Thông tin tài liệu
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ, TRUYỀN THƠNG THIẾT KẾ, THI CƠNG MƠ HÌNH BIẾN TẦN – ĐỘNG CƠ PHỤC VỤ GIẢNG DẠY THỰC TẬP ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM GVHD: NGUYỄN PHƯƠNG QUANG SVTH: ĐỖ ĐỨC HIỆP MSSV: 14141568 SVTH: NGUYỄN MINH THẮNG SVTH: 1414152 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2018 an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài : THIẾT KẾ, THI CƠNG MƠ HÌNH BIẾN TẦN – ĐỘNG CƠ PHỤC VỤ GIẢNG DẠY THỰC TẬP ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM SVTH : ĐỖ ĐỨC HIỆP MSSV : 14141568 SVTH : NGUYỄN MINH THẮNG SVTH : 14141529 Khoá : K14 Ngành : ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP GVHD : NGUYỄN PHƯƠNG QUANG Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2018 an CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** -Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Họ tên sinh viên: Đỗ Đức Hiệp Nguyễn Minh Thắng MSSV: 14141568 MSSV: 14141529 Ngành: CNKT điện tử, truyền thông Lớp: 14141DT1 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Phương Quang ĐT: 097 970 4044 Ngày nhận đề tài: 05/02/2018 Ngày nộp đề tài: 19/7/2018 Tên đề tài: Thiết kế thi cơng mơ hình biến tần – động phục vụ giảng dạy thực tập điện tử công suất trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Các số liệu ban đầu: thiết kế, thi cơng mơ hình biến tần - động phục vụ giảng dạy thực tập điện tử công suất trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM có điện áp pha đầu - Các tài liệu ban đầu gồm có: Giáo trình điện tử công suất datasheet IC 4040, 2864, 74HC139, 4050, 555, … Nội dung thực đề tài: - Nghiên cứu tìm hiểu tính thực tế đề tài - Thiết kế sơ đồ khối, chọn lựa linh kiện cho mơ hình biến tần PWM dạng V/f - Thiết kế sơ đồ nguyên lý theo yêu cầu sơ đồ khối - Thiết kế thi công mạch in - Chạy thực nghiệm hiệu chỉnh mơ hình - Thiết kế lắp ráp mơ hình hồn chỉnh - Viết báo cáo Sản phẩm: Mơ hình biến tần – động phục vụ giảng dạy thực tập điện tử công suất trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN i an CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên Sinh viên: Đỗ Đức Hiệp MSSV: 14141568 Nguyễn Minh Thắng MSSV: 14141529 Ngành: CNKT điện tử, truyền thông Tên đề tài: Thiết kế thi cơng mơ hình biến tần – động phục vụ giảng dạy thực tập điện tử công suất trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM Họ tên Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Phương Quang NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm: ……………… (Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018 Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) ii an CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên Sinh viên: Đỗ Đức Hiệp MSSV: 14141568 Nguyễn Minh Thắng MSSV: 14141529 Ngành: CNKT điện tử, truyền thông Tên đề tài: Thiết kế thi cơng mơ hình biến tần – động phục vụ giảng dạy thực tập điện tử công suất trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM Họ tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm: ……………… (Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018 Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) iii an MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC i PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC BẢNG viii DANH MỤC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ ix LỜI CẢM ƠN xii Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu tình hình nghiên cứu 1.2 Tính cấp thiết đề tài: 1.3 Mục tiêu đề tài 1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu 1.5 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.5.1 Đối tượng nghiên cứu: 1.5.2 Phạm vi nghiên cứu 1.6 Phương pháp nghiên cứu Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN .4 2.1 Tổng quan động không đồng pha 2.1.1 Nguyên lý hoạt động .4 2.1.2 Cấu tạo .8 2.1.2.1 Phân loại 2.2 Các phương pháp điều khiển tốc độ động 10 2.2.1 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp Stator 10 2.2.2 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi số đôi cực 11 2.2.3 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi thông số mạch rotor 12 2.2.4 Điều chỉnh tốc độ cuộn kháng bão hòa 12 2.2.5 Dùng nghịch lưu biến tần để thay đổi tần số nguồn 13 iv an 2.2.6 Các phương pháp hãm động 14 2.3 Các phương pháp điều khiển dùng mơ hình biến tần – động 17 2.3.1 Phương pháp điều khiển V/f 17 2.3.2 Phương pháp ổn định từ thông (FOC) 20 2.3.3 Phương pháp điều khiển trực tiếp từ thông (DTC) .22 2.4 Các phương pháp điều chế 23 2.5 Giới thiệu tổng quát EEPROM 28 2.5.1 Tổng quan .28 2.5.2 Khảo sát EEPROM-2864 31 2.6 Giới thiệu kit nạp TOP WIN 32 2.7 Giới thiệu Thyristor (Silicon Controlled Rectifier/ Thyristor) 34 2.7.1 Cấu tạo 34 2.7.2 Thông số kỹ thuật 35 2.7.3 Giới thiệu SCR BT152 36 2.8 Khảo sát IC 74HC4040 36 2.9 Khảo sát IC đệm 74HC4050 38 2.10 Giới thiệu Mosfet 39 2.10.1 Cấu tạo 39 2.10.2 Nguyên lý hoạt động .39 2.10.3 Giới thiệu Mosfet 20N60 40 2.11 Giới thiệu Opto cách ly tần số cao HVPL-2430 41 2.12 Giới thiệu IR2101 41 2.13 Giới thiệu IC555 42 Chương 3: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH 44 3.1 Sơ đồ khối mô hình 44 3.1.1 u cầu mơ hình 44 3.1.2 Lựa chọn phương án thiết kế 44 3.1.3 Lựa chọn phương pháp điều khiển .45 3.1.4 Thiết kế sơ đồ khối mơ hình 46 3.1.5 Chức khối .46 v an 3.2 Tính tốn thiết kế mơ hình 47 3.2.1 Thiết kế khối chỉnh lưu 47 3.2.2 Thiết kế khối làm phẳng điện áp 52 3.2.3 Thiết kế khối nghịch lưu .53 3.2.4 Thiết kế khối hãm động 54 3.2.5 Thiết kế khối tạo xung điều điều khiển 55 3.2.6 Thiết kế khối nguồn 57 Chương 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN .59 4.1 Sản phẩm sau thực 59 4.2 Dạng sóng ngõ 60 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 62 5.1 Kết luận 62 5.2 Hướng phát triển 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 PHỤ LỤC 65 vi an DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ĐAXC: Điện áp xoay chiều HVAC: Heating, ventilation, and air conditioning FOC: Field Oriented Control KĐB: không đồng EEPROM: Electically Eraseble Programmable Read Only Memory DTC: Direct torque control SPWM: Sine Pulse Width Modulation SVPWM: Space Vector Pulse Width Modulation PLC: Programmable Logic Controller SCR: Silicon Controlled Rectifier vii an DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.4.1.1: Giá trị điện áp trạng thái đóng ngắt vectơ không gian tương ứng 25 Bảng 2.9.1: Các chân IC 74HC4050 38 Bảng 2.9.2: Thông số IC 74HC4050 38 viii an Ngõ EEPROM 2864 tiếp tục đến ngõ vào IC đệm 4050 để đệm dòng cuối nối vào Opto HCPL-2430 hoạt động tần số cao để cách ly ngồi cịn để nâng mức điện áp điều khiển mức logic lên thành 12VDC 3.2.6 Thiết kế khối nguồn Phương án thiết kế: để cung cấp nguồn cho tồn mơ hình hoạt động ổn định ta dùng phương án Adapter, nguồn tổ ong, IC ổn áp, … Yêu cầu khối nguồn: • Khối nguồn phải có khả cung cấp mức điện áp 5VDC, 12VDC, 12VDC • Nguồn cung cấp chủ yếu cho IC công suất nhỏ nên không yêu cầu giá trị dòng cung cấp lớn Lựa chọn phương án: Nhóm báo cáo chọn dùng IC ổn áp để thiết kế khối nguồn cung cấp việc thiết kế khối nguồn tương đối đơn giản để giảm thiểu chi phí thiết kế khối nguồn Giá trị dịng tiêu thụ linh kiện mức điện áp 5V: • IC4040 tiêu thụ 50mA theo tài liệu [5] • IC47193 tiêu thụ 1mA theo tài liệu [6] • EEPROM 2864 tiêu thụ 75mA theo tài liệu [7] • IC4050 tiêu thụ 50mA theo tài liệu [8] • Opto HCPL-2430 tiêu thụ tối đa 20mA theo tài kiệu [9] Vậy tống dòng tiêu thụ linh kiện mức điện áp 5VDC là: I = 50 + + 75 + 50 + 20x3 = 236mA Do nhóm báo cáo chọn dùng IC 7805 để ổn áp 5VDC Giá trị dòng tiêu thụ linh kiện mức điện áp ±12V: IC LM741 tiêu thụ 2,8mA theo tài liệu [10] IC LM339 tiêu thụ 2,5mA theo tài liệu [12] 57 an Vậy tổng dòng tiêu thụ linh kiện mức điện áp ±12VDC là: I = 2x2,8 + 2,5 = 8.1mA Vì vậy nhóm báo cáo chọn dùng IC 7812 để ổn áp 12VDC IC 7912 để ổn áp -12VDC A B C Hình 3.2.6.1: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn Nguyên lý hoạt động: dùng biến áp đơn nên để thu giá trị điện áp âm điện áp dương ta dùng mạch nhân đơi điện áp Khi có dịng điện xoay chiều vào mạch, bán kỳ dương D6 dẫn, C1 nạp D9 không dẫn, bán kỳ âm D9 dẫn C4 nạp D6 không dẫn Ta có tổng điện áp ngõ VAC = VAB + VBC = 2.VC1 Chọn mass B ta có VC = -VA Giá trị điện áp A đưa vào chân IN IC7812 IC7805 để ổn áp 12V 5V giá trị điện áp C đưa vào chân IN IC7912 để ổn áp -12V 58 an Chương 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN 4.1 Sản phẩm sau thực Hình 4.1.1: Mạch driver sau thi cơng Hình 4.1.2: Mạch động lực sau thi cơng 59 an 4.2 Dạng sóng ngõ Hình 4.2.1: Dạng sóng ngõ khâu tạo xung cưa Hình 4.2.2: Dạng sóng ngõ khâu vi phân 60 an Hình 4.2.3: Dạng sóng ngõ Mosfet Hình 4.2.4: Dạng sóng ngõ hãm động 61 an Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Ưu điểm: mơ hình đươc thiết kế trực quan sinh động với khối rõ ràng, hiệu cho việc giảng dạy môn điện tử công suất giúp sinh viên dễ dàng hiểu nguyên tắc hoạt động khối mơ hình Hạn chế: Do việc tự thi cơng mơ hình tốn nhiều thời gian in mạch hàn linh kiện nên nhóm báo cáo tiến hành thực điều khiển động pha với tốc độ cố định mà chưa kịp thiết kế mạch thay đổi tốc độ động theo kiểu V/f Vì mơ hình nhằm phục vụ cho việc giảng dạy nên dùng để điều khiển động pha cơng suất thấp phịng thí nghiệm 5.2 Hướng phát triển Vì thời gian làm đồ án có hạn nên nhóm báo cáo dừng lại việc làm điều khiển tốc độ động tay hãm động gạt công tắc đổi chế độ Trong tương lai tiến hành phát triển thêm phản hồi tốc độ động ổn định tốc độ động 62 an TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu [1]: datasheet BT152 http://www.ween-semi.com/documents/bt152_series.pdf Tài liệu [2]: datasheet Diode 10A10 http://www.senocn.com/data/PDF/10A05-10A10.pdf Tài liệu [3]: datatsheet Mosfet 20N60 https://www.promelec.ru/pdf/FCP20N60.pdf Tài liệu [4]: thông số Module Buck http://phuclanshop.com/mach-ha-ap-dc-dc-15a-input-4v-32vdc-output-12v30vdc-module-giam-ap-15a Tài liệu [5]: datasheet IC 4040 https://assets.nexperia.com/documents/data-sheet/HEF4040B.pdf Tài liệu [6]: datasheet IC74193 http://www.ti.com/lit/ds/sdls074/sdls074.pdf Tài liệu [7]: datasheet EEPROM 2864 http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/doc0270.pdf Tài liệu [8]: datasheet IC4050 https://www.nxp.com/docs/en/data-sheet/74HC4050.pdf Tài liệu [9]: datasheet Opto HCPL – 2430 https://www.nxp.com/docs/en/data-sheet/74HC4050.pdf Tài liệu [10]: datasheet IC LM741 http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm741.pdf Tài liệu [11]: datasheet IR2101 https://www.infineon.com/dgdl/ir2101.pdf?fileId=5546d462533600a4015355c 63 an Tài liệu [12]: datasheet IC LM339 https://www.onsemi.com/pub/Collateral/LM339-D.PDF Tài liệu [13]: Irving M.gottlieb (1984) Power supplies, switching regulator, inverters, & converters 2nd ed TAB Books, a division of McGraw-Hill, Inc Tài liệu [14]: Hồng Ngọc Văn (2015) Giáo trình thực hành Điện Tử Công Suất, Trường đại học Sư phạm kỹ thuật TP.HCM 64 an PHỤ LỤC Các phần mềm code EEProm lưu đĩa CD đính kèm Nhóm báo cáo tiến hành thiết kế số thực hành mơ sau: A THIẾT BỊ SỬ DỤNG Thiết bị cho thực tập biến tần kiểu điều rộng xung, chứa phần chức năng: - Module tạo xung NE555 - Module driver tạo sóng sin dạng PWM - Module mạch điều khiển góc kích SCR - Module DC – DC - Module DC – AC - Motor pha AC, 24V đấu theo kiểu B LẮP RÁP THIẾT BỊ THỰC TẬP - Tập hợp module cần có theo danh mục liệt kê - Dùng dây ngắn để nối nguồn ± 12VDC GND cho module điều khiển - Sử dụng dây nối để liên kết module thành mạch thực hành theo sơ đồ nguyên lý C CÁC BÀI TẬP THỰC HÀNH I Khảo sát mạch tạo sóng sin dạng PWM: Quan sát module driver tạo sóng sin dạng PWM sơ đồ nguyên lý Dùng dao động ký để đo dạng sóng chân B0 B3 Xoay biến trở module NE555 để thay đổi tần số quan sát thay đổi tần số ngõ chân B0 B3 II Khảo sát hoạt động của DC – AC 65 an Dùng dao động ký để đo dạng sóng pha A, B, C GND Dùng dao động ký để đo dạng sóng pha A-B, A-C, B-C Thay đổi tần số module NE555 để qua sát thay đổi tần số sóng pha Nối động 24V đấu theo kiểu vào pha thay đổi tần số góc kích SCR để quay sát thay đổi tốc độ động D KẾT QUẢ THỰC HÀNH Dạng sóng ngõ NE555: CH1 – X:… V/Div, Time Base:……ms/Div Dạng sóng ngõ chân B0 EEPROM: CH1 – X:… V/Div, Time Base:……ms/Div 66 an Dạng sóng ngõ chân B3 EEPROM: CH1 – X:… V/Div, Time Base:……ms/Div Dạng sóng điện áp ngõ mạch điều khiển SCR tải R với góc kích 60°: CH1 – X:… V/Div, Time Base:……ms/Div Dạng sóng điện áp ngõ mạch điều khiển SCR tải R với góc kích 90°: CH1 – X:… V/Div, Time Base:……ms/Div 67 an Dạng sóng điện áp ngõ mạch điều khiển SCR tải R với góc kích 120°: CH1 – X:… V/Div, Time Base:……ms/Div Dạng sóng điện áp pha UA-0: CH1 – X:… V/Div, Time Base:……ms/Div Dạng sóng điện áp pha UB-0: CH1 – X:… V/Div, Time Base:……ms/Div 68 an Dạng sóng điện áp pha UC-0: CH1 – X:… V/Div, Time Base:……ms/Div Dạng sóng điện áp dây UA-B: CH1 – X:… V/Div, Time Base:……ms/Div Dạng sóng điện áp dây UA-C: CH1 – X:… V/Div, Time Base:……ms/Div 69 an Dạng sóng điện áp dây UB-C: CH1 – X:… V/Div, Time Base:……ms/Div 70 an S an K L 0 ... biến tần – động phục vụ giảng dạy thực tập điện tử công suất trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Các số liệu ban đầu: thi? ??t kế, thi cơng mơ hình biến tần - động. ..TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài : THI? ??T KẾ, THI CÔNG MÔ HÌNH BIẾN TẦN – ĐỘNG CƠ PHỤC VỤ GIẢNG DẠY THỰC TẬP ĐIỆN TỬ... 14141529 Ngành: CNKT điện tử, truyền thông Tên đề tài: Thi? ??t kế thi cơng mơ hình biến tần – động phục vụ giảng dạy thực tập điện tử công suất trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM Họ tên Giáo
Ngày đăng: 02/02/2023, 09:33
Xem thêm:
