đề tài thiết kế hệ thống truyền động điện sử dụng động cơ xoay chiều ba pha đồng bộ

Mối tương quan điều khiển giữa các biến trạng thái...852.1 Mối tương quan giữa Moment điện từ và dòng điện isq...852.2 Mối tương quan giữa Moment điện từ và tốc độ của động cơ...86... Dự

THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN SỬDỤNG ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU BA PHA ĐỒNG BỘGIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG

SINH VIÊN THỰC HIỆN: TRẦN BẢO TÚ LÊ THẾ VỸ ĐỖ NHẬT MINH TRẦN HUY HOÀNG ĐÀO DUY ANH NHÓM HP: 19NH33B

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình thực hiện đồ án, mặc dù gặp phải nhiều khó khănnhưng được sự giúp đỡ, hỗ trợ kịp thời từ quý Thầy Cô nên nhóm đã hoàn thànhđúng tiến độ Nhóm chúng em xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến quý Thầy/CôKhoa Điện, đặc biệt là thầy Lê Tiến Dũng đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điềukiện thuận lợi để nhóm hoàn thành tốt đồ án.

Nhóm xin cảm ơn các Anh/Chị trợ giảng và các bạn trong lớp đã hướngdẫn, gắn bó và giúp đỡ nhóm trong suốt quá trình thực hiện.

Sau cùng nhóm thực hiện xin chúc quý Thầy/Cô sức khoẻ, thành công vàtiếp tục đào tạo những sinh viên giỏi đóng góp cho đất nước Chúc các bạn sứckhỏe, học tập thật tốt để không phụ công lao các Thầy/Cô đã giảng dạy

Nhóm thực hiện xin chân thành cảm ơn.

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG, TÍNH TOÁN YÊU CẦU CỦA

TẢI VÀ TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ 8

1.Tổng quan về hệ thống 8

1.1 Yêu cầu đề tài 8

1.2 Cấu trúc của hệ thống 8

1.3 Sơ đồ khối của hệ thống 9

1.4 Chức năng của các khối hệ thống 9

1.5 Nguyên lý hoạt động của hệ thống 9

2 Tính toán yêu cầu tải và tính chọn công suất động cơ 10

2.1 Chọn tải 10

2.2 Tính chọn công suất động cơ 11

3 Mô phỏng kiểm nghiệm động cơ 20

1.1 Nguyên lí hoạt động của bộ biến đổi công suất 27

1.2 Dạng sóng điện áp và dòng điện đầu ra của biến tần 27

2 Tính chọn van công suất và thiết bị bảo vệ 28

4.2 Cấu trúc bên trong của IR 2112 38

4.3 Sơ đồ kết nối IR 2112 với vi điều khiển và mạch nghịch lưu 38

5 Mạch điều khiển phát xung cho bộ biến đổi công suất 40

5.1 Sơ đồ mô phỏng trên Simulink 40

1.1 Cảm biến dòng 44

1.2 Cảm biến tốc độ 46

1.3 Phân tích độ chính xác, độ tán xạ và độ trễ của kết quả đo 50

2 Tính chọn vi điều khiển 51

2.1 Giới thiệu về vi điều khiển ATmega328P(8bits) 52

2.2 Cấu trúc phần cứng của vi điều khiển ATmega328P 52

2.3 Sơ đồ chi tiết của vi điều khiển ATmega328P 53

2.4 Các Module cơ bản trong vi điều khiển ATmega328P 54

3 Sơ đồ chi tiết phần cứng của hệ thống truyền động điện 57

4 Sơ đồ nối mạch cụ thể của hệ thống truyền động 58

5 Bảng tham số phần cứng của hệ truyền động điện đã thiết kế 59

6 Nguyên lí hoạt động của toàn hệ thống 61

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ TỔNG HỢP PHẦN ĐIỀU KHIỂN 62

1 Mô hình toán học của động cơ 62

1.1 Kí hiệu 62

1.2 Trên hệ trục tọa độ αβ 62

1.3 Trên hệ tọa độ dq 63

1.4 Mô hình trạng thái 64

2.Mô hình toán học của bộ biến đổi công suất 66

2.1 Mô hình toán của bộ chỉnh lưu 66

2.2 Mô hình toán của bộ nghịch lưu 66

3 Mô hình toán học của cảm biến 66

3.1 Cảm biến dòng điện 66

3.2 Cảm biến tốc độ 66

4 Mô hình toán học của toàn hệ thống 67

5 Thiết kế, tính toán điều khiển truyền động điện 68

5.1 Cấu trúc điều khiển của hệ thống 68

5.2 Thuật toán và tham số của thuật toán điều khiển 69

6 Các mạch vòng điều khiển 73

6.1 Mạch vòng điều khiển dòng điện 73

6.2 Mạch vòng điều khiển tốc độ 74

7 Lập trình thuật toán điều khiển của hệ thống trên vi điều khiển 75

CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 82

1 Mô phỏng toàn hệ thống trên Matlab-Simulink 82

1.1 Sơ đồ mô phỏng 82

1.2 Kết quả mô phỏng 83

2 Mối tương quan điều khiển giữa các biến trạng thái 85

2.1 Mối tương quan giữa Moment điện từ và dòng điện isq 85

2.2 Mối tương quan giữa Moment điện từ và tốc độ của động cơ 86

DANH MỤC HÌNH Ả

Hình 1.1 Sơ đồ khối của hệ thống 9

Hình 1.2 Hình ảnh lưỡi cắt 10

Hình 1.3 Đồ thị tốc độ mong muốn của tải (lưỡi cắt) 10

Hình 1.4 Sơ đồ tải chuyển động quay 11

Hình 1.5 Đồ thị tốc độ mong muốn của động cơ 12

Hình 1.6 Đồ thị momen của động cơ 13

Hình 1.7 Đồ thị công suất của động cơ 15

Hình 1 8 Động cơ HSC160M10-7.5 16

Hình 1.9 Hộp số XJ51-3 17

Hình 1.10 Đồ thị momen của động cơ sau khi hiệu chỉnh 18

Hình 1.11 Đồ thị đặc tính cơ của động cơ 19

Hình 1.12 Sơ đồ mô phỏng động cơ trên Simulink 20

Hình 1.13 Tốc độ của động cơ với tần số nguồn cung cấp là 35Hz 22

Hình 1.14 Tốc độ của động cơ với tần số nguồn cung cấp là 50Hz 22

Hình 1.15 Moment của động cơ với tần số nguồn cung cấp là 50Hz 23

Hình 1.16 Điện áp phần ứng của động cơ 24

YHình 2.1 Sơ đồ cấu trúc của bộ biến đổi công suất 26

Hình 2.2 Dạng sóng điện áp và dòng điện đầu ra của biến tần 27

Hình 2.3 Diode FR607 29

Hình 2.4 Sơ đồ mạch chỉnh lưu không điều khiển 29

Hình 2.5 IGBT: IRGB30B1120KD-EP 30

Hình 2 6 Đồ thị quan hệ giữa Pc và Tc 31

Hình 2 7 Đồ thị quan hệ giữa Ptot và Tc 31

Hình 2 8 Bộ nghịch lưu điều khiển hoàn toàn 32

Hình 2.9 Aptomat BKN 3P 16A 32

Hình 2.10 Rơle nhiệt MT-32 33

Hình 2.11 Mô tả kĩ thuật SPWM cho một pha 34

Hình 2.12 Sơ đồ dạng điện áp trên các pha 35

Hình 2.13 Ảnh minh họa của IGBT trong mạch nghịch lưu 36

Hình 2.14 Sơ đồ chân của IR 2112 36

Hình 2.15 Cấu trúc bên trong của IR 2112 38

Hình 2.16 Sơ đồ kết nối IR 2112 với vi điều khiển và mạch nghịch lưu 38

Hình 2.17 Sơ đồ mô phỏng mạch điều khiển phát xung 40

Hình 2.18 Sơ đồ mô phỏng hoạt động của mạch biến đổi công suất 41

Hình 2.19 Đồ thị tốc độ của động cơ 42

Hình 2.20 Đồ thị moment của động cơ 43

Hình 3.1 Cảm biến dòng điện SCT013-015 44

Hình 3.2 Sơ đồ kết nối cảm biến dòng với vi điều khiển 45

Hình 3.3 Cảm biến Encoder E6B2-CWZ6C thực tế 46

Hình 3.4 Cấu tạo của Encoder 47

Hình 3.5 Xung tín hiệu của Encoder 48

Hình 3.6 Sơ đồ kết nối Encoder với vi điều khiển 49

Hình 3.7 Arduino UNO R3 51

Hình 3.8 Vi điều khiển ATmega328P 52

Hình 3.9 Sơ đồ chân của vi điều khiển ATmega328P 52

Hình 3.10 Sơ đồ khối của vi điều khiển ATmega328P 53

Hình 3.11 Sơ đồ khối của bộ Timer/ Counter 0 54

Hình 3.12 Sơ đồ khối của bộ Timer/ Counter 1 55

Hình 3.13 Sơ đồ khối của bộ Timer/ Counter 2 56

Hình 3.14 Sơ đồ chi tiết phần cứng của hệ thống truyền động điện 57

Hình 3.15 Sơ đồ kết nối mạch chi tiết của hệ thống 58

Hình 4.1 Mô hình trạng thái liên tục của động cơ 65

Hình 4.2 Mô hình toán học của toàn hệ thống 67

Hình 4.3 Cấu trúc điều khiển của hệ thống truyền động 68

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG, TÍNH TOÁNYÊU CẦU CỦA TẢI VÀ TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT

ĐỘNG CƠ

1.Tổng quan về hệ thống1.1 Yêu cầu đề tài.

Dự án thiết kế hệ thống truyền động điện sử dụng động cơ xoay chiều ba pha đồng bộyêu cầu sinh viên cùng làm việc để tạo ra một hệ thống truyền động điện điều chỉnh tốc độ động cơ 1 cách tự động theo yêu cầu, để tải hoạt động như mong muốn đề ra.

Vậy thì, để hệ thống truyền động hoạt động một cách tự động, ta cần phải thiết kế 1 bộ điều khiển để điều khiển động cơ thông qua 1 bộ biến đổi công suất ( thay đổi điện áp, tần số, ) để tạo ra một điện áp hay tần số phù hợp cho động cơ

Đồng thời, đề tài yêu cầu sinh viên phải vận dụng các kiến thức liên môn về điện tử công suất, kĩ thuật đo lường, KT vi điều khiển và truyền động điện để tính toán ra được các thông số của động cơ, thông số của bộ biến đổi công suất, cách viết chương trình cho bộ điều khiển,…

Tiến hành mô phỏng hệ truyền động điện, kiểm tra và hiệu chỉnh, làm cơ sở cho việc lắp ráp hệ thống, thực nghiệm và viết báo cáo.

 1 Động cơ xoay chiều ba pha đồng bộ  1 Lưỡi cắt.

 1 Bộ truyền động bánh răng.

1.3 Sơ đồ khối của hệ thống.

1.4 Chức năng của các khối hệ thống.

 Nguồn AC: có chức năng cung cấp 1 nguồn xoay chiều 3 pha cho hệ thống hoạt động Bộ điều khiển: có chức năng nhận tín hiệu từ cảm biến, thông qua các phép toán để đưa

ra tín hiệu điều khiển, điều khiển động cơ hoạt đồng theo tốc độ mong muốn.

 Bộ biến tần: có chức năng thay đổi tần số đặt vào động cơ khi nhận được tín hiệu điều

khiển từ bộ điều khiển.

 Động cơ: có chức năng là hoạt động tạo moment làm cho tải chuyển động.

 Cảm biến: có chức năng đọc các giá trị về tốc độ và dòng điện từ động cơ sau đó truyền

về bộ điều khiển.

1.5 Nguyên lý hoạt động của hệ thống.

Hệ thống truyền động điện sử dụng động cơ xoay chiều 3 pha đồng bộ hoạt động theo nguyên lí sau:

 Khi ta cấp nguồn hệ thống, và đưa tín hiệu vào bộ biến tần thì động cơ sẽ hoạt động và truyền động cho máy cắt.

 Lúc này, cảm biến sẽ đọc tốc độ quay và dòng điện phần ứng từ động cơ để phản hồi về bộ điều khiển Sau đó bộ điều khiển tiến hành so sánh với tốc độ đặt ban đầu để tiến hànhhiệu chỉnh tín hiệu điều khiển đưa đến bộ biến tần (điện áp, tần số) nhằm điều khiển độngcơ đạt được tốc độ đặt như mong muốn.

Hình 1.1 Sơ đồ khối của hệ thống

2 Tính toán yêu cầu tải và tính chọn công suất động cơ.2.1 Chọn tải.

Chọn tải là lưỡi cắt có:

 Bán kính: 15cm Khối lượng: 0,5kg

Dựa vào đồ thị, tải sẽ hoạt động như sau:

 Từ 0s đến 2s: Tải bắt đầu khởi động và tốc độ tăng từ 0 rad/s đến 180 rad/s. Từ 2s đến 5s: Tải ổn định có tốc độ là 180 rad/s.

 Từ 5s đến 6s: Tải giảm tốc từ 180 rad/s về 0 rad/s. Từ 6s đến 8s: Tải nghỉ ở 0 rad/s.

 Từ 8s đến 10s: Tải bắt đầu khởi động và đảo chiều quay, tốc độ tăng từ 0 rad/s đến 160 rad/s. Từ 10s đến 13s: Tải ổn định có tốc độ là 160 rad/s.

 Từ 13s đến 14s: Tải giảm tốc từ 160 rad/s về 0 rad/s.

Nhận xét : Tải phải hoạt động ổn định ,bắt buộc phải bám sát tốc độ mong muốn của tải,

sai số phải nhỏ, đảo chiều quay và hãm tốc độ nhanh

2.2 Tính chọn công suất động cơ.a) Tính chọn động cơ.

Theo như hệ thống truyền động :

Hình 1.4 Sơ đồ tải chuyển động quay

Trong đó:

 Tem là momen động cơ (Nm)

 Jm là momen quán tính của động cơ (kg.m2)

 r1,r2 là bán kính bánh răng (m) T1,T2 lần lượt là momen trên các bánh răng r1,r2

 ωM là tốc độ của trục động cơ (rad/s)ωL là tốc độ của tải (rad/s)

 TL là momen của tải (Nm) JL là momen quán tính của tải

r1r2 = ωL

ωM = T1

T2 & (Tem−JMd ωMdt )ωM

ωL = (TL+JLd ωL

Tem=(TL+JLd ωLdt )ωL

ωM +JMd ωM

Vì chưa chọn động cơ nên ta sẽ bỏ qua JMd ωM

dt,sau khi chọn động cơ thì chúng ta sẽ kiểm nghiệm lại, nên:

Tem=(TL+JLd ωLdt )ωL

Dựa vào tốc độ mong muốn của tải ta có được tốc độ mong muốn của động cơ:

Từ tốc độ mong muốn của động cơ, ta tính momen động cơ như sau:

−r1r2 = ωL

và

Vậy thì:

Thời gian t(s)=(0;2]Thời gian t(s)=(0;2]

Tem1=−¿(TL+JLd ωLdt )ωωL

M=−¿)4 =−¿122.025 (Nm)

Thời gian t(s)=(2;5]Thời gian t(s)=(0;2]

Tem2= −¿(TL+JLd ωLdt )ωωL

M=−¿)4 =−¿120 (Nm)

Thời gian t(s)=(5;6]Thời gian t(s)=(0;2]

Tem3= −¿(TL+JLd ωLdt )ωωL

M=−¿)4 =−¿115.95 (Nm)

