Thiết kê biến tần 3 pha để điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ

Lời nói đầu Trong những năm gần đây, lĩnh vực điều khiển và truyền động điện đã phát triển mạnh mẽ. Đặc biệt với sự phát triển của khoa học kĩ thuật điện tử tin học nói riêng đã khai thác tất cả các ưu điểm nổi bật vốn có của động cơ không đồng bộ và động cơ một chiều. Với đồ án này em đã nêu ra một khía cạnh nhỏ trong lĩnh vực điều khiển động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc. “Thiết kê biến tần 3 pha để điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ” Nội dung các chương mục như sau : Chương 1 : Tổng quan về công nghệ. Giới thiệu về động cơ không đồng bộ, các hệ thống biến tần. Chương 2 : Tính chọn mạch công suất.

THIẾT KẾ MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Tài. Lớp : ĐTĐ48 – ĐH2. Lời nói đầu Trong những năm gần đây, lĩnh vực điều khiển và truyền động điện đã phát triển mạnh mẽ. Đặc biệt với sự phát triển của khoa học kĩ thuật điện tử tin học nói riêng đã khai thác tất cả các ưu điểm nổi bật vốn có của động cơ không đồng bộ và động cơ một chiều. Với đồ án này em đã nêu ra một khía cạnh nhỏ trong lĩnh vực điều khiển động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc. “Thiết kê biến tần 3 pha để điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ” Nội dung các chương mục như sau : Chương 1 : Tổng quan về công nghệ. Giới thiệu về động cơ không đồng bộ, các hệ thống biến tần. Chương 2 : Tính chọn mạch công suất. Mạch động lực, đi sâu vào nguyên lí làm việc của hệ thống thiết bị cũng như các phương pháp tính chọn mạch và bảo vệ mạch. Chương 3 : Thiết kế mạch điều khiển . Ứng dụng của kĩ thuật xung số để điều khiển hoạt động của mạch Chương 4 : Kết qủa Ứng dụng bằng phần mềm để mô phỏng hệ thống và hiện thực hoá nó trên phần cứng Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa điện đã tận tình chỉ bảo trong thời gian làm đề tài. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.1.Tổng quan về máy điện không đồng bộ 1.1.1 Nguyên lý làm việc: Khi nam châm điện quay ( tốc độ n1 vòng/ phút ) làm đường sức từ quay cắt qua các cạnh của khung dây cảm ứng gây nên sức điện động E trên khung dây. Sức điện động E sinh ra dòng điện I chạy trong khung dây. Vì dòng điện I nằm trong từ trường nên khi từ trường quay làm tác động lên khung dây một lực điện từ F. Lực điện từ này làm khung dây chuyển Vì n < n1 nên gọi là không đồng bộ. ĐCKĐB ba pha có dây quấn ba pha phía stator, Roto của ĐCKĐB là một bộ dây quấn ba pha có cùng số cực trên lõi thép của Roto. Khi Stator được cung cấp bởi nguồn ba pha cân bằng với tần số f, từ trường quay với tốc độ sẽ được tạo ra. Quan hệ giữa từ trường quay và tần số f của nguồn ba pha là : Trong đó : p - số đôi cực - tần số góc của nguồn ba pha cung cấp cho động cơ Nếu tốc độ quay của roto là , độ sai lệch giữa tốc độ từ trường quay stator và roto là: Trong đó gọi là tốc độ trượt Thông số s gọi là độ trượt, ta có: Vì có tốc độ tương đối giữa roto và từ trường quay stator , điện áp cảm ứng ba pha sẽ được sinh ra trong roto .Tần số của điện áp này sẽ tỉ lệ với độ trượt