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 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 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 1.2.1 Điều chỉnh tốc độ động KĐB cách thay đổi điện áp s 1.2.2 Điều chỉnh tốc độ động KĐB cách thay đổi số đôi cự 1.2.3 áp Điều chỉnh tốc độ động KĐB cách thay đổi tầ 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 2.2 Giới thiệu chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển 2.2.1 Nguyên lý hoạt động 2.3 Giới thiệu IGBT 2.3.1 Ký hiệu 2.3.2 Điều khiển IGBT Sinh viên thực hiện: Vĩ,Vinh,Tiến,Tịnh 2.4 Bộ nghịch lưu độc lập điện áp ba pha 2.4.1 Sơ đồ mạch động lực 2.4.2 Hoạt động 2.4.3 Điện áp nghịch lưu 2.4.4 Nguyên tắc điều khiển nghịch lưu nguồn áp 2.5 Phương pháp PWM 2.5.1 Giới thiệu PWM 2.5.2 Nguyên lý phương pháp PWM 2.5.3 Các cách để tạo PWM để điều khiển CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC 3.1 Tính chọn mạch nghịch lưu: 3.1.1 Tính chọn IGBT 3.2 Tính mạch chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển 3.3 Tính tốn máy biến áp lực CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 4.1 Mạch phát sóng sin chuẩn KẾT LUẬN CHUNG TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH SÁ Hình Sơ đồ thay pha Đ Kls Hình Đặc tính đ Hình Đặc tính c Hình Sơ đồ khố Hình Sơ đồ cấu Hình Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu cầu pha không điều khiển Sinh viên thực hiện: Vĩ,Vinh,Tiến,Tịnh Hình Sơ đồ dạng sóng điện áp đầu chỉnh lưu pha hình cầu khơng 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 q 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 vuông 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 2f trị số hiệu dụng điện áp pha stator (V) I , Iμ , I '2 dòng stator, mạch từ hóa, rotor quy đổi stator (A) X1 , X μ , X ' 2là điện kháng stator, mạch từ, rotor quy đổi stator (Ω) R1 ,Rμ ,R '2 điện trở stator, mạch từ, rotor quy đổi stator (Ω) s hệ số trượt động s= ω −ω ω1 ω −ω = ω0 Trong ω tốc độ góc rotor động (rad/s) ω1=ω tốc độ từ trường quay stator động (rad/s) πf2 ω1=ω0= 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 U I'= 2f √¿¿¿ Trong đó: X nm =X1 + X '2 điện kháng ngắn mạch Qua thấy rằng: Khi ω0=ω s=0, ta có I '2=0 ω=0 Khi Trong đó: I '2 nm dịng 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= Đặc tính động ĐK ls Sinh viên thực hiện: Vĩ,Vinh,Tiến,Tịnh Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy s= th 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 s M điện trở, điện kháng, điện áp, tần số, số đôi cực thay đổi th , th Nên từ điều chỉnh tốc độ động khơng 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 Sth không phụ thuộc vào điện áp, R’2 không đổi giảm điện áp nguồn U, hệ số trượt tới hạn Sth khơng cịn 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 đơi cực từ ω=ω (1−s)= Trong f tần số lưới điện p số đôi cực từ 2πf p ( − ) s 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 ω0 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 Khi hệ số trượt thay đổi tốc độ tỷ lệ thuận với tần số Mặt khác, từ biểu thức E1=4.44 f W k dq ∅max ta nhận thấy ∅max tỷ lệ thuận với = const Muốn phải điều chỉnh đồng thời E/f , có nghĩa phải sử dụng nguồn điện đặc biệt , 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 ( 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 Sinh viên thực hiện: Vĩ,Vinh,Tiến,Tịnh 21 Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy Ucđ =2,34 ×367,4=860 V I d= Chọn hệ số dự trữ dòng điện Ki=1,4 Dòng điện chịu đựng IGBT I cđ=1,4 × 4,34=6,076 A Suy tiêu chọn van bán dẫn IGBT: U van ≥ 860 V , I van ≥6,076 A Từ ta chọn IGBT loại BSM10GD120DN2 với thông số sau: Hình 20 Datasheet BSM10GD120DN2 Sinh viên thực hiện: Vĩ,Vinh,Tiến,Tịnh 22 Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy 3.2 Tính mạch chỉnh lưu cầu ba pha khơng điều khiển Theo tính tốn ta có: Điện áp đầu chỉnh lưu Ud ' =367,4 V Dịng điện đầu chỉnh lưu I d=4,34 A Điện áp thứ cấp máy biến áp: U =2,34 Ud' 367,4 = 2,34 =157 V Vậy điện áp ngược đặt lên diode ( điện áp dây hai pha máy biến áp): U √6 U =√6 ×157=384,6 V ℑ= Chọn hệ số dự trữ điện áp Ku=2,34 Ta có điện áp ngược diode là: U imD=2,34 ×384,6=900 V Dịng điện qua Diode tính theo dịng hiệu dụng Diode I hdD= I √ 3d = 4,34 √3 =2,5 A Chọn hệ số dự trữ dòng điện Ki=1,4 Dòng điện chịu tối đa Diode là: I pD=1,4 × 2,5=3,5 A Vậy ta chọn Diode dựa số tính U imD ≥ 900V , I pD ≥ 3,5 A Suy ta chọn Diode loại TIPL760A hãng Philips với thông số sau: Sinh viên thực hiện: Vĩ,Vinh,Tiến,Tịnh 23 Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy Hình 21 Datasheet TIPL760A Ta thấy điện áp ngược cực đại đặt lên Diode chịu 1000V dòng điện chịu tối đa 4A 3.3 Tính tốn máy biến áp lực Chọn máy biến áp pha nối (∆) để giảm tiết diện dây quấn thứ cấp, sụt áp điện trở cuộn dây thứ cấp tương đối lớn khoảng 4%, sụt áp Diode khoảng 1,2 V Điện áp chiều tổng quát tương ứng với tải định mức là: U d đm=Ud ' +2 ∆ UV + ∆ UR =367,4+ 2× 1,2+0,04 ×367,4=384,5 V Cơng suất thực tế phía chiều Pd =Ud đm I d=384,5× 4,34=1668,7 W Cơng suất máy biến áp Sba=k p Pd=1,05 ×1668,7=1752,1 VA Điện áp thứ cấp máy biến áp U2 đm= Ud đm ku Sinh viên thực hiện: Vĩ,Vinh,Tiến,Tịnh 24 = 384,5 =164,3 V 2,34 Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy Hệ số biến áp Kba= U1 U2 = đm 220 =1,34 164,3 Trị số hiệu dụng dòng điện cuộn thứ cấp: I 2= √ √ × I d=0,816 ×4,34=3,5 A Dòng điện cuộn sơ cấp: I 3,5 I 1= = =2,6 A K ba 1,34 Vậy tham số máy biến áp chỉnh lưu cần chọn là: Sba=1,7 kVA ,U 1=220 V ,U2=164,3 V , I1 =2,6 A ,I 2=3,5 A Sinh viên thực hiện: Vĩ,Vinh,Tiến,Tịnh 25 Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 4.1 Mạch phát sóng sin chuẩn Mạch phát sóng cần tạo sóng sine chuẩn có tần số thay đổi từ 20 →100 Hz có biên độ 3V Hiện có nhiều loại IC cho phép tạo sóng sin sóng tam giác ổn định, điều chỉnh tần số dải rộng Qua khảo sát ta tìm IC thích hợp XR2206CP IC tạo sóng sin sóng tam giác điều chỉnh từ 0.01Hz đến 1MHz Trong mạch điều khiển ta cần sóng sin tần số từ 20Hz đến 100Hz Hình 22 Sơ đồ IC XR2206CP Chọn sơ đồ mắc sau: Hình 23 Mạch tạo sóng sin dùng IC XR2206 Sinh viên thực hiện: Vĩ,Vinh,Tiến,Tịnh 26 Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy R2 = 200Ω, R4 = 10kΩ, C3 = 1µF Chọn giá trị R3 theo hình : ta chọn biên độ sóng sin 3V tra đồ thị (Hình) ta chọn R3 = 49k Cũng từ datasheet ta có f = Với tần số 20Hz Với tần số max 100Hz Ta chọn R6 = 10 kΩ P1 = 40 kΩ Biến trở P1 dùng để điều chỉnh tần số sóng sin từ 20Hz→100Hz Với sơ đồ mắc theo hình độ méo dạng sóng sin ≤ 2,5% 4.2 Khâu tạo sóng tam giác Như đề cập trên, để thuận lợi cho việc điều chỉnh tần số ta dùng IC XR2206CP cho khâu tạo xung tam giác.Từ datasheet để tạo xung tam giác sơ đồ mắc IC tương tự khâu tạo sóng sin ta bỏ điện trở R2 Dạng sóng sóng tam giác hai cực tính ta cần biên độ 3V Sinh viên thực hiện: Vĩ,Vinh,Tiến,Tịnh Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy 27 Figure 24 Mạch tao sóng mang tam giác dùng IC XR 2206 Tần số cần điều chỉnh từ 480Hz đến 2400Hz Chọn giá trị C1 = 25µF Với tần số 480Hz R= Với tần số max 2400Hz R= Ta chọn R6 = 16,7 kΩ P2 = 66,6 kΩ 4.3 Khâu dịch pha để tạo sóng sin lệch pha 120º Sau nhận tín hiệu sin từ khâu tạo sóng, ta cho tín hiệu qua mạch đệm IC TL801 với sơ đồ mạch hình để giữ cho giá trị biên độ ổn định thay đổi cho tín hiệu ngõ mạch đệm với góc lệch 0º Sinh viên thực hiện: Vĩ,Vinh,Tiến,Tịnh 28 Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy Hình 25 Mạch đệm Tiếp theo ta cho qua dịch pha RC để thay đổi góc lệch từ 0º→120º -120º ta dùng IC CA3240 Hình 26 Mạch IC CA3240 4.4 Khâu so sánh Ta dùng mạch so sánh Ở mạch sóng sin pha tạo so sánh với sóng mang tam giác Sinh viên thực hiện: Vĩ,Vinh,Tiến,Tịnh 29 Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy Figure 27 Mạch so sánh CA 3240 Ta sử dụng OP AMP CA3240 Tín hiệu PWM tạo sau: Khi Usin >Uo U PWM =+U(Uss) Khi Usin