Thời gian t(s)=(6;8]Thời gian t(s)=(0;2]

Hình 1.5 Đồ thị tốc độ mong muốn của động cơ

Tem4= −¿(TL+JLd ωLdt )ωωL

M=−¿)4 =−¿120 (Nm)

Thời gian t(s)=(8;10]Thời gian t(s)=(0;2]

Tem5= −¿(TL+JLd ωLdt )ωωL

M=−¿)4 =−¿118.2 (Nm)

Thời gian t(s)=(10;13]Thời gian t(s)=(0;2]

Tem6= −¿(TL+JLd ωL

dt )ωωL

M=−¿)4 =−¿120 (Nm)

Thời gian t(s)=(13;14]Thời gian t(s)=(0;2]

Tem7= −¿(TL+JLd ωL

dt )ωωL

M=−¿)4 =−¿123.6 (Nm)

Từ momen của động cơ ta tính được công suất của động cơ

Tại t=0sThời gian t(s)=(0;2]

P0=0 W

Tại t=2sThời gian t(s)=(0;2]

P1= -122,025 -45 = 5491.125W

P2= -120 - 45 = 5400W

Tại t=5sThời gian t(s)=(0;2]

P3= -120 -45 = 5400W

P4= -115,95.- 45 = 5217.75W

Tại t=6sThời gian t(s)=(0;2]

P5= -115,95 0 = 0 W

P6= -120 0 = 0 WTại t=8s

Thời gian t(s)=(0;2]

P =Tem ωM (1.10)

P7= -120 0 = 0 W

P8= -118,2 0 = 0 W

Tại t=10sThời gian t(s)=(0;2]

P9=-118,2.40= -4728 W P10=-120.40= -4800 WTại t=13s

P11=-120.40= -4800 W P12=-123,6.40= -4944 WTại t=14s

P13=-123.6.0= 0 W

Dựa vào đồ thị momen của động cơ ta tính được momen đẳng trị:

T tT

p tP



b) Chọn hộp số.

Momen đẳng trị của động cơ mà bài toán yêu cầu là: Teq=168,018NmMomen định mức của động cơ là:

Tđm=71.6(Nm).Do đó ta nên sử dụng bộ Gearbox giảm tốc với:

Hệ số ratio = 168,018 : 71,6 = 2.346 Chọn ratio =3.Thời gian t(s)=(0;2]Sau khi qua hộp số:

Tđm = 71,6 3 = 214,8(Nm)∗ 3 = 214,8(Nm)

Hình 1 8 Động cơ 7.5

HSC160M10-Vậy ta chọn hộp số XJ51-3, có các thông số cơ bản sau: Ratio: 3 Ratio: 3

Đường kính trục đầu ra: 6mm Ratio: 3 Hiệu suất: 92% Ratio: 3

Tốc độ và Moment định mức: 3000RPM và 0,16Nm Ratio: 3 Tốc độ cực đại: 4000RPM Ratio: 3

c) Kiểm nghiệm lại động cơ khi đã qua hộp số:

Ta thấy tốc độ qua đỉnh của động cơ là

Công thức tính momen của động cơ:

Tem=(TL+JLd ωLdt )ωωL

dt =JMd ωMdt +JL

d ωLdt.

Tem=JMd ωMdt +JL

d ωLdt.

d ωMdt +JL

d ωLdt.

Nhận xét: Qua đồ thị đặc tính cơ ta thấy động cơ làm việc trong góc phần tư thứ 2 và 3.

Tại góc phần tư thứ 2 thì ωM>0 và Tem<0 nên động cơ làm việc ở chế độ máy phát.Tại góc phần tư thứ 3 thì ωM<0 và Tem<0 nên động cơ làm việc ở chế độ động cơ.

3 Mô phỏng kiểm nghiệm động cơ.3.1 Sơ đồ mô phỏng.

Hình 1.11 Đồ thị đặc tính cơ của động cơ

Sơ đồ mô phỏng gồm:

1 nguồn xoay chiều ba pha 1 khối Step

1 động cơ xoay chiều ba pha đồng bộ

1 cổng Bus selector để chọn thông số cần đọc2 khối Scope để hiển thị sơ đồ thông số cần đọc

3.2 Các thông số cơ bản của sơ đồ mô phỏng.a) Động cơ xoay chiều ba pha đồng bộ.

Hình 1.12 Sơ đồ mô phỏng động cơ trên Simulink

Ta chọn trong Preset model một động cơ có thông số tương tự như thông số động cơ đã

tính toán ở phần trước, gồm có :

 Điện áp pha định mức : 560VDC

 Tốc độ: 1700RPM

 Moment động cơ: 70.2Nm  Số cực từ: 4

b) Nguồn xoay chiều ba pha.

Pha A:

 Điện áp: 220 V Góc pha: 0 độ

Pha B:

Điện áp: 220 V Góc pha: -120 độ

Pha C:

 Điện áp: 220 V  Góc pha: -240 độ

c) Tải

Ta chọn tải 60Nm, sau thời gian đóng tải là 1s thì tải giảm còn 30Nm

3.3 Kết quả mô phỏng.a) Tốc độ của động cơ.

Tốc độ động cơ tại tần số 35Hz

Thoi gian(s)-20

Hình 1.13 Tốc độ của động cơ với tần số nguồn cung cấp là 35Hz

Tốc độ động cơ tại tần số 50Hz

Nhận xét: Ở cả 2 đồ thị về tốc độ của động cơ ta thấy rằng tốc độ của động cơ sau khi

đã ổn định không thay đổi so với lúc đầu.

Giải thích: Ta có tốc độ động cơ xoay chiều ba pha đồng bộ tính theo công thức:

Với fs là tần số nguồn cung cấp, pp là số cực từ Vì vậy mà tốc độ động cơ chỉ thay đổi khi ta thay đổi tần số nguồn cung cấp, cho dù tải có tăng hay giảm.

Tốc độ của động cơ với tần số 35Hz khi đã ổn định (hình 3.2) ω 35hz=2 π 354 =54.98 rad /s

 Tốc độ của động cơ với tần số 50Hz khi đã ổn định (hình 3.3) ω50hz=2 π 504 =78.54 rad / s

Thoi gian(s)-20

Hình 1.14 Tốc độ của động cơ với tần số nguồn cung cấp là 50Hz

b) Moment của động cơ.

Nhận xét: Moment của động cơ lúc ổn định trước và sau 1s có sự thay đổi Cụ thể,

moment động cơ lúc tải 60Nm lớn hơn so với lúc tải 30Nm

Giải thích: Thực chất moment của động cơ có sự thay đổi tại 2 thời điểm tải khác nhau là

do

Để động cơ ổn định thì Me=Mc nên khi Mc=60 Nm thì Me sẽ tăng đến 60Nm, đến khi

Mc giảm còn 30Nm thì lúc đó Me cũng sẽ giảm còn 30Nm Do đó mà ta nhìn thấy được sự thay đổi của moment động cơ khi tải thay đổi.

Thoi gian(s)-300

400Moment cua dong co

Hình 1.15 Moment của động cơ với tần số nguồn cung cấp là 50Hz

c) Điện áp phần ứng của động cơ.

Nhận xét: Ta thấy điện áp phần ứng tại các pha A,B,C có dạng sóng Sin và lệch nhau

lần lượt 1 góc 120 độ.

4 Bảng thông số của động cơ và tải sau khi đã kiểm nghiệm và hiệu chỉnh.

- Công suất định mức: 7.5kW- Số cực: 6

- Điện áp định mức: 380V/Y- Dòng điện định mức: 13,02A

- Bán kính: 15cm- Khối lượng: 0,5kg

- Tốc độ quay: 1750 vòng /phút.- Chức năng: Cắt gọt gỗ ép, nhựa alu, mica…

- Có đảo chiều

Thoi gian(s)

Dien ap phan ung cua dong co

Hình 1.16 Điện áp phần ứng của động cơ

- Momen định mức: 71,6N.m

- Tốc độ định mức: 1000(vòng/phút)- Hiệu suất 94%

- Tần số 50hz

- Moment quán tính: 0.008 N.m

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

1 Chọn mạch công suất.

Ở đây, việc thực hiện việc điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều ba pha đồng bộ là cần phải thay đổi điện áp đầu vào của động cơ Do đó ta sử dụng bộ biến tần nguồn áp gián tiếp làm mạch công suất cho hệ thống, với chức năng thay đổi tần số đầu vào động cơ (tức thay đổi điện áp)

Bộ biến đổi công suất được chọn gồm có:

 Khối chỉnh lưu cầu 3 pha không điều khiển: mạch gồm 6 cầu Diode  Bộ lọc DC: gồm cuộn cảm và tụ lọc.

 Khối nghịch lưu áp cầu 3 pha điều khiển hoàn toàn: mạch gồm 6 cầu IGBT.

1.1 Nguyên lí hoạt động của bộ biến đổi công suất.

Nguồn điện 3 pha được cấp vào khi đi qua bộ chỉnh lưu sẽ được biến đổi thành nguồn điện 1 chiều, sau đó sẽ được lọc nhiễu nhờ bộ lọc thành nguồn điện 1 chiều bằng phẳng.

Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc của bộ biến đổi công suất

Tiếp đến, điện áp 1 chiều sẽ được biến đổi (nghịch lưu) thành nguồn điện 3 pha đối xứng nhờ các IGBT trong bộ nghịch lưu Lúc này, tại đầu ra của bộ biến tần là nguồn điện 3 pha đối xứng có tần số thay đổi được thông qua mạch điều khiển (PWM) của bộ nghịch lưu.

1.2 Dạng sóng điện áp và dòng điện đầu ra của biến tần.

Điện áp đầu ra của biến tần có dạng xung vuông với độ rộng khác nhau.Dòng điện đầu ra của biến tần có dạng sóng sin.

Hình 2.2 Dạng sóng điện áp và dòng điện đầu ra của biến tần

2 Tính chọn van công suất và thiết bị bảo vệ.2.1 Bộ chỉnh lưu.

Ta sử dụng bộ chỉnh lưu cầu 3 pha không điều khiển với các van bán dẫn là các Diode có: Điện áp xoay chiều 3 pha: 220/380V

 Điện áp sau bộ chỉnh lưu: Ud=3√6

 Dòng điện định mức của động cơ : Iđm = 13.02A  Dòng điện trung bình qua các van: Iv=Iđm

Sơ đồ nguyên lý của bộ chỉnh lưu cầu 3 pha không điều khiển:

Hình 2.3 Diode FR607

Hình 2.4 Sơ đồ mạch chỉnh lưu không điều khiển

2.2 Bộ nghịch lưu.

Ta sử dụng bộ nghịch lưu điều khiển hoàn toàn với van điều khiển đóng cắt được chọn là IGBT, vì IGBT là sự kết hợp giữa khả năng đóng cắt nhanh của MOSFET và khả năng chịu tải lớn của transistor thông thường, được sử dụng phổ biến trong biến tần.

Hình 2.5 IGBT: IRGB30B1120KD-EP

a) Quan hệ giữa dòng collector với nhiệt độ trong IGBT:IRGB30B1120KD-EP.

Dòng IC max =60A ứng với nhiệt độ 25℃ và nhiệt độ tối đa mà IGBT có thể chịu được là 150℃Hình 2 6 Đồ thị quan hệ giữa Pc và Tc

b) Quan hệ giữa sự thất thoát năng lượng với nhiệt độ trong IGBT:

Công suất Ptot max =300W ứng với nhiệt độ 0℃ và Ptot =0W ứng với nhiệt độ 150℃

c) Sơ đồ nguyên lí của mạch nghịch lưu cầu 3 pha điều khiển hoàn toàn.

Hình 2 7 Đồ thị quan hệ giữa Ptot và Tc