theo công thức: Moment động cơ sinh ra: từ thông trên một cực (Wb). giá trị đỉnh của sức từ động roto. góc lệch pha giữa sức từ động roto và sức từ động khe hở không khí. 1.1.2 Cấu tạo a)Phần tĩnh (Stato) Stato có cấu tạo gồm vỏ máy,lỏi sắt và dây quấn * Vỏ máy Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt và dây quấn, không dùng để làm mạch dẫn từ. Thường vỏ máy được làm bằng gang. Đối với máy có công suất tương đối lớn ( 1000kW ) thường dùng thép tấm hàn lại làm thành vỏ máy. Tuỳ theo cách làm nguội máy mà dạng vỏ cũng khác nhau. *Lõi sắt Lõi sắt là phần dẫn từ. Vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường quay nên để giảm tổn hao lõi sắt được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện ép lại. Khi đường kính ngoài lõi sắt nhỏ hơn 90 mm thì dùng cả tấm tròn ép lại. Khi đường kính ngoài lớn hơn thì dùng những tấm hình rẻ quạt (hình 2) ghép lại. *Dây quấn Dây quấn stator được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt với lõi sắt. b)Phần quay (roto) Rotor có 2 loại chính : rotor kiểu dây quấn và rotor kiểu lòng sóc. Rotor dây quấn : Rôto có dây quấn giống như dây quấn của stator. Dây quấn 3 pha của rôto thường đấu hình sao còn ba đầu kia được nối vào vành trượt thường làm bằng đồng đặt cố định ở một đầu trục và thông qua chổi than có thể đấu với mạch điện bên ngoài. Đặc điểm là có thể thông qua chổi than đưa điện trở phụ hay suất điện động phụ vào mạch điện rôto để cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tốc độ hoặc cải thiện hệ số công suất của máy. Khi máy làm việc bình thường dây quấn rotor được nối ngắn mạch. Nhược điểm so với động cơ rotor lòng sóc là giá thành cao, khó sử dụng ở môi trường khắc nghiệt, dễ cháy nổ . Rotor lồng sóc : Kết cấu loại dây quấn này rất khác với dây quấn stator. Trong mỗi rãnh của lõi sắt rotor đặt vào thanh dẫn bằng đồng hay nhôm dài ra khỏi lõi sắt và được nối tắt lại ở hai đầu bằng hai vành ngắn mạch bằng đồng hay nhôm làm thành một cái lồng mà người ta quen gọi là lồng sóc. c)Khe hở không khí Vì rotor là một khối tròn nên khe hở đều. Khe hở trong máy điện không đồng bộ rất nhỏ để hạn chế dòng điện từ hóa lấy từ lưới và như vậy mới có thể làm cho hệ số công suất của máy cao hơn. 1.1.3 Đặc điểm Cấu tạo đơn giản Đấu trực tiếp với điện lưới xoay chiều 3 pha. Tốc độ quay của rô to nhỏ hơn tốc độ quay của từ trường quay của stato n < n1 . Trong đó : N : tốc độ quay của rô to N1: tốc độ quay của từ trường quay 1.1.3 Các đại lượng đặc trưng và phương trình cơ bản a. Hệ số trượt : để biểu thị mức độ đồng bộ giữa tốc độ quay của rô to n và tốc độ quay của từ trường quay n1. 1 1 n n s n − = 0 1s≤ ≤ 60* 1 1 f p n = 1*(1 )n n s= − b. Sức điện động Khi rôto đứng yên : 20 20 2 2 4.44* * * * m f K WE = Φ Khi rôto chuyển động : 2 2 2 2 4.44* * * * m s s f K WE = Φ Trong đó : K2 : Hệ số cuốn dây f20 = f1 f2s = s * f1 W2 : số vòng dây Φm : Từ thông c. Công suất Công suất điên đưa vào : * * *cos 1 3 U I P ϕ = Tổn hao điện từ : dt P ∆ Tổn hao sắt : st P∆ Công suất điện từ : 2 * 1 * 1 * 60 dt n M MP π ω = = = P1 - dt P ∆ - st P∆ Tổn hao do dây quân rô to : 2d