(TIỂU LUẬN) báo cáo CHUYÊN đề tự động hóa và điều khiển thiết bị công nghiệp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA BÁO CÁO CHUN ĐỀ NGÀNH : Cơng nghệ kĩ thuật điều khiển tự động hóa CHUYÊN NGÀNH : Tự động hóa điều khiển thiết bị cơng nghiệp HỌC PHẦN : Điện tử công suất Giảng viên hướng dẫn : TS.Nguyễn Duy Trung Thành viên : Nguyễn Đức Minh – 19810430316 Phạm Văn Lưu – 19810430353 Nguyễn Đức Ngọc – 19810430289 Lớp : D14DTVT Hà Nội, 10/2021 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Chương I: TỔNG QUAN VỀ BIẾN TẦN 1.1 Khái niệm biến tần 1.2 Các loại biến tần 1.2.1 Biến tần trực tiếp 1.2.2 Biến tần gián tiếp 1.2.3 Các loại biến tần gián tiếp thông dụng 1.3 Cấu tạo nguyên lý hoạt động biến tần 1.3.1 Cấu tạo chung chức phận 1.3.1.1 Bộ chỉnh lưu (Diode) 1.3.1.2 Tuyến dẫn chiều 1.3.1.3 Bộ nghịch lưu ( IGBT) 1.3.1.4 Bộ điều khiển 1.3.1.5 Các phụ kiện biến tần 1.3.2 Nguyên lý hoạt động biến tần 1.4 Ứng dụng biến tần công nghiệp Chương II: NGHỊCH LƯU ĐỘNG LẬP NGUỒN ẤP 2.1 Giới thiệu chung 2.2 Các loại nghịch lưu nguồn áp 2.2.1 Nghịch lưu độc lập nguồn áp pha 2.2.2 Nghịch lưu độc lập nguồn áp ba pha: 2.3 Điều chỉnh điện áp nghịch lưu độc lập nguồn áp Chương III: MÔ PHỎNG MẠCH 3.1 Mạch lực biến tần 3.1.1 Sơ đồ mạch lực 3.1.2 Tính tốn mạch lực 3.1.2.1 Bộ chỉnh lưu: 3.1.2.2 Mạch lọc chiều: 3.1.2.3 Mạch nghịch lưu: 3.2 Mạch điều khiển 3.2.1 Sơ đồ mạch điều khiển: 3.2.2 Tính tốn mạch điều khiển 3.2.2.1 Khâu phát sóng Sin: 3.2.2.2 Khâu tạo sóng mang tam giác: 3.2.2.3 Khâu so sánh: 3.2.2.4 Khâu đảo tín hiệu điều khiển: 3.2.2.5 Khâu đảo tín hiệu điều khiển: 3.3 Các giai đoạn biến đổi sóng 25 3.3.1 Giai đoạn 1: Điện áp pha đầu vào 25 3.3.2 Giai đoạn 2: Điện áp qua chỉnh lưu 26 3.3.3 Giai Đoạn 3: Điện áp qua lọc chiều 27 3.3.4 Giai đoạn 4: Điện áp qua nghịch lưu 28 3.4 Kết mô mạch 30 Chương IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾM NGHỊ 31 4.1 Kết luận 31 4.1.1 Kết mô 31 4.1.2 Tầm quan trọng biến tần công nghiệp 31 4.2 Kiến nghị 32 LỜI CẢM ƠN 33 TÀI LIỆU THAM KHAO 34 DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ Trang Hình 1.1: Biến tần công nghiệp Hình 1.2: Sơ đồ cấu trúc biến tần trực tiếp Hình 1.3: Sơ đồ cấu trúc biến tần gián tiếp Hình 1.4: Bộ chỉnh lưu Hình 1.5 Tuyến dẫn chiều Hình 1.6: Bộ nghịch lưu Hình 1.7 : Bộ điện kháng xoay chiều 3 7 Hình 1.8 Bộ điện kháng chiều Hình 1.9: Điện trở kháng 10 Hình 1.10 Sơ đồ cấu tạo biến tần Hình 1.11: Biến đổi điện áp/tần số qua biến tần Hình 2.1 Nghịch lưu áp cầu pha sơ đồ Hình 2.2 Sơ đồ nghịch lưu áp ba pha Hình 2.3 Luật điều khiển điện áp tải Hình 3.1: Sơ đồ mạch lực biến tần Bảng 3.1 Linh kiện sử dụng mạch lực biến tần Hình 3.2: Sơ đồ mạch điều khiển biến tần Bảng 3.2: Linh kiện sử dụng mạch điều khiển biến tần Hình 3.3: Điện áp pha đối xứng đưa vào đầu vào 11 12 14 16 17 20 20 23 23 25 Hình 3.4 Sơ đồ mạch điện áp biến đổi chỉnh lưu cầu ba pha Hình 3.5: Điện áp pha qua chỉnh lưu Hình 3.6: Điện áp qua lọc Hinh 3.7 Thứ tự đóng ngắt van Hình 3.8: Điện áp qua chỉnh lưu Hình 3.9: Kết mơ với góc mở α= 60 26 26 27 28 30 30 31 Hình 3.10 