Thiết kế bộ biến tần điều khiển động cơ xoay chiều 3 pha sử dụng tiristor

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ BIẾN TẦN 1.1. ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 1.1.1 Khái niệm chung -Động cơ không đồng bộ ba pha là máy điện xoay chiều,làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ. Có tốc độ của roto khác với tốc độ của từ trường quay trong máy. - Động cơ không đồng bộ ba pha được dùng nhiều trong sản xuất và sinh hoạt vì chế tạo đơn giản, giá rẻ, độ tin cậy cao, vận hành đơn giản, hiệu suất cao, dải công suất rất rộng từ vài wat tới 10000 hp. Các động cơ từ 5hp trở lên hầu hết là 3 pha, còn nhỏ hơn 1hp thường là 1 pha (1hp= 0,736 kW )

§å ¸n ®iÖn tö c«ng su©t Gvhd: §oµn V¨n Tu©n TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TÀU BIỂN THIẾT KẾ MÔN HỌC MÔN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ĐỀ BÀI: ĐỀ SỐ 36 Thiết kế bộ biến tần điều khiển động cơ xoay chiều 3 pha sử dụng tiristor Yêu cầu công nghệ Thông số thiết kế Thiết kế biến tần xung vuông U=380VAC, I=50A, f= 0 F 120Hz, Cosφ=0.8 Điều khiển theo luật U/f Giáo viên hướng dẫn: ĐOÀN VĂN TUÂN Sinh viên: ĐÀO VĂN MỸ Hải Phòng, năm 2012 Lời giới thiệu 1 Đồ án điện tử công suât Gvhd: Đoàn Văn Tuân Trong thi i cụng nghip húa, hin i húa t nc, ngnh cụng nghip cú mt vai trũ ht sc quan trng nhm thỳc y s phỏt trin nn kinh t. Yờu cu trc ht l phi a k thut cụng ngh ng dng vo thc t sn xut. T ng húa ngy cng cú vai trũ quan trng, bi hiu qu lm vic, tớnh an ton v tin dng ca nú. Cỏc dõy truyn sn xut hin i mang li hiu qu cao c ng dng ngy cng rng rói. S ra i ca ng c in vo cui th k XIX ó to nn tng quan trng cho s phỏt trin ca ca ngnh in sau ny. Ngy nay, ng c in ó c ng dng rng rói, cú vai trũ khụng th thiu trong cụng nghip v trong i sng sinh hot. So vi tt c cỏc ng c in dựng trong cụng nghip ng c khụng ng b c dựng nhiu hn c, vi kiu dỏng gn nh, cú th ch to vi nhiu cụng sut khỏc nhau, s dng n gin, giỏ thnh r ó dn thay th cỏc loi mỏy in mt chiu. ỏp ng c nhu cu ca sn xut cụng nghip, ngi ta ó ngh ra cỏc thit b in nhm phc v cho hot ng ca ng c nhng ch lm vic khỏc nhau. B bin tn ra i giỳp thay i tn s ca mng in cp cho ng c. Nh ú m ng c cú th lm vic d dng lm vic m khụng phi thay i tn s lm vic ca nú. Ni dung cỏc phn trong bi thit k nh sau : Chng 1 : Tng quan v cụng ngh bin Gii thiu v ng c khụng ng b v cỏc h thng bin tn. Chng 2 : Tớnh toỏn v thit k mch cụng sut Mch ng lc, i sõu vo nguyờn lớ lm vic ca h thng thit b cng nh cỏc phng phỏp tớnh chn mch v bo v mch. Chng 3 : Thit k mch iu khin ng dng ca k thut xung s iu khin hot ng ca mch 2 §å ¸n ®iÖn tö c«ng su©t Gvhd: §oµn V¨n Tu©n Em xin chân thành cảm ơn thầy Đoàn Văn Tuân ,cùng các thầy cô giáo khoa Điện- Điện tử tàu biển, những người đã tận tình giúp đỡ em trong suốt thời gian vừa qua để em có thể hoàn thành bài thiết kế này. Trong quá trình thiết kế còn tồn tại những sai sót, mong các thầy côgiáo góp ý để bài thiết kế của em hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! 