P∆ Công suất cơ ở trục : '2 *P M ω = = dt P - 2d P∆ Tổn hao do ma sát : ms P∆ Công suất cơ đưa ra :P2 = P’2 - ms P∆ P2 = 1P - dt P ∆ - st P∆ - 2d P∆ - 2d P∆ - ms P∆ Hiệu suất : 1 2 P P η = (0.8, 0.9) d. Các phương trình cơ bản Phương trình đặc tính cơ điện ' 1 1 2 2 2 ' 2 2 2 1 1 1 * ( ) nm I U I I R X R R X s µ µ µ               = + = + + + + 1 2 2 ' 1 2 ' 2 2 2 1 ( ) nm U I R X U I R R X s µ µ µ = + = + + Với : 1 2 X X X µ σ σ = + Phương trình đặc tính cơ '2 ' 1 2 ' 2 2 2 1 1 2 1 2 1 ' ' 2 2 2 2 2 1 1 ' 2 3* * 2* *(1 ) 2* 2* * * ( ) 3* 2* 1*( 1 ) 0 f th th th th nm th th f th nm nm nm U R M M S S S S R S R X S S S S s U R R X R R Sth X R X R R M M ε ε ω ω ε + = ≈   + + + + +     = + + = ± ≈ + ≈ = = e. Ảnh hưởng của các thông số đến đặc tính cơ: Ảnh hưởng của điện áp lưới Môment tỷ lệ theo bình phương điện áp Hê số trượt vẫn không thay đổi Ảnh hưởng của điện trở, điện kháng mạch stato Môment tỷ lệ nghịch với điện trở, hay điện kháng Hệ số trượt tỷ lệ nghịch với điện trở, hay điện kháng Ảnh hưởng của số đôi cực p. Khi thay đổi số đôi cực p thì tần số lưới thay đổi, dẫn đến tốc độ cũng thay đổi Ảnh hưởng tần số. Quy tắc điều chỉnh giữ cho khả năng quá tải không đổi. ' 2 max max 1 max 2 ' 1 ' '2 2 ' max 1 1 2 '2 max 1 1 * * * M M U C const f M M M U f M const M M U f M = = ⇒ = = = = ' ' ' 1 1 1 1 * U f M U f M = Luật điều khiển giữ cho Môment không đổi : M=const ' ' 1 1 1 1 1 1 U f U f U const f = = Luật điều khirn giữ cho công suất không đổi :P=const [...]... các phần tử và các van bán dẫn trong bộ nghịch lưu: Theo đề :Động cơ không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc : Công suất định mức : Pđm= 7.5 kW Hệ số công suất : cos φ = 0, 78 Điện áp lưới : 38 0 V Chọn hiệu suất η= 0.9 : P 7500 dm Công suất đưa vào động cơ : P1 = η = 0.9 = 833 3 .33 W Ta lại có : P = 3U dm I dm cos φdm ⇒ I dm = 1 = P 1 3U dm cos φdm 833 3 .33 = 16.19 ( A) 3* 220*0.78 Rf1 = Uf I fdm cos ϕ = 220... nhiệt theo nhiệt độ, khoảng 0.7-2.5W/°C II -Bộ nghịch lưu Như đã giới thiệu trong phần tổng quan về biến tần ,đối với những động cơ có công suất nhỏ dưới 30 kW (động cơ của ta có công suất là 7.5kW ) phù hợp nhất ta dùng bộ biến tần nguồn áp với nguồn có điều khiển(dùng chỉnh lưu không điều khiển ,điện áp một chiều cấp cho nghịch lưu điều khiển nhờ bộ băm) ,điều khiển theo phương pháp biến điệu bề rộng... tải quy định Bộ biến tần nguồn áp có ưu điểm là tạo ra dạng dòng điện và điện áp sin hơn, dãi biến thiên tần số cao hơn nên được sử dụng rộng rãi hơn Bộ biến tần nguồn áp có hai bộ phận riêng biệt, đó là bộ phận động lực và bộ phận điều khiển, + Phần động lực gồm có các phần sau: - Bộ chỉnh lưu: có nhiệm vụ biến đổi dòng xoay chiều có tần số f 1 thành dòng một chiều - Bộ nghịch lưu: là bộ rất quan... của biến tần loại này và thường sử dụng nó hơn Ví dụ : L1 Lo T9 T7 T11 D7 D9 D11 T1 C1 T3 T5 C3 C5 D1 ~ o D3 D5 Co U2, f2 o U1, o 1 f D10 D12 D8 D6 D4 C4 ÑKB D2 C6 C2 T10 T12 T8 T4 T6 T8 L2 Phân loại biến tần gián tiếp Bộ biến tần này còn gọi là biến tần độc lập Trong biến tần này, đầu tiên điện áp được chỉnh lưu thành dòng một chiều, sau đó qua bộ lọc rồi trở lại dòng xoay chiều với tần số f2 nhờ bộ. .. mạch động lực, để đảm bảo các yêu cầu tần số, điện áp ra của bộ biến tần đều do mạch điều khiển quyết định Bộ điều khiển nghịch lưu gồm 3 phần: - Khâu phát xung chủ đạo: là khâu tự dao động tạo ra xung điều khiển để đưa đến bộ phận phân phối xung Khâu này đảm nhận điều chỉnh xung, ngoài ra nó còn có thể đảm nhận luôn chức năng khuyếch đại xung - Khâu phân phối xung: làm nhiệm vụ phân phối các xung điều. .. là bộ rất quan trọng trong bộ biến tần, nó biến đổi dòng điện một chiều được cung cấp từ bộ chỉnh lưu thành dòng điện xoay chiều có tần số f2 - Bộ lọc: là bộ phận không thể thiếu được trong mạch động lực cho phép thành phần một chiều của bộ chỉnh lưu đi qua và ngăn chặn thành phần xoay chiều Nó có tác dụng san bằng điện áp sau khi chỉnh lưu + Phần điều khiển: Là bộ phận không thể thiếu được, nó quyết... NB CK U2 f2 B • CK NC CK C • ÑKB B.2 .Biến tần gián tiếp: Còn gọi là biến tần độc lập Trong biến tần này đầu tiên điện áp được chỉnh lưu thành dòng một chiều Sau đó qua bộ lọc rồi trở lại dòng xoay chiều với tần số f2 nhờ bộ nghịch lưu độc lập (quá trình thay đổi f2 không phụ thuộc vào f1) Việc biến đổi hai lần làm giảm hiệu suất biến tần Tuy nhiên việc ứng dụng hệ điều khiển số nhờ kĩ thuật vi xử lí... I-Tổng quan về các hệ thống biến tần Chỉnh lưu Lọc Nghịch Tải lưu A Khái niệm Biến tần là thiết bị tổ hợp các linh kiện điện tử thực hiện chức năng biến đổi tần số và điện áp một chiều hay xoay chiều nhất định thành dòng điện xoay chiều có tần số điều khiển được nhờ khoá điện tử B Phân loại B.1 Biến tần trực tiếp: Còn gọi là biến tần phụ thuộc Thường gồm các nhóm chỉnh lưu điều khiển mắc song song ngược,... max = E n L 2 3R ∆U c ( 2 ln 2 − 1) thường lấy ∆ U c = 0.1E n = En X L tgφ *(2 ln 2 − 1) (2 ln 2 − 1) = 3R 31 4.0,1.En 3R *31 4*0.1 = 0,8*(2 ln 2 − 1) = 30 9,5.10−6 = 30 9µ F 3* 10.6 *31 4*0,1 2 ∆U C là biến thiên điện áp nguồn một chiều Tụ C0 phải chịu được điện áp UC = UZ =446,7 V Nếu chọn hệ số về áp để tụ hoạt động an toàn là 1 ,3 thì : UC = 1 ,3* 446,7 = 580,7 V Vậy cần chọn tụ C có điện dung 30 9 µ F và chịu... : + Có điện áp đặt lên van nhỏ hơn 2 lần + Điện áp đầu ra có độ nhấp nhô thấp hơn ,và chất lượng điều chỉnh tốt hơn + Có điện áp nguồn nhỏ hơn chỉnh lưu hình tia ,máy biến áp tận dụng triệt để hơn 1.Sơ đồ nguyên lý và dạng sóng của chỉnh lưu cầu không điều khiển: D1 D4 D3 D5 D6 D2 Hình 4.8.Sơ đồ nguyên lý bộ chỉnh lưu cầu 3 pha không điều khiển . của động cơ không đồng bộ và động cơ một chiều. Với đồ án này em đã nêu ra một khía cạnh nhỏ trong lĩnh vực điều khiển động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc. Thiết kê biến tần 3 pha để điều chỉnh. pha để điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ Nội dung các chương mục như sau : Chương 1 : Tổng quan về công nghệ. Giới thiệu về động cơ không đồng bộ, các hệ thống biến tần. Chương 2 : Tính. ,đối với những động cơ có công suất nhỏ dưới 30 kW (động cơ của ta có công suất là 7.5kW ) phù hợp nhất ta dùng bộ biến tần nguồn áp với nguồn có điều khiển(dùng chỉnh lưu không điều khiển ,điện