đồ án điện tử công suất

đồ án biến tần

SVTH :nguyễn văn bạo– 06Đ2 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC Chương I: Tổng quan về động cơ không đồng bộ. I Khái niệm chung : Động cơ không đồng bộ là máy điện xoay chiều , làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ , có tốc độ n của rotor khác với tốc độ từ trường quay trong động cơ n 1 . Động cơ đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong sản xuất và trong sinh hoạt vì chể tạo đơn giản , giá thành rẻ , độ tin cậy cao , vận hành đơn giản , hiệu suất cao và hầu như không bảo trì . Gần đây do kỹ thuật điện tử phát triển , nên động cơ không đồng bộ đã đáp ứng được yêu cầu điều chỉnh tốc độ vì vậy động cơ không đồng bộ càng được sử dụng rộng rãi hơn .Dãy công suất của nó rất rộng từ vài W đến hàng ngàn kW . Hầu hết là động cơ ba pha , có một số động cơ công suất nhỏ là một pha . II .Cấu tạo động cơ không đồng bộ : Cấu tạo động cơ không đồng bộ gồm hai bộ phận chính là stator và rotor , ngoài ra còn có vỏ máy , nắp máy và trục máy . Trục máy làm bằng thép , trên đó gắn rotor , ổ bi và phía cuối có gắn một quạt gió đẻ làm mát máy doc trục . a.Stator: gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn , ngoài ra còn có vỏ máy và nắp máy + Lõi thép : lõi thép có dạng hình trụ , làm bằng các lá thép kỹ thuật điện , được dập rảnh trong rồi ghép lại với nhau tạo thành các rảnh theo hướng trục . Lõi thép được ép vào trong vỏ máy . +Dây quấn stator : dây quấn stator thuờng được làm bằng dây đồng có bọc cách điện và đặt trong các rảnh của lõi thép . Dòng điện xaoy chiều ba pha chạy qua dây quấn ba pha stator sẽ tạo nên từ trường quay . +Vỏ máy :vỏ máy gồm thân và nắp làm bằng gang b.Rotor: rotor gồm lõi thép, dây quấn và trục máy +Lõi thép : lõi thép rotor gồm các lá thép kỹ thuật điện được lấy từ phần bên trong của lõi thép stator ghép lại , mặt ngoài dập rảnh để đặt dây quấn , ở giữa có dập lỗ để lắp trục . ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 1 SVTH :nguyễn văn bạo– 06Đ2 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC +Trục: trục của động cơ không đồng bộ làm bằng thép , trên có gắn lõi thép rotor +Dây quấn :dây quấn động cơ không đồng bộ có hai kiểu : rotor ngắn mạch còn gọi là rotor lồng sóc và rotor dây quấn . Rotor lồng sóc gồm các thanh đồng hoặc thanh nhôm đặt trong rảnh và bị ngắn mạch bởi hai vành ngắn mạch ở hai đầu .Với động cơ nhỏ , dây quấn rotor được đúc nguyên khối thành thanh dẫn , vành ngắn mạch , cánh tản nhiệt và cánh quạt làm mát . Các động cơ công suất trên 100 kW thanh dẫn làm bằng đồng được đặt vào các rãnh rotor và gắn chặt vào vành ngắn mạch . Rotor dây quấn cũng như dây quấn stator và có cùng số đôi cực từ như dây quấn stator . Dây quấn kiểu này luôn đấu kiểu sao và ba đầu ra đấu vào ba vành trượt , gắn vào trục quay của rotor và cách điện với trục . Ba chổi than cố định và luôn tỳ trên vành trượt này để dẫn điện vào một biến trở cũng nối sao nằm ngoài động cơ để khởi động hoặc điều chỉnh tốc độ. III.Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ : Khi dòng điện ba pha chạy trong dây quấn stator thì trong khe hở không khí xuất hiện từ trường quay với tốc độ n1=60f1/p ( f1 là tần số lưới điện , p là số đôi cực từ của máy , n1 là từ trường quay ). Từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch đặt trên lõi sắt rotor , làm cảm ứng trên rotor các sđđ E 2 . Do rotor kín mạch nên trong dây quấn rotor có dòng điện I2 chạy qua .Từ thông do dòng điện này sinh ra hợp với từ thông của stator tạo thành từ thông tổng ở khe hở . Dòng điện này trong dây quấn rotor tác dụng với từ thông khe hở sinh ra momen .Tác dụng có quan hệ mật thiết với tốc độ n của rotor . Trong những phạm vi tốc độ khác nhau thì chế độ làm việc của động cơ cũng khác nhau . IV .Phân loại động cơ không đồng bộ: a.Phân theo kết cấu vỏ máy : +Kiểu kín +Kiểu bảo vệ +Kiểu hở b.Phân theo số pha: +Một pha ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 2 SVTH :nguyn vn bo 062 GVHD:LM TNG C +Hai pha +Ba pha V. Cỏc i lng nh mc ca ng c khụng ng b : +Cụng sut nh mc : P m +in ỏp nh mc : U m +Dũng in nh mc :I m +Tc nh mc: n m +Hiu sut nh mc : m + H s cụng sut nh mc cos VI. iu chnh tc ng c khụng ng b : Trổồùc õỏy, nóỳu coù yóu cỏửu õióửu chốnh tọỳc õọỹ cao thổồỡng duỡng õọỹng cồ õióỷn mọỹt chióửu. Nhổng ngaỡy nay nhồỡ kyợ thuỏỷt õióỷn tổớ phaùt trióựn nón vióỷc õióửu chốnh tọỳc õọỹ õọỹng cồ khọng õọửng bọỹ khọng gỷp khoù khn mỏỳy vồùi yóu cỏửu phaỷm vi õióửu chốnh, õọỹ bũng phúng khi õióửu chốnh vaỡ nng lổồỹng tióu thuỷ. Ta thỏỳy caùc phổồng phaùp õióửu chốnh chuớ yóỳu coù thóứ thổỷc hióỷn : + Trón stato : Thay õọứi õióỷn aùp U õổa vaỡo dỏy quỏỳn stato, thay õọứi sọỳ õọi cổỷc tổỡ p dỏy quỏỳn stato vaỡ thay õọứi tỏửn sọỳ f nguọửn õióỷn. + Trón rọto : Thay õọứi õióỷn trồớ rọto, nọỳi cỏỳp hoỷc õổa sõõ phuỷ vaỡo rọto. a.iu chnh tc bng cỏch thay i in ỏp: Ta õaợ bióỳt, hóỷ sọỳ trổồỹt tồùi haỷn s m khọng phuỷ thuọỹc vaỡo õióỷn aùp. Theo (14.40) vaỡ (14.43), nóỳu r 2 khọng õọứi thỗ khi giaớm õióỷn aùp nguọửn U 1 , hóỷ sọỳ trổồỹt tồùi haỷn s m seợ khọng õọứi coỡn M max giaớm tố lóỷ vồùi. Vỏỷy hoỹ õỷc tờnh thay õọứi nhổ hỗnh (14.7) laỡm cho tọỳc õọỹ thay õọứi theo. Phổồng phaùp nỏửy chố thổỷc hióỷn khi maùy mang taới, coỡn khi maùy khọng taới giaớm õióỷn aùp nguọửn, tọỳc õọỹ gỏửn nhổ khọng õọứi. b) iu chnh tc bng cỏch thay i tn s ngun: N IN T CễNG SUT 3 SVTH :nguyn vn bo 062 GVHD:LM TNG C Hỡnh I.1 iu chnh tc bng cỏch thay i in ỏp ngun a) S mch ng lc b) c tớnh c theo in ỏp Vồùi õióửu kióỷn nng lổỷc quaù taới khọng õọứi, coù thóứ tỗm ra õổồỹc quan hóỷ giổợa õióỷn aùp U 1 , tỏửn sọỳ f 1 vaỡ mọmen M. Trong cọng thổùc vóử mọmen cổỷc õaỷi, khi boớ qua õióỷn trồớ r 1 thỗ mọmen cổỷc õaỷi coù thóứ vióỳt thaỡnh : Trong õoù C laỡ mọỹt hóỷ sọỳ. Giaớ thióỳt U 1 vaỡ M laỡ õióỷn aùp vaỡ mọmen luùc tỏửn sọỳ f 1 , cn cổù vaỡo õióửu kióỷn nng lổỷc quaù taới khọng õọứi, ta coù : N IN T CễNG SUT 4 Hỡnh I.2 S iu chnh tc bng cỏch thay i tn s ngun. a) S khi .b) c tớnh U/f khụng i SVTH :nguyn vn bo 062 GVHD:LM TNG C Toùm laỷi, khi thay õọứi tỏửn sọỳ f 1 , ta phaới õọửng thồỡi thay õọứi U 1 õổa vaỡo õọỹng cồ. Trổồỡng hồỹp U 1 /f = C te vaỡ tỏửn sọỳ giaớm coù õỷc tờnh cồ nhổ hỗnh 14.7b, caùch õióửu chốnh naỡy coù caùc õỷc tờnh thờch hồỹp vồùi loaỷi taới cỏửn M C = C te khi vỏỷn tọỳc thay õọứi. c) Thay i tc bng cỏch iu chnh in tr Roto : Thay õọứi õióỷn trồớ dỏy quỏỳn rọto, bũng caùch mừc thóm bióỳn trồớ ba pha vaỡo maỷch rọto cuớa õọỹng cồ rọto dỏy quỏỳn nhổ hỗnh 14.15a. Do bióỳn trồớ õióửu chốnh phaới laỡm vióỷc lỏu daỡi nón coù kờch thổồùc lồùn hồn bióỳn trồớ khồới õọỹng. Hoỹ õỷc tờnh cồ cuớa K rọto dỏy quỏỳn khi duỡng bióỳn trồớ õióửu chốnh tọỳc õọỹ trón hỗnh 14.15b. Khi tng õióỷn trồớ, tọỳc õọỹ quay cuớa õọỹng cồ giaớm. Tỏửn sọỳ õoùng cừt vaỡ õióỷn trồớ tổồng õổồng cuớa maỷch BX : Phổồng phaùp nỏửy gỏy tọứn hao trong bióỳn trồớ nón laỡm hióỷu suỏỳt õọỹng cồ giaớm. N IN T CễNG SUT 5 SVTH :nguyn vn bo 062 GVHD:LM TNG C Tuy vỏỷy, õỏy laỡ phổồng phaùp khaù õồn giaớn, tọỳc õọỹ õổồỹc õióửu chốnh lión tuỷc trong phaỷm vi tổồng õọỳi rọỹng nón õổồỹc duỡng nhióửu trong caùc õọỹng cồ cọng suỏỳt cồớ trung bỗnh. N IN T CễNG SUT 6 SVTH :nguyn vn bo 062 GVHD:LM TNG C Hỡnh I.3iu chnh tc ng c roto dõy qun bng cỏch thay i in tr roto. a) S iu chnh.b) c tớnh .c)S mch h d)S mch kớn. d) iu chnh tc bng cỏch ni cp tr nng lng v ngun: Nng lổồỹng trổồỹt tỏửn sọỳ f 2 = sf 1 leợ ra tióu hao trón õióỷn trồớ phuỷ õổồỹc chốnh lổu thaỡnh nng lổồỹng mọỹt chióửu (hỗnh 15.9), sau õoù qua bọỹ nghởch lổu õổồỹc bióỳn õọứi thaỡnh nng lổồỹng xoay chióửu tỏửn sọỳ f traớ vóử nguọửn. Quan hóỷ giổợa hóỷ sọỳ trổồỹt s vaỡ goùc mồớ cuớa thyristor : ióỷn aùp ra cuớa chốnh lổu cỏửu ba pha : ióỷn aùp ra cuớa nghởch cỏửu N IN T CễNG SUT 7 SVTH :nguyễn văn bạo– 06Đ2 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC Chương II: TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT I.ĐIÔT CÔNG SUẤT 1.CẤU TẠO: Hình a:cấu tạo của Điôt Hình b:kí hiệu của Điôt ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 8 Hình I.4 Sơ đồ điều chỉnh tốc độ bằng cách nối cấp trả năng lượng về nguồn ( b ) Anôt Katoát ( a ) - + - + -α 0 α q N N P d NP SVTH :nguyễn văn bạo– 06Đ2 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC Điôt công suất là linh kiện bán dẫn công suất có hai cực , được cấu tạo bởi 1 lớp bán dẫn N và 1 lớp bán dẫn P ghép lại 2.NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC Hình a:sự phân cực thuận Điôt Hình b: sự phân cực ngược Điôt Khi đặt Điôt công suất dưới điện áp nguồn U có cực như hình vẽ,chiều của điện trường ngoài ngược chiều với điện trường nội tại i E .Thông thường U> i E thì dòng điện chạy trong mạch ,tạo nên điện áp rơi trên Điôt khoảng 0.7V khi dòng điện là định mức .Vậy sự phân cực thuận hạ thấp barie điện thế .Ta nói mặt ghép PN được phân cực thuận . Khi đổi chiều điện áp đặt vào Điôt , điện trường ngoài sẽ tác động cùng chiều với điện trường nội tại i E .Điện trường tổng cản trở sự di chuyển của các điện tích đa số .Các điện tử của vùng N di chuyển thẳng về cực dương của nguồn U làm cho điện thế vùng N đã cao lại càng cao hơn so với vùng P.Vì thế vùng chuyển tiếp ngày càng rộng ra ,không có dòng điện chạy qua mặt ghép P-N.Ta gọi mặt ghép P-N bị phân cực ngược .Nếu tiếp tục tăng U, các điện tích được gia tốc, gây nên sự va chạm dây chuyền làm Barie điện thế bị đánh thủng . Đặc tính Vôn-Ampe của Điôt công suất được biểu diễn gần đúng bằng biểu thức : I = I S [ exp (eU/kT) – 1 ] Trong đó: -Is :dòng điện rò ,khoảng vài chục mA - e = 1,59.10 - 19 Coulomb -k = 1,38.10 - 23 : hằng số Bolzmann - T = 273 + t 0 : Nhiệt độ tuyệt đối ( 0 K) - t 0 : Nhiệt độ của môi trường ( 0 C) -U: điện áp đặt trên Điôt (V) Hình 2.3 Đặc tính Vôn-Ampe của Điôt : ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 9 ( a ) + - U E i P N ( b ) - + U E i P N I U U Z U γ 1 2 SVTH :nguyễn văn bạo– 06Đ2 GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC Gồm 2 nhánh : -nhánh thuận -nhánh ngược Khi Điôt được phân cực thuận dưới điện áp U thì Barie điện thế i E giảm xuống gần bằng 0.Tăng ,lúc đầu dòng tăng từ từ cho đến khi U lớn hơn khoảng 0.1V thì I tăng một cách nhanh chóng , đường đặc tính có dạng hàm mũ. Tương tự ,khi phân cực ngược cho Điôt ,tăng U ,dòng điện ngược tăng từ từ .khi U lớn hơn 0.1V dòng điện ngược dừng lại cỡ vài chục mA và được kí hiệu là s I . dòng s I là do các hạt dẫn thiểu số tạo nên .Nếu tiếp tục tăng U thì các hạt dẫn thiểu số di chuuyển càng dể dàng hơn ,tốc độ di chuyển tỉ lệ thuận với điện trường tổng hợp , động năng của chúng tăng lên .Khi U  =  z U thì sự va chạm giữa các điện tích thiểu số di chuyển với tốc độ cao sẽ bẻ gãy các liên kết nguyên tử silic trong vùng chuyển tiếp xuất hiện các điện tử tự do mới .Rồi những điện tích tự do mới này chịu sự tăng tốc của điện trường tổng hợp lại tiếp tục bắn phá các nguyên tử silic .kết quả tạo phản ứng dây chuyền tạo làm cho dòng điện ngược tăng lên ào ào và sẽ phá hỏng Điôt.Do đó để bảo vệ Điôt ta chỉ cho chúng làm việc với giá trị điện áp :U=(0.7-0.8) z U . Các thông số kỉ thuật để chọn Điôt : -Dòng điện định mức dm I (A) -Điện áp ngược cực đại : U ngmax ( V ) - Đi ện áp rơi trên Điôt ∆U ( V ) 3. Ứng dụng ứng dụng chủ yếu của Điôt công suất là chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều cung cấp cho tải. II.TRANSITOR CÔNG SUẤT 1.CẤU TẠO Transitor bán dẫn công suất là linh kiện bán dẫn gồm có 3 lớp :PNP hay NPN. ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 10 Hình 2. 4 Transistor PNP: a). cấu tạo b). ký hiệu ( b ) C B E ( a ) E B C N P P Hình 2. 5 Transistor NPN: a). cấu tạo b). ký hiệu ( a ) E C B P N N C B E ( b ) [...]... ĐỨC 06Đ2 Transitor MOS công suất Hình2.10 a)Họ đặc tính ra b)ký hiệu thông thường kênh N Transitor MOS là loại chuuyển mạch nhanh Với điện áp 100V tổn hao dẫn ở chúng lớn hơn ở transitor lưỡng cực và tiristo ,nhưng tổn hao chuyển mạch nhỏ hơn nhiều Hệ số nhiệt điện trở của transitor MOS là dương Dòng điện và điện áp cho phép của transitor MOS lớn hơn transitor lưỡng cực và tiristo IV.TRANSITOR TRƯỜNG... thuận g FE -Điện tích cổng tổng QC -Thời gian trễ khi đóng t d :là thời gian giữa 10% điện áp cổng đến 10% dòng côlectơ cuối cùng ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 16 SVTH :nguyễn văn bạo– GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC 06Đ2 -thời gian tăng trưởng t r :là thời gian cần thiết để dòng điện côlectơ tăng đến 90% của giá trị cuối từ 10% của giá trị cuối -Thời gian trễ mở t doff -Thời gian giảm t f -Điện dung vào C ies - Điện dung... Tranzito chuyển mạch từ mở sang khóa và do đó bảo vệ BJT khỏi đánh thủng do điện áp ngược UCemax Đồ thị biểu diễn quá trình dòng điện và điện áp sau chỉnh lưu : U T1 t T2 i t Giá trị trung bình dòng điện chạy trong điôt là: I Do = 1 T ∫ T T1 idt = T −T 1 T I d = (1 − 1 ) I d = (1 − Z ) * Z * I Z (*) T T Để tìm giá trị ID0max ta đạo hàm (*) theo z ta được: I ' Do = (1 − 2 z) I z = 0 ⇒ Z= 1 2 1 1 1 I Do. .. bên trong transitor P = UBE.IB + UCE.IC - Khi transitor ở trạng thái mở: IB = 0, IC = 0 nên P = 0 - Khi transistor ở trạng thái đóng: UCE = UCESat Trong thực tế transitor thường được cho làm việc ở chế độ khoá I B = 0, IC = 0,transitor được coi như hở mạch Nhưng với giá trị gốc ở trạng thái có giá trị bão hoà., thì transitor về trạng thái đóng hoàn toàn Transitor là linh kiện phụ thuộc nên cần phối hợp... transitor có thể lớn Trong lúc chuyển mạch , điện áp trên các cực và dòng điện của transitor cùng lớn Tích của dòng điện và điện áp cùng với thời gian chuyển mạch tạo nên tổn hao năng lượng trong quá trình chuyển mạch Công suất tổn hao chính xác do chuyển mạch là hàm số của các thông số của mạch phụ tải và dạng biến thiên của dòng điện gốc *Đặc tính tĩnh của transitor: UCE = f (IC) Để cho khi transitor... áp sụt trong transitor công suất bằng 0.5 đến 1V trong khi đó của tiristo là 1.5V UCE Vùng tuyến tính Vùng gần bão hoà Vùng bão hoà I C hoøa Hình 2 9 Đặc tính tĩnh của transitor UCE = f ( IC ) 3 Ứng dụng của transitor công suất Transitor công suất dùng để đóng cắt dòng điện một chiều có cường độ lớn Tuy nhiên trong thực tế Transitor thường cho làm việc ở chế độ khoá IB = 0, IC = 0: transitor coi như... gửi tới R sẽ phóng và có thể đưa transitor vào trạng thái dẫn Để IGBT có thể được điều khiển lại bằng cổng G thì ic phải giảm dưới mức duy trì thác Việc giảm hệ số khuyếch đại của các transitor NPN và PNP có thê tránh được hiện tượng này Giảm hệ số khuyếch đại cua transitor PNP làm tăng điện áp rơi thuận của IGBT do đó tốt hơn là nên giảm hệ số khuyếch đại của transitor NPNbằng cách sử dụng lớp đệm... việc ở chế độ khoá IB = 0, IC = 0: transitor coi như hở mạch III.TRANSITOR MOS CÔNG SUẤT Transitor trường FET được chế tạo theo công nghệ MOS (metal –oxidsemiconductor) thường được sử dụng như những chuyển mạch có công suất lớn.Khác với transitor lưỡng cực được điều khiển bằng dòng điện ,transitor MOS được điều khiển bằng điện áp Transitor MOS gồm các cực chính :cực máng (drain ),cực nguồn (source)và... Ta cần tính được biên độ hài bậc nhất của điện áp ngõ ra từ tì số biên độ giữa sóng mang và sóng tam giác Ta có công thức sau tính biên độ của hài bậc nhất: Ut = k U DC 2 Trong đó k là tỉ số giữa biên độ sóng sin mẫu và biên độ sóng mang còn gọi là tỉ số điều biên k= U dk U cary b.Phương pháp điều chế vector không gian: Chương IV: ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 23 SVTH :nguyễn văn bạo– GVHD:LÂM TĂNG ĐỨC 06Đ2... U CE khi transitor dẫn bão hoà - U CEO : điện áp U CE khi mạch Bazơ để hở - U CEX :điện áp U CE khi mach bazơ bị khoá bởi điện áp âm - t on :thời gian cần thiết để điện áp U CE giảm từ U xu ống giá trịUCESat ≈ 0 - tf: thời gian cần thiết để iC từ giá trị IC giảm xuống 0 - tS: Thời gian cần thiết để UCE từ giá trị UCESat tăng đến giá trị điện áp nguồn U - P: Công suất tiêu tán bên trong transitor P . trong thực tế Transitor thường cho làm việc ở chế độ khoá . I B = 0, I C = 0: transitor coi như hở mạch. III.TRANSITOR MOS CÔNG SUẤT Transitor trường. điện áp cho phép của transitor MOS lớn hơn transitor lưỡng cực và tiristo. IV.TRANSITOR TRƯỜNG LƯỠNG CỰC CỔNG CÁCH LY IGBT Transitor trường lưỡng cực