KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Sau một thời gian làm việc nghiêm túc, với sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy PGS – TS
Nguyễn Văn Liễn và các thầy giáo đã giảng dạy luận văn của em đã hoàn thành đúng thời
gian.
Luận văn đã giải quyết được các nội dung yêu cầu ban đầu gồm:
Chương 1: Chương này giới thiệu về động cơ không đồng bộ và các phương pháp
điều khiển tần số động cơ không đồng bộ.
Chương 2: Chương này giới thiệu về cấu trúc biến tần đa mức, phân tích cấu trúc,
trạng thái và quá trình chuyển mạch của các khóa bán dẫn trong các cấu trúc nghịch lưu áp
đa mức NPC, CHB, FLC.
Phân tích phương pháp điều chế vectơ không gian cho bộ nghịch lưu áp 3
mức cấu trúc NPC: xây dựng được vectơ không gian của bộ nghịch lưu, xác định được
thời gian tác động và trình tự tác động của các khóa bán dẫn trong các pha của bộ nghịch
lưu. Phân tích 2 phương pháp điều chế vectơ không gian thông thường (Conventional
SVM) và phương pháp điều chế vectơ không gian cải tiến (SVM With Even-Order
Harmonic Elimination).
Chương 3: Tính toán tải mạch lực cho tải quạt gió và giới thiệu tải quạt gió hồi lưu
trong nhà máy xi măng. Tính chon các van bán dẫn cho mạch lực.
Chương 4: Xây dựng được thuật toán của phương pháp điều chế vectơ không gian
thông thường và phương pháp điều chế vectơ không gian cải tiến. Viết chương trình mô
phỏng cho thuật toán trên. Áp dụng phương pháp điều chế vectơ không gian cho các
trường hợp tải R-L, tải động cơ.
Như vậy luận văn đã giải quyết được các yêu cầu đặt ra là phân tích, xây dựng và mô
phỏng phương pháp điều chế vectơ không gian cho bộ nghịch lưu áp 3 mức cấu trúc NPC.
Kết quả mô phỏng thể hiện tỉ lệ sóng hài thấp, chất lượng dòng điện và điện áp ra của bộ
nghịch lưu cao đối với trường hợp tải R-L.
Vì điều kiện thời gian, nên tác giả chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu phương pháp điều
chế vectơ chưa xét đến việc điều khiển điện áp Vz nên chất lượng điều chỉnh đối với tải
động cơ chưa cao. Phương hướng phát triển đề tài cải thiện chất lượng của phương pháp
điều chế vectơ, kết hợp với sử dụng bộ chỉnh lưu đa mức, các bộ lọc và phương pháp điều
khiển hiện đại để điều khiển các hệ thống truyền động có công suất lớn.
81 trang |
Chia sẻ: maiphuongtl | Lượt xem: 1791 | Lượt tải: 1
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận văn Nghiên cứu ứng dụng biến tần đa mức trong truyền động điện, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
S22 dẫn dòng thì điện áp ra của cầu H1 và
H2 lần lượt:
EUU h2h1
nên điện áp ra tổng hợp trên pha A của bộ nghịch lưu:
2EUUU h2h1AN
. Tương tự với S31, S41, S32 và S42 dẫn thì điện áp ra
2EUAN
. Còn 3
mức điện áp còn lại E, 0, -E tương ứng với các vị trí khác nhau của các khóa sẽ được tổng
hợp trong bảng 2.5.
Bảng 2.5: Bảng trạng thái chuyển mạch (pha A) của 5L-CHB
Trạng thái
(State)
Trạng thái các khóa chuyển mạch
Uh1 Uh2 UAN
S11 S31 S12 S32
1 Đóng Ngắt Đóng Ngắt E E 2E
2 Đóng Đóng Đóng Ngắt 0 E
E 3 Ngắt Ngắt Đóng Ngắt 0 E
4 Đóng Ngắt Đóng Đóng E 0
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
32
5 Đóng Ngắt Ngắt Ngắt E 0
6 Ngắt Ngắt Đóng Đóng 0 0
0
7 Đóng Đóng Đóng Đóng 0 0
8 Đóng Đóng Ngắt Ngắt 0 0
9 Ngắt Ngắt Ngắt Ngắt 0 0
10 Đóng Ngắt Ngắt Đóng -E E
11 Ngắt Đóng Đóng Ngắt E -E
12 Đóng Đóng Ngắt Đóng 0 -E
-E
13 Ngắt Ngắt Ngắt Đóng 0 -E
14 Ngắt Đóng Đóng Đóng -E 0
15 Ngắt Đóng Ngắt Ngắt -E 0
16 Ngắt Đóng Ngắt Đóng -E -E -2E
2.4.3.3. Quá trình chuyển mạch
Hình 2.8 biểu diễn sự chuyển mạch giữa các mức điện áp ra, số lượng chuyển mạch
giữa 2 mức điện áp kề nhau được đánh dấu trong hình vẽ. Để nghiên cứu sự chuyển mạch
giữa các trạng thái, ta khảo sát sự chuyển mạch một trường hợp (theo đường nét đậm trong
hình 2.8).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
33
Hình 2.8: Quá trình chuyển mạch giữa các trạng thái
- Trường hợp 1: dòng điện tải iA > 0 (hình 2.9a)
E
11S 11D
41D41S
3S 31D
21D2S
E
12S 12D
42D42S
3S 32D
22D2S
A
Trạng thái 1
E
11S 11D
41D41S
3S 31D
21D2S
E
12S 12D
42D42S
3S 32D
22D2S
A
Trạng thái 4
E
1 1
41D41
3S 3D
21D2S
E
1 1
42D42S
3S 3D
22D2S
A
Trạng thái 7
E
1S 11D
41D41S
3S 31D
21D2S
E
1S 12D
42D42S
3S 32D
22D2S
A
Trạng thái 14
E
11S 11D
41D41S
3S 31D
21D2S
E
12S 12D
42D42S
3S 32D
22D2S
A
Trạng thái 16
Hình 2.9a: Quá trình chuyển mạch từ trạng thái
1614741
với dòng điện tải iA > 0
Bộ nghịch lưu ở trạng thái "1" tương ứng với S11, S21, S12 và S22 đang dẫn dòng với
điện áp ra
2EUAN
. Sau khi S22 ngắt hoàn toàn, S32 đóng lại bộ nghịch lưu chuyển sang
trạng thái "4" với điện áp ra
EUAN
. Sau khi S21 ngắt hoàn toàn, S31 đóng lại bộ nghịch lưu
chuyển sang trạng thái "7" tương ứng với điện áp ra
0UAN
. Sau đó bộ nghịch lưu chuyển
sang trạng thái "14" với S11 ngắt và S41 đóng lại, tương ứng với điện áp ra
EUAN
. Sau
khi S12 ngắt hoàn toàn, S42 đóng lại bộ nghịch lưu chuyển sang trạng thái "16" tương ứng
với điện áp ra
E2UAN
. Dòng điện chạy trong các trạng thái biểu diễn bằng đường nét
đậm trong hình 2.9a.
- Trường hợp 2: dòng điện tải iA < 0 (hình 2.9b)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
34
E
11S 11D
41D41S
3S 31D
21D2S
E
12S 12D
42D42S
3S 32D
22D2S
A
Trạng thái 1
E
11S 11D
41D41S
3S 31D
21D2S
E
12S 12D
42D42S
3S 32D
22D2S
A
Trạng thái 4
E
11S 11D
41D41S
3S 31D
21D2S
E
12S 12D
42D42S
3S 32D
22D2S
A
Trạng thái 7
E
11S 11D
41D41S
3S 31D
21D2S
E
12S 12D
42D42S
3S 32D
22D2S
A
Trạng thái 14
E
11S 11D
41D41S
3S 31D
21D2S
E
12S 12D
42D42S
3S 32D
22D2S
Trạng thái 16
Hình 2.9b: Quá trình chuyển mạch từ trạng thái
1614741
với dòng điện tải iA < 0
Tương tự trường hợp dòng điện tải iA > 0, quá trình chuyển mạch cũng xảy ra theo
chu trình trên nhưng với chiều dòng điện chạy như trong hình 2.9b.
2.5. Nhận xét
Bộ nghịch lưu áp đa mức ngày càng được sử dụng nhiều trong các ứng dụng có điện
áp cao và hiệu suất cao. Ưu điểm chính của nó: công suất của bộ nghịch lưu áp tăng lên,
điện áp đặt lên các linh kiện giảm xuống nên công suất tổn hao do quá trình đóng cắt của
linh kiện cũng giảm theo, với cùng tần số đóng cắt các thành phần sóng hài bậc cao của
điện áp ra nhỏ hơn so với trường hợp bộ nghịch lưu 2 mức.
Trong các cấu trúc của bộ nghịch lưu đa mức, cấu trúc dạng flying capacitor (FLC)
khó thực hiện bởi vì mỗi tụ điện được nạp với điện áp khác nhau khi số mức điện áp tăng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
35
lên. Bộ nghịch lưu cầu H nối tầng (CHB) có khả năng mođun hóa, vấn đề không cân bằng
của điện áp liên lạc một chiều không xảy ra, do đó dễ mở rộng ở nhiều mức, tuy nhiên cần
phân tách nguồn một chiều. Cấu trúc có điôt kẹp (NPC) khó mở rộng sang nhiều mức bởi
vì vấn đề liên lạc một chiều không cân bằng, số điôt chốt tăng lên. Vì vậy trong phạm vi
luận văn tác giả chỉ tập trung nghiên cứu cho bộ nghịch lưu áp 3 mức (3L-NPC).
B. Phƣơng pháp điều chế cho bô nghịch lƣu áp đa mức.
2.6 Khái niệm.
Phương pháp điều chế vectơ không gian (space vector modulation method -SVM)
xuất phát từ những ứng dụng của vectơ không gian trong máy điện xoay chiều, sau đó
được mở rộng triển khai trong các hệ thống điện ba pha. Phương pháp điều chế vectơ
không gian và các dạng cải biến của nó có tính hiện đại, giải thuật chủ yếu dựa vào kỹ
thuật số và là các phương pháp được sử dụng phổ biến nhất hiện nay trong lĩnh vực điện tử
công suất liên quan đến điều khiển các đại lượng xoay chiều ba pha như truyền động điện
xoay chiều, điều khiển các mạch lọc tích cực, điều khiển các thiết bị công suất trên hệ
thống truyền tải điện.
Phương pháp điều chế vectơ không gian là phương thức thay thế ba vectơ điện áp ba
pha thành một vectơ quay trong không gian. Như vậy thay vì phải tính toán trên ba pha ta
chỉ cần tính toán trên hệ trục hai pha theo độ lớn và góc pha của đại lượng vectơ quay.
Giả thiết cho đại lượng ba pha cân bằng
av
,
bv
,
cv
thỏa mãn hệ thức:
0a b cv v v
(2.1)
Phép chuyển đổi từ các đại lượng ba pha
av
,
bv
,
cv
sang đại lượng vectơ quay
v
theo công thức:
2
2 2
;
3 3
j j
a b cv v v e v e
(2.2)
2.7. Phƣơng pháp điều chế cho bộ nghịch lƣu áp ba mức NPC
2.7.1. Vectơ không gian của bộ nghịch lưu áp ba mức NPC
Với bộ nghịch lưu áp ba mức NPC (hình 2.10), trên mỗi pha ví dụ pha A điện áp
AZU
sẽ có ba trạng thái điện áp khác nhau tương ứng với các trạng thái đóng ngắt của các khóa
bán dẫn. Do đó có tất cả 27 trạng thái đóng ngắt của các khóa bán dẫn trên ba pha tạo ra
điện áp ba pha ở tải, với mỗi trạng thái được minh họa bởi tổ hợp ka, kb, kc.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
36
Hình 2.10: Bộ nghịch lưu áp 3 mức NPC
Xét hệ số ka:
và cùng với quy tắc đối nghịch
x1 x3
x2 x4
S +S =1
S +S =1
, trong đó
x =a,b,c
ta xây dựng được các
vectơ và trạng thái đóng cắt của bộ nghịch lưu áp 3 mức NPC (bảng 2.1)
Dựa vào độ lớn (mođun), người ta chia các vectơ này thành 4 nhóm:
- Vectơ không (zero vector)
0V
: tương ứng với 3 trạng thái của khóa bán dẫn là
[PPP], [OOO] và [NNN]. Môđun của vectơ
0V
bằng không.
- Vectơ nhỏ (small vector)
1 6V ÷ V
: có môđun bằng Vdc/3, mỗi vectơ này có trạng thái
khóa bán dẫn tương ứng với hai loại vectơ P (chứa trạng thái P) và vectơ N (chứa trạng
thái N).
- Vectơ trung bình (medium vector)
7 12V ÷V
: có môđun bằng
dc3V /3
.
- Vectơ lớn (large vector)
13 18V ÷V
: có môđun bằng
dc2V /3
.
Các trạng thái đóng ngắt này tạo thành một vectơ không gian điện áp có các trạng thái
trùng lặp (redudant states). Khi thực hiện điều chế vectơ không gian cho bộ nghịch lưu áp
3 mức, thông thường người ta tạo ra vectơ tham chiếu (
efrV
) từ 3 vectơ gần nó nhất. Do
vậy để thuận tiện ta chia vectơ không gian của bộ nghịch lưu áp 3 mức thành 6 vùng
(sector) như hình 2.11.
Bảng 2.6: Các vectơ tương ứng với các trạng thái của khóa bán dẫn
P : khi S1 và S2 đóng ("1"), UAZ = E
ka = O : khi S2 và S3 đóng ("1"), UAZ = 0
N : khi S3 và S4 đóng ("1"), UAZ = -E
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
37
Không gian vectơ Trạng thái khóa bán dẫn Phân loại vectơ Môđun vectơ
0V
[PPP], [OOO], [NNN] Vectơ không 0
1V
Loại P Loại N
Vectơ nhỏ
dc
1
V
3
1PV
[POO]
1NV
[ONN]
2V
2PV
[PPO]
2NV
[OON]
3V
3PV
[OPO]
3NV
[NON]
4V
4PV
[OPP]
4NV
[NOO]
5V
5PV
[OOP]
5NV
[NNO]
6V
6PV
[POP]
6NV
[ONO]
7V
[PON]
Vectơ
trung bình dc
3
V
3
8V
[OPN]
9V
[NPO]
10V
[NOP]
11V
[ONP]
12V
[PNO]
13V
[PNN]
Vectơ lớn
dc
2
V
3
14V
[PPN]
15V
[NPN]
16V
[NPP]
17V
[NNP]
18V
[PNP]
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
38
1V
13V
7V
14V
2V
8V
15V
0V
9V
16V
5V
4V
6V
10V
17V
18V
11V
12V
Sector I
Sector II
Sector III
Sector IV
Sector V
Sector VI
Hình 2.11 : Vectơ không gian điện áp của bộ nghịch lưu 3 mức NPC
2.7.2. Phương pháp điều chế vectơ không gian
Ý tưởng của phương pháp điều chế vectơ không gian là tạo nên sự dịch chuyển liên
tục của vectơ không gian tham chiếu trên quỹ đạo đường tròn của vectơ điện áp bộ nghịch
lưu tương tự như trường hợp vectơ không gian của đại lượng sin ba pha tạo được. Vectơ
tham chiếu ở đây chính là vectơ trung bình trong thời gian một chu kỳ điều chế Tpulse của
quá trình điều khiển bộ nghịch lưu áp.
Các bước thực hiện giải thuật điều chế vectơ không gian:
- Xác định vị trí của vectơ trung bình.
- Xác định các vectơ cơ bản để tạo được vectơ trung bình.
- Xác định trình tự thực hiện và thời gian tác dụng của các vectơ cơ bản.
Giả sử vectơ trung bình nằm trong vùng I (sector I), ta chia nhỏ vùng (tam giác) này
thành 4 tam giác con , , và (hình 2.12), trong đó mỗi tam giác được tổ hợp từ 3
vectơ cơ bản (bảng 2.7).
1V
13V
7V
14V
2V
0V
refV
θ
Hình 2.12: Vectơ điện áp ở vùng I (sector I)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
39
Bảng 2.7: Vị trí các tam giác tương ứng với tổ hợp các vectơ cơ bản
Tam giác Tổ hợp các vectơ cơ bản
0V
, 1V , 2V
1V
, 13V , 7V
1V
, 7V , 2V
2V
, 7V , 14V
Tổng quát, khi vectơ điện áp trung bình
refV
nằm trong tam giác tổ hợp từ các vectơ
1V
,
2V
,
3V
ta thực hiện sự tổng hợp vectơ trung bình bằng cách điều khiển để
1V
tác dụng
trong thời gian T1, 2V tác dụng trong thời gian T2 và 3V tác dụng trong thời gian T3 theo
công thức:
1 2 31 2 3ref pulseV T V T V T V T
(2.3)
trong đó
1 2 3pulseT T T T
: là chu kỳ điều chế.
Vấn đề còn lại là xác định thời gian tác dụng T1, T2, T3 của các vectơ cơ bản. Nếu ta
biết được vectơ
refV
dưới dạng các thành phần vuông góc
αV
và
βV
trong hệ tọa độ cố
định (stationary frame)
αβ
, quan hệ giữa các thành phần vectơ
αV
,
βV
với thời gian duy trì
trạng thái vectơ
1V
,
2V
,
3V
có thể biểu diễn dưới dạng ma trận:
1 2 3 1
1 2 3 2
3
1
1 1 1 1
s
V V V V T
V V V V T
T
T
(2.4)
Với
1α 2α 3α 1β 2β 3βV ,V ,V ,V ,V ,V
là các thành phần theo hệ tọa độ
αβ
của các vectơ
1V
,
2V
,
3V
trên hình lục giác. Từ đó thời gian được xác định:
-1
1 1 2 3
2 1 2 3
3
1
1 1 1 1
pulse
T V V V V
T V V V V
T
T
(2.5)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
40
hay ở dạng tương đối:
1 2 31 2 3;
i
refi
pulse
T
d V d V d V d V
T
(2.6)
-1
1 1 2 3
2 1 2 3
3 1 1 1 1
d V V V V
d V V V V
d
(2.7)
Áp dụng cụ thể vào 4 tam giác con trong vùng I của hình lục giác, ta thu được kết quả
như bảng 2.8
Bảng 2.8: Thời gian tác dụng đối với vectơ
refV
trong vùng I
Tam
giác
Thời gian thực hiện
1d 2d 3d
0V
a1-m (sinθ+ 3cosθ) 1V am (-sinθ+ 3cosθ) 2V a2m sinθ
1V
a2-m (sinθ+ 3cosθ) 13V a-1 m (sinθ+ 3cosθ) 7V a2m sinθ
1V
a1-2m sinθ 7V a-1 m (sinθ+ 3cosθ) 2V a1 m (sinθ 3cosθ)
2V
a2-m (sinθ+ 3cosθ) 7V am (-sinθ 3cosθ) 14V a-1 2m sinθ
Trong đó ma là chỉ số điều chế (modulation index):
3 ;
ref
a
dc
V
m
V
0 1am
(2.8)
Nếu vectơ trung bình
refV
nằm ở góc phần sáu thứ i so với góc phần sáu thứ nhất của
hình lục giác tính từ vị trí trục thực
α
, ta có thể quy đổi nó về góc phần sáu thứ nhất (vùng
I) để xác định thời gian tác động của các vectơ cơ bản.
2.7.3. Hiện tượng mất cân bằng điện áp trên tụ điện
Đặc điểm của bộ nghịch lưu dạng NPC nói chung và 3 mức nói riêng là sự xuất hiện
của các tụ điện tại phần DC link, trong quá trình tác động của các trạng thái khác nhau sẽ
làm xuất hiện điện áp
zV
(neutral point voltage), là điện áp giữa điểm Z và âm nguồn một
chiều. Khi thiết kế trình tự chuyển mạch của các khóa bán dẫn người ta tìm cách làm giảm
nhỏ ảnh hưởng của các trạng thái đến độ lệch điện áp
zV
(hiện tượng mất cân bằng điện áp
trên tụ điện)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
41
Khi bộ nghịch lưu đang hoạt động ở trạng thái [PPP] tương ứng với vectơ
0V
, lúc này
hai khóa bán dẫn phía trên của ba nhánh nghịch lưu ở trạng thái đóng nên pha A, B và C
được nối với dương nguồn một chiều (hình 2.13). Do điểm trung tính Z không được nối
nên trạng thái này không ảnh hưởng đến điện áp
zV
(neutral point voltage). Tương tự như
vậy hai trạng thái còn lại của vectơ
0V
: [OOO] và [NNN] cũng không ảnh hưởng đến điện
áp
zV
.
Z
+
_
d1C
d2CTảizV+
_
dc A
C
B
Hình 2.13: Ảnh hưởng đến Vz tương ứng với trạng thái vectơ 0V [PPP]
Khi bộ nghịch lưu hoạt động ở trạng thái P [POO] của vectơ điện áp nhỏ
1V
(
1PV
),
lúc này tải 3 pha được nối giữa điểm dương nguồn và điểm trung tính Z (hình 2.14a) nên
có dòng điện trung tính iz chạy vào điểm Z làm điện áp Vz tăng lên. Ngược lại với trạng
thái N [ONN] của vectơ
1V
(
1NV
) sẽ làm điện áp Vz giảm (hình 2.15b).
Z
+
_
d1C
d2CTảiz+
_
dc A
C
B
zi
Z
+
_
d1C
d2CTảizV+
_
dcV A
C
B
zi
a) Trạng thái [POO]
zV
b) Trạng thái [ONN]
zV
Hình 2.14: Ảnh hưởng đến Vz tương ứng với trạng thái vectơ 1V
Khi bộ nghịch lưu hoạt động ở trạng thái [PON] của vectơ điện áp trung bình
7V
,
tương ứng các pha A, B, C của tải lần lượt nối với dương nguồn, điểm trung tính Z và âm
nguồn (hình 2.15). Tùy theo trạng thái của bộ nghịch lưu mà điện áp Vz có thể tăng hay
giảm, vì vậy trong trạng thái này Vz không xác định được tăng hay giảm.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
42
Z
+
_
d1C
d2CTảizV+
_
dcV A
C
B
zi
Hình 2.15: Ảnh hưởng đến Vz tương ứng với trạng thái vectơ 7V
Khi bộ nghịch lưu hoạt động ở trạng thái [PNN] của vectơ điện áp lớn
13V
, tương ứng
với 3 pha của tải được nối giữa dương nguồn và âm nguồn (hình 2.16). Điểm trung tính Z
không được nối nên điện áp Vz không bị ảnh hưởng.
Z
+
_
d1C
d2CTảizV+
_
dc A
C
B
Hình 2.16: Ảnh hưởng đến Vz tương ứng với trạng thái vectơ 13V
Tóm lại:
- Vectơ
0V
không ảnh hưởng đến điện áp Vz.
- Các vectơ nhỏ
1 6V ÷ V
có ảnh hưởng lớn đến điện áp Vz. Trong đó vectơ loại P làm
điện áp Vz tăng, còn vectơ loại N làm điện áp Vz giảm.
- Các vectơ trung bình
7 12V ÷ V
có ảnh hưởng đến điện áp Vz nhưng không xác định
được hướng tăng hay giảm.
- Các vectơ lớn
13 18V ÷ V
cũng không ảnh hưởng đến điện áp Vz.
2.7.4. Trình tự chuyển mạch của các khóa bán dẫn
Như đã phân tích ở trên, các vectơ nhỏ loại P làm điện áp Vz tăng còn vectơ nhỏ loại
N làm Vz giảm. Vì vậy để giảm sự mất cân bằng này, thời gian tác động của các khóa bán
dẫn tương ứng với trạng thái vectơ nhỏ sẽ được phân bố đều giữa hai trạng thái loại P và
loại N trong một chu kỳ điều chế. Tùy theo vị trí vectơ trung bình
refV
thuộc vị trí tam
giác nào, ta có hai trường hợp được khảo sát:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
43
* Trường hợp 1: trong ba vectơ cơ bản có một vectơ nhỏ .
Khi vectơ trung bình
refV
thuộc tam giác thứ hai và thứ tư của vùng I (hình 2.17), chỉ
có một trong ba vectơ cơ bản là vectơ nhỏ. Giả thiết rằng
refV
thuộc tam giác thứ tư, nó có
thể được tổng hợp bằng ba vectơ cơ bản
2V
,
7V
và
14V
. Vectơ nhỏ
2V
có hai trạng thái
trùng lặp [PPO] và [OON].
1V
13V
7V
14V
0V
ref
Hình 2.17: Trường hợp
refV
thuộc tam giác thứ tư của vùng I (I-4)
Trình tự và thời gian tác động của các khóa bán dẫn tương ứng với trạng thái vectơ
2V
(hình 2.18) phải đảm bảo các nguyên tắc sau đây:
- Thời gian tác động
2V
:
1 2 3pulseT T T T
.
- Sự chuyển mạch giữa hai trạng thái liên tiếp là nhỏ nhất .
- Thời gian tác động T3 của vectơ nhỏ 2V phải được phân bố đều giữa hai trạng thái
loại P và loại N.
- Trong một chu kỳ điều chế, trên một pha của nghịch lưu chỉ có hai khóa bán dẫn
đóng và hai khóa bán dẫn ngắt. Giả thiết rằng sự chuyển tiếp của vectơ trung bình
refV
từ
vùng này sang vùng khác không phụ thuộc vào các khóa bán dẫn, ta có tần số đóng ngắt
của khóa bán dẫn fdev bằng một nửa tần số điều chế:
1 1
2 2
dev pulse
pulse
f f
T
(2.9)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
44
OON + E
AZU
BZU + E
CZU E
ABU + E
2NV
PON
7V
PPN14
V
PO2PV
PPN14
V
ON
7V
ON2N
V
3T
4
2T
2
1T
2
3T
2
1T
2
2T
2
3T
4
pulseT
Hình 2.18: Mẫu xung của vectơ điện áp trung bình
refV
thuộc vùng I-4
* Trường hợp 2: trong ba vectơ cơ bản có hai vectơ nhỏ.
Khi vectơ điện áp trung bình
refV
thuộc tam giác thứ nhất và thứ ba của vùng I, hai
trong ba vectơ cơ bản là vectơ nhỏ. Để giảm hiện tượng mất cân bằng điện áp trên tụ,
người ta chia mỗi tam giác thành hai tam giác con (hình 2.19).
1V
13V
7V
14
2V
0V
refV
1a3a3b1b
Hình 2.19: Trường hợp
refV
thuộc tam giác thứ 3a của vùng I (I-3a)
Giả thiết rằng
refV
thuộc tam giác 3a, nên nó được tổng hợp bằng các vectơ
1V
,
2V
và
7V
. Do vectơ trung bình
refV
gần với vectơ
1V
hơn vectơ
2V
nên thời gian tác động
tương ứng T1 của 1V lâu hơn thời gian tác động T3 của 2V . Lúc này 1V được gọi là vectơ
nhỏ chủ yếu (dominant small vector) và thời gian tác động của nó được phân bố đều giữa
hai trạng thái
1PV
và
1NV
như trong bảng 2.9.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
45
Bảng 2.9: Trình tự và thời gian tác động đối với
refV
thuộc tam giác I-3a
Phân đoạn
(segment)
1 2 3 4 5 6 7
Vectơ điện áp
1NV
2NV 7V 1PV 7V 2NV 1NV
Trạng thái
chuyển mạch
[ONN] [OON] [PON] [POO] [PON] [OON] [ONN]
Thời gian
tác động
1T
4
3T
2
2T
2
1T
2
2T
2
3T
2
1T
4
Dựa vào các phân tích ở trên, ta có thể tóm tắt trình tự chuyển mạch các khóa bán dẫn
trong toàn bộ không gian trạng thái (bảng 2.10)
Bảng 2.10a: Trình tự chuyển mạch của các khóa bán dẫn trong vùng I
Vùng I (sector I)
Phân
đoạn
1a 1b 2 3a 3b 4
1
1NV
[ONN] 2NV [OON] 1NV [ONN] 1NV [ONN] 2NV [OON] 2NV [OON]
2
2NV
[OON] 0V [OOO] 13V [PNN] 2NV [OON] 7V [PON] 7V [PON]
3
0V
[OOO] 1PV [POO] 7V [PON] 7V [PON] 1PV [POO] 14V [PPN]
4
1PV
[POO] 2PV [PPO] 1PV [POO] 1PV [POO] 2PV [PPO] 2PV [PPO]
5
0V
[OOO] 1PV [POO] 7V [PON] 7V [PON] 1PV [POO] 14V [PPN]
6
2NV
[OON] 0V [OOO] 13V [PNN] 2NV [OON] 7V [PON] 7V [PON]
7
1NV
[ONN] 2NV [OON] 1NV [ONN] 1NV [ONN] 2NV [OON] 2NV [OON]
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
46
Bảng 2.10b: Trình tự chuyển mạch của các khóa bán dẫn trong vùng II
Vùng II (sector II)
Phân
đoạn
1a 1b 2 3a 3b 4
1
2NV
[OON] 3NV [NON] 2NV [OON] 2NV [OON] 3NV [NON] 3NV [NON]
2
0V
[OOO] 2NV [OON] 8V [OPN] 8V [OPN] 2NV [OON] 15V [NPN]
3
3PV
[OPO] 0V [OOO] 14V [PPN] 3PV [OPO] 8V [OPN] 8V [OPN]
4
2PV
[PPO] 3PV [OPO] 2PV [PPO] 2PV [PPO] 3PV [OPO] 3PV [OPO]
5
3PV
[OPO] 0V [OOO] 14V [PPN] 3PV [OPO] 8V [OPN] 8V [OPN]
6
0V
[OOO] 2NV [OON] 8V [OPN] 8V [OPN] 2NV [OON] 15V [NPN]
7
2NV
[OON] 3NV [NON] 2NV [OON] 2NV [OON] 3NV [NON] 3NV [NON]
Bảng 2.10c: Trình tự chuyển mạch của các khóa bán dẫn trong vùng III
Vùng III (sector III)
Phân
đoạn
1a 1b 2 3a 3b 4
1
3NV
[NON] 4NV [NOO] 3NV [NON] 3NV [NON] 4NV [NOO] 4NV [NOO]
2
4NV
[NOO] 0V [OOO] 15V [NPN] 4NV [NOO] 9V [NPO] 9V [NPO]
3
0V
[OOO] 3PV [OPO] 9V [NPO] 9V [NPO] 3PV [OPO] 16V [NPP]
4
3PV
[OPO] 4PV [OPP] 3PV [OPO] 3PV [OPO] 4PV [OPP] 4PV [OPP]
5
0V
[OOO] 3PV [OPO] 9V [NPO] 9V [NPO] 3PV [OPO] 16V [NPP]
6
4NV
[NOO] 0V [OOO] 15V [NPN] 4NV [NOO] 9V [NPO] 9V [NPO]
7
3NV
[NON] 4NV [NOO] 3NV [NON] 3NV [NON] 4NV [NOO] 4NV [NOO]
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
47
Bảng 2.10d: Trình tự chuyển mạch của các khóa bán dẫn trong vùng IV
Vùng IV (sector IV)
Phân
đoạn
1a 1b 2 3a 3b 4
1
4NV
[NOO] 5NV [NNO] 4NV [NOO] 4NV [NOO] 5NV [NNO] 5NV [NNO]
2
0V
[OOO] 4NV [NOO] 10V [NOP] 10V [NOP] 4NV [NOO] 17V [NNP]
3
5PV
[OOP] 0V [OOO] 16V [NPP] 5PV [OOP] 10V [NOP] 10V [NOP]
4
4PV
[OPP] 5PV [OOP] 4PV [OPP] 4PV [OPP] 5PV [OOP] 5PV [OOP]
5
5PV
[OOP] 0V [OOO] 16V [NPP] 5PV [OOP] 10V [NOP] 10V [NOP]
6
0V
[OOO] 4NV [NOO] 10V [NOP] 10V [NOP] 4NV [NOO] 17V [NNP]
7
4NV
[NOO] 5NV [NNO] 4NV [NOO] 4NV [NOO] 5NV [NNO] 5NV [NNO]
Bảng 2.10e: Trình tự chuyển mạch của các khóa bán dẫn trong vùng V
Vùng V (sector V)
Phân
đoạn
1a 1b 2 3a 3b 4
1
5NV
[NNO] 6NV [ONO] 5NV [NNO] 5NV [NNO] 6NV [ONO] 6NV [ONO]
2
6NV
[ONO] 0V [OOO] 17V [NNP] 6NV [ONO] 11V [ONP] 11V [ONP]
3
0V
[OOO] 5PV [OOP] 11V [ONP] 11V [ONP] 5PV [OOP] 18V [PNP]
4
5PV
[OOP] 6PV [POP] 5PV [OOP] 5PV [OOP] 6PV [POP] 6PV [POP]
5
0V
[OOO] 5PV [OOP] 11V [ONP] 11V [ONP] 5PV [OOP] 18V [PNP]
6
6NV
[ONO] 0V [OOO] 17V [NNP] 6NV [ONO] 11V [ONP] 11V [ONP]
7
5NV
[NNO] 6NV [ONO] 5NV [NNO] 5NV [NNO] 6NV [ONO] 6NV [ONO]
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
48
Bảng 2.10f: Trình tự chuyển mạch của các khóa bán dẫn trong vùng VI
Vùng VI (sector VI)
Phân
đoạn
1a 1b 2 3a 3b 4
1
6NV
[ONO] 1NV [ONN] 6NV [ONO] 6NV [ONO] 1NV [ONN] 1NV [ONN]
2
0V
[OOO] 6NV [ONO] 12V [PNO] 12V [PNO] 6NV [ONO] 13V [PNN]
3
1PV
[POO] 0V [OOO] 18V [PNP] 1PV [POO] 12V [PNO] 12V [PNO]
4
6PV
[POP] 1PV [POO] 6PV [POP] 6PV [POP] 1PV [POO] 1PV [POO]
5
1PV
[POO] 0V [OOO] 18V [PNP] 1PV [POO] 12V [PNO] 12V [PNO]
6
0V
[OOO] 6NV [ONO] 12V [PNO] 12V [PNO] 6NV [ONO] 13V [PNN]
7
6NV
[ONO] 1NV [ONN] 6NV [ONO] 6NV [ONO] 1NV [ONN] 1NV [ONN]
Tuy nhiên với phương pháp điều chế vectơ không gian thông thường (Conventional
SVM) vẫn còn tồn tại thành phần sóng hài bậc chẵn trong điện áp ra của bộ nghịch lưu. Vì
vậy người ta tìm cách loại bỏ thành phần bậc chẵn này bằng cách đưa ra phương pháp điều
chế vectơ không gian cải tiến (SVM With Even-Order Harmonic Elimination). Mục đích
của phương pháp này nhằm tạo ra sóng điện áp dây uAB của bộ nghịch lưu có dạng nửa
sóng đối xứng (half-wave symmetrical), có nghĩa là
( ) ( )AB ABu t u t
. Muốn như vậy,
trình tự đóng cắt của các khóa bán dẫn phải được sắp xếp sao cho điện áp pha của bộ
nghịch lưu tạo bởi
refV
trong bất kỳ hai khu vực đối xứng nhau của biểu đồ vectơ không
gian sẽ có dạng sóng ngược nhau.
Giả thiết rằng
refV
thuộc tam giác 4 của vùng IV (IV-4), ta sẽ có hai trình tự đóng cắt
khóa bán dẫn khác nhau. Trong đó trình tự khóa bán dẫn loại A (type A switching
sequences) bắt đầu với vectơ nhỏ loại N và trình tự khóa bán dẫn loại B (type B switching
sequences) bắt đầu với vectơ nhỏ loại P (hình 2.20).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
49
NNOE
AZU
BZU E
CZU E
ABU E
5NV
P17
V
NOP10
V
OP5P
V
NOP10
V
NNP17
V
NO5N
V
pulseT
0
0
00
a) Type A switching sequences
OOPE
AZU
BZU E
CZU E
ABU E
5PV
NOP10
V
NNP17
V
NO5N
V
NP17
V
OP10
V
OP5P
V
pulseT
0
0
00
b) Type B switching sequences
Hình 2.20: Hai trình tự khóa bán dẫn đối với
refV
thuộc khu vực IV-4
Trong phương pháp điều chế vectơ không gian thông thường chỉ có trình tự khóa bán
dẫn loại A được sử dụng đến. Để loại bỏ sóng hài bậc chẵn ở điện áp ra của bộ nghịch lưu,
cả hai loại trình tự bán dẫn loại A và loại B có thể được sử dụng thay thế nhau như hình
2.21.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
50
13V
14V
15V
16V
17V
18V
12V
Sector I
Sector II
Sector III
Sector IV
Sector V
Sector VI
efrV
Type A switching
sequences
Type B switching
sequences
efrV
Hình 2.21: Cách sử dụng thay thế giữa trình tự khóa bán dẫn loại A và loại B
Tương tự như phần phân tích đối với phương pháp điều chế vectơ không gian thông
thường, ta có thể tóm tắt trình tự chuyển mạch các khóa bán dẫn trong toàn bộ không gian
trạng thái đối với phương pháp điều chế vectơ không gian có loại bỏ sóng hài bậc chẵn
(bảng 2.7).
Bảng 2.11a: Trình tự chuyển mạch của các khóa bán dẫn trong vùng I
Vùng I (sector I)
Phân
đoạn
1a 1b 2 3a 3b 4
1
1PV
[POO]
2NV
[OON]
1PV
[POO]
1PV
[POO]
2NV
[OON]
2NV
[OON]
2
0V
[OOO]
0V
[OOO]
7V
[PON]
7V
[PON]
7V
[PON]
7V
[PON]
3
2NV
[OON]
1PV
[POO]
13V
[PNN]
2NV
[OON]
1PV
[POO]
14V
[PPN]
4
1NV
[ONN]
2PV
[PPO]
1NV
[ONN]
1NV
[ONN]
2PV
[PPO]
2PV
[PPO]
5
2NV
[OON]
1PV
[POO]
13V
[PNN]
2NV
[OON]
1PV
[POO]
14V
[PPN]
6
0V
[OOO]
0V
[OOO]
7V
[PON]
7V
[PON]
7V
[PON]
7V
[PON]
7
1PV
[POO]
2NV
[OON]
1PV
[POO]
1PV
[POO]
2NV
[OON]
2NV
[OON]
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
51
Bảng 2.11b: Trình tự chuyển mạch của các khóa bán dẫn trong vùng II
Vùng II (sector II)
Phân
đoạn
1a 1b 2 3a 3b 4
1
2NV
[OON]
3PV
[OPO]
2NV
[OON]
2NV
[OON]
3PV
[OPO]
3PV
[OPO]
2
0V
[OOO]
0V
[OOO]
8V
[OPN]
8V
[OPN]
8V
[OPN]
8V
[OPN]
3
3PV
[OPO]
2NV
[OON]
14V
[PPN]
3PV
[OPO]
2NV
[OON]
15V
[NPN]
4
2PV
[PPO]
3NV
[NON]
2PV
[PPO]
2PV
[PPO]
3NV
[NON]
3NV
[NON]
5
3PV
[OPO]
2NV
[OON]
14V
[PPN]
3PV
[OPO]
2NV
[OON]
15V
[NPN]
6
0V
[OOO]
0V
[OOO]
8V
[OPN]
8V
[OPN]
8V
[OPN]
8V
[OPN]
7
2NV
[OON]
3PV
[OPO]
2NV
[OON]
2NV
[OON]
3PV
[OPO]
3PV
[OPO]
Bảng 2.11c: Trình tự chuyển mạch của các khóa bán dẫn trong vùng III
Vùng III (sector III)
Phân
đoạn
1a 1b 2 3a 3b 4
1
3PV
[OPO]
4NV
[NOO]
3PV
[OPO]
3PV
[OPO]
4NV
[NOO]
4NV
[NOO]
2
0V
[OOO]
0V
[OOO]
9V
[NPO]
9V
[NPO]
9V
[NPO]
9V
[NPO]
3
4NV
[NOO]
3PV
[OPO]
15V
[NPN]
4NV
[NOO]
3PV
[OPO]
16V
[NPP]
4
3NV
[NON]
4PV
[OPP]
3NV
[NON]
3NV
[NON]
4PV
[OPP]
4PV
[OPP]
5
4NV
[NOO]
3PV
[OPO]
15V
[NPN]
4NV
[NOO]
3PV
[OPO]
16V
[NPP]
6
0V
[OOO]
0V
[OOO]
9V
[NPO]
9V
[NPO]
9V
[NPO]
9V
[NPO]
7
3PV
[OPO]
4NV
[NOO]
3PV
[OPO]
3PV
[OPO]
4NV
[NOO]
4NV
[NOO]
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
52
Bảng 2.11d: Trình tự chuyển mạch của các khóa bán dẫn trong vùng IV
Vùng IV (sector IV)
Phân
đoạn
1a 1b 2 3a 3b 4
1
4NV
[NOO]
5PV
[OOP]
4NV
[NOO]
4NV
[NOO]
5PV
[OOP]
5PV
[OOP]
2
0V
[OOO]
0V
[OOO]
10V
[NOP]
10V
[NOP]
10V
[NOP]
10V
[NOP]
3
5PV
[OOP]
4NV
[NOO]
16V
[NPP]
5PV
[OOP]
4NV
[NOO]
17V
[NNP]
4
4PV
[OPP]
5NV
[NNO]
4PV
[OPP]
4PV
[OPP]
5NV
[NNO]
5NV
[NNO]
5
5PV
[OOP]
4NV
[NOO]
16V
[NPP]
5PV
[OOP]
4NV
[NOO]
17V
[NNP]
6
0V
[OOO]
0V
[OOO]
10V
[NOP]
10V
[NOP]
10V
[NOP]
10V
[NOP]
7
4NV
[NOO]
5PV
[OOP]
4NV
[NOO]
4NV
[NOO]
5PV
[OOP]
5PV
[OOP]
Bảng 2.11e: Trình tự chuyển mạch của các khóa bán dẫn trong vùng V
Vùng V (sector V)
Phân
đoạn
1a 1b 2 3a 3b 4
1
5PV
[OOP]
6NV
[ONO]
5PV
[OOP]
5PV
[OOP]
6NV
[ONO]
6NV
[ONO]
2
0V
[OOO]
0V
[OOO]
11V
[ONP]
11V
[ONP]
11V
[ONP]
11V
[ONP]
3
6NV
[ONO]
5PV
[OOP]
17V
[NNP]
6NV
[ONO]
5PV
[OOP]
18V
[PNP]
4
5NV
[NNO]
6PV
[POP]
5NV
[NNO]
5NV
[NNO]
6PV
[POP]
6PV
[POP]
5
6NV
[ONO]
5PV
[OOP]
17V
[NNP]
6NV
[ONO]
5PV
[OOP]
18V
[PNP]
6
0V
[OOO]
0V
[OOO]
11V
[ONP]
11V
[ONP]
11V
[ONP]
11V
[ONP]
7
5PV
[OOP]
6NV
[ONO]
5PV
[OOP]
5PV
[OOP]
6NV
[ONO]
6NV
[ONO]
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
53
Bảng 2.11f: Trình tự chuyển mạch của các khóa bán dẫn trong vùng VI
Vùng VI (sector VI)
Phân
đoạn
1a 1b 2 3a 3b 4
1
6NV
[ONO]
1PV
[POO]
6NV
[ONO]
6NV
[ONO]
1PV
[POO]
1PV
[POO]
2
0V
[OOO]
0V
[OOO]
12V
[PNO]
12V
[PNO]
12V
[PNO]
12V
[PNO]
3
1PV
[POO]
6NV
[ONO]
18V
[PNP]
1PV
[POO]
6NV
[ONO]
13V
[PNN]
4
6PV
[POP]
1NV
[ONN]
6PV
[POP]
6PV
[POP]
1NV
[ONN]
1NV
[ONN]
5
1PV
[POO]
6NV
[ONO]
18V
[PNP]
1PV
[POO]
6NV
[ONO]
13V
[PNN]
6
0V
[OOO]
0V
[OOO]
12V
[PNO]
12V
[PNO]
12V
[PNO]
12V
[PNO]
7
6NV
[ONO]
1PV
[POO]
6NV
[ONO]
6NV
[ONO]
1PV
[POO]
1PV
[POO]
