thiết kế bộ biến tần xung vuông điều khiển động cơ xoay chiều 3 pha sử dụng bjt theo luật u f

Lời mở đầu Trong công nghiệp,động điện không đồng ba pha loại động chiếm tỉ lệ lớn so với loại động khác.Bên cạnh kết cấu đơn giản,hiệu suất cao,giá thành hạ người ta quan tâm đến vấn đề điều chỉnh tốc độ động cơ.Trong thực tế sản xuất tiêu dùng,các khâu khí sản xuất cần tốc độ thay đổi.Song chế tạo,mỗi động điện lại sản xuất với tốc độ định mức,vì vấn đề điều chỉnh tốc độ động điện cần thiết Bài tập lớn thiết kế biến tần xung vuông điều khiển động xoay chiều pha sử dụng BJT theo luật U/F Chương 1: Tổng quan công nghệ 1.1 Tổng quan công nghê Hiện có nhiều phương pháp điều khiển tốc độ động thay đổi điện trở phụ mạch rô to,thay đổi số đôi cực…Một phương pháp khác để điều khiển động thay đổi tần số theo luật U/F hay sử dụng biến tần để điều khiển Ngày phát triển công nghệ điện tử biến tần tĩnh chế tạo từ van bán dẫn công suất đảm nhiệm nguồn cung cấp lượng điện có tần số thay đổi,do phương pháp điều chỉnh tốc độ thay đổi tần số áp dụng rộng rãi cạnh tranh với hệ thống truyền động điện chiều Trong tập lớn này,ta thiết kế biến tần xung vuông điều khiển động dị pha rô to lồng sóc theo luật U/F 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.Ưu điểm biến tần điều chỉnh tốc độ động theo mong muốn,tiết kiệm điện, khống chế dòng khởi động động cơ,giúp cho q trình khởi động êm,giảm chi phí lắp đăt.Động khơng đồng rơ to lồng sóc có mạch điện làm nhôm đồng thau.Nếu làm nhơm đúc trực tiếp vào rãnh rơ to.Nếu làm đồng làm thành dẫn đặt vào rãnh.Hai đầu gắn với vòng ngắn mạch Nếu bỏ qua tổn hao điện áp mạch stato ta có: U1=E1=4.44f1W1kcd1 hay U1=kff1 (1) Từ (1) ta thấy thay đổi f mà giữ nguyên U1 = const từ thông thay đổi.Việc làm thay đổi hệ số cos 1, hiệu suất tổn hao lõi thép.Do yêu cầu phải giữ nguyên từ thông không đổi Trong phạm vi điều chỉnh tốc độ phải đảm bảo khả tải động không đổi phạm vi điều chỉnh,do phải giữ cho M max = const.Muốn phải giữ từ thông không đổi.Với điều kiện lực q tải khơng đổi tìm mối quan hệ điện áp U1,tần số F1 mô men M Mmax biểu diễn: Mmax = C với C hệ số Gọi U’1,M’1 điện áp mô men lúc tần số F’1, ta có M’max/M’ = Mmax /M hay M’/M = M’max / Mmax =)) Do ta có ' U1 U1 = ' f1 f1 M' M Thực tê yêu cầu mô men không đổi nên Hay ' U1 U1 = ' f1 f1 U1/F = const Ưu điểm phương pháp điều chỉnh tần số phạm vi điều chỉnh rộng,độ điều chỉnh láng,tổn hao điều chỉnh nhỏ 1.2 Yêu cầu công nghệ Công nghệ sử dụng biến tần xung xuông.Tham số động xoay chiều pha U pha =220 VAC, P=10 kw, f=0-100 Hz, cos=0.82, điều khiển theo luật U/F.Cần có khả điều chỉnh tần số theo giá trị mong muốn.Có khả điều chỉnh điện áp theo tần số để trì từ thông khe hở không đổi vùng điều chỉnh mơ men khơng đổi.Có khả cung cấp dịng điện định mức tần số.Thiết bị nhỏ gọn tốt,mỹ quan,sản phẩm kinh tế 1.3 Phạm vi ứng dụng Phương pháp ứng dụng rộng rãi sản xuất công nghiệp sử dụng hệ truyền động điện có điều chỉnh tốc độ động khơng đồng rơ to lồng sóc.Biến tần cơng suất nhỏ dùng để điều khiển máy công tác như:cưa gỗ,khuấy trộn,nâng hạ…Đối với ứng dụng ngành dệt,nhuộm, nhựa…việc sử dụng biến tần làm tăng xuất lên so với sử dụng nguồn trực tiếp.Đối với ứng dụng cần đồng tốc độ ngành giấy ,dệt,bao bì… việc sử dụng biến tần tất yếu nhằm đáp ứng yêu cầu công nghệ Chương 2:Tính chọn mạch cơng suất 2.1 Giới thiệu mạch công suất biết Trong biến đổi điện tử công suất,các phần tử bán dẫn sử dụng khóa bán dẫn hay van bán dẫn.Khác với phần tử có tiếp điểm,các van bán dẫn thực đóng cắt dịng điện mà khơng tạo tia lửa điện,khơng bị mài mịn theo thời gian,các tín hiệu điều khiển van bán dẫn công suất nhỏ phụ thuộc vào quy luật điều khiển van bán dẫn.Vì có tổn hao nhỏ đạt hiệu suất cao Biến tần chia làm loại: Biến tần trực tiếp biến tần gián tiếp -Bộ biến tần trực tiếp: Biến đổi tần số đầu vào f1 thành tần số đầu f2 cách đóng cắt dịng xoay chiều tần số f1.Mạch van phức tạp số lượng van lớn.Việc thay đổi tần số f2 khó khăn phụ thuộc vào f1.Thông thường biến tần trực tiếp tạo tần số f2 < f1 -Bộ biến tần gián tiếp:Trong biến tần điện áp xoay chiều đầu vào biến thành chiều tần số f1 nhờ chỉnh lưu, sau điện áp chiều biến thành điện áp xoay chiều có tần số f2 nhờ mạch nghịch lưu áp độc lập Ngày biến tần gián tiếp dùng phổ biến điều chỉnh tần số điện áp phạm vi rộng hiệu suất thấp.Việc thay đổi tần số f2 không phụ thuộc vào f1trong dãy rộng f1 Với công nghệ ta sử dụng biến tần gián tiếp để điều khiển động khơng đồng pha rơ to lồng sóc Sơ đồ khối biến tần gián tiếp Mạch chỉnh lưu (U1,F1) Mạch nghịch lưu Bộ Lọc (U2,F2) *,Mạch chỉnh lưu sử dụng van bán dẫn Tiristo điều khiển hoàn toàn.Sau số mạch chỉnh lưu em biêt.Những mạch chỉnh lưu em xin trình bày khái qt sơ đồ ngun lí,cơng thức tính tốn.Mạch chỉnh lưu cụ thể sử dụng công nghệ xét chi tiết phần sau -Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ T U1 Ud U2 t t1 L R t Id Đối với sơ đồ chỉnh lưu nửa chu kỳ sóng điện áp chiều bị gián đoạn nửa chu kỳ điện áp anod van bán dẫn âm.Do sử dụng mạch chỉnh lưu nửa chu kì ,trị số điện áp không tốt Trị số điện áp tải trung bình lớn Ud = 0.45 U2 Công suất máy biến áp tổng thể S=3.09Ud.Id Đây mạch chỉnh lưu ,sơ đồ nguyên lí đơn giản.Tuy nhiên chất lượng kĩ thuật xấu.Do khơng dùng nhiều thực tê -Mạch chỉnh lưu hình tia pha A T1 B C L I1 t1 t2 t3 t t4 t t UT1 R I1 I2 t I3 t UT1 Id Ud Ud Id I2 I3 T3 Id Ud Ud Id T2 t t1 t2 t3 t4 t t t t Hình a Hình b Chỉnh lưu hình tia pha có cấu tạo từ biến áp pha với thứ cấp đấu có trung tính, ba van dẫn nối cực tính để nối với tải,ba đầu cịn lại van bán dẫn nối tới pha biến áp.Tại thời điểm có điện áp pha dương pha lại.Các tiristo mở với góc nhỏ thời điểm giao điện áp pha.Hình a,hình b cho thấy thời điểm có tiristo dẫn,mỗi tiristo dẫn 1/3 chu kì.Dịng tải liên tục (Hình a).Đối với tải trở việc tải liên tục hay khơng phụ thuộc vào góc điều khiển Dịng tải liên tục < với qui luật điều chỉnh Ud=1.17U2.cos Dòng tải gián đoạn > với qui luật điều chỉnh Ud=1.17U2/.(1+)) So với mạch chỉnh lưu pha ,mạch chỉnh lưu pha có chất lượng tốt hơn,biên độ điện áp đập mạch thấp hơn,thành phần sóng hài bậc cao bé -Mạch chỉnh lưu cầu pha điều khiển đối xứng T4 F T2 U T1 A T3 B E R L Trong nửa chu kì điện áp Uab > 0.Nếu có xung điều khiển đồng thời cho van T1 T2 van dẫn đặt điện áp lưới lên tải.Tương tự T3 T4 cho nửa chu kì sau Ud=0.9U2 Đây mạch chỉnh lưu sử dụng rộng rãi thực tê, điện áp từ 10V trở lên.Ưu điểm so với mạch chỉnh lưu hình tia khơng thiết phải có biến áp nguồn.Khi điện áp tải phù hợp với cấp điện áp nguồn xoay chiều ta mắc trực tiếp mạch chỉnh lưu vào lưới điện.Tuy nhiên công nghệ em sử dụng mạch chỉnh lưu biến tần điều khiển động không đồng pha rơ to lồng sóc -Mạch chỉnh lưu cầu pha đối xứng A B C T3 T5 B A T1 NA T6 Uf T2 T4 NK t1 R C L A t t2 Uf A B C A t7 t3 t6 Đây mạch chỉnh lưu t4 công nghệ cần dùng đến mà t5 t Ud Ud t I1 X1 X6-1 I3 I5 X3 I6 UT1 X2-3 X4-5 X2 X4 t X5 I2 I4 X1-4 X4-5 t X5-2 X3-6 Uf t X4 X6 t t A B C A t t t t Ud t Dòng điện chạy qua van dòng chạy từ pha pha kia.Do thời điểm cần mở tiristo đòi hỏi cần cấp xung điều khiển đồng thời.Dòng điện chạy từ pha có điện áp dương pha có điện áp âm Đây mạch chỉnh lưu dùng nhiều thực tế.Nó có ưu điểm đấu thẳng vào lưới điện bap pha,độ đập mạch nhỏ,công suất máy biến áp xấp xỉ công suất tải.Mặc dù sụt áp van gấp đôi sơ đồ hình tia có nhiều ưu điểm vượt trội nên ứng dụng rộng rãi với dải cơng suất rộng *,Bộ lọc Các lọc chiều dùng để san bằng.Hệ số san K để đánh giá hiệu lọc K = Kdmv / Kdmr Kdmv hệ số đập mạch đầu vào Kdmr hệ số đập mạch đầu Các lọc thông dụng -Lọc điện cảm L Bộ lọc dủng đơn giản điện cảm mắc nối tiếp với tải.Điện kháng điện cảm L lớn so với điện trở tải Rd lọc tốt.Mạch cơng suất lớn thường có trị số Rd nhỏ nên mạch lọc phổ biến mạch công suất -Lọc điện dung C Bộ lọc có tụ điện C đấu song song với tải.Điện kháng tụ điện C nhỏ so với tải lọc tốt.Do mạch cơng suất lớn điều khó thực hiện.Bộ lọc thích hợp với mạch cơng suất trung bình nhỏ.Bộ lọc tụ điện thích hợp cho chỉnh lưu cấp nguồn cho mạch điều khiển.Đây lọc sử dụng công nghệ -Lọc LC Bộ lọc dùng phổ biến mạch lọc.Hệ số L C có quan hệ theo biểu thức L.C = 10(K+1) *,Mạch nghịch lưu Mạch nghịch lưu sử dụng van bán dẫn MOSFET,SCR,BJT Mạch dùng MOSFET cho phép chuyển mạch nhanh nhất.Điều khiển đóng mở MOSFET điều khiển điện áp đóng mở lên cực, cực cổng G cực nguồn S.Do sử dụng hiệu ứng trường nên MOSFET cho phép tần số chuyển mạch lớn,có thể lên đến 100kHz,có tổn hao nhỏ tất van bán dẫn,việc làm mát tương đối đơn giản.Tuy nhiên công suất làm việc MOSFET không cao,khả làm việc điện áp cao khơng BJT.Mạch dùng SCR có q trình chuyển mạch nhanh gọn cần phải có xung điều khiển kích vào cực cổng,rất phức tạp.Mạch dùng BJT có cơng suất lớn,có thể chịu điện áp hàng chục kV dịng điện lên tới vài nghìn A.Tần số cho phép chuyển mạch lớn khoảng 10 kHz,van chuyển mạch nhanh.Tổn hao BJT lớn nên mạch cơng suất thường có cơng suất nhỏ.Tuy nhiên cơng nghệ lại sử dụng BJT.Do mạch nghịch lưu dùng BJT xét mục sau 2.2 Chọn mạch công suất phù hợp tính tốn Động điện có cơng suất P=10 kw,tần số 0-100 Hz, cos=0.82,điện áp pha 220V Từ thông số em chọn mạch chỉnh lưu cầu pha có điều khiển dùng tiristo.Sử dụng lọc LC.Mạch nghịch lưu sử dụng BJT *Mạch nghịch lưu Mạch nghịch lưu sử dụng tranzito BJT cần sử dụng điôt tái sinh Sơ đồ mạch nghịch lưu áp pha Động Tải động khơng đồng pha rơ to lồng sóc Hoạt động mạch nghịch lưu Thứ tự mở van van 1,2,3/ 2,3,4/ 3,4,5/ 4,5,6/ 5,6,1/ 6,1,2.Thời điểm mở van cách Khoảng dẫn van Tại thời điểm có van dẫn Dạng điện áp tải xây dựng sau: -Trong khoảng 0-t1:Tr1,Tr6,Tr5 dẫn.Uza = E/3 -Trong khoảng t1-t2: Tr1,Tr2,Tr6 dẫn,Uza=2E/3 -Trong khoảng t2-t3: Tr1,Tr2,Tr3 dẫn,Uza= E/3 10 Giá trị hiệu dụng điện áp pha Up = /3 E E đóng vai trị Ud chỉnh lưu Up=Udm= 220V Tần số định mức Fdm = 50Hz Do tỉ số U/F = 220/50 =4.4 Tần số dao động từ – 100Hz Vì Fmax = 100Hz Theo luật U/F = cont nên giá trị hiệu dụng lớn Upmax = 440V Động đấu hình sao.Do điện áp dây lớn Udmax = Upmax = 762V Chọn hệ số an toàn điện áp Ku = 1.2 Điện áp lớn mà van chịu 914,4V Cơng suất động P = 10kw Cos = 0.82 11 Dòng điện định mức động Idm = 10000/(32200.82) = 18.48A Dòng điện lớn động dòng điện khởi động.Đối với động lồng sóc ,nhờ có biện pháp khởi động làm giảm giá trị dòng điện khởi động máy điều tốt giá trị khởi động Ikd = – 2.5 Idm nên ta chọn dòng khởi động gấp 2.5 lần dòng định mức Dòng điện lớn mà van chịu 18.482.5=46.2A Ta chọn transistor ESM 3007 có Vce =1000V;Vceo = 700V;Ic=50A -Tính chọn linh kiện bảo vệ Diot mạch nghịch lưu Điện áp pha ứng với tần số lớn 100Hz 440V Điện áp ngược lớn mà van chịu làm việc Ungmax = 4402.45 =1078V Trị số trung bình dịng điện lớn tải 46.2.Dịng điện trung bình qua van : Itbv =15.4A Ta chọn diot bảo vệ B25 cho khóa điện tử transistor.Các thơng số B25 : Itb = 25A.Udm= 1200V *Mạch lọc C Tổng trở tải định mức Z = Udm/Idm =11.9 Cos=0.82 nên sin = 0.57 R=Z.0.82=9.76;Xt=Z.0.57=6.78 Tụ điện lớn tính theo cơng thức gần Cmax = 1.3(Xt/)=0.092528 =92528F *,Mạch chỉnh lưu Điện áp trung bình chỉnh lưu lớn ứng với tần số f = 100Hz ứng với Up = /3 E E =933.4V E/2.34400V.Giả sử chỉnh lưu lấy từ điện áp lưới với Udm =220V.Vì mạch chỉnh lưu ta cần sử dụng máy biến áp.Điện áp thứ cấp biến áp pha nguồn U2 =400V Tỉ số máy biến áp m =U2/U1 =1.82 12 Điện áp ngược lớn mà tiristo phải chịu Ung =2.45U2 =980V Giá trị trung bình dịng điện chảy qua tiristo Iv=18.48/2=9.24A Ta chọn hệ số an toàn điện áp Ku=1.6,dòng điện Ki = 1.2 Vậy thực tế ta chọn loại tiristo có điện áp ngược cực đại,dòng điện ngược cực đại: Ungm=1568V,Ingm =11A Ta chọn Tiristo loai T86N có Itb =86A.Ungm=1600V Sinh viên : Bùi Quang Huy Lớp :DTD51-DH2 13 ... sử dụng biến tần xung xuông.Tham số động xoay chi? ?u pha U pha =220 VAC, P=10 kw, f= 0-100 Hz, cos=0.82, đi? ?u khiển theo luật U/ F. Cần có khả đi? ?u chỉnh tần số theo giá trị mong muốn.Có khả đi? ?u. .. thuộc vào f1 .Thông thường biến tần trực tiếp tạo tần số f2 < f1 -Bộ biến tần gián tiếp:Trong biến tần điện áp xoay chi? ?u đ? ?u vào biến thành chi? ?u tần số f1 nhờ chỉnh l? ?u, sau điện áp chi? ?u biến. .. theo thời gian,các tín hi? ?u đi? ?u khiển van bán dẫn công suất nhỏ phụ thuộc vào quy luật đi? ?u khiển van bán dẫn.Vì có tổn hao nhỏ đạt hi? ?u suất cao Biến tần chia làm loại: Biến tần trực tiếp biến