Đề tài thiết kế bộ biến tần gián tiếp nguồn áp điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỌC PHẦN: ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ BỘ BIẾN TẦN GIÁN TIẾP NGUỒN ÁP ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ PHA ROTOR LỒNG SĨC Người hướng dẫn: TS GIÁP QUANG HUY Sinh viên thực hiện: TRẦN VIẾT HOÀI VĨ LÝ QUANG VINH NGUYỄN BÁ TỊNH HUỲNH QUANG TIẾN Nhóm HP / Lớp: 91A/18D2 Sinh viên thực hiện: Vĩ,Vinh,Tiến,Tịnh Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mục lục DANH SÁCH HÌNH ẢNH .3 DANH SÁCH CÁC BẢNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KĐB 1.1 Động không đồng rotor lồng sóc: 1.1.1 Sơ đồ thay .4 1.1.2 Phương trình đặc tính động KĐB 1.1.3 Phương trình đặc tính động Đ Kls 1.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động Đ Kls 1.2.1 Điều chỉnh tốc độ động KĐB cách thay đổi điện áp stator .7 1.2.2 Điều chỉnh tốc độ động KĐB cách thay đổi số đôi cực từ 1.2.3 áp Điều chỉnh tốc độ động KĐB cách thay đổi tần số kết hợp thay đổi điện CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ BIẾN TẦN 2.1 Biến tần gián tiếp 2.1.1 Sơ đồ cấu trúc biến tần gián tiếp nguồn áp .9 2.2 Giới thiệu chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển 2.2.1 Nguyên lý hoạt động .9 2.3 Giới thiệu IGBT 10 2.3.1 Ký hiệu .10 2.3.2 Điều khiển IGBT 11 Sinh viên thực hiện: Vĩ,Vinh,Tiến,Tịnh Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy 2.4 Bộ nghịch lưu độc lập điện áp ba pha .11 2.4.1 Sơ đồ mạch động lực 11 2.4.2 Hoạt động 12 2.4.3 Điện áp nghịch lưu 12 2.4.4 Nguyên tắc điều khiển nghịch lưu nguồn áp 12 2.5 Phương pháp PWM 13 2.5.1 Giới thiệu PWM .13 2.5.2 Nguyên lý phương pháp PWM 15 2.5.3 Các cách để tạo PWM để điều khiển 17 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC 19 3.1 Tính chọn mạch nghịch lưu: .19 3.1.1 Tính chọn IGBT 20 3.2 Tính mạch chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển 22 3.3 Tính tốn máy biến áp lực 23 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 25 4.1 Mạch phát sóng sin chuẩn 25 KẾT LUẬN CHUNG 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO .27 DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình Sơ đồ thay pha Đ Kls Hình Đặc tính điện-cơ Đ Kls Hình Đặc tính Đ Kls Hình Sơ đồ khối biến tần Hình Sơ đồ cấu trúc biến tần gián tiếp Hình Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu cầu pha không điều khiển Sinh viên thực hiện: Vĩ,Vinh,Tiến,Tịnh Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy Hình Sơ đồ dạng sóng điện áp đầu chỉnh lưu pha hình cầu không điều khiển Hình Ký hiệu IGBT Hình Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu áp ba pha Hình 10 Sơ đồ thứ tự đóng mở van Hình 11 Sơ đồ điện áp nghịch lưu Hình 12 Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu ba pha điều khiển phương pháp PWM Hình 13 Trạng thái trình đóng mở van Hình 14 Dạng sóng điện áp đầu vào đầu khâu so sánh Hình 15 Đồ thị dạng xung điều chế PWM Hình 16 Sơ đồ đóng ngắt nguồn với tải Hình 17 Đồ thị xung van điều khiển đầu Hình 18 Tạo xung vng phương pháp so sánh DANH SÁCH CÁC BẢNG Sinh viên thực hiện: Vĩ,Vinh,Tiến,Tịnh Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KĐB 1.1 Động khơng đồng rotor lồng sóc: 1.1.1 Sơ đồ thay Hình Sơ đồ thay pha ĐK ls Trong đó: U f trị số hiệu dụng điện áp pha stator (V) I , I μ , I ' dòng stator, mạch từ hóa, rotor quy đổi stator (A) X , X μ , X ' điện kháng stator, mạch từ, rotor quy đổi stator (Ω) R1 , R μ , R ' điện trở stator, mạch từ, rotor quy đổi stator (Ω) s hệ số trượt động s= ω 1−ω ω 0−ω = ω1 ω0 Trong ω tốc độ góc rotor động (rad/s) ω 1=ω tốc độ từ trường quay stator động (rad/s) ω 1=ω 0= 2π f p Trong f tần số điện áp nguồn đặt vào stator (Hz) p số đôi cực từ động Sinh viên thực hiện: Vĩ,Vinh,Tiến,Tịnh Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy 1.1.2 Phương trình đặc tính động KĐB Phương trình đặc