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
54
Chƣơng III
TÍNH TOÁN MẠCH LỰC CHO TẢI QUẠT GIÓ
3.1. Giới thiệu tải quạt gió hồi lƣu trong nhà máy xi măng.
Do có nhiều ưu điểm trong phương pháp điều khiển, chất lượng hệ truyền động,…cùng
với sự phát triển của điện tử công suất, điều khiển truyền động điện,…nên ngày nay biến
tần trung áp và hệ truyền động biến tần động cơ không đồng bộ ngày càng được sử dụng
nhiều cho các ứng dụng công suất lớn trong các nghành công nghiệp khác nhau. Chúng
đang thay thế dần cho các hệ truyền động cũ cho chất lượng không cao, tốn nhiều chi phí
bảo dưỡng, hiệu suất không cao…Trong công nghiệp sản xuất lớn thì nghành sản xuất xi
măng là ngành có nhiều ứng dụng sử dụng hệ truyền động biến tần trung áp động cơ
không đồng bộ.
Sản xuất xi măng là ngành có nhiều ứng dụng sử dụng hệ truyền động biến tần trung áp
động cơ không đồng bộ.
Sản xuất ximăng là một ngành công nghiệp quan trọng của nền kinh tế. Đây cũng là
ngành áp dụng nhiều tiến bộ của kỹ thuật vào sản xuất, đặc biệt là trong lĩnh vực truyền
động điện. Tổng quan về công nghệ sản xuất xi măng cho trong hình 3.1.
Hình 3.1. Tổng quan công nghệ sản xuất xi măng
Khai
thác
đá vôi
và đá
sét
Đập
đá vôi
Đập
đá sét
Kho
đồng
nhất
sơ bộ
Nghiền
liệu
Đồng
nhất
liệu
Lò
nung
Xilo
chứa
clanke
Nghiền
Xi
măng
Đóng
bao
Nguyên
liệu tự
nhiên
hoàn toàn
Đập liệu
về kích
thước
hoàn toàn
Xỉ sắt
Cát
thạch
anh
Nhiên
liệu
Trợ
dung
Thạch
cao
Băng
tải
Nghiền
khô đạt
độ min
yêu cầu
Phương
pháp
thổi khí
qua xilo
Lò quay
và gia
nhiệt
Khoáng
Clanke
Nghiền
khô đạt
độ min
Đóng
bao
hoặc
nạp vào
xilo
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
55
Công nghệ sản xuất xi măng gồm các công đoạn chính sau:
- Khai thác và vận chuyển đá vôi
- Công đoạn dập và vận chuyển đá sét
- Kho chứa liệu
- Công đoạn nghiền liệu
- Công đoạn đồng nhất liệu
- Công đoạn nung Clinker
- Công đoạn vận chuyển Clinker
- Công đoạn nghiền xi măng
- Công đoạn đóng bao.
Các hệ truyền động có thể nghiên cứu trong hệ thống:
- Hệ truyền động búa đập & nghiền clinker
- Hệ truyền động băng tải(cân đo điện tử)
- Hệ truyền động cho hệ rải liệu, cào liệu tự động dùng PLC
- Hệ truyền động gàu nâng máy thủi khí để nâng liệu lên tháp xây
- Hệ truyền động quay lò nung
- Hệ truyền động máy nghiền liệu, nghiền clinhke
- Hệ truyền động cho các hệ thống quạt gió làm mát, máy hút bụi…
Trong giới hạn của đồ án, em nghiên cứu biến tần trung áp để điều khiển động cơ quạt
gió hồi lưu nhiệt. Quạt gió lọc hồi lưu nhiệt là một thành phần của hệ thống lò quay trong
công đoạn nung clinker. Trong các hệ thống lò quay thế hệ cũ với bộ làm nguội kiểu hành
tinh thì không có đường thu hồi nhiệt nên không có quạt hồi lưu. Vì vậy hệ thống cũ
không thu hồi lượng nhiệt làm mát clinker thải ra để cung cấp cho buồng phân huỷ và lò
nung, đồng thời không tiết kiệm được nhiên liệu, làm tăng chi phí sản xuất và gây ô nhiễm
môi trường.
- Hệ thống lò gồm bốn thành phần cơ bản sau:
+ Cyclo tháp trao đổi nhiệt
+ Buồng phân huỷ
+ Ống lò
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
56
+ Bộ làm nguội.
Trong đó tháp cyclo trao đổi nhiệt thường có từ bồn đến sáu tầng. Tháp cyclo trao đổi
nhiệt làm nhiệm vụ sấy và gia nhiệt cho bột liệu trước khi vào buồng phân huỷ. Buồng
phân huỷ được đặt thẳng đứng. Mục đích của buồng phân huỷ là để cho quá trình canxi
hóa xảy ra ngoài lò quay. Bộ làm nguội thường dùng trong hệ thống này là bộ làm nguội
kiểu ghi vì khi nó mới có cửa ra khí nóng để hồi lưu. Một phần khí nóng cung cấp cho
buồng phân huỷ được lấy từ bộ làm nguội qua ống dẫn gió hồi lưu. Trước khi dùng cho
quá trình đốt, khí nóng hồi lưu từ máy làm nguội đựơc trộn với khí lò. Khí lò vào buồng
phân huỷ theo trục thẳng đứng tại đáy hình con trong khi đó khí hồi lưu vào theo phương
tiếp tuyến tạo ra xoáy trung bình đảm bảo sự kết hợp hiệu quả của nhiên liệu, bộ liệu và
khí. Nhiệt độ khí trong buồng phân huỷ và trong tầng cyclo đáy vào khoảng 870°c đến
900°c, với nhiệt độ này tốc độ canxi hoá của liệu là khoảng 90% đến 95%. Trong hệ thống
lò có buồng phân huỷ thường quá trình nung trong lò tiêu tốn khoảng 310-330kcal/kg
clinker, phần chênh lệch với tổng nhiệt lượng tiêu thụ được hồi lưu tại buồng phân huỷ.
Điều này làm phân chia nhiên liêu giữa lò và buồng phân huỷ vào khoảng 40%/60% đến
45%/55%.
- Quạt hồi lưu nằm ở phía cuối của hệ thống lò. Nó ở vị trí ngay sau bộ làm nguội. Nó có
nhiệm vụ đẩy khí nóng thải ra của bộ làm nguội trở lại buồng phân huỷ. Lưu lượng khí
nóng hồi lưu về buồng phân huỷ phải được điều chỉnh thích hợp. Nếu lưu lượng hồi lưu về
nhiều quá thì làm cho áp suất trong bộ làm nguội giảm, nhiệt độ giảm nhanh có thể làm
ảnh hưởng đến chất lượng clinker. Nếu lưu lượng khí nóng hồi lưu quá ít thì clinker lâu
nguội làm ảnh hưởng đến suet của hệ thống và lượng nhiệt đưa về buồng phân huỷ ít
không đảm bảo cho quá trình canxi hoá đồng thời làm giảm nhiệt lượng của liệu vào lò khí
cho phải tăng nhiên liệu vào lò nung. Ở hệ thống cũ thì lưu lượng khí nóng hồi lưu được
điều chỉnh bằng thay đổi độ mở van trong khi tốc đọ quạt gió là không đổi. Cách điều
chỉnh như vậy gây tổn hao lớn nhất là khi công suất của quạt gió hồi lưu rất lớn. Ở hệ
thống mới ngay nay lưu lượng khí hồi lưu được điều chỉnh bằng cách thay đổi tốc độ quạt
hồi lưu. với cách điều chỉnh này thì người ta dùng hệ truyền động cơ không đồng bộ rôto
lồng sóc và biến tần trung áp.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
57
Hinh 3.2. Sơ đồ hệ thống lò quay nung Clinker
Ở đây ta nghiên cứu biến tần trung áp cho động cơ quạt hồi lưu có các thông số sau:
- Công suất định mức: Pdm= 2000 kw
- Điện áp định mức: Udm=6 kV AC
- Dòng điện định mức: idm= 227 A
- Tốc độ định mức: ndm= 1470vòng/phút
- Số cặp vực: Pp=2
- Tần số định mức: fdm= 50hz
- Hệ số công suất: cosυ= 0,88
- Mômen định mức: Mdm= 12811N.m
- Mômen quán tính: J= 20,6kg.m
2
3.2. Tính chọn mạch lực.
Sơ đồ mạch lực như hình vẽ:
Bộ làm nguội
Quạt hồi lưu
nhiệt hồi lưu
Ống lò
W03M1
A55
A54
A53
A52
A51 Cấp
liệu
J14
J15P2
Tháp
làm
lạnh
K11
Lọc
bụi
tĩnh
điện
P26
J2P27
Ống
khói
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
58
D1b
_
+
Ud
S4a
S3a
D2a
S2a
S1a D1a
S1b
S2b
D2b
S3b
S4b S4c
S3c
D2c
S2c
S1c D1c
Z
Cd1
Cd2
D3a
D4a
D3b
D4b
D3c
D4c
M
Dz1a
Dz1a
Dz1b Dz1c
Dz2cDz2b
Hình 3.3. Mạch lực.
Ta có động cơ có điện áp định mức là 6000V (đây là Ud) và điện áp vào của biến tần
là 3 pha 6000V. Đây là bài toán chọn van nên để đơn giản trong việc tính chọn các van của
bộ biến đổi, ta giải thiết rằng hiệu suất của các bộ chỉnh lưu, nghịch lưu là đều bằng 100%.
Với giả thiết này là giá trị dòng điện trung bình đi qua các van tính được sẽ nhỏ hơn so với
thực tế. Do đó, sau này ta cần nhân hệ số dự trữ cao để bù đắp lại sai số mà ta đã giả thiết
trong quá trình tính toán này. Đối với bộ nghịch lưu thì ta coi thành phần sóng điện áp ra
của nó chỉ là sóng điều hoà bậc 1(vì nó chiếm tới 96% giá trị điện áp ra).
- Giá trị điện áp ra sau bộ chỉnh lưu là:
VUU d 8105
3
6000
.34,2.34,2 2
- Ta coi hiệu suất bộ chỉnh lưu và nghịch lưu là 100%.
A
U
P
I
d
d
d 6,246
8105
2000000
3.2.1. Chọn van cho mạch nghịch lƣu.
- Điện áp ngược đặt lên IGBT:
kUNV phloaddev .2)1(
Uphload là điện áp pha yêu cầu trên tải.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
59
K hệ số dự trữ.
N số mức của bộ nghịch lưu.
Ta có N=3. Ta chọn K=1,7
VU dev 4164)13(36000.7,1.2
- Dòng điện qua van IGBT:
AkUPI dmd 12,1375,1.
6000.3
)88,1.(2000000
..3/)cos1.(max
2/12
1
2/12
- Điện áp ngược trên diot song song ngược của IGBT:
Ta chọn gần đúng như sau:
UD dev=Udev≥4164V
- Dòng điện trên diot song song ngược của IGBT:
Dòng điện trên diot song song ngược của IGBT phụ thuộc nhiều yếu tố như dòng điện pha
của tải yêu cầu, góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp…Tuy nhiên ta có thể tính gần
đúng nó bằng dòng điện pha trên tải hay chính là bằng dòng qua tranzitor:
ID=137,12A
- Điện áp ngược trên điốt kẹp:
VD clamp=kD.Ud/(N-1)=1,3.8105/2=5268,25 V
- Dòng điện qua điôt kẹp:
A
N
I
I devDclamp 28,34
)13(2
12,137
)1(2
- Chọn tụ C:
Ta chọn tụ C có giá trị càng lớn càng tốt.
- Với tính toán như trên ta chọn các van như sau:
+ Ta chọn và cho mạch nghịch lưu như sau:
Ngày nay các hãng chế tạo thiết bị bán dẫn công suất thường chế tạo IGBT ở dạng
module chịu được điện áp cao dòng điện lớn có tích hợp sẵn các diot song song ngược vì
vậy ở đây ta chọn IGBT loại này, do đó ta không cần chọn điôt ngược riêng cho IGBT. Ta
chọn IGBT dạng module là MBN300E45A của hãng HITACHI có các thông số sau:
Imax=300A
Vces=Ungược-max=4500V
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
60
Icp=600A
Vces(sat)=ΔU=5,5V
Tj=Tcp=125°C
+ Ta chọn diot kẹp là loại MDM200E45A của hãng HITACHI có các thông số như sau:
Imax=200A
Vces=Ungược-max=4500V
Icp=400A
Vces(sat)=ΔU=4,5V
Tj=Tcp=125°C
3.2.2. Tính toán bảo vệ quá nhiệt cho các van.
Có 4 loại phát nhiệt trên các van bán dẫn là:
- Phát nhiệt trong trạng thái dẫn dòng của van. Khi van dẫn, do có sụt áp trên các pha nên
công suất toả nhiệt trên van sẽ bằng dòng đi qua van nhận với sụt áp trên van.
- Phát nhiệt trong trạng thái không dẫn dòng của van. Khi vàn không dẫn dòng thì qua van
có dòng điện rò. Do đó trên van sẽ có một lượng công suất toả nhiệt là bằng điện áp ngược
nhân với dòng rò.
- Phát nhiệt trong trạng thái quá độ của van. Cả khi van tắt và van dẫn thì đều có toả nhiệt.
Khi van đang dẫn dòng mà chuyển sang trạng thái tắt thì dòng điện giảm từ từ về 0. Trong
khi đó thì điện áp lại tăng dần từ giá trị điện áp sụt áp lên giá trị điện áp ngược. Do đó, nó
cũng gây ra một lượng công suất toả nhiệt đáng kể. Và trong quá trình ngược lại thì cũng
tương tự như vậy.
- Phát nhiệt trong quá trình phát xung mở van (Chỉ đối với những van điều khiển được).
Khi phát xung mở van thì cũng làm nóng cực điều khiển.
Tuy nhiên, trong 4 loại phát nhiệt cho van này thì loại hình phát nhiệt đầu tiên là lớn
nhất. Do đó, trong quá trình thiết kế ta chỉ cần quan tâm đến loại hình phát nhiệt này.
* Tính toán bảo vệ quá nhiệt cho IGBT mạch nghịch lƣu.
- Tổn thất công suất trên mỗi van:
ΔP=ΔU.Itb=5,5.137,12=754,16W
- Diện tích bề mặt toả nhiệt:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
61
m
TN
k
P
S
Trong đó:
ΔP là tổn hao công suất W
τ độ chênh lệch nhiệt độ so với môi trường C
km hệ số toả nhiệt đối lưu bức xạ W/m
2
.
°
C
- Ta chọn nhiệt độ môi trường là Tmt=40°C, nhiệt độ làm việc trên cánh tản nhiệt là
Tlv=100°C
τ =Tlv-Tmt=100-40=60°C
- Do đó ta có diện tích tản nhiệt loại 10 cánh có kích thước mỗi cánh là 20x20
STN=754,16/(20.60)=0,63m
2
chọn cánh tản nhiệt loại 10 cánh có kích thước mỗi cánh là: 20x20
Tổng diện tích của cánh tản nhiệt là:
STN=10.2.0,2.0,2=0,8m
2
.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
62
CHƢƠNG IV
XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ PHỎNG
4.1. Xây dựng mô hình điều khiển.
4.1.1. Thuật toán chung
Qua các phân tích ở các chương trước ta tiến hành mô phỏng điều chế vector không
gian cho bộ nghịch lưu áp 3 mức diode kẹp. Chương trình mô phỏng theo sơ đồ khối sau
đây:
Hình 4.1: Sơ đồ khối bộ điều chế vector không gian
Giải thuật của chương trình như sau:
Hình 4.2: Mô hình điều chế vector.
4.2 Chƣơng trình mô phỏng khối điều chế vector không gian.
Dựa vào thuật toán trên ta tiến hành mô phỏng phương pháp điều chế vector không gian
trên phần mềm Matlab
Thời gian tác động
(Dwell time cacula tion)
Tạo xung điều khiển
(Gate signal generator)
To gate signals
For switch of NPC
refV
Tpulse
Ta
Tb
Tc
Tính
Vref
Chuyển
đổi toạ
độ α,β
Xác định
vùng chứa
vector
chuẩn
Xác định
vector
chuẩn
Chuyển
về vùng
I
Xác định
tam giác
con
Tính
thời gian
tác động
Tính thời
gian tác
động khoá
bán dẫn
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
63
Hình 4.3: Sơ đồ mô phỏng điều chế vector không gian.
Hình 4.4: Sơ đồ điều chế
4.2.1. Khâu chuyển hệ toạ độ
Phương trình:
c
b
a
s
s
u
u
u
u
u
2/32/30
2/12/11
3
2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
64
Hình4.5: Sơ đồ cấu tạo khâu chuyển đổi hệ toạ độ từ abc → αβ
4.2.2. Khối xác định vùng (sector) và góc
Hình 4.6: Sơ đồ cấu tạo khối xác định sector và góc
Mục đích của khâu này là xác định xem vector
refV
nằm tại vùng nào trong 6 vùng
4.2.2.1.Xác định góc delta của vector Vref
- Đặt y là hàm tìm kiếm góc
- So sánh giá trị góc bởi 2 trục α,β với vector
refV
trên đường tròn đơn vị để kiểm tra ra góc
4.2.2.2. Xác định vùng (sector) của vector Vref theo góc delta
- Đặt y là hàm tìm kiếm vị trí vector
refV
trong lục giác.
- So sánh kiểm tra xem góc nằm tại vùng nào trong 6 vùng
4.2.3. Khối chuyển đổi về sector I.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
65
Hình 4.7. Sơ đồ cấu tạo khối chuyển đổi về sector I
Mục đích của khối này là sau khi xác định được các vùng chứa
refV
trả về vùng I để tính
toán quy đổi.
- Hàm tính toán là hàm tính điện áp thành phần α,β
- Thực hiện chuyển đổi góc delta() từ vùng khác về vùng I.
- Nếu vùng đang chứa
refV
là vùng I thì giữ nguyên.
- Nếu vùng đang chứa
refV
không phải là vùng I.Ta sẽ tiến hành chuyển rời vị trí về vùng I
rồi tính toán các điện áp theo vùng I.
4.2.4. Khối xác định tam giác con và chỉ số điều chế:
Hình 4.8. Sơ đồ cấu tạo khối xác định tam giác con và chỉ số điều chế.
Mục đích của khối là:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
66
- Tìm
refV
nằm tại tam giác con nào của vùng đã chọn tại khâu trước
- Tìm chỉ số điều chế ma là bao nhiêu.
4.2.5. Tính khối thời gian tác động các vector cơ bản T1, T2, T3.
Hình 4.9: Sơ đồ cấu tạo khối tính thời gian tác động của vector bán dẫn.
Nhiệm vụ của khối: Tính thời gian tác động T1 của vector Vref
4.2.6. Khối tính thời gian tác động các khoá bán dẫn Ta, Tb, Tc.
Hình 4.10: Sơ đồ cấu tạo khối tính thời gian tác động của các khoá bán dẫn Ta, Tb, Tc
Nhiệm vụ tính toán thời gian chuyển mạch theo phương pháp lý thuyết đã phân tích.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
67
4.2.7. Khối tạo xung điều khiển của các pha.
Hình 4.11: Sơ đồ cấu tạo khối tạo xung điều khiển các pha
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
68
4.2.8 Mạch động lực.
Hình 4.12: Sơ đồ Mạch động lực
4.3. Mô phỏng với Matlab Simulink.
4.3.1.Mô phỏng với tải R-L
Trường hợp với tải R-L: R = 4; L = 3,2mH; f = 50Hz; fpulse = 5kHz; Udc= 500V
R = 50; L = 0,005H; f = 50Hz; fpulse = 1000Hz; U = 400V.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
69
Ma = 0.5
Hình 4.13. Đồ thị điện áp tải RL với
Hình 4.14. Đồ thị dòng điện
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
70
ma = 0.8
Hình 4.15. Đồ thị điện áp tải RL. ma = 0.8
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
71
Hình 4.16. Đồ thị dòng điện áp tải RL. ma = 0.8
Nhận xét:
Từ các kết quả mô phỏng trên ta nhận thấy rằng điện áp pha UAN có 3 mức điện áp
còn điện áp dây UAB có 5 mức điện áp
Với chỉ số điều chế càng lớn thì tỷ lệ sóng hài càng giảm, điện áp ra gần với điện áp
mong muốn, dòng điện càng gần hình sin hơn.
4.3.2. Tải động cơ
Trường hợp với tải động cơ: fpulse=1kHz; Pn = 10Kw; Ud = 400V; f = 50Hz; nđm =
1440 vòng/phút; Zp = 2; F = 0,000503; J = 0,0343; Rs = 0,7384; Rr = 0,7402; L1s = L1r
= 0,003045H; Lm = 0,1241H.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
72
Hình 4.17. Đồ thị điện áp tải động cơ nhỏ
Hình 4.18. Đồ thị dòng điện
Hình 4.19 Đồ thị Mô men
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
73
Hình 4.20. Đồ thị tốc độ
4.3.3.Tải động cơ lớn.
Trường hợp với tải động cơ: fpulse=1kHz; Pn = 2000 kw; Ud = 4160V; f = 50Hz; nđm =
1440 vòng/phút; Zp = 3; F = 0,025; J = 22; Rs = 0,21; Rr = 0,7402; L1s = L2s = 0,0052
H; Lm = 0,00155 H
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
74
Hình 4.21. Đồ thị điện áp tải động cơ công suất lớn
Hình 4.22. Đồ thị dòng điện
Hình 4.23. Đồ thị Mômen
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
75
Hình 4.24. Đồ thị tốc độ
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Sau một thời gian làm việc nghiêm túc, với sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy PGS – TS
Nguyễn Văn Liễn và các thầy giáo đã giảng dạy luận văn của em đã hoàn thành đúng thời
gian.
Luận văn đã giải quyết được các nội dung yêu cầu ban đầu gồm:
Chương 1: Chương này giới thiệu về động cơ không đồng bộ và các phương pháp
điều khiển tần số động cơ không đồng bộ.
Chương 2: Chương này giới thiệu về cấu trúc biến tần đa mức, phân tích cấu trúc,
trạng thái và quá trình chuyển mạch của các khóa bán dẫn trong các cấu trúc nghịch lưu áp
đa mức NPC, CHB, FLC.
Phân tích phương pháp điều chế vectơ không gian cho bộ nghịch lưu áp 3
mức cấu trúc NPC: xây dựng được vectơ không gian của bộ nghịch lưu, xác định được
thời gian tác động và trình tự tác động của các khóa bán dẫn trong các pha của bộ nghịch
lưu. Phân tích 2 phương pháp điều chế vectơ không gian thông thường (Conventional
SVM) và phương pháp điều chế vectơ không gian cải tiến (SVM With Even-Order
Harmonic Elimination).
Chương 3: Tính toán tải mạch lực cho tải quạt gió và giới thiệu tải quạt gió hồi lưu
trong nhà máy xi măng. Tính chon các van bán dẫn cho mạch lực.
Chương 4: Xây dựng được thuật toán của phương pháp điều chế vectơ không gian
thông thường và phương pháp điều chế vectơ không gian cải tiến. Viết chương trình mô
phỏng cho thuật toán trên. Áp dụng phương pháp điều chế vectơ không gian cho các
trường hợp tải R-L, tải động cơ.
Như vậy luận văn đã giải quyết được các yêu cầu đặt ra là phân tích, xây dựng và mô
phỏng phương pháp điều chế vectơ không gian cho bộ nghịch lưu áp 3 mức cấu trúc NPC.
Kết quả mô phỏng thể hiện tỉ lệ sóng hài thấp, chất lượng dòng điện và điện áp ra của bộ
nghịch lưu cao đối với trường hợp tải R-L.
Vì điều kiện thời gian, nên tác giả chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu phương pháp điều
chế vectơ chưa xét đến việc điều khiển điện áp Vz nên chất lượng điều chỉnh đối với tải
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
76
động cơ chưa cao. Phương hướng phát triển đề tài cải thiện chất lượng của phương pháp
điều chế vectơ, kết hợp với sử dụng bộ chỉnh lưu đa mức, các bộ lọc và phương pháp điều
khiển hiện đại để điều khiển các hệ thống truyền động có công suất lớn.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
77
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- 4LV09_CN__Tudonghoa.pdf