3 §å ¸n ®iÖn tö c«ng su©t Gvhd: §oµn V¨n Tu©n CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ BIẾN TẦN 1.1. ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 1.1.1 Khái niệm chung -Động cơ không đồng bộ ba pha là máy điện xoay chiều,làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ. Có tốc độ của roto khác với tốc độ của từ trường quay trong máy. - Động cơ không đồng bộ ba pha được dùng nhiều trong sản xuất và sinh hoạt vì chế tạo đơn giản, giá rẻ, độ tin cậy cao, vận hành đơn giản, hiệu suất cao, dải công suất rất rộng từ vài wat tới 10000 hp. Các động cơ từ 5hp trở lên hầu hết là 3 pha, còn nhỏ hơn 1hp thường là 1 pha (1hp= 0,736 kW ) 1.1.2 Cấu tạo: Cũng như các máy điện quay khác,động cơ không đồng bộ ba pha cũng gồm các bộ phận chính sau: -Phần tĩnh (stator) -Phần quay (rotor) Hình 1.1: Động không đồng bộ roto dây quấn. 4 Đồ án điện tử công suât Gvhd: Đoàn Văn Tuân a/Stator: Gm cú v, lừi thộp, dõy qun: -V mỏy: Lm nhim v bo v mch t v gi cht lừi thộp stator, v cú dng tr rng, cú chõn c nh mỏy trờn b v cú hai np mỏy hai u trc mỏy v bo v phn u dõy qun. Cỏc mỏy cú cụng sut bộ thỡ thng l v bng nhụm, cũn cỏc mỏy cú cụng sut trung bỡnh v ln thng lm bng gang. -Lừi thộp: Lm nhim v dn t v c ghộp t cỏc lỏ thộp k thut in vi nhau (nhm chng dũng in xoỏy) theo mt hỡnh tr rng. Mt trong ca cỏc lỏ thộp c dp thnh cỏc rónh t cun dõy stator. -Dõy qun stator: c qun thnh tng cỏc mụ bin, m cỏc cnh ca mụ bin ú c t vo lừi thộp stator. Cỏc mụ bin c cỏch in nhau v cỏch in vi lừi thộp. b/Rotor: Gm cú lừi thộp, trc mỏy v dõy qun: -Lừi thộp roto cng c dp t cỏc lỏ thộp k thut in cú dng hỡnh trũn v mt ngoi ca cỏc lỏ thộp ú c dp thnh cỏc rónh t cun dõy, cũn gia c dp l trũn lng trc mỏy. Cỏc lỏ thộp núi trờn c ghộp li vi nhau thnh mt tr trũn m gia l lng trc mỏy, mt ngoi ca tr l cỏ rónh t dõy qun rotor. Thng cỏc lỏ thộp rotor c tn dng phn bờn trong cỏc lỏ thộp ca stator. -Trc mỏy lm bng thộp tt v c lng cng vi lừi thộp rotor. Trc c bi hai bi trờn hai np mỏy. -Dõy qun rotor cú hai loi: loi rotor kiu lng súc v rotor kiu dõy qun. +Loi rotor kiu lng súc: Dõy qun rotor l cỏc thanh dn bng ng thau hoc nhụm c t trong rónh v b ngn mch bng hai vnh ngn mch hai u. Vi ng c nh dõy qun rotor c ỳc nguyờn khi gm thanh dn, vnh ngn mch, cỏnh tn nhit v cỏnh qut lm mỏt. Cỏc ng c trờn 100kw thanh dn lm 5 §å ¸n ®iÖn tö c«ng su©t Gvhd: §oµn V¨n Tu©n bằng đồng và được đặt vào các rãnh rotor và được gắn chặt vào vành ngắn mạch. Hình 1.2: Dây quấn roto kiểu lồng sóc. +Loại rotor dây quấn: Cũng được quấn thành từng các mô bin như dây quấn stator và có cùng số cực từ dây quấn stator. Dây quấn kiểu này luôn đấu hình sao và có ba đầu ra đấu vào ba vành trượt gắn vào trục quay rotor và cách điện với trục. Ba chổi than cố định và luôn tỳ lên vành trượt này để dẫn điện và một biến trở cũng nối sao nằm ngoài động cơ để khởi động hoặc điều chỉnh tốc độ. 1.3.1.Nguyên lý hoạt động -Khi có dòng ba pha chạy trong dây quấn stator thì trong khe hở không khí xuất hiện từ trường quay với tốc độ n 1 =60 f/p (f là tần số lưới điện, p là số cặp cực). Từ trường quay này sẽ quét lên dây quấn, nhiều pha tự ngắn mạch nên trong dây quấn stator xuất hiện dòng I 2 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 trong dây quấn rotor tác dụng với từ thông tổng khe khí tạo ra momen quay làm quay rotor. 6 §å ¸n ®iÖn tö c«ng su©t Gvhd: §oµn V¨n Tu©n Hình 1.3: nguyên lý hoạt động của động cơ không đồng bộ. 1.1.4 Ảnh hưởng của tần số lưới điện f1 cấp cho động cơ. +Thay đổi bằng cách sử dụng bộ biến tần dùng cho cả động cơ dây quấn và lồng sóc Xuất phát từ biểu thức:ω 1 = P f 1 . 2 π . ta thay đổi tần số f 1 làm cho tốc độ từ trường quay thay đổi  tốc độ động cơ thay đổi theo. Khi f 1 >f 1đm ta có : ↓ S th = ( ) ↑ + f LL P f R 1 ' 21 1 ' 2 1 . 2 π (1.1) X 1 = ω 1 L 1 ; X 2 ’= ω 1 L 2 ’ +Mô men tới hạn sẽ giảm theo quy luật : ↓ M th = ( ) ↑ + f LL P f U 2 1 ' 21 2 2 1 1 . 2 1 2 8 π (1.2) +Thực tế khi f 1 tăng để đảm bảo đủ M nm cho động cơ và tốc độ làm việc của động cơ không vượt quá giá trị cực đại cho phép. ω max bị hạn chế bởi độ bền cơ khí của động cơ +Khi f 1 <f 1đm tức là khi f 1 giảm ta có : Khi f 1 giảm ω t giảm S th tăngM th tăngX nm giảm thì M th giữ ở không đổi. 7 §å ¸n ®iÖn tö c«ng su©t Gvhd: §oµn V¨n Tu©n +Khi f 1 >f 1đm thì M th tỉ lệ nghịch với bình phương tần số. Hình 1.4 : Đặc tính cơ của động cơ không động bộ khi thay đổi tần số f 1. Khi tăng giảm tần số f 1 cấp cho động cơ chủ yếu để điều chỉnh tốc độ động cơ trường hợp mở máy rất ít dùng hoặc có dùng thì dùng trong trường hợp khi nguồn cấp cho động cơ giảm dẫn đến tổng trở của mạch giảm (vì tổng trở của mạch tỉ lệ thuận theo tần số). Điện áp giữ không đổi thì dòng điện khởi động tăng rất nhanh, do vậy khi giảm tần số cần giảm điện áp theo một quy luật nhất định để giữ cho momen theo chế độ với giá trị định mức. Qua đồ thị đặc tính cơ ta thấy rằng: +Khi f 1 < f 1đm với điều kiện f U 1 1 = const thì M th giữ không đổi +Khi f 1 >f 1đm thì M th tỉ lệ nghịch với bình phương tần số 8 §å ¸n ®iÖn tö c«ng su©t Gvhd: §oµn V¨n Tu©n Khi tăng giảm tần số f 1 cấp cho động cơ chủ yếu để điều chỉnh tốc độ động cơ trường hợp mở máy rất ít dùng hoặc có dùng thì dùng riêng. 1.1.5 Phương trình đặc tính cơ. Để thành lập phương trình đặc tính cơ ta sử dụng sơ đồ thay thế : Hình 1.5 Hình 1.6 Ta có dòng điện stator : (1.3) Trong đó : X nm = X 1d + X’ 2d điện kháng ngắn mạch U 1f trị hiệu dụng của điện áp pha stator +Phương trình đặc tính của động cơ : (1.4) Đường đặc tính của động cơ như hình hình 1.6 Với (1.5) S th là hệ số trượt tới hạn cửa động cơ (1.6) 9 §å ¸n ®iÖn tö c«ng su©t Gvhd: §oµn V¨n Tu©n 1.1.6 Ảnh hưởng các thông số đến đặc tính cơ. a) Ảnh hưởng cửa sự suy giảm điện áp lưới cấp cho động cơ. khi điện áp lưới suy giảm thì theo (1.5) và (1.6) mômen tới hạn M th của động cơ sẽ giảm bình phương lần biên độ suy giảm của điện áp, còn S th vẫn không đổi Hình 1.7: Đặc tính cơ khi suy giảm điên áp cấp cho động cơ. b) Ảnh hưởng của điện trở điện kháng mạch stator. Khi nối thêm điện trở hoặc điện kháng vào mạch stator thì theo (1.1) và (1.2) cả S th và M th đều giảm. Hình 1.8: đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện trở mạch stato c) Ảnh hưởng của điện trở mạch rotor. 10 [...]... ca iụt Zero.Dũng Io chy trong mch DZ 4-L1 -pha A -pha C-L3-D2-T2DZ4.Nu cm khỏng ca ti ln nng lng in t trong mch va núi trờn cú th khụng phúng trong khong w2t= 3 iu ú cú ngha l sau 1 gúc k t khi T3 dn nng lng khỏng c a v ngun vỡ khi T 2 ngt,DZ5 bt u phõn cc 32 Đồ án điện tử công suât Gvhd: Đoàn Văn Tuân dn,dũng ti bõy gi chy theo mch sau:DZ 4-L1 -pha A -pha C-L3-DZ5- Ud + - Ud - DZ4. ch hóm mỏy phỏt... = 38 0.50 = 19 Kw 33 Đồ án điện tử công suât Gvhd: Đoàn Văn Tuân -Tn s : f1 = 0 120 Hz -Tc nh mc : ndm = 30 00 vũng/phỳt -H s quỏ ti : M = 2,5 -H s khi ng : kd = 1 ,3 -H s cụng sut : -Hiu sut : +Gi Cos = 0,78 = 0,8 l gúc lch pha gia dũng in v hiu in th ca u ra X l tng cm khỏng ca ng c : Rt cos Rt + X 2 = 2 = 0,78 hay tg = X Rt = 0,8 +Tng tr ca mi pha ti ng c : Rt + X 2 Z= Rt = 0,78 4 ,39 = 3, 42... anot chung(T 1-T3-T5) v nhúm catot chung (T2-T4-T6) Quỏ trỡnh chuyn mch cng bc ca T1 Gi thit rng T1 ca nhúm anot v T2 ca nhúm catot ang dn.Ngt T1 bng cỏch m T3 chuyn mch Cc tớnh ca cỏc t trc khi kớ hiu trờn t in cũn cc tớnh ca t in sau khi chuyn mch kớ hiu di t in.Sau khi T 3 M (ti thi im t1) t C1 chuyn np dao ng trong mch T 3- Cx71-D1-L1-DZ1-T3 cũn t C5 trong mch T3-C3-C5-D1-L1-DZ1-T3 Vỡ nhỏnh C1 mc... c C 2 Th1 T4 T6 T2 Bin tn ỏp dựng transistor ẹC 27 Đồ án điện tử công suât Gvhd: Đoàn Văn Tuân ẹ K T1 T7 T9 T5 T3 T11 V 1 ~ D1 D4 D 5 D 3 D 6 D2 ẹ K ẹ T 10 H.b .3 T 12 T 8 T4 T6 Bin tn dũng ba pha dựng T2 + thyristor T1 T3 D 1 D 3 D 4 D 6 T5 D 5 V o ẹ K ẹ D 2 h b.4 T4 T6 T2 Bin tn dũng ba pha dựng transistor - 2/Bin tn ngun dũng v bin tn ngun ỏp Bin tn ngun dũng 1 Bin tn ngun dũng dựng chnh lu cú iu... ng c khụng ti 1 .3 CễNG NGH BIN TN 1 .3. 1 khỏi quỏt chung ca bin tn Cu trỳc chung ca b bin tn nh hỡnh sau: 15 Đồ án điện tử công suât Gvhd: Đoàn Văn Tuân Hỡnh 1.11: Cu trỳc c bn ca bin tn Tớn hiu vo l in ỏp xoay chiu mt pha hoc ba pha B chnh lu cú nhim bin i in ỏp xoay chiu thnh mt chiu B lc cú nhim v san phng in ỏp mt chiu sau chnh lu Nghch lu cú nhim v bin i in ỏp mt chiu thnh in ỏp xoay chiu cú tn... tr ca mi pha ti ng c : Rt + X 2 Z= Rt = 0,78 4 ,39 = 3, 42 Lt = Z 2 Rt 2 2f max = 2 = Utf I = 38 0 50 3 = 4 ,39 4 ,39 2 3, 422 2 120 = 10 10 -3 H in ỏp ngc ln nht t lờn mi thyristor : Ung.max = Ud = 487 V Dũng trung bỡnh chy qua iụt ngc : ItbD = = 1 2. 0 2It 2. Itmax sin ( - )d 0 sin ( + )d 34 Đồ án điện tử công suât Gvhd: Đoàn Văn Tuân 2It 2. = ( cos 2 50 2. = -1 ) (0.78 1 ) = - 2,47... - 2,47 A Giỏ tr trung bỡnh ca dũng in chy qua thyristor : ItbT = = = 1 2. 2It 2. 2 50 2. Itmax sin ( - ( cos )d +1) ( 0.78 + 1 ) = 20, 03 A Giỏ tr t in cc i : Cmax= 1 ,3 Lt Rt = 1 ,3 10 10 -3 3,42 = 2,92.10 -3F Chn cỏc phn t cho mch nghch lu ỏp ba pha: - Chn iụt mó hiu B-10 do Liờn Xụ c ch to.(Da theo bng 1.1 sỏch TCS ca Nguyn Bớnh).Cú cỏc thụng s nh sau : Itb = 10 A Um = 100 ữ 1000 V U =... vỡ gõy ra moment v va p ln, cỏc cun dõy cú kớch thc ln v vic iu chnh tc khú 2.1 .3. La chn phng ỏn Da vo u nhc im nh trờn ta la chn b bin tn ngun ỏp vi cu chỳc nh sau: 1) B nghch lu ỏp 3 pha (cú th s dng BJT cụng sut, IGBT, GTO, ) õy ta dựng thyristor 2) B chnh lu khụng iu khin cu 3 pha s dng Diot La chn mch chnh lu ba pha khụng iu khin hỡnh cu -S cu cú cht lng in ỏp ra tt hn. nhp nhụ ca in ỏp thp... nghch lu song song s cu v s bin ỏp cú im gia Nghch lu ngun dũng v ngun ỏp + Nghch lu ngun dũng (1 pha & ba pha) + Nghch lu ngun ỏp (1 pha & ba pha) c/ ng dng ca nghch lu - Bin tn cụng nghip iu khin tc ng c - Cỏc b ngun tn s cao - B ngun xung cú s dng nghch lu - B ngun xoay chiu khụng giỏn on 1 .3. 5: Yờu cu v cỏc phng phỏp iu khin bin tn a/ yờu cu: - ỏp ng iu kin ti: Trong quỏ trỡnh lm vic, nhiu... theo khai trin Furier: utd = 2 3 1 1 1 Ud sin.t sin 5..t sin 7..t + sin 11..t + 5 7 11 Biu thc gii tớch ca in ỏp pha t lờn ti ng c theo khai trin Furier: ufd = 2 1 1 1 Ud sin.t sin 5..t sin 7..t + sin 11..t + 5 7 11 Thnh phn in ỏp cú biờn súng hi c bn: Utd.max= Hay Utd 2 2 3 Ud = 2 3 Ud Suy ra in ỏp cc i t lờn u vo b nghch lu : Ud = Utd 6 = 38 0 6 = 487 V + Chn cỏc thụng . BIỂN THIẾT KẾ MÔN HỌC MÔN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ĐỀ BÀI: ĐỀ SỐ 36 Thiết kế bộ biến tần điều khiển động cơ xoay chiều 3 pha sử dụng tiristor Yêu cầu công nghệ Thông số thiết kế Thiết kế biến tần xung. đồng bộ 1 .3. 2 Khái niệm chung a/ Khái niệm và công dụng :của bộ biến đổi tần số:hay còn gọi là các bộ biến tần là thiết bị biến đổi dòng xoay chiều ở tần số này thành dòng điện xoay chiều có tần. trúc cơ bản của biến tần. Tín hiệu vào là điện áp xoay chiều một pha hoặc ba pha. Bộ chỉnh lưu có nhiệm biến đổi điện áp xoay chiều thành một chiều. Bộ lọc có nhiệm vụ san phẳng điện áp một chiều