Kết mơ với góc mở α= 900 DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT KÝ HIỆU: Δt: khoảng thời gian mà dòng từ nghịch lưu trở nguồn; ΔUC: giá trị dao động điện áp cho phép đầu nguồn INL: dòng vào nghịch lưu idf dịng tiêu thụ trung bình nghịch lưu tính theo tần số chuyển mạch iAf, iBf, iCf: dịng tiêu thụ pha iAdf, iBdf, iCdf: dòng tiêu thụ trung bình pha tính theo tần số chuyển mạch Im: giá trị biên độ dòng pha; φ: góc lệch pha điện áp bậc nghịch lưu với dịng điện tải; Ω: tần số góc nghịch lưu CHỮ VIẾT TẮT: CL chỉnh lưu NL ngịch lưu L lọc BÀI BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU BIẾN TẦN VỚI NGHỊCH LƯU ĐIỆN ÁP Yêu cầu chuyên đề: Cấu trúc chuyên đề gồm: Chương 1: Tổng quan về đề tài nghiên cứu Chương 2: Tính tốn mạch lực mạch điều khiển Chương 3: Mô kết đạt Chương 4: Kết luận kiến nghị - Tài liệu tham khảo LỜI MỞ ĐẦU Bước sang kỷ 21, Sự phát triển vượt bậc khoa học kỹ thuật trở thành nòng cốt tiến xã hội, đặc biệt lĩnh vực kinh tế, tạo lợi cho sản phẩm để cạnh tranh thị trường giới,nhờ xã hội thay đổi ngày, Để có sản phẩm cạnh tranh cần phải thay đổi cơng nghệ sản xuất lạc hậu, thay vào dây chuyền sản xuất khép kín, tính tự động hóa cao nhằm mang đến sản phẩm chất lượng với giá thành rẻ, tăng tính cạnh tranh thị trường Với ưu điểm hệ số công suất cao, vận hành tin cậy, giá thành rẻ chi phí vận hành năm thấp Do đó, động khơng đồng đáp ứng yêu cầu cao điều khiển ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác đặc biệt sản xuất công nghiệp Tuy nhiên, cấu trúc phi tuyến với nhiều thông số nên việc điều khiển động khơng đồng khó khăn Những năm gần đây, với phát triển mạnh mẽ công nghệ bán dẫn, vi điều khiển nhiều phương pháp điều khiển đề xuất cho điều khiển động không đồng Sử dụng biến tần phương pháp điều khiển động tiên tiến nay, ứng dụng rộng rãi với nhiều tính năng, đảm bảo yêu cầu điều khiển Đây lí mà nhóm chúng em lựa chọn đề tài: “ TÌM HIỂU VỀ MẠCH BIẾN TẦN VỚI NGHỊCH LƯU ĐIỆN ÁP ” Điện Tử Công Suất Lớp D14DTVT Chương I: TỔNG QUAN VỀ BIẾN TẦN 1.1 Khái niệm biến tần Biến tần thiết bị biến đổi dòng xoay chiều với tần số lưới điện thành dịng xoay chiều có tần số khác với tần số lưới Hình 1.1: Biến tần cơng nghiệp Nói cách khác: Biến tần thiết bị làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn dây bên động thơng qua điều khiển tốc độ động cách vô cấp, không cần dùng đến hộp số khí Biến tần sử dụng linh kiện bán dẫn để đóng ngắt dòng điện đặt vào cuộn dây động để làm sinh từ trường xoay làm quay động Báo chuyên đề nhóm Điện Tử Công Suất Lớp D14DTVT 1.2 Các loại biến tần nay: 1.2.1 Biến tần trực tiếp Biến tần trực tiếp biến đổi tần số trực tiếp từ lưới điện xoay chiều, không thông qua khâu trung gian chiều Hình 1.2: Sơ đồ cấu trúc biến tần trực tiếp Bộ biến tần gồm hai chỉnh lưu nối song song ngược (hình 4.25) Các chỉnh lưu sơ đồ ba pha có điểm trung tính (hình 4.25a), sơ đồ cầu (hình 4.25b) chỉnh lưu nhiều pha Số pha chỉnh lưu (m) lớn thành phần sóng điều hồn bậc cao giảm 1.2.2 Biến tần gián tiếp Bộ biến tần gián tiếp có sơ đồ cấu trúc hình Bộ biến tần gồm khâu:chỉnh lưu (CL), lọc (L) nghịch lưu (NL) Như để biến đổi tần số cần thông qua khâu trung gian chiều, có tên gọi biến tần gián tiếp Hình 1.3: Sơ đồ cấu trúc biến tần gián tiếp Chỉnh lưu dùng để biến đổi điện áp xoay chiều thành chiều, chỉnh lưu khơng điều khiển có điều khiển Ngày đa số chỉnh lưu thường chỉnh lưu khơng điều khiển, điều chỉnh điện áp chiều phạm vi rộng làm tăng Báo chun đề nhóm Điện Tử Cơng Suất Lớp D14DTVT kích thước lọc làm giảm hiệu suất biến đổi Nói chung chức biến đổi tần số điện áp chiều thực nghịch lưu thông qua điều khiển.Trong biến tần công suất lớn, người ta dùng chỉnh lưu bán điều khiển với chức làm nhiệm vụ bảo vệ cho toàn hệ thống bị tải Ngày biến tần gián tiếp sử dụng phổ biến điều chỉnh tần số điện áp phạm vi rộng Dễ dàng tạo nguồn (dòng, áp) theo mong muốn Nghịch lưu dùng biến tần thường mạch nêu phạm vi 1.2.3 Các loại biến tần gián tiếp thông dụng Trong loại biến tần trực tiếp chuyên dùng cho loại động có cơng suất cao nên ta gặp Còn loại biến tần gián tiếp thường dùng cho loại động có công suất từ 0,25 kW đến 700kW Đây mức cơng suất dùng nhiều nhà máy Chính thế, gần 100% biến tần sử dụng nhà máy loại Dưới loại biến tần gián tiếp – loại biến tần sử dụng nhiều • Biến tần AC: Loại biến tần pha biến tần pha sử đụng điện áp AC sử dụng rộng rãi nhà máy Có thể nói 90% loại biến tần thuộc loại • Biến tần DC: Loại biến tần kiểm soát rẽ nhánh động điện chiều Thiết kế động điện chiều phân chia phần cảm ứng điện mạch rẽ nhánh.Với loại này, thiết bị chuyển mạch đầu tạo sóng sin cho điện áp động điện cách nhập loạt sóng vng điện áp khác Các biến tần loại thường làm việc với hỗ trợ tụ điện lớn • Biến tần pha: Hay gọi biến tần pha pha.Để thuận tiện việc mua bán, người ta thường gọi tắt loại biến tần Ví dụ biến tần pha Đây để chỉ loại biến tần có điện áp đầu vào chỉ pha (220V) tín hiệu đầu pha 220V Cách gọi để phân biệt với loại biến tần có đầu vào pha 380V đầu pha 380V • Biến tần pha: Báo chuyên đề nhóm Điện Tử Công Suất Lớp D14DTVT 3.2 Mạch điều khiển 3.2.1 Sơ đồ mạch điều khiển: Hình 3.2: Sơ đồ mạch điều khiển biến tần - Linh kiện sử dụng mạch Tên thiết bị Voltage 3ph sine ( điện áp pha) Cổng so sánh Cổng NOT Bảng 3.2: Linh kiện sử dụng mạch điều khiển biến tần - Cách ghép nối linh kiện: Ba pha nguồn pha sin kết nối với cực dương cổng so sánh, cực âm cổng so sánh dược kết nối với nguồn áp Đầu cổng so sánh được liên kết với Label truyền xung để thực đống mở can Đối với xung điểu khiển Van 2,4,6 mắc thêm cổng NOT để đảo tín hiệu 23 Báo chun đề nhóm Điện Tử Cơng Suất Lớp D14DTVT 3.2.2 Tính tốn mạch điều khiển 3.2.2.1 Khâu phát sóng Sin: Mạch phất sóng sin cần tạo sóng sin chuẩn có tần số thay đổi từ 20-10Hz có biện độ V ( sử dụng pha sin), Chọn C=1μF Với tần số 20Hz, ta có: R= Với tần số max 100Hz, ta có: R= 3.2.2.2 Khâu tạo sóng mang tam giác: Tần số cần điều chỉnh từ 480-2400Hz nên ta Với tần số có 480Hz: R= Với tần số max 2400Hz: R= 3.2.2.3 Khâu so sánh: Ta sử dụng mạch so sánh, sóng sin ba pha so sánh với sóng mang tam giác: Tím hiêu PWM tạo ts sau: Khi Usin>Uo Upwm= +U(Uss) Khi Usin