tính điện-cơ I ' 2= U2 f √¿ ¿ ¿ Trong đó: X nm=X + X ' điện kháng ngắn mạch Qua thấy rằng: Khi ω 0=ω s=0, ta có I ' 2=0 Khi ω=0 s=1 ta có I ' 2= U 2f 2 (R1 + R ' ) + X nm =I ' nm Trong đó: I ' nm dòng ngắn mạch rotor dịng khởi động động Đặc tính điện-cơ ĐC KĐB lồng sóc Hình Đặc tính điện-cơ ĐK ls 1.1.3 Phương trình đặc tính động ĐK ls Phương trình đặc tính M= ( U f R '2 ' ) R2 s ω0 [ R1+ ] + X nm s Đặc tính động ĐK ls Sinh viên thực hiện: Vĩ,Vinh,Tiến,Tịnh Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy Hình Đặc tính ĐK ls Trong U 2f2 R '2 M th = sth = ω0 ¿ ¿ √ ¿¿ ¿ 1.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động ĐK ls Qua phương trình đặc tính động ta nhận thấy thay đổi thông số điện trở, điện kháng, điện áp, tần số, số đơi cực thay đổi sth , M th Nên từ điều chỉnh tốc độ động không đồng Sau ta xét số phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐC KĐB 1.2.1 Điều chỉnh tốc độ động KĐB cách thay đổi điện áp stator Ta biết, hệ số trượt giới hạn S th không phụ thuộc vào điện áp, R’ 2 khơng đổi giảm điện áp nguồn U, hệ số trượt tới hạn S th sẽ không Mmax giảm tỉ lệ với U2 Phương pháp thực máy mang tải, máy không mang tải mà giảm điện nguồn, tốc độ gần không đổi 1.2.2 Điều chỉnh tốc độ động KĐB cách thay đổi số đôi cực từ ω=ω (1−s)= π f (1−s) p Trong f tần số lưới điện p số đôi cực từ Sinh viên thực hiện: Vĩ,Vinh,Tiến,Tịnh Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy Ta thấy thay đổi số đôi cực từ p, thay đổi ω điều chỉnh ω , số đôi cực từ trường quay stator tùy thuộc vào cacsg dây quấn stator 1.2.3 Điều chỉnh tốc độ động KĐB cách thay đổi tần số kết hợp thay đổi điện áp Tốc độ động KĐB n=n1 (1−s)= 60 f (1−s ) p Khi hệ số trượt thay đổi tốc độ tỷ lệ thuận với tần số Mặt khác, từ biểu thức E1 E1=4.44 f W k d q ∅max ta nhận thấy ∅max tỷ lệ thuận với f Người ta mong muốn giữ ∅max = const Muốn phải điều chỉnh đồng thời E/f , có nghĩa phải sử dụng nguồn điện đặc biệt , các bộ biến tần máy nén khí cơng nghiệp Do phát triển mạnh mẽ kĩ thuật vi điện tử điện tử công suất, biến tần đời mở triển vọng lớn lĩnh vực điều khiển động xoay chiều phương pháp tần số Sử dụng biến tần để điều khiển động theo quy luật khác nhau  ( quy luật U/f, điều khiển véc tơ ) tạo hệ điều khiển tốc độ động có tính vượt trội Qua phân tích ta chọn điều chỉnh đơng KĐB ba pha rotor lồng sóc biến tần với khối sau: Hình Sơ đồ khối biến tần Sinh viên thực hiện: Vĩ,Vinh,Tiến,Tịnh Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ BIẾN TẦN 2.1 Biến tần gián tiếp 2.1.1 Sơ đồ cấu trúc biến tần gián tiếp nguồn áp Hình Sơ đồ cấu trúc biến tần gián tiếp 2.2 Giới thiệu chỉnh lưu cầu ba pha khơng điều khiển Hình Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu cầu pha không điều khiển Sinh viên thực hiện: Vĩ,Vinh,Tiến,Tịnh Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy 2.2.1 Nguyên lý hoạt động Nhóm Anode: diode mở áp pha nguồn tương ứng dương Nhóm cathode: diode mở áp pha nguồn tương ứng âm 2.2.1.1Sơ đồ dạng sóng đầu chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển khiển Hình Sơ đồ dạng sóng điện áp đầu chỉnh lưu pha hình cầu khơng điều 2.2.1.2 Điện áp trung bình sau chỉnh lưu U dA −U dK = √6 U π Với U giá trị hiệu dụng điện áp pha thứ cấp máy biến áp 2.2.1.3 Điện áp ngược cực đại đặt lên van U ℑ =−√ 6U Sinh viên thực hiện: Vĩ,Vinh,Tiến,Tịnh 10 Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC 3.1 Tính chọn mạch nghịch lưu: Nhắc lại yêu cầu Pđm=3 kW ,U đm =220V , n đm=1500 vòng phút cos φđm=0,8 , ŋ = 0,8 Hệ số dự trữ điện áp: K u=2,34 Hệ số dự trữ dòng điện: K i=1,4 Điều chỉnh tần số đầu biến đổi: 20 → 100 Hz Ta tính cơng suất động nhận từ nghịch lưu là: P1 đm= Pđm = =¿ 3,75 kW ŋ 0,8 Hình 19: Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu áp ba pha hinh cầu Sinh viên thực hiện: Vĩ,Vinh,Tiến,Tịnh 20 Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy