tiểu luận thiết kế biến tần ba pha dùng thyristor

Thiết kế bộ biến tần ba pha dùng thyristor GV hướng dẫn: ĐoànVănTuân Mục Lục 1 ĐặngTiếnThành_K49_ĐTĐ49ĐH2 Ti u Lu nể ậ Thi t k bi n t n ba phaế ế ế ầ dùng thyristor Thiết kế bộ biến tần ba pha dùng thyristor GV hướng dẫn: ĐoànVănTuân 1 M c L cụ ụ 1 Ch ng 1: T ng quan v công ngh bi n t n ươ ổ ề ệ ế ầ 5 1.1. Công ngh bi n t nệ ế ầ 5 1.1.1 Khái ni m chungệ 5 1.1.2 Ch nh l uỉ ư 8 1.1.3 Ngh ch l uị ư 8 1.2 ng c không ng b ba phaĐộ ơ đồ ộ 9 1.2.1 Khái ni m chung ệ 9 1.2.2 C u t oấ ạ 10 1.2.3 Nguyên lý ho t ngạ độ 12 1.2.4 nh h ng c a t n s l i i n f1 c p cho ng cẢ ưở ủ ầ ố ướ đ ệ ấ độ ơ 12 1.2.5 Ph ng trình c tính cươ đặ ơ 14 1.2.6 nh h ng các thông s n c tính c Ả ưở ố đế đặ ơ 15 1.3 Máy bi n áp ế 17 1.3.1 Khái ni m chungệ 17 1.3.2 Nguyên t c ho t ngắ ạ độ 18 1.4 Gi i thi u v thyristor v iôtớ ệ ề à đ 19 1.4.1 Thyristor 19 1.4.2 iôt công su tĐ ấ 20 1.4.3 ng d ng c a thyristorỨ ụ ủ 21 2 ĐặngTiếnThành_K49_ĐTĐ49ĐH2 Thiết kế bộ biến tần ba pha dùng thyristor GV hướng dẫn: ĐoànVănTuân Lời giới thiệu Trong thời đại công nghiệp hóa,hiện đại hóa đất nước,ngành công nghiệp có một vai trò hết sức quan trọng nhằm thúc đẩy sự phát triển nền kinh tế.Yêu cầu trước hết là phải đưa kĩ thuật công nghệ để ứng dụng vào thực tế sản xuất.Tự động hóa ngày càng có vai trò quan trọng,bởi hiệu quả làm việc,tính an toàn và tiện dụng của nó.Các dây truyền sản xuất hiện đại mang lại hiệu quả cao được ứng dụng ngày càng rộng rãi.Sự ra đời của động cơ điện vào cuối thế kỷ XIX đã tạo nền tảng quan trọng cho sự phát triển của của ngành điện sau này.Ngày nay,động cơ điện đã được ứng dụng rộng rãi,có vai trò không thể thiếu trong công nghiệp và trong đời sống sinh hoạt.So với tất cả các động cơ điện dùng trong công nghiệp động cơ không đồng bộ được dùng nhiều hơn cả,với kiểu dáng gọn nhẹ,có thể chế tạo với nhiều công suất khác nhau,sử dụng đơn giản,giá thành rẻ đã dần thay thế các loại máy điện một chiều.Để đáp ứng được nhu cầu của sản xuất công nghiệp,người ta đã nghĩ ra các thiết bị điện nhằm phục vụ cho hoạt động của động cơ ở những chế độ làm việc khác nhau.Bộ biến tần ra đời giúp thay đổi tần số của mạng điện cấp cho động cơ.Nhờ đó mà động cơ có thể làm việc dễ dàng làm việc mà không phải thay đổi tần số làm việc của nó.Nội dung các phần trong bài thiết kế như sau : Chương 1 : Tổng quan về công nghệ biến Giới thiệu về động cơ không đồng bộ và các hệ thống biến tần. Chương 2 : Tính toán và thiết kế mạch công suất Mạch động lực, đi sâu vào nguyên lí làm việc của hệ thống thiết bị cũng như các phương pháp tính chọn mạch và bảo vệ mạch. Chương 3 : Thiết kế mạch điều khiển Ứng dụng của kĩ thuật xung số để điều khiển hoạt động của mạch 3 ĐặngTiếnThành_K49_ĐTĐ49ĐH2 Thiết kế bộ biến tần ba pha dùng thyristor GV hướng dẫn: ĐoànVănTuân Chương 4 : Kết luận Em xin chân thành cảm ơn thầy Đoàn Văn Tuân ,cùng các thầy cô giáo khoa Điện- Điện tử tàu biển,những người đã tận tình giúp đỡ em trong suốt thời gian vừa qua để em có thể hoàn thành bài thiết kế này.Trong quá trình thiết kế còn tồn tại những sai sót ,mong các thầy cô giáo góp ý để bài thiết kế của em hoàn thiện hơn.Em xin chân thành cảm ơn! 4 ĐặngTiếnThành_K49_ĐTĐ49ĐH2 Thiết kế bộ biến tần ba pha dùng thyristor GV hướng dẫn: ĐoànVănTuân Chương 1: Tổng quan về công nghệ biến tần 1.1. Công nghệ biến tần 1.1.1 Khái niệm chung a/ Khái niệm và công dụng của bộ biến đổi tần số:hay còn gọi là các bộ biến tần là thiết bị biến đổi dòng xoay chiều ở tần số này thành dòng điện xoay chiều có tần số khác mà có thể thay đổi được Đối với bộ biến tần dùng cho việc điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều thì ngoài việc thay đổi tần số chúng ta còn có thể thay đổi cả điện áp ra khác với điện áp lưới cấp vào bộ biến tần. b/Phân loại -Biến tần quay Là máy phát điện xoay chiều, khi thay đổi điện áp kích từ, tốc độ quay máy phát thay đổi nên tần số thay đổi. 5 ĐặngTiếnThành_K49_ĐTĐ49ĐH2 U KT c) 220/ 380V; 50 Hz I KT Thiết kế bộ biến tần ba pha dùng thyristor GV hướng dẫn: ĐoànVănTuân π ω == 2 p. fhay, 60 p.n f Trong ®ã: f – tÇn sè ®iÖn ¸p tÝnh b»ng hec Hz; n – tèc ®é quay tÝnh theo vßng/phót; ω - tèc ®é quay tÝnh theo radian/gi©y; p – sè ®«i cùc m¸y ®iÖn. -Biến tần tĩnh H1.2 Bộ biến tần trực tiếp -Bộ biến tần trực tiếp là thiết bị biến đổi tần số vào sang tần số ra một cách trực tiếp mà không cần có sự can thiệp của một khâu trung gian nào. Bộ biến tần trực tiếp hay còn gọi là bộ biến tần phụ thuộc thường gồm các nhóm chỉnh lưu điều khiển mắc song song cho xung lần lượt 2 nhóm chỉnh lưu trên ta được dòng xoay chiều trên tải. Như vậy điện áp xoay chiều U 1 (f 1 ) chỉ cần qua 1 van là chuyển ngay ra tải với U 2 (f 2 ). Tuy nhiên đây là loại biến tần có cấu trúc van rất phức tạp chỉ sử dụng cho truyền động điện có công suất lớn, tốc độ làm việc thấp vì sự thay đổi f 2 khó khăn và phụ thuộc vào f 1 . - Bộ biến tần gián tiếp Bộ biến tần gián tiếp có sơ đồ cấu túc tổng thể như sau: 6 ĐặngTiếnThành_K49_ĐTĐ49ĐH2 Thiết kế bộ biến tần ba pha dùng thyristor GV hướng dẫn: ĐoànVănTuân Thiết bị biến tần gián tiếp gồm có 3 khâu: -Khâu chỉnh lưu: biến đổi nguốn xoay chiều sang nguốn một chiều -Khâu trung gian: giữ cho điện áp ra của khâu chỉnh lưu là hằng, hay dòng ra của khâu chỉnh lưu là hằng. -Khâu nghịch lưu: là một bộ phận rất quan trong bộ biến tần nó biến đổi dòng một chiều được cung cấp từ bộ chỉnh lưu thành dòng xoay chiều có tần số f 2 Từ sơ đồ cấu trúc ta thấy điện áp xoay chiều có các thông số (U 1 ,f 1 ) được chuyển thành một chiều nhờ mạch chỉnh lưu, qua một bộ lọc rồi biến trở lại điện áp xoay chiều với điện áp U 2 tần số f 2 . Việc biến đổi năng lượng 2 lần làm giảm hiệu suất biến tần. song bù lại loại biến tần này cho phép thay đổi dễ dàng tần sồ f 2 không phụ thuộc vào f 1 trong dải rộng cả trên và dưới f 1 vì tần số ra chỉ phụ thuộc vào mạch điều khiển. Có 2 loại biến tần gián tiếp đó là sử dụng nghịch lưu áp và nghịch lưu dòng. +Bộ biến tần gián tiếp nguồn dòng +Bộ biến tần gián tiếp nguồn áp - Phạm vi ứng dụng của công nghệ: Người ta thường dùng thiết bị biến tần để điều chỉnh tốc độ động cơ điện xoay chiều: động cơ không đồng bộ và động cơ đồng bộ.Có nhiều kích cỡ công suất khác nhau phù hợp với từng loại công suất động cơ. c/Điều khiển theo luật U/f +Thay đổi tần số để thay đổi tốc độ động cơ +Tuy nhiên khi tần số f thay đổi thì điện áp cũng thay đổi theo tương ứng để tránh tăng mật độ từ thông gây ra tăng dòng từ hoá 7 ĐặngTiếnThành_K49_ĐTĐ49ĐH2 Thiết kế bộ biến tần ba pha dùng thyristor GV hướng dẫn: ĐoànVănTuân 1.1.2 Chỉnh lưu a/Chỉnh lưu là sử dụng mạch điện bao gồm các linh kiện điện - điện tử, dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều gọi là mạch chỉnh lưu. Mạch chỉnh lưu có thể được sử dụng trong các bộ nguồn cung cấp dòng điện một chiều, hoặc trong các mạch tách sóng tín hiệu vô tuyến điện trong các thiết bị vô tuyến. b/Phân loại: -Chỉnh lưu không điều khiển dùng điôt -Chỉnh lưu bán điều khiển dùng điôt và thyristor -Chỉnh lưu có điều khiển dùng thyristor c/ Ứng dụng • Cấp nguồn cho các thiết bị điện tử • Cấp điện cho các thiết bị điện cơ sử dụng năng lượng DC: động cơ DC, cuộn coil DC cho relay, contactor, nam châm điện DC… • Truyền động thay đổi tốc độ động cơ DC bằng chỉnh lưu có điệu khiển. • Biến đổi năng lượng AC thành DC để giảm giá thành truyền tải điện. 1.1.3 Nghịch lưu a/Nghịch lưu điện một là bộ biến đổi chiều ra xoay chiều với điện áp và tần số đầu ra có thể thay đổi cung cấp cho các tải xoay chiều: •Đầu ra tần số công nghiệp (nhỏ hơn 400 Hz) không đổi: UPS, các bộ đổi tần cho các thiết bị đặc biệt. •Đầu ra tần số công nghiệp thay đổi: điều khiển tốc độ động cơ AC •Đầu ra trung tần hay cao tần: lò nhiệt cao tần, biến áp cao tần. Các sơ đồ nghịch lưu hoạt động rất khác nhau, có thể có cùng mạch động lực nhưng điều khiển khác nhau cũng tạo thành các tính chất khác nhau b/Phân loại 8 ĐặngTiếnThành_K49_ĐTĐ49ĐH2 Thiết kế bộ biến tần ba pha dùng thyristor GV hướng dẫn: ĐoànVănTuân •Nghịch lưu song song và nối tiếp + Sử dụng SCR đóng ngắt và có tụ điện để tắt SCR. + Bao gồm nghịch lưu nối tiếp và nghịch lưu song song sơ đồ cầu và sơ đồ biến áp có điểm giữa •Nghịch lưu nguồn dòng và nguồn áp + Nghịch lưu nguồn dòng (1 pha & ba pha) + Nghịch lưu nguồn áp (1 pha & ba pha) c/Ứng dụng của nghịch lưu - Biến tần công nghiệp điều khiển tốc độ động cơ - Các bộ nguồn tần số cao - Bộ nguồn xung có sử dụng nghịch lưu - Bộ nguồn xoay chiều không gián đoạn 1.2 Động cơ không đồng bộ ba pha 1.2.1 Khái niệm chung -Động cơ không đồng bộ ba pha là máy điện xoay chiều,làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ.Có tốc độ của roto khác với tốc độ của từ trường quay trong máy. - Động cơ không đồng bộ ba pha được dùng nhiều trong sản xuất và sinh hoạt vì chế tạo đơn giản,giá rẻ,độ tin cậy cao,vận hành đơn giản,hiệu suất cao,dải công 9 ĐặngTiếnThành_K49_ĐTĐ49ĐH2 Thiết kế bộ biến tần ba pha dùng thyristor GV hướng dẫn: ĐoànVănTuân suất rất rộng từ vài wat tới 10000 hp.Các động cơ từ 5hp trở lên hầu hết là 3 pha,còn nhỏ hơn 1hp thường là 1 pha (1hp= 0,736 kW ) 1.2.2 Cấu tạo Cũng như các máy điện quay khác,động cơ không đồng bộ ba pha cũng gồm các bộ phận chính sau: -Phần tĩnh(stator) -Phần quay(rotor) a/Stator Gồm có vỏ,lõi thép,dây quấn -Vỏ máy:Làm nhiệm vụ bảo vệ mạch từ và giữ chặt lõi thép stator,vỏ có dạng trụ rỗng,có chân để cố định máy trên bệ và có hai nắp máy ở hai đầu để đỡ trục máy và bảo vệ phần đầu dây quấn.Các máy có công suất bé thì thường là vỏ bằng nhôm,còn các máy có công suất trung bình và lớn thường làm bằng gang. -Lõi thép:Làm nhiệm vụ dẫn từ và được ghép từ các lá thép kĩ thuật điện với nhau(nhằm chống dòng điện xoáy) theo một hình trụ rỗng.Mặt trong của các lá thép được dập thành các rãnh để đặt cuộn dây stator 10 ĐặngTiếnThành_K49_ĐTĐ49ĐH2 [...]... ĐặngTiếnThành_K49_ĐTĐ49ĐH2 Thiết kế bộ biến tần ba pha dùng thyristor GV hướng dẫn: ĐoànVănTuân Có nhiều cách phân loại máy biến áp, nhưng theo công dụng, máy biến áp được chia thành những loại chính sau:  Máy biến áp điện lực (còn gọi là máy biến áp công suất: dùng để truyền tải và phân phối công suất trong hệ thống điện lực  M.b.a chuyên dùng cho các lò luyện kim, cho các thiết bị chỉnh lưu; máy biến áp hàn điện;... Ảnh hưởng của tần số lưới điện f1 cấp cho động cơ +Thay đổi bằng cách sử dụng bộ biến tần dùng cho cả động cơ dây quấn và lồng sóc Xuất phát từ biểu thức:ω 1 = 2π f P 1 ta thay đổi tần số f1 làm cho tốc độ từ trường quay thay đổi  tốc độ động cơ thay đổi theo Khi f1>f1đm ta có : ' 1 R f ↑ 2π f (L + L ) P 2 ↓ Sth = ' 1 1 1 2 12 ĐặngTiếnThành_K49_ĐTĐ49ĐH2 Thiết kế bộ biến tần ba pha dùng thyristor GV... đổi tần số Sth,Mth =const 16 ĐặngTiếnThành_K49_ĐTĐ49ĐH2 Thiết kế bộ biến tần ba pha dùng thyristor GV hướng dẫn: ĐoànVănTuân Hình 1-6 e) Ảnh hưởng của số đôi cực p để thay đổi cực ở stator người ta thường thay đổi cách đấu dây vì Vì vậy khi thay đổi số đôi cực p thì tốc độ từ trường quay ω 1 thay đổi dẫn đến tốc ω thay đổi theo 1.3 Máy biến áp 1.3.1 Khái niệm chung a/Khái niệm Máy biến thế hay máy biến. .. ĐặngTiếnThành_K49_ĐTĐ49ĐH2 Thiết kế bộ biến tần ba pha dùng thyristor GV hướng dẫn: ĐoànVănTuân +Loại rotor dây quấn:cũng được quấn thành từng các mô bin như dây quấn stator và có cùng số cực từ dây quấn stator.Dây quấn kiểu này luôn đấu hình sao và có ba đấu ra đấu vào ba vành trượt gắn vào trục quay rotor và cách điện với trục .Ba chổi than cố định và luôn tỳ lên vành trượt này để dẫn điện và một biến trở cũng... là phần tử bán dẫn cấu tạo từ bốn lớp bán dẫn,ví dụ như P-N-P-N, tạo ra ba lớp tiếp giáp P-N: J1,J2,J3 Thyristor có ba cực: anode (A), catode (K) và cực điều khiển (G) như được biểu diễn trong hình vẽ 19 ĐặngTiếnThành_K49_ĐTĐ49ĐH2 Thiết kế bộ biến tần ba pha dùng thyristor GV hướng dẫn: ĐoànVănTuân b/Đặc tính Volt-Ampere của một thyristor gồm hai phần Phần thứ nhất nằm trong góc phần tư thứ I của đồ... ít dùng hoặc có dùng thì dùng riêng 1.2.5 Phương trình đặc tính cơ Để thành lập phương trình đặc tính cơ ta sử dụng sơ đồ thay thế : Hình 1-1 Hình 1-2 Ta có dòng điện stator : Trong đó : Xnm = X1d + X’2d điện kháng ngắn mạch U1f trị hiệu dụng của điện áp pha stator +Phương trình đặc tính của động cơ : Đường đặc tính của động cơ như hình h1-2 14 ĐặngTiếnThành_K49_ĐTĐ49ĐH2 Thiết kế bộ biến tần ba pha dùng. .. trường) biến thiên từ thông trong cuộn dây tạo ra 1 hiệu điện thế cảm ứng (cảm ứng điện) Dòng điện được tạo ra trong cuộn dây sơ cấp khi nối với hiệu điện thế sơ cấp, và 1 từ trường biến thiên trong lõi sắt Từ trường biến thiên này tạo ra trong mạch điện thứ cấp 1 hiệu điện thế thứ cấp Như vậy hiệu điện thế sơ cấp có thể thay đổi được 18 ĐặngTiếnThành_K49_ĐTĐ49ĐH2 Thiết kế bộ biến tần ba pha dùng thyristor. .. vậy khi giảm tần số cần giảm điện áp theo một quy luật nhất định để giữ cho momen theo chế độ với giá trị định mức 13 ĐặngTiếnThành_K49_ĐTĐ49ĐH2 Thiết kế bộ biến tần ba pha dùng thyristor GV hướng dẫn: ĐoànVănTuân Qua đồ thị đặc tính cơ ta thấy rằng: +Khi f1< f1đm với điều kiện U f 1 = const thì Mth giữ không đổi 1 +Khi f1>f1đm thì Mth tỉ lệ nghịch với bình phương tần số Khi tăng giảm tần số f1 cấp... Mth đều giảm 15 ĐặngTiếnThành_K49_ĐTĐ49ĐH2 Thiết kế bộ biến tần ba pha dùng thyristor GV hướng dẫn: ĐoànVănTuân c) Ảnh hưởng của điện trở mạch rotor Hình 1-4 đối với động cơ không đồng bộ người ta mắc thêm điện trở phụ vào mạch rotor để hạn chế dòng khởi động thì Sth = val và Mth=const Hình 1-5 d) Ảnh hưởng của tần số Xuất phát từ biểu thức trên ta thấy nếu tần số thay đổi sẽ làm thay đổi tốc độ của... hàn điện;  M.b.a tự ngẫu biến đổi điện áp trong phạm vi không lớn lắm dùng để mở máy các động cơ điện xoay chiều  M.b.a thí nghiệm dùng để thí nghiệm điện áp cao (thí nghiệm cao áp) Máy biến áp có rất nhiều loại, song thực chất các hiện tượng xảy ra trong chúng đều giống nhau Dưới đây chủ yếu xét đến máy biến áp điện lực một pha và ba pha 1.3.2 Nguyên tắc hoạt động Máy biến thế hoạt động tuân theo . Thiết kế bộ biến tần ba pha dùng thyristor GV hướng dẫn: ĐoànVănTuân Mục Lục 1 ĐặngTiếnThành_K49_ĐTĐ49ĐH2 Ti u Lu nể ậ Thi t k bi n t n ba pha ế ế ầ dùng thyristor Thiết kế bộ biến tần. gián tiếp Bộ biến tần gián tiếp có sơ đồ cấu túc tổng thể như sau: 6 ĐặngTiếnThành_K49_ĐTĐ49ĐH2 Thiết kế bộ biến tần ba pha dùng thyristor GV hướng dẫn: ĐoànVănTuân Thiết bị biến tần gián tiếp. 4 ĐặngTiếnThành_K49_ĐTĐ49ĐH2 Thiết kế bộ biến tần ba pha dùng thyristor GV hướng dẫn: ĐoànVănTuân Chương 1: Tổng quan về công nghệ biến tần 1.1. Công nghệ biến tần 1.1.1 Khái niệm chung a/ Khái niệm và công dụng của bộ biến