Nguyên lý hoạt động của máy phát điện

Máy nén khí piston

Nguyên tắc hoạt động của súng AK47

Điều gì khiến Biến tần hoạt động?

Gắn bên trong Biến tần là các bộ phận giúp có thể nhận được điện áp đầu vào cố định
với tần số cố định và biến điện áp/tần số đó thành điện áp và tần số biến thiên ba pha để điều khiển
tốc độ động cơ.

Cách thức hoạt động của Biến tần?

Trước tiên, Biến tần chuyển đổi điện Xoay chiều vào thành điện áp Một chiều sử dụng bộ chỉnh lưu. Điện đầu vào có thể là một pha hoặc ba pha, nhưng nó sẽ ở mức điện áp và tần số cố định.

Tiếp theo, điện áp Một chiều được tạo ra sẽ được trữ trong giàn tụ điện. Điện áp một chiều này ở mức rất cao.

Cuối cùng, thông qua trình tự kích hoạt thích hợp bộ biến đổi IGBT (IGBT là từ viết tắt của Tranzito Lưỡng cực có Cổng Cách điện hoạt động giống như một công tắc bật và tắt cực nhanh để tạo dạng sóng đầu ra của Biến tần) của Biến tần sẽ tạo ra một điện áp Xoay chiều ba pha. Điện áp và tần số đầu ra biến thiên và thay đổi khi cần tăng hoặc giảm tốc độ của động cơ.

Bộ chỉnh lưu

Phần đầu tiên trong quá trình biến điện áp đầu vào thành đầu ra mong muốn cho động cơ là quá trình chỉnh lưu. Điều này đạt được bằng cách sử dụng bộ chỉnh lưu cầu đi-ốt sóng toàn phần.

Bộ chỉnh lưu cầu đi-ốt tương tự với các bộ chỉnh lưu thường thấy trong bộ nguồn, trong đó Xoay chiều một pha được chuyển đổi thành Một chiều. Tuy nhiên, cầu đi-ốt được sử dụng trong Biến tần cũng có thể cấu hình đi-ốt bổ sung để cho phép chuyển đổi từ điện Xoay chiều ba pha thành điện Một chiều.

Các đi-ốt chỉ cho phép luồng điện theo một hướng, vì vậy cầu đi-ốt hướng dòng electron của điện năng từ Dòng Xoay chiều (AC) thành Dòng Một chiều (DC).

 Tuyến dẫn Một chiều

Tuyến dẫn Một chiều là một giàn tụ điện lưu trữ điện áp Một chiều đã chỉnh lưu. Một tụ điện có thể trữ một điện tích lớn, nhưng sắp xếp chúng theo cấu hình Tuyến dẫn Một chiều sẽ làm tăng điện dung.

Điện áp đã lưu trữ sẽ được sử dụng trong giai đoạn tiếp theo khi IGBT tạo ra điện năng cho động cơ.

IGBT

Thiết bị IGBT được công nhận cho hiệu suất cao và chuyển mạch nhanh. IGBT được bật và tắt theo trình tự để tạo xung với các độ rộng khác nhau từ điện áp Tuyến dẫn Một chiều được trữ trong tụ điện.

Bằng cách sử dụng Điều biến Độ rộng Xung hoặc PWM, IGBT có thể được bật và tắt theo trình tự giống với sóng dạng sin được áp dụng trên sóng mang.

Trong hình bên phải, sóng hình tam giác nhiều chấm biểu thị sóng mang và đường tròn biểu thị một phần sóng dạng sin.

Nếu IGBT được bật và tắt tại mỗi điểm giao giữa sóng dạng sin và sóng mang, độ rộng xung có thể thay đổi.

PWM có thể được sử dụng để tạo đầu ra cho động cơ giống hệt với sóng dạng sin. Tín hiệu này được sử dụng để điều khiển tốc độ và mô-men xoắn của động cơ.

Bộ điện kháng Xoay chiều

Bộ điện kháng dòng Xoay chiều là cuộn cảm hoặc cuộn dây. Cuộn cảm lưu trữ năng lượng trong từ trường được tạo ra trong cuộn dây và chống thay đổi dòng điện.

Bộ điện kháng dòng giúp giảm méo sóng hài, tức là nhiễu trên dòng xoay chiều. Ngoài ra, bộ điện kháng dòng Xoay chiều sẽ giảm mức đỉnh của dòng điện lưới hay nói cách khách là giảm dòng chồng trên Tuyến dẫn Một chiều. Giảm dòng chồng trên Tuyến dẫn Một chiều sẽ cho phép tụ điện chạy mát hơn và do đó sử dụng được lâu hơn.

Bộ điện kháng dòng Xoay chiều có thể hoạt động như một bộ hoãn xung để bảo vệ mạch chỉnh lưu đầu vào khỏi nhiễu và xung gây ra do bật và tắt các tải điện cảm khác bằng bộ ngắt mạch hoặc khởi động từ.

Có vài nhược điểm khi sử dụng bộ điện kháng, như chi phí tăng thêm, cần nhiều không gian pa-nen hơn và đôi khi là giảm hiệu suất.

Trong các trường hợp hiếm gặp, bộ điện kháng dòng có thể được sử dụng ở phía đầu ra của Biến tần để bù cho động cơ có điện cảm thấp, nhưng điều này thường không cần thiết do hiệu suất hoạt động tốt của công nghệ IGBT.

Bộ điện kháng Một chiều

Bộ điện kháng Một chiều giới hạn tốc độ thay đổi dòng tức thời trên tuyến dẫn Một chiều. Việc giảm tốc độ thay đổi này sẽ cho phép bộ truyền động phát hiện các sự cố tiềm ẩn trước khi xảy ra hỏng hóc và ngắt bộ truyền động ra.

Bộ điện kháng Một chiều thường được lắp đặt giữa bộ chỉnh lưu và tụ điện trên các bộ Biến tần 7,5 kW trở lên. Bộ điện kháng Một chiều có thể nhỏ và rẻ hơn Bộ điện kháng Xoay chiều.

Bộ điện kháng Một chiều giúp hiện tượng méo sóng hài và dòng chồng không làm hỏng tụ điện, tuy nhiên bộ điện kháng này không cung cấp bất kỳ bảo vệ chống hoãn xung nào cho bộ chỉnh lưu.

Điện trở Hãm

Tải có lực quán tính cao và tải thẳng đứng có thể làm tăng tốc động cơ khi động cơ cố chạy chậm hoặc dừng. Hiện tượng tăng tốc động cơ này có thể khiến động cơ hoạt động như một máy phát điện.

Khi động cơ tạo ra điện áp, điện áp này sẽ quay trở lại tuyến dẫn Một chiều.
Lượng điện thừa này cần phải được xử lý bằng cách nào đó. Điện trở được sử dụng để nhanh chóng “đốt cháy hết” lượng điện thừa này được tạo ra bởi hiện tượng này bằng cách biến lượng điện thừa thành nhiệt.

Nếu không có điện trở, mỗi lần hiện tượng tăng tốc này xảy ra, bộ truyền động có thể ngắt do Lỗi Quá áp trên Tuyến dẫn Một chiều.

Biến tần là gì?

Biến tần là gì?

Biến tần là một thiết bị được dùng để điều khiển tốc độ quay của động cơ dòng điện xoay chiều bằng cách điều khiển tần số của điện năng cung cấp cho động cơ.

Nếu không có Biến tần, tất cả các động cơ Xoay chiều sẽ chỉ tăng tốc lên tốc độ tối đa khi được cấp điện. Sẽ không có điều khiển tốc độ và các ứng dụng sẽ bị giới hạn.

Bằng cách sử dụng Biến tần để điều chỉnh tốc độ, các động cơ này có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, mà động cơ một tốc độ sẽ không đáp ứng được.

Tốc độ động cơ thường được đo bằng Số vòng trên phút hoặc RPM.

Động cơ Xoay chiều là gì?

Câu trả lời

Động cơ xoay chiều 3 pha là một thiết bị rất cơ bản
Nó bao gồm hai bộ phận chính:

– Cuộn dây cố định (còn gọi là stato)

– Bộ phận xoay (còn gọi là rô-to)

Stato có các cuộn dây bên trong giúp tạo ra từ trường biến thiên. Rô-to cũng có từ trường được hút hoặc đẩy bởi các từ trường của stato.

Cũng giống như nam châm, các cực trái dấu thì hút nhau và các cực cùng dấu thì đẩy nhau. Bằng cách sử dụng các nguyên lý này, chúng ta có thể vận dụng từ trường bên trong động cơ để khiến rô-to quay. Rô-to được gắn vào trục nhô ra ngoài vỏ động cơ. Trục này quay với tốc độ do Biến tần xác định.

Động cơ Không đồng bộ

Động cơ Xoay chiều biến điện năng thành cơ năng

Trong động cơ không đồng bộ nguyên lý cảm ứng được sử dụng, khi một vật dẫn được đặt trong trường điện từ, sau đó được tác động một lực, lực này cố gắng di chuyển vật dẫn qua từ trường. Tốc độ của động cơ tùy thuộc vào tải.

Cảm ứng

Cảm ứng điện từ là quá trình tạo ra điện áp trên một vật dẫn chuyển động qua từ trường. Cảm ứng điện từ tồn tại trong hoạt động của máy phát điện, máy biến thế, động cơ cảm ứng, tất cả các động cơ điện, động cơ đồng bộ và solenoid.

Trong động cơ cảm ứng Xoay chiều, từ trường được đặt vào bộ phận cố định (stato). Các vật dẫn chịu tác động của lực điện từ được đặt trong rô-to.

Stato (thường) bao gồm 3 cuộn dây (pha) lệch nhau 120 độ điện. Khi được cấp dòng điện 3 pha, chúng tạo ra một dòng điện trong vật dẫn của rô-to. Sự tương tác của từ trường tạo ra bởi stato và vật dẫn mang dòng điện trong rô-to khiến rô-to bị ‘kéo’ xung quanh từ trường của stato.

Động cơ Đồng bộ

Động cơ Xoay chiều biến điện năng thành cơ năng

Tương tự với động cơ Một chiều không chổi than, rô-to của động cơ Xoay chiều đồng bộ bằng nam châm vĩnh cửu gồm có các nam châm vĩnh cửu.

Stato có các cuộn dây 3 pha được phân bố theo hình sin trái ngược với sự phân bố cực lồi thường thấy trong động cơ Một chiều không chổi than.

Stato khi được cấp dòng điện xoay chiều 3 pha sẽ tạo ra một dòng xoay đồng bộ khiến rô-to xoay đồng bộ với stato. Tốc độ do tần số xác định.

Do sự kích từ cuộn dây theo hình sin, nên mô-men xoắn do động cơ này tạo ra phẳng hơn nhiều so với động cơ một chiều không chổi than.

Các loại biến tần

Trên thị trường ngày nay, có 3 loại Biến tần cơ bản:

• Truyền động Vôn/Hz (Mạch Hở)
• Truyền động Véc-tơ không cảm biến (Mạch Hở)
• Truyền động Véc-tơ có phản hồi (Mạch Kín)

Hai loại đầu tiên được gọi là Mạch Hở do chúng cung cấp điện cho động cơ, nhưng không có cách nào xác minh rằng các động cơ thực sự đang chạy ở tốc độ mong muốn.
Điều này Chấp nhận được cho các ứng dụng không yêu cầu điều khiển vị trí chính xác hoặc điều chỉnh tốc độ lớn.

Loại cuối cùng là thiết bị Mạch Kín có nghĩa là nó có
khả năng chấp nhận tín hiệu từ thiết bị phản hồi
giám sát tốc độ và/hoặc vị trí của động cơ. Ví dụ:
nếu tín hiệu phản hồi cho thấy rằng tốc độ quá thấp hoặc quá cao, Biến tần có thể điều chỉnh đầu ra của nó để khắc phục lỗi.

Truyền động V/Hz

Truyền động Vôn trên Hertz

Hertz

Tần số của Dòng Xoay chiều được đo bằng Chu kỳ trên Giây, còn gọi là hertz.

-chẳng hạn 50Hz. = 50 chu kỳ trên giây

 Đây là các bộ truyền động phổ biến sử dụng “bảng tìm kiếm” để xuất ra điện áp cụ thể phụ thuộc vào tần số đầu ra.

Điều này có nghĩa là sẽ có điện áp và tần số định trước trên toàn bộ phạm vi tín hiệu tốc độ.

Điện áp và tần số biến thiên cùng nhau, thông thường từ
0 vôn và 0 Hertz, đến điện áp và tần số
tối đa. Việc tăng tốc độ từ không đến tối đa
thường rất tuyến tính.

Ví dụ: một bộ truyền động V/Hz có thể chạy với mức 240 vôn 50Hz ở tốc độ cực đại, nhưng chỉ 120 vôn 25Hz ở tốc độ bằng một nửa.

Phương pháp “bảng tìm kiếm” để điều khiển động cơ trong đó điện áp và tần số biến thiên cùng nhau là phương pháp rất đơn giản để điều khiển tốc độ. Điều chỉnh tốc độ khá tốt (lỗi 1-3%). Không cần có phản hồi nên các bộ truyền động V/Hz có khả năng kết nối cùng lúc nhiều động cơ.

Tuy nhiên, các bộ truyền động V/Hz có một số giới hạn về hiệu suất hoạt động. Các bộ truyền động này có hiệu suất động thấp khi tải mà chúng đang truyền động đột ngột thay đổi. Công suất quá tải giới hạn ở 150%, và chúng có mô-men xoắn khởi động giới hạn.

Bộ truyền động V/Hz là phù hợp nhất cho các ứng dụng phổ cập và mô-men xoắn biến thiên với tải thay đổi chậm và có thể dự đoán được.

Một số ví dụ là bơm ly tâm và quạt, băng chuyền, máy trộn, máy khuấy, máy rửa công nghiệp &

sấy công nghiệp và các tải động hạng nhẹ khác

Truyền động Véc-tơ không cảm biến (sensorless vector)

Truyền động Véc-tơ không cảm biến

Truyền động Véc-tơ không cảm biến có một bộ xử lý  PWM(Điều biến Độ rộng Xung quá trình trong đó IGBT bật và tắt rất nhanh tạo ra điện áp một chiều giống sóng dạng sin xoay chiều cho động cơ) giám sát đầu ra dòng điện và điện áp tới động cơ, và điều chỉnh dạng sóng đầu ra để đạt được điều khiển tốc độ chặt chẽ hơn.

Mô-men xoắn khởi động cao ở tốc độ thấp (200% ở 0,5Hz) cho phép khởi động tải có lực quán tính cao. Thiết kế và thuật toán nâng cao cung cấp khả năng điều khiển về tốc độ bằng không, cộng với vận hành chính xác cho chu kỳ hoạt động và mô-men xoắn nhanh mà không cần phản hồi.

( lực quay hoặc xoắn dẫn đến hiện tượng xoay – trong Biến tần hoặc động cơ, mô-men xoắn tỷ lệ thuận với dòng điện )

Bằng cách sử dụng bộ vi xử lý và xử lý tín hiệu số, các bộ truyền động có thể nhận biết đặc điểm của động cơ trong khi chạy và tự điều chỉnh với động cơ.

Nhờ công nghệ này, điều chỉnh tốc độ được cải thiện lên còn <1% lỗi.

Có thể sử dụng truyền động véc-tơ không cảm biến với động cơ nam châm vĩnh cửu và động cơ tốc độ cao tối đa 1000Hz.

Truyền động Véc-tơ không cảm biến có thiết bị đầu vào tham chiếu tốc độ và mô-men xoắn riêng. Kết hợp điều này với khả năng mô-men khởi động cao sẽ cải thiện điều chỉnh tốc độ, tự điều chỉnh với động cơ và không cần phản hồi của động cơ.

Kết hợp này giúp Truyền động Véc-tơ không cảm biến thích hợp cho tất cả các ứng dụng phổ biến, các ứng dụng có mô-men xoắn biến thiên và có hiệu suất từ trung bình đến cao.

Tuy nhiên, các bộ truyền động này cũng có một số giới hạn chẳng hạn như hiệu suất động thấp khi tải đột ngột thay đổi. Chúng cũng thiếu khả năng giữ động cơ ở tốc độ bằng không và có thể khó khăn trong việc điều khiển mô-men xoắn vượt quá 2 lần tốc độ cơ bản. Kết nối nhiều động cơ sẽ tự động đưa bộ truyền động về chế độ vận hành V/Hz.

Các ứng dụng phổ biến cho Truyền động Véc-tơ không cảm biến là máy đúc ép, tời điện, máy tháo tời và dây chuyền công nghệ.

Truyền động Véc-tơ có Thiết bị Phản hồi

Truyền động Véc-tơ có Thiết bị Phản hồi.

Bộ truyền động này hiện là loại Biến tần duy nhất có hiệu suất tương tự hoặc tương đương với Truyền động điện Một chiều.

Các bộ truyền động này giám sát đầu ra điện áp và dòng điện, cũng như phản hồi bộ mã hóa từ động cơ đối với điều khiển véc-tơ mạch kín.

Phản hồi này được dùng để điều chỉnh dạng sóng đầu ra để
đạt được điều khiển tốc độ chặt chẽ nhất.

Vì Truyền động Véc-tơ có thiết bị phản hồi có thể vận hành trong cấu hình mạch kín, nên chúng có thể đạt được
mô-men xoắn và hiệu suất vòng lặp tốc độ cực cao.

Các bộ truyền động này có điều chỉnh tốc độ tuyệt vời tới 0,01%, mô-men xoắn
tối đa ở tốc độ bằng không và phạm vi điều khiển tốc độ cực rộng.

Giới hạn của những bộ truyền động này là chúng yêu cầu thiết bị phản hồi và thẻ tùy chọn phản hồi bộ mã hóa cũng như chỉ dùng cho hoạt động của một động cơ. Có thể cần đến phần cứng tùy chọn bổ sung để tận dụng các tính năng khác của các bộ truyền động này.

Các bộ truyền động này phù hợp nhất cho các ứng dụng hiệu suất cao như trục quay và máy tiện, ứng dụng chuyển đổi, máy đúc ép và các ứng dụng phải dùng truyền động điện một chiều trước đó. Các bộ truyền động điện này đang có xu hướng tăng mạnh trong ngành vận chuyển vật liệu.