Đồ án môn học Điện tử công suất GVHD TS NGUYỄN DUY TRUNG BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Đề tài Nghiên cứu thiết kế biến tần trực tiếp để[.]
Đồ án môn học Điện tử công suất GVHD: TS NGUYỄN DUY TRUNG BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Đề tài: Nghiên cứu thiết kế biến tần trực tiếp để điều khiển động không đồng ba pha Giảng viên hướng dẫn : TS.NGUYẾN DUY TRUNG Sinh viên thực hiện: Ngành : Lớp : Khố : DƯƠNG VĂN SƠN CƠNG NGHỆ TỰ ĐỘNG D14TDH&DKTBCN1 2019-2024 Hà Nội, tháng năm 2022 Đồ án môn học Điện tử công suất GVHD: TS NGUYỄN DUY TRUNG LỜI MỞ ĐẦU Trong thực tế sử dụng điện ta cần thay đổi tần số nguồn cung cấp, biến tần sử dụng rộng rãi truyền động điện, thiết bị đốt nóng cảm ứng, thiết bị chiếu sáng Ngày với phát triển nhanh chóng kỹ thuật bán dẫn công suất lớn, thiết bị biến đổi điện dùng linh kiện bán dẫn công suất sử dụng nhiều công nghiệp đời sống nhằm đáp ứng nhu cầu ngày cao xã hội Thiết kệ biến tần điều khiển động khơng đồng ba pha có nhiều ứng dụng lớn thực tế ngành công nghiệp điều khiển tự động, Trong thời gian học tập nghiên cứu, học tập nghiên cứu môn Điện tử cơng suất ứng dụng lĩnh vực hệ thống sản xuất đại Vì để nắm vững phần lý thuyết áp dụng kiến thức vào thực tế, em nhận đồ án môn học với đề tài: “Nghiên cứu thiết kế biến tần trực tiếp để điều khiển động không đồng ba pha” Với đề tài giao, em vận dụng kiến thức để tìm hiểu nghiên cứu lý thuyết Dưới hướng dẫn bảo nhiệt tình thầy Ts Nguyễn Duy Trung với cố gắng nỗ lực thành viên nhóm chúng em hồn thành xong đồ án Tuy nhiên thời gian kiến thức cịn hạn chế nên khơng tránh khỏi thiếu sót thực đồ án Vì chúng em mong nhận nhiều ý kiến đánh giá, góp ý thầy giáo, bạn bè để đề tài hoàn thiện Em chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 20 tháng năm 2022 Sinh viên Dương Văn Sơn Đồ án môn học Điện tử công suất GVHD: TS NGUYỄN DUY TRUNG LỜI CẢM ƠN Trong trình thực đề tài mặc dù gặp phải rất nhiều những vấn đề khó khăn song với hướng dẫn của thầy Ts.Nguyễn Duy Trung với chỉ bảo của thầy cô giáo Khoa Công Nghệ Tự Động lỗ lực không ngừng của nhóm, đến chúng em đã hoàn thành đề tài Tuy nhiên, kiến thức của chúng em còn hạn chế, nên không thể tránh khỏi những thiếu sót Vì chúng em rất mong nhận những ý kiến đóng góp chân thành từ phía thầy Ts.Nguyễn Duy Trung với chỉ bảo của thầy cô giáo Khoa Công Nghệ Tự Động bạn đọc để đề tài của chúng em ngày hoàn thiện phát triển lên mức cao thời gian gần nhất Những lời nhận xét góp ý hướng dẫn giúp chúng em có định hướng đắn q trình thực đồ án, giúp chúng em nhìn ưu khuyết điểm đồ án bước khắc phục để có kết tốt Chúng em xin cảm ơn thầy,cô khoa Công Nghệ Tự Động, mơn Điện tử cơng suất tận tình bảo, truyền đạt cho chúng em kiến thức chuyên ngành, cơng nghệ cách làm việc nhóm đề hồn thành tốt đồ án mơn học Chúng em xin chân thành cảm ơn! Đồ án môn học Điện tử công suất GVHD: TS NGUYỄN DUY TRUNG Đánh giá nhận xét GV hướng dẫn Giáo viên hướng dẫn Ts.Nguyễn Duy Trung Đồ án môn học Điện tử công suất GVHD: TS NGUYỄN DUY TRUNG xMỤC LỤC PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA CHƯƠNG 2: CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 14 Các yêu cầu đặt việc điều khiển động .14 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động không đồng ba pha 16 Điều chỉnh động không đồng cách thay đổi tần số nguồn 16 CHƯƠNG 3: BIẾN TẦN 21 Biến tần tầm quan trọng biến tần công nghiệp Cấu trúc biến tần Phương thức điều khiển 21 25 27 PHẦN II: THIẾT KẾ SƠ BỘ 45 Sơ đồ cấu trúc 46 Sơ đồ tính 49 PHẦN III: THIẾT KẾ CHI TIẾT 50 CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG .50 Tính tốn thơng số động 50 Thiết kế tầng nghịch lưu tầng mạch kích 50 2.1 Giới thiệu module cơng suất IRAMX16UP60A 51 2.2 Tính chọn tụ boostrap 57 Thiết kế mạch theo dõi dòng điện 59 Thiết kế mạch điều khiển 63 Thiết kế nguồn 66 CHƯƠNG 2: GIẢI THUẬT VÀ LƯU ĐỒ THUẬT TỐN 70 Phân tích khảo sát phương pháp điều chế độ rộng xung SPWM 70 Phương pháp điều chế tín hiệu SPWM ba pha theo luật U/f=const sử dụng PSoC Đồ án môn học Điện tử công suất GVHD: TS NGUYỄN DUY TRUNG PHỤ LỤC 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO .91 Đồ án môn học Điện tử công suất GVHD: TS NGUYỄN DUY TRUNG PHẦN I CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 1.1.KHÁI NIỆM Động không đồng ba pha máy điện xoay chiều làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện điện từ,có tốc độ roto khac với tốc độ từ trường quay máy Động không đồng ba pha dùng nhiều sản xuất sinh hoạt chế tạo đơn giản ,giá rẻ ,độ tin cậy cao ,vận hành đơn giản ,hiệu suất cao gần không cần bảo trì Dải cơng suất rộng từ vài Watt đến hàng nghìn KW Các động từ 5hp trở lên hấu hết pha động nhỏ 1hp thường pha HP = 0,736 kW 1.2.CẤU TẠO Máy điện quay nói chung máy điện khơng đồng nói riêng gồm hai phần bản: phần quay (rotor) phần tĩnh (stato) Giữa phần tĩnh phần quay khe hở khơng khí Hình 1.1:Cấu tạo động Đồ án môn học Điện tử công suất GVHD: TS NGUYỄN DUY TRUNG 1.2.1 PHẦN TỈNH (STATOR ) Trên stator có võ , lõi thép dây quấn 1.2.1.1 Võ Máy Võ máy có tác dụng cố định lõi thép dây quấn Thƣờng võ máy làm gang Đối với vỏ máy có cơng suất tương đối lớn ( 1000 kw ) thường dung thép hàn lại làm vỏ máy, tùy theo cách làm nguội ,máy dạng vỏ máy khác 1.2.1.2.Lõi Thép Lõi thép phần dẫn từ Vì từ trƣờng qua lõi thép từ trường quay nên để giảm bớt tổn hao , lõi thép làm thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm ép lại Khi đường kính ngồi lõi thép nhỏ 990mm dùng thép trịn ép lại Khi đường kính ngồi lớn trị số phải dùng thép hình rẻ quạt ( hinh 1.2 ) ghép lại thành khối tròn Hình 1.2:Tấm thép hình rẻ quạt Mỗi lõi thép kỹ thuật điện có phủ sơn cách điện bề mặt để giảm hao tổn dịng điện xốy gây nên Nếu lõi thép ngắn ghép thành khối lõi thép dài ghép thành ngắn thép dài từ đến 8cm đặt cách 1cm để thơng gió cho tốt Mặt cùa thép có rảnh để dặt dây quấn 1.2.1.3 Dây Quấn Dây quấn stator đặt vào rãnh lõi thép cách điện tốt với lõi thép Dây quấn phấn ứng phần dây đồng rãnh phần ứng làm thành nhiều vịng kín Dây quấn phận quan trọng động trực tiếp tham gia vào q trình biến đổi lượng từ điện thành Đồng thời mặt kinh tế Đồ án môn học Điện tử cơng suất GVHD: TS NGUYỄN DUY TRUNG giá thành dây quấn chiếm tỷ lệ cao toàn giá thành máy + Các yêu cầu dây quấn bao gồm : - Sinh sức điện động cần thiết cho dòng điện định chạy qua mà khơng bị nóng q nhiệt độ định để sinh moment cần thiết đồng thời đảm bảo đổi chiều tốt - Triệt để tiết kiệm vật liệu , kết cấu đơn giản làm việc chắn an tồn - Dây quấn phấn ứng phân làm loại chủ yếu sau : + Dây quấn xếp đơn dây quấn xếp phức tạp + Dây quấn song đơn dây quấn song phức tạp Trong số máy cở lớn dùng dây quấn hỗn hợp kết hợp hai dây quấn xếp song 1.2.2 PHẦN QUAY (ROTOR ) Phần gồm phận lõi thép dây quấn rotor: 1.2.2.1 Lõi Thép Nói chung người ta dùng thép kỹ thuật điện nhƣ stator lõi thép ép trực tiếp lên trục máy lên giá rotor máy Phía ngồi thép có rãnh để đặt dây quấn 1.2.2.2 Dây Quấn Rotor Phân loại làm hai loại rotor kiểu dây quấn rotor kiểu lồng sóc: Loại rotor kiểu dây quấn : rotor kiểu dây quấn (hình 1.3 ) giống dây quấn ba pha stator có số cực từ dây quấn stator Dây quấn kiểu ln đấu hình ( Y ) có ba đấu đấu vào ba vành trượt gắn vào trục quay rotor cách điện với trục Ba chổi than cố định tỳ vành trượt để dẫn điện biến trở nối nằm động để khởi động điều chỉnh tốc độ Đồ án môn học Điện tử công suất GVHD: TS NGUYỄN DUY TRUNG Hình 1.3:Roto kiểu dây quấn Rotor kiểu lồng sóc ( hình 1.4 ) : Gồm đồng nhôm đặt rãnh bị ngắn mạch hai vành ngắn mạch hai đấu Với động nhỏ ,dây quấn rotor đúc nguyên khối gồm dẫn , vành ngắn mạch, cánh tản nhiệt cánh quạt làm mát Các động công suất 100kw dẫn làm đồng đặt vào rãnh rotor gắn chặt vành ngắn mạch Hình 1.4:Cấu Tạo rotor động khơng đồng a)Dây quấn rotor lồng sóc b)Lõi thép rotor c)Kí hiệu động 1.3 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA Như biết vật lý, cho dòng điện ba pha vào ba cuộn dây đặt lệch 120 o không gian từ trường tổng mà ba cuộn dây tạo từ trường quay Nếu từ trường quay có đặt dẫn điện từ trường quay quét qua dẫn điện làm xuất sức điện động cảm ứng dẫn Nối dẫn với làm trục quay dẫn có dịng điện (ngắn mạch) có chiều xác định theo quy tắc ban tay phải Từ trường quay lại tác dụng vào Đồ án môn học Điện tử công suất GVHD: TS NGUYỄN DUY TRUNG ỨNG DỤNG CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ Ngày hệ thống truyền động điện sử dụng rộng rãi thiết bị dây truyền sản xuất công nghiệp, giao thông vận tải thiết bị điện dân dụng… Ước tính có khoảng 50% điện sản xuất tiêu thụ hệ thống truyền động điện Hệ thống điện hoạt động với tốc độ không đổi tốc độ thay đổi Hiện có khoảng 75 – 80% hệ truyền động loại hoạt động với tốc độ không đổi Với hệ thống này, tốc độ động khơng cần điều khiển trừ q trình khởi động hãm Phần lại hệ thống điều chỉnh tốc độ để phối hợp đặc tính động với đặc tính tải theo yêu cầu Với phát triển mạnh mẽ kỹ thuật bán dẫn công suất lớn kỹ thuật vi xử lý, hệ thống điều tốc sử dụng kỹ thuật điện tử ngày sử dụng rộng rãi cơng cụ khơng thể thiếu q trình tự động hóa Động khơng đồng có nhiều ưu điểm sau: kết cấu đơn giản, làm việc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ, có khả làm việc mơi trường độc hại nơi có khả cháy nổ cao Vì ưu điểm nên động không đồng sử dụng rộng rãi ngành kinh tế quốc dân với cơng suất từ vài chục đến hàng nghìn kW Trong công nghiệp, động không đồng thường dùng làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa nhỏ, cho máy công cụ nhà máy công nghiệp nhẹ… Trong nông nghiệp, dùng làm máy bơm hay máy gia công nông sản phẩm Trong đời sống hàng ngày, động không đồng ngày chiếm vị trí quan trọng với nhiều ứng Đồ án môn học Điện tử công suất GVHD: TS NGUYỄN DUY TRUNG dụng như: quạt gió, động tủ lạnh, máy điều hịa… Tóm lại với phát triển sản xuất điện khí hóa tự động hóa, phạm vi ứng dụng động không đồng ngày rộng rãi Bên cạnh nhược điểm động khơng động so với máy điện chiều, việc điều khiển máy điện xoay chiều gặp nhiều khó khăn thơng số máy điện xoay chiều thông số biến đổi theo thời gian chất phức tạp mặt cấu trúc động điện xoay chiều Để điều khiển độc lập từ thông momen động điện xoay chiều địi hỏi hệ thống tính tốn cực nhanh xác việc quy đổi giá trị xoay chiều biến đơn giản Vì gần đây, phần lớn động xoay chiều làm việc với ứng dụng có tốc độ khơng đổi phương pháp điều khiển trước dùng cho máy điện thường đắt có hiệu suất Đồ án môn học Điện tử công suất GVHD: TS NGUYỄN DUY TRUNG CHƯƠNG CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA CÁC YÊU CẦU ĐẶT RA ĐỐI VỚI VIỆC ĐIỀU KHIỂN ĐÔNG CƠ Những động trước thường chế tạo để làm việc với tải không đổi suốt trình làm việc Điều làm cho hiệu suất làm việc hệ thống thấp, phần đáng kể công suất đầu vào không sử dụng hiệu Hầu hết thời gian momen động sinh lớn momen yêu cầu tải Khi khởi động trực tiếp từ lưới nguồn, dòng khởi động lớn Điều làm tổn thất công suất lớn đường truyền roto, làm nóng động cơ, chí làm hỏng lớp cách điện Dịng khởi động lớn làm sụt điện áp nguồn, ảnh hưởng đến thiết bị khác dùng chung nguồn với động Khi chạy khơng tải, dịng điện chạy động chủ yếu dịng từ hóa, tải có tính cảm Kết hệ số công suất ( PF: Power Factor ) thấp, khoảng 0,1 Khi tải tăng lên dòng điện làm việc bắt đầu tăng Dịng điện từ hóa trì khơng đổi suốt q trình hoạt động từ khơng tải đến đầy tải Vì tải tăng hệ số công suất lên Khi động làm việc với hệ số cơng suất nhở 1, dịng điện động không ... xuất đại Vì để nắm vững phần lý thuyết áp dụng kiến thức vào thực tế, em nhận đồ án môn học với đề tài: ? ?Nghiên cứu thiết kế biến tần trực tiếp để điều khiển động không đồng ba pha” Với đề tài giao,... ĐẾN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 14 Các yêu cầu đặt việc điều khiển động .14 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động không đồng ba pha 16 Điều chỉnh động không đồng cách... xã hội Thiết kệ biến tần điều khiển động khơng đồng ba pha có nhiều ứng dụng lớn thực tế ngành công nghiệp điều khiển tự động, Trong thời gian học tập nghiên cứu, học tập nghiên cứu môn Điện