Thiết kế biến tần 1 pha Điện tử công suất là lĩnh vực kỹ thuật hiện đại, nghiên cứu ứng dụng của các linh kiện bán dẫn công suất làm việc ở chế độ chuyển mạch và quá trình biến đổi điện năng. Ngày nay, không riêng gì ở các nước phát triển, ngay cả ở nước ta các thiết bị bán dẫn đã và đang thâm nhập vào các ngành công nghiệp và cả trong lĩnh vực sinh hoạt. Các xí nghiệp, nhà máy như: ximăng, thủy điện, giấy, đường, dệt, sợi, đóng tàu….. đang sử dụng ngày càng nhiều những thành tựu của công nghiệp điện tử nói chung và điện tử công suất nói riêng. Đó là những minh chứng cho sự phát triển của ngành công nghiệp này.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP ==========o0o========== BÀI TẬP LỚN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Mã: 13350 Học kỳ: – Năm học: 2022 - 2023 Đề tài: Thiết kế biến đổi tần số pha… SINH VIÊN MSV LỚP NHIỆM VỤ HOÀNG TUẤN ĐẠT 90272 ĐTĐ62ĐH Nhóm trưởng NGUYỄN CƠNG CHÍNH 91378 ĐTĐ62ĐH Thành viên 92734 TĐH62ĐH Thành viên NGÔ VIỆT ANH ĐẶNG NGỌC TUẤN Giảng viên hướng dẫn: Bộ môn: Khoa: TS Đặng Hồng Hải Điện tự động công nghiệp Điện – Điện tử HẢI PHÒNG - 5/2023 ĐỀ TÀI BÀI TẬP LỚN Thiết kế biến đổi tần số pha với yêu cầu sau: Điện áp vào: U1= (100±5%)VAC, f1 = 60Hz; Điện áp ra: 100VAC, f2 = (0 ÷60)Hz; Dịng tải: 10A Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG MỞ ĐẦU 1.1.1 1.1.2 Khái niệm Phân loại biến tần 1.3.1 Chỉnh lưu cầu pha 1.3.2 Bộ lọc chiều 1.3.2.1 Lọc điện cảm 1.3.2.2 Lọc điện dung C 1.3.2.3 Lọc LC 1.3.2.4 Lọc hình 𝜋 1.4.1 Cấu tạo 1.4.2 Nguyên lý làm việc 1.4.3 Phương pháp toán tử Laplace 1.4.4 Phương pháp sóng điều hồ 2.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐỘNG LỰC 2.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐỘNG LỰC 2.3 THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC 2.3.1 2.3.1.1 2.3.1.2 2.3.1.3 2.3.1.4 2.3.1.5 2.3.1.6 2.3.2 2.3.2.1 2.3.2.2 2.3.2.3 2.3.3 2.3.4 2.3.5 Tính tốn nghịch lưu Chọn hệ số điều biến tần số Chọn hệ số điều biến biên độ Tính tốn điện áp chịu dựng u cầu IGBT Tính tốn dong điện cần thiết để chọn IGBT Chọn IGBT Tản nhiệt cho IGBT Tính tốn diot chỉnh lưu lọc nguồn Bộ lọc nguồn đầu vào chiều cho nghịch lưu Tính diot chỉnh lưu Bảo vệ áp cho diot chỉnh lưu Tính chọn máy biến áp Tính chọn lọc tần số đầu nghịch lưu Bảo vệ dòng cho biến tần 3.1 SƠ ĐỒ MẠCH MÔ PHỎNG 3.1.1 Kết mô 3.1.2 Đánh giá 3.2 MÔ PHỎNG BIẾN TẦN 3.2.1 Kết mô 3.2.2 Đánh giá 3.3 HÌNH ẢNH THỰC TẾ BIẾN TẦN DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Bộ chỉnh lưu cầu diot Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động biến tần Hình 1.3 Sơ đồ đồ thị mạch chỉnh lưu cầu pha Hình 1.4 Chỉnh lưu diot Hình 1.5 Bộ lọc chiều Hình 1.6 Các loại lọc chiều Hình 1.7 Lọc với cuộn cảm Hình 1.8 Đặc tính nghịch lưu Hình 2.1 Sơ đồ khối mạch động lực Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý mạch động lực Hình 2.3 Hình dáng bên ngồi F4-50R12KS4 Hình 2.4 Sơ đồ chân F4-50R12KS4 Hình 2.5 Mạch RC bảo vệ điện áp chuyển mạch Hình 2.6 Lọc lấy sóng hài Hình 3.1 Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu pha Hình 3.2 Dạng sóng dịng điện với điện áp đầu vào Hình 3.3 Dạng sóng dòng điện điện áp Hình 3.4 Dạng sóng dịng điện với điện áp đầu vào Hình 3.5 Dạng sóng dịng điện điện áp Hình 3.6 Dạng sóng dịng điện với điện áp đầu vào Hình 3.7 Dạng sóng dịng điện điện áp Hình 3.8 Mạch biến tần dùng IGBT DIOT Hình 3.9 Mạch biến tần dùng IGBT DIOT Hình 3.10 Dạng tín hiệu dịng điện điện áp vào Hình 3.11 Dạng tín hiệu điện áp đầu DANH MỤC BẢNG MỞ ĐẦU Điện tử công suất lĩnh vực kỹ thuật đại, nghiên cứu ứng dụng linh kiện bán dẫn công suất làm việc chế độ chuyển mạch trình biến đổi điện Ngày nay, khơng riêng nước phát triển, nước ta thiết bị bán dẫn thâm nhập vào ngành công nghiệp lĩnh vực sinh hoạt Các xí nghiệp, nhà máy như: ximăng, thủy điện, giấy, đường, dệt, sợi, đóng tàu… sử dụng ngày nhiều thành tựu cơng nghiệp điện tử nói chung điện tử cơng suất nói riêng Đó minh chứng cho phát triển ngành công nghiệp Với mục tiêu cơng nghiệp hố đại hố đất nước, ngày có nhiều xí nghiệp mới, dây chuyền sử dụng kỹ thuật cao đòi hỏi cán kỹ thuật kỹ sư điện kiến thức điện tử công suất Cũng với lý đó, chúng em làm đồ án môn học điện tử công suất CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BIẾN TẦN 1.1 Khái quát 1.1.1 Khái niệm Biến tần thiết bị dùng để thay đổi điều chỉnh tốc độ động pha thơng qua việc thay đổi tần số dịng điện xoay chiều pha 1.1.2 Phân loại biến tần Biến tần AC: Đây loại biến tần pha pha sử dụng điện áp AC để vận hành Có thể nói, loại biến tần sử dụng rộng rãi phổ biến Cụ thể, có gần 90% motor vận hành dùng biến tần, ngành công nghiệp Biến tần DC: Biến tần DC loại biến tần dùng để biến đổi điện áp chiều đầu vào cho động điện DC So với loại biến tần AC biến tần DC phổ biến thích hợp dùng cho hệ thống ứng dụng nhẹ nhàng đơn giản 1.2 Các phận biến tần 1.2.1 Bộ chỉnh lưu Bộ chỉnh lưu cầu diode để chuyển đổi điện áp xoay chiều thành chiều Điện áp sau chỉnh lưu qua giàn tụ lọc để có điện áp phẳng, ổn định (DC bus) để cung cấp nguồn cho IGBT Hình 1.1 Bộ chỉnh lưu cầu diode 1.2.2 Nguyên lý hoạt động chỉnh lưu Ở chu kì dương (đầu dây phía dương, phía âm): dịng điện từ cực dương (+) nguồn Vi qua diode D2, sau qua Rtai đến diode D3 đầu cực âm (-) nguồn Ở chu kì âm: điện áp cuộn thứ cấp đảo chiều (đầu dây phía âm, phía âm): dịng điện qua diode D4, sau qua Rtai, đến diode D1 đầu cực âm (-) nguồn 1.2.3 Bộ nghịch lưu Để chuyển đổi điện áp chiều thành xoay chiều Trong biến tần, IGBT điều khiển kích mở theo trình tự để tạo xung với độ rộng khác từ điện áp DC Bus trữ tụ điện 1.2.4 Nguyên lý hoạt động biến tần Hình 1.2 sơ đồ nguyên lý hoạt động biến tần Nguồn điện xoay chiều pha hay pha chỉnh lưu lọc thành nguồn chiều phẳng chỉnh lưu cầu diode tụ điện Điện áp chiều biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều pha đối xứng Ban đầu, điện áp chiều tạo trữ giàn tụ điện Điện áp chiều mức cao IGBT thiết bị có cổng Cách điện hoạt động giống công tắc bật tắt cực nhanh để tạo dạng sóng đầu biến tần Thơng qua trình tự kích hoạt đóng mở IGBT biến tần, điện áp Xoay chiều ba pha tạo phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) Nhờ tiến công nghệ vi xử lý công nghệ bán dẫn nay, tần số chuyển mạch xung lên tới dải tần số cao nhằm giảm tiếng ồn cho động giảm tổn thất lõi sắt động 1.2.5 Ứng dụng biến tần công nghiệp Biến tần sử dụng rộng rãi ứng dụng công nghiệp thang máy, bơm nước, máy đóng gói, máy dệt, máy kéo sợ, máy ép nhựa, băng tải, cầu trục, nồi 1.2.6 Những lưu ý sử dụng biến tần Tùy theo ứng dụng mà bạn lựa chọn biến tần cho phù hợp Đảm bảo điều kiện môi trường lắp đặt nhiệt độ, độ ẩm, vị trí Đọc kỹ hướng dẫn sử dụng Nhờ chuyên gia hãng cung cấp hướng dẫn lắp đặt, cài đặt để có chế độ vận hành tối ưu cho ứng dụng bạn Khi biến tần báo lỗi, tra cứu mã lỗi tài liệu tìm hiểu nguyên nhân gâylỗi, khắc phục lỗi khởi động lại Chắc chắn biến tần nhiệt đới hố, phù hợp với mơi trường khí hậu Việt Nam Mỗi biến tần có tài liệu tra cứu nhanh Bạn nên ghi chép chi tiết thông số thay đổi lỗi mà bạn quan sát vào tài liệu 1.3 Biến tần gián tiếp Bộ biến tần gồm khâu: chỉnh lưu (CL), lọc (L) nghịch lưu (NL) Như để biến đổi tần số cần thông qua khâu trung gian chiều, có tên gọi biến tần gián tiếp 1.3.1 Chỉnh lưu cầu pha (hình 1.3a) Mạch chỉnh lưu gồm van Đ1 ÷ Đ4 đấu thành hai nhóm (hình 1.3a): Đ1 Đ nhóm catơt chung: Đ2 Đ 4nhóm anơt chung Nguồn xoay chiều đưa vào mạch van lấy trực tiếp từ lưới điện thông qua biến áp Trong nửa chu kỳ đầu: – π , điện áp u2 > với cực tính khơng ngoặc sơ đồ Ta thấy với nhóm catơt chung Đ1 Đ 2, anơt Đ1, dương