V bo = Vs Vbc = Vbo - Vco = -Vs / 2 Vca = Vco - Vao = -Vs / 2
Bước 2: (từ 60 đến 120) S1 & S6 được đóng trong khi các công tắc còn lại mở. Trong trường hợp này, mạch đơn giản có thể được hiển thị như dưới đây.
Vì vậy, đối với 60 đến 120: Vbo = 0, Vco = -Vs / 2 & Vao = Vs / 2
Bằng cách sử dụng chúng, chúng ta có thể tính được điện áp đường dây là:
Vab = Vao - Vbo = Vs / 2 Vbc = Vbo - Vco = Vs / 2 Vca = Vco - Vao = -Vs
Bước 3: (từ 120 đến 180) S3 & S6 được đóng trong khi các công tắc còn lại đang mở. Trong trường hợp này, mạch đơn giản có thể được hiển thị như dưới đây.
Vì vậy, đối với 120 đến 180: Vao = 0, Vbo = Vs / 2 & Vco = -Vs / 2
Bằng cách sử dụng chúng, chúng ta có thể tính được điện áp đường dây là:
Vab = Vao - V bo = -Vs / 2 Vbc = Vbo - Vco = Vs Vca = Vco - Vao = -Vs / 2
Tương tự, chúng ta có thể lấy được điện áp pha và điện áp đường dây cho các bước tiếp theo. Và nếu chúng ta vẽ một biểu đồ cho tất cả các bước thì chúng ta sẽ nhận được một cái gì đó như dưới đây.
Có thể thấy trong đồ thị đầu ra của cả hai trường hợp chuyển đổi 180º và 120º rằng chúng ta đã đạt được điện áp ba pha xoay chiều ở ba đầu cuối đầu ra. Mặc dù dạng sóng đầu ra không phải là sóng hình sin thuần túy, nhưng nó giống dạng sóng điện áp ba pha. Đây là một mạch lý tưởng đơn giản và dạng sóng gần đúng để hiểu cách làm việc của biến tần 3 pha. Bạn có thể thiết kế một mô hình làm việc dựa trên lý thuyết này bằng cách sử dụng các thyristor, chuyển mạch, điều khiển và mạch bảo vệ.