Thiết kế bộ biến tần điều khiển thang máy chở người

MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ…………………………………………………………… … i DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU….………………………………………………… …iv Danh mục hình ve DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1:Kết cấu tổng quan của thang máy………………………………………………2 Hình 1.2: Đồ thị quãng đường, vận tốc, gia tốc và độ giật……………………………….6 Hình 1.3: Đồ thị đặc tính làm việc……………………………………………………… Hình2.1: Sơ đồ truyền động dùng bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng đảo chiều dòng kích từ………………………………………………………………… 11 Hình 2.2: Đặc tính điều chỉnh hai vùng kế tiếp nhau……………………………………12 Hình 2.3: a, Truyền động dùng hai bộ biến đổi điều khiển riêng cấp cho phần ứng b, Truyền động dùng hai bộ biến đổi điều khiển chung nối song song ngược 12 Hình 2.4: Đặc tính điều chỉnh điện áp phần ứng……………………………………… 13 Hình 2.5: Giản đồ thay thế T-Đ hãm tái sinh……………………………………… 18 Hình 2.6: Đặc tính của động không đồng bộ giảm điện áp………………… 19 Hình 2.7: Đặc tính điều chỉnh công suất trượt động cơ………………………………….21 Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lí và đặc tính của phương pháp điều chỉnh xung điện trơ roto……….………………………………………………………………………………23 Hình 2.9: Đặc tính của động KĐB điều chỉnh……………………………… 25 Hình 2.10: Mơ máy trực tiếp động cơ………………………………………………… 26 Hình 2.11: Sơ đồ hệ truyền động biến tần nguồn áp chỉnh lưu điot…………………….27 Hình 2.12: Sơ đồ biến tần nguồn ap chỉnh lưu tiristor………………………………… 28 Hình 3.1: Sơ đồ khối biến tần gián tiếp………………………………………………….31 Hình 3.2: Biến tần nguồn áp một chiều dùng chỉnh lưu thyristo……………………… 33 Hình 3.3: Đồ thị dòng điện, điện áp sau chỉnh lưu………………………… ……… 34 Hình 3.4: Sơ đồ tương đương mạch tải ứng với các khoảng dẫn của van……………….35 Hình 3.5: a, Biểu đồ xung trạng thái b, Dạng tín hiệu điều khiển các van và dòng điện, điện áp………………… 36 Danh mục hình ve Hình 3.6:Sơ đồ biến tần nguồn áp dùng chỉnh lưu không điều khiển………………… 39 Hình 3.7: Đồ thị dòng điện, điện áp sau chỉnh lưu………………………………………40 Hình 3.8: Các biện pháp hạn chế dòng nạp cho tụ một chiều lúc khơi động (a) Dùng điện trơ nối tiếp với tụ; (b) Dùng điện trơ nối tiếp với mạch xoay chiều đầu vào (c) Dùng cầu chỉnh lưu bán điều khiển; (d) Dùng cầu chỉnh lưu tiristo………… 41 Hình 3.9: Nguyên lí và các dạng điện áp của PWM đơn cực……………………………41 Hình 3.10:Nguyên lí và dạng điện áp của PWM lưỡng cực…………………………… 42 Hình 3.11: Phổ biên độ các thành phần sóng hài a, ma ……………………46 Hình 3.12: Dạng tín hiệu điều khiển các van và điện áp nghịch lưu………………….49 Hình 3.13:Sơ đồ nguyên lý của ĐCXCBP nuôi bơi biến tần nguồn áp………………….53 Hình 3.14: a, Sơ đồ nối ba cuộn dây theo khả thứ của bảng 3.2 b, Vector không gian ứng với khả của bảng 3.2 ………… ……….54 Hình 3.15: Tám vector chuẩn ba cặp van bán dẫn của biến tần tạo nên Q1 Q4: các góc phần tư S1 … S6: các góc phần sáu……………………………………………… 54 Hình 3.16: Hình 3.16 Thực hiện vector us bất kì bằng vector điện áp chuẩn………… 55 Hình 3.17: Biểu đồ xung của vector điện áp thuộc góc phần sáu thứ nhất S1………… 57 Hình 3.18: Hình dạng cánh tản nhiệt của IGBT…………………………………………60 Hình 3.19:Dạng điện áp của bộ chỉnh lưu……………………………………………….62 Hình 4.1: Sơ đồ cấu trúc của hệ điều khiển nghịch lưu………………………………….65 Hình 4.2: Sơ đồ điều khiển PWM điều khiển biến tần………………………………… 66 Hình 4.3:Sơ đồ khối bên của chip…………………………………………………67 Hình 4.4: Cấu trúc phần cứng điều chế véctơ không gian dùng chíp SAB 80C166…….69 Hình 4.5: Bố trí cặp ghi phù hớp thời gian đóng ngắt của từng nhánh van……….70 Hình 4.6: Sơ đồ IGBT driver sử dụng HCPL-316J…………………………………… 71 Danh mục hình ve Hình 4.7: Mạch cách ly điều khiển IGBT……………………………………………… 72 Hình 4.8: Sơ đồ nguyên lí nguồn cung cấp……………… …………………………….72 Hình 5.1:Mô hình matlab hệ điều khiển nghịch lưu…………………………………… 76 Hình 5.2: Cấu trúc chi tiết khối nguồn………………………………………………… 76 Hình 5.3: Cấu trúc chi tiết các khoảng thời gian điện áp.……………………………….77 Hình 5.4:Cấu trúc khối xác định trình tự phát xung điều khiển…………………………77 Hình 5.5: Mô hình mạch nghịch lưu……………………………………………….……78 Hình 5.6: Dạng điện áp Uα ,Uβ………………………………………………… ………78 Hình 5.7: Dạng xung điện áp pha……………………………………………………… 79 Hình 5.8: Dạng xung điện áp dây……………… ………………………………………79 Hình 5.9: Dạng điện áp pha qua bộ lọc………….………………………….………… 79 Hình 5.10: Dạng điện áp dây qua bộ lọc…… ………………………………… ….…80 Danh mục bảng sớ liệu DANH MỤC BẢNG SỚ LIỆU Bảng 3.1: Thành phần sóng hài điện áp dây……………………………………….48 Bảng 3.2: Các khả nối pha của động với Ud……………………………………53 Bảng 5.1 Bảng tính khoảng thời gian đóng mơ các van……………………………… 74 Lời nói đầu LỜI NÓI ĐẦU Hiện nền kinh tế quốc gia phát triển rất mạnh me, nhu cầu về đô thị hóa ngày càng tăng cao Các dự án đầu tư lớn về sơ hạ tầng, khu đô thị mới, chung cư cao cấp, trung tâm thương mại được xây dựng ngày càng nhiều Vì vậy nhu cầu tiêu thụ thang máy Việt Nam se tăng nhanh các năm tiếp theo Để đáp ứng nhu cầu của thị trường nội địa, vấn đề đặt là cần phải tăng cường lực nước để thiết kế lắp ráp các hệ thống thang máy nói chung và bộ biến tần điều khiển động thang máy nói riêng Xuất phát từ ý tương đó mà em đã nghiên cứu về đề tài “ Thiết kế bộ biến tần điều khiển thang máy chơ người” Sau một thời gian làm việc nỗ lực của bản thân và đặc biệt là sự hướng dẫn nhiệt tình của TS Dương Văn Nghi em đã hoàn thành quyển đồ án này Tuy nhiên kinh nghiệm của bản thân cũng thời gian nghiên cứu còn hạn chế nên đồ án này chắn còn nhiều thiếu sót Em rất mong được sự hướng dẫn và góp ý của các thầy cô để đồ án của em được hoàn thiện Hà Nội, ngày 25 tháng 05 năm 2011 Sinh viên thực hiện Lê Hùng Cường Chương Khái quát chung công nghệ Chương KHÁI QUÁT CHUNG CƠNG NGHỆ 1.1 Mơ tả chung thang máy Thang máy là thiết bị vận tải dùng để chơ người và hàng hoá theo phương thẳng đứng Nó là một loại hình máy nâng chuyển được sử dụng rộng rãi các ngành sản xuất của nền kinh tế quốc dân ngành khai thác hầm mỏ, ngành xây dựng, luyện kim, công nghiệp nhẹ nơi đó thang máy được sử dụng để vận chuyển hàng hoá, sản phẩm, đưa công nhân tới nơi làm việc có độ cao khác Nó đã thay thế cho sức lực của người và đã mang lại suất cao Đặc biệt, sinh hoạt dân dụng, thang máy được sử dụng rộng rãi các toà nhà cao tầng, quan, khách sạn Thang máy đã giúp cho người tiết kiệm được nhiều thời gian và sức lực 1.2 Cấu tạo thang máy Thang máy có nhiều kiểu dáng khác nhìn chung có các bộ phận chính sau: Hình 1.1:Kết cấu tổng quan của thang máy Bộ tời kéo cabin cùng hệ thống treo cabin, cấu đóng mơ cửa cabin và bộ hãm bảo hiểm, cáp nâng, đối trọng, hệ thống dẫn hướng cho cabin và đối trọng chuyển động Chương Khái quát chung công nghệ giếng thang; bộ phận giảm trấn cho cabin và đối trọng đặt đáy giếng thang; hệ thống hạn chế tốc độ tác động lên bộ hãm bảo hiểm để dừng cabin tốc độ vượt quá giới hạn cho phép, tủ điện điều khiển cùng các thiết bị điện để điều khiển tự động thang máy hoạt động theo đúng chức và đảm bảo an toàn; cửa cabin cùng cửa tầng cùng hệ thống khoá lên động 1.2.1 Hệ thống điện thang máy a) Mạch động lực Là hệ thống điều khiển dẫn động của thang máy để đóng mơ cửa, đảo chiều động dẫn động và phanh của bộ tời kéo Hệ thống phải đảm bảo việc điều chỉnh tốc độ chuyển động của cabin cho quá trình mơ máy và phanh được êm dịu và dừng cabin chính xác b) Mạch điều khiển Là hệ thống điều khiển tầng có tác dụng thực hiện một chương trình điều khiển phức tạp, phù hợp với chức yêu cầu của thang máy Hệ thống điều khiển tầng có nhiệm vụ : lưu trữ các lệnh di chuyển từ cabin , các lệnh gọi tầng của khách hàng và thực hiện các lệnh di chuyển hoặc dừng theo một chế độ ưu tiên nào đó, sau thực hiện xong lệnh điều khiển thì xoá bỏ, xác nhận và ghi nhận thường xuyên vị trí của cabin và hướng chuyển động của nó Tất cả các hệ thống điều khiển tự động đều dùng nút ấn c) Mạch tín hiệu Là các hệ thống đèn tín hiệu với các ký hiệu thống nhất hoá để báo hiệu tín hiệu của thang máy, vị trí và hướng chuyển động của cabin d) Mạch chiếu sáng Là hệ thống đèn chiếu sáng cho cabin, buồng máy và hố thang e) Mạch an toàn Là hệ thống các công tắc, rơle, tiếp điểm nhằm bảo đảm an toàn cho người, hàng hoá và thang máy hoạt động Cụ thể là, bảo vệ quá tải cho động cơ, thiết bị hạn chế tải trọng nâng, các công tắc hạn chế hành trình, các tiếp điểm tại cửa cabin, cửa tầng, các rơle mạch an toàn tự động ngắt điện đến mạch động lực để dừng thang Ngoài ra, đối với các thang máy có cửa lùa tự động, đóng cửa nếu gặp chướng ngại vật thì cửa se tự động mơ và đóng lại Thang máy chơ người thường được trang bị nút ấn cấp cứu phòng có sự cố ( ấn nút này cabin se hoạt đông theo một chế đặc Chương Khái quát chung công nghệ biệt nó chỉ nhận lệnh tầng có sự cố và hạ cabin xuống tầng một và mơ cửa, chứ không nhận lệnh bất cứ tầng nào khác) 1.2.2 Hệ thống khí thang máy a Các thiết bị cố định trọng hệ thống thang máy - Ray dẫn hướng - Giảm chấn b Cabin và các bộ phận liên quan - Khung cabin - Ray dẫn hướng - Hệ thống treo cabin - Buồng cabin - Hệ thống cửa cabin và cửa tầng c Hệ thống cân thang máy - Đối trọng - Xích và cáp cân bằng - Cáp nâng d Bộ tời kéo e Thiết bị an toàn khí - Bợ hãm bảo hiểm - Bộ hạn chế tốc độ 1.3 Phân loại thang máy 1.3.1 Phân loại theo công dụng - Thang máy chơ khách các nhà cao tầng - Thang máy chơ hàng có người điều khiển - Thang máy vừa chơ khách vừa chơ hàng - Thang máy chơ bệnh nhân 1.3.2 Phân loại theo tốc độ di chuyển buồng thang - Thang máy chạy chậm: v = 0,5 ÷ 0,65 m/s - Thang máy tớc đợ trung bình: v = 0,75 ÷ 1,5 m/s - Thang máy cao tớc: v = 2,5 ÷ m/s Chương Khái quát chung công nghệ 1.3.3 Phân loại theo trọng tải - Thang máy loại nhỏ: Q 2000 kg Qua việc phân loại trên, ta thấy đề tài được giao là thang máy chơ người, trọng tải loại trung bình Ta chọn tốc độ di chuyển của thang là 0,5m/s - thuộc loại chậm 1.4 Đặc điểm công nghệ yêu cầu truyền động 1.4.1 Đặc điểm công nghệ - Động của thang máy làm việc chế độ ngắn hạn lặp lại, khơi động và hãm nhiều - Vì có đối trọng nên thang máy làm việc cả góc phần tư : + Khi thang máy lên : Nếu (khối lượng buồng thang+khối lượng người) < khối lượng đối trọng thì thang máy làm việc góc 1/4 thứ (chế độ hãm tái sinh) Nếu (khối lượng buồng thang+khối lượng người) > khối lượng đối trọng thì thang máy làm việc góc 1/4 thứ (chế độ động cơ) + Khi thang máy xuống : Nếu (khối lượng buồng thang+khối lượng người) < khối lượng đối trọng thì thang máy làm việc góc 1/4 thứ (chế độ động cơ) Nếu (khối lượng buồng thang+khối lượng người) > khối lượng đối trọng thì thang máy làm việc góc 1/4 thứ (chế độ hãm tái sinh) - Bản chất của thang máy là máy nâng-vận chuyển nên nó làm việc với phụ tải thế 1.4.2 Yêu cầu truyền động Các yêu cầu đặt đối với điều khiển thang máy là có vấn đề chính sau : - Yêu cầu về an toàn - Yêu cầu về điều khiển tốc độ, gia tốc và độ giật - Yêu cầu về điều khiển vị trí của buồng thang - Yêu cầu về tín hiệu 10 Chương Thiết kế mạch điều khiển ∆ U BA - sụt áp máy biên sáp có tải, chọn sơ bộ ∆ U BA =6%U d Thay vào công thức ta có U = 816,49 + 2.1,1 + + 6.816,49 /100 = 867,68 (V) Điện áp thứ cấp của máy biến áp có tải U2 = U d 867,68 = Ku π (V) Dòng điện thứ cấp máy biến áp I2 = 2 I d = 71,2 = 58,13 3 (A) Dòng điện sơ cấp máy biến áp I1 = U2 370,94 I2 = 58,13 = 56,74 U1 380 (A) Chương THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 4.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển biến tần Hệ thống điều khiển nghịch lưu dùng để tạo các xung điều khiển đóng mơ các van động lực theo luật mong muốn Các luật điều khiển chủ yếu tập trung vào các vấn đề điều chỉnh điện áp, tần số và đảm bảo chất lượng điện áp của nghịch lưu Hệ điều khiển có thể được phân loại theo hệ một pha hoặc hệ ba pha Nó cũng có thể được phân theo tín hiệu thành hệ điều khiển tương tự hoặc hệ điều khiển số 78 Chương Thiết kế mạch điều khiển Cũng tương tự hệ thông điều khiển bộ biến đổi phụ thuộc, hệ điều khiển nghịch lưu cũng gồm hai phần: Phần tạo luật điều khiển và phần tạo tín hiệu công suất để đóng mơ van động lực Sơ đồ cấu trúc của hệ điều khiển được trình bày theo hình sau: Hình 4.1:Sơ đồ cấu trúc của hệ điều khiển nghịch lưu Thành phần cấu trúc của hệ điều khiển nghịch lưu gồm các khâu sau: + Bộ phát xung chủ đạo: Là các khâu dao động có nhiệm vụ tạo các xung điều khiển đưa đến bộ phân phối xung để điều khiển từng IGBT + Khâu phân phối xung: Làm nhiệm vụ phân phối xung tới từng khâu khuyếch đại xung theo một trật tự nhất định và tần số phụ thuộc vào khâu phát xung chủ đạo Khi tần số bộ nghịch lưu thay đổi thì điện áp bộ phân phối xung cũng thay đổi theo quy luật: u/f =const +Khâu khuyếch đại xung:Có nhiệm vụ khuyếch đại từng xung từ bộ phân phối xung đưa đến kích mơ IGBT.Ngoài còn sử dụng bộ ghép quang nhằm cách ly mạch điều khiển và mạch động lực 4.2 Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển biến tần Hệ thống điều khiển bộ nghịch lưu phải tạo các xung điều khiển cấp cho các IGBT mạch lực 79 Chương Thiết kế mạch điều khiển Hình 4.2:Sơ đồ cấu trúc điều khiển biến tần Mạch điều khiển nghịch lưu áp pha có nhiệm vụ: + Tạo xung điều khiển để kích mơ lần lượt IGBT, mỗi xung kích có pha cách 1/6 chu kỳ điện áp của bộ nghịch lưu + Độ rộng xung điều khiển phải bằng thời gian mỡi IGBT trạng thái dẫn tức bằng ½ chu kì điện áp của bộ nghịch lưu +Không kích mơ hai IGBT một pha làm việc đồng thời +Tại một thời điểm bất kỳ đều có IGBT dẫn, van của nhóm này và van nhóm - Giải thích sơ đồ: Tín hiệu điều khiển từ bàn phím bao gồm khơi động, dừng, đảo chiều, và đặt vận tốc thông qua việc đặt tần số điều khiển Khi điều chỉnh tốc độ thông qua việc đặt tần số, cân phải có thời gian chuyển từ tần số này sang tần số mới để tránh hiện tượng động bị giật mạnh Thời gian động chuyển từ tần số điều khiển này sang tần số điều khiển mới được xử lý khâu xác định tần số điều khiển mới Khi đảo chiều cũng vậy, phải đưa động về giá trị tốc độ đủ nhỏ rồi mới thực hiện đảo chiều quay để tránh moment xoắn tác động lên động - Sau xác định được tần số điều khiển mới, bảng sin mới được tính lại để giữ cho tỷ số U/f đầu không đổi 80 Chương Thiết kế mạch điều khiển 4.3 Thiết kế tính chọn phần tử hệ thống 4.3.1 Bộ điều khiển Bộ điều khiển được thiết kế sử dụng vi điều khiển…Bộ điều khiển có nhiệm vụ tạo dạng xung điều khiển theo luật điều khiển các van bộ nghịch lưu thông qua drive cho IGBT Ngoài bộ điều khiển còn có nhiệm vụ xử lý tín hiệu từ bộ theo dõi nhiệt độ và bộ phản hồi dòng.Bộ điều khiển nhận tín hiệu điều khiển từ phím bấm.Các yêu cầu điều khiển bao gồm khơi động, dừng, đảo chiều, đặt tốc độ Trong đề tài này em sử dụng chíp Siemens SAB 80C166 cho việc điều chế véctơ không gian SVM Chíp cho phép thay đổi được cấu hình đơn giản bằng cách gán chức cho các khối tài nguyên có sẵn chíp Hơn nó còn có thể kết nối tương đối mềm dẻo các khối chức với hoặc các khối chức với các cổng vào Chính vì vậy mà có thể thay thế cho rất nhiều chức nền của một hệ thống bản chỉ bằng một chíp đơn Thành phần của chip SAB 80C166 bao gồm các khối ngoại vi số và tương tự có thể cấu hình được, một bộ xử lý 16 bit.Việc cấu hình cho chip thế nào là tùy thuộc vào người lập trình thông qua một số thư viện chuẩn Với khả đặt cấu hình mãnh me này, một thiết bị điều khiển, đo lường có thể gói gọn chỉ một chíp Hình 4.3:Sơ đồ khối bên của chip Các thông số của chíp được cho tra datasheet sau: 81 Chương Thiết kế mạch điều khiển Chíp SAB 80C166 là một vi xử lý 16bit có tốc độ xử lý cao và nhiều khâu phụ cận phục vụ cho đối tượng là điều khiển tự động công nghiệp.Đặc biệt ghi Capture/Compare(ghi nhận/so sánh) rất phù hợp cho việc áp dụng thuật toán điều chế véc tơ không gian(SVPWM) mà không cần mơ rộng thêm phần cứng bên ngoài vi điều khiển.Việc ghép vi điều khiển với biến tần được thực hiện hình ve 82 Chương Thiết kế mạch điều khiển Hình 4.4:Cấu trúc phần cứng điều chế véctơ không gian dùng chíp SAB 80C166 Vi điều khiển này có 16 ghi Capture/Compare được chia thành cặp và từng cặp có thể được gán cho một hai ghi timer T0 hoặc T1.T0 và T1 là hai bộ đếm tiếp nhận giá trị ban đầu từ ghi T0REL và T1REL (RELviết tắt của reload).Ta dùng ba cặpCC0/CC8,CC1/CC9,CC2/CC10 và các cửa tương ứng CC0IO/P2.0, CC1IO/P2.1, CC0I2/P2.2 vào mục đích điều chế áp (IO:input/output,P:port) Hoạt động các ghi chế độ kép: Khi ghi đồng hồ T0 đếm tiến,giá trị T0 được so sánh với giá trị các ghi CC0,CC1,CC2,CC8,CC9 và CC10.Các bộ so sánh Comp có nhiệm vụ phát hiện thời điểm trùng của các giá trị,khi đó mơ cửa tương ứng P2.0,P2.1 hoặc P2.2 se bị đảo trạng thái.Timer T1 là một ghi 16bit đếm đến lúc nào đó se tràn giá trị,ngay lập tức vi xử lý phát tín hiệu ngắt T0IR(IR:interrupt).T0 se nhận được giá trị ban đầu cho chu kỳ đếm tiếp theo từ ghi T0REL.Giả sử T0REL chỉ được gắn một lần nhất giá trị ban đầu Treload=Tx ta se thu được quá trình đếm lặp lặp lại của T0 với tần số cắt xung mong muốn fx=1/Tx.Để việc đảo trạng thái các cửa phù hợp với thuật toán điều chế,ta coi các giá trị cần đưa tới ghi Capture/Compare hình 4.4 83 Chương Thiết kế mạch điều khiển Hình 4.5:Bố trí cặp ghi phù hớp thời gian đóng ngắt của từng nhánh van Nhiệm vụ khâu điều chế véctơ không gian là tính các giá trị theo định nghĩa hình 3.3 và mỗi xuất hiện T0IR,các giá trị đó lập tức được đưa tới các ghi bằng một chương trình ngắt.Giả sử thời điểm quan sát của ta là nhịp điều chỉnh thứ k.Khi T0 tràn(nhịp k) là lúc kết thúc,các ghi nhận giá trị mới.Trong nhịp thứ k+1 kế tiếp,khi T0 liên tục đếm,các sự kiện bằng T0 và CC0,CC1,CC2 hoặc T0 và CC8,CC9,CC10 se đảo trạng thái các pha a,b,c của động với cực dương hoặc cực âm của điện áp một chiều Umc Cấu trúc phần cứng hình 3.3 và hình 3.4 cho phép điều chế trong phạm vi khung thời gian ổn định.Từ đó vi xử lý tính được thời gian nạp vào ghi để đóng ngắt các van biến tần theo thuật toán điều chế véctơ không gian 4.3.2 Drive cho IGBT IGBT là phần tử bán dẫn có tính ưu việt khả đóng cắt nhanh,công suất điều khiển cực nhỏ,thay thế cho các transistor công suất thông thường.Vì thế, điều kiện khóa mơ của nó có yêu cầu đặc biệt Khó khăn việc điều khiển IGBT là: − Phải tạo được các xung điều khiển với sườn xung dựng đứng − Thời gian tạo sườn xung chỉ cỡ 0,1 µs hoặc nhỏ − Những tụ kí sinh cực điều khiển G với cực gốc S,giữa cực G với cực máng D cản trơ tốc độ thay đổi của tín hiệu điều khiển 84 Chương Thiết kế mạch điều khiển Các vi mạch chuyên dụng phục vụ cho khâu tạo xung điều khiển cuối cùng này gọi là các driver.Tuy nhiên,do thời gian khóa của IGBT bị kéo dài và quá tải,có thể bị kéo khỏi chế độ bão hòa,tổn thất phần tử có thể tăng vọt,gây phá hỏng phần tử.Chính vì vậy,driver cho IGBT thường là các mạch lái (hybrid) – tức là một driver bình thường kết hợp các mạch bảo vệ chống quá tải.Đặc biệt,những driver cho IGBT công nghiệp là mạch ghép phức tạp để đảm bảo an toàn cho van bán dẫn mọi chế độ làm việc IGBT sử dụng các mạch nghịch lưu có tần số đóng cắt cao từ đến hàng chục nghìn kHz.Sự cố thường xảy nhất là quá dòng ngắn mạch từ phía tải hoặc từ phía phần tử đóng cắt.Vì vậy,để điều khiển và bảo vệ IGBT, ta sử dụng IC chuyên dụng HCPL316J Hình 4.6: Sơ đồ IGBT driver sử dụng HCPL-316J Nguồn: VCC1 = +5V; VEE = - 5V; VCC2 = +18V Tín hiệu vào: Xung PWM từ chân vi điều khiển vào chân V in+, chân Vin- được nối đất Tín hiệu ra: Chân Vout cấp tín hiệu điều khiển vào cực G của IGBT qua điện trơ RG Tín hiệu DESAT được lấy từ Collector qua diot D DESAT qua một mạch lọc tần số thấp gồm điện trơ 100 Ω và tụ 100 µF, đưa vào chân 14 của IC.Mức điện áp chân 14 được theo dõi để phát hiện mức bão hòa IGBT.Nếu điện áp này lớn 7V sau có tín hiệu điều khiển mơ IGBT chứng tỏ có quá dòng điện, mạch xử lý logic khóa mềm se phát tín hiệu khóa và tự động tăng điện trơ đưa đến cực đến khoảng 500 Ω, lớn 10 lần so với khóa mơ thông thường Bình thường tín hiệu từ chân FAULT và chân RESET mức 1, có lỗi FAULT nhảy xuống mức 0, vi xử lý se đẩy chân RESET xuống mức và reset lại IC 85 Chương Thiết kế mạch điều khiển 4.3.3 Mạch cách ly Hình 4.7 Mạch cách ly điều khiển IGBT Ta sử dụng mạch cách ly hình 4.7 Tín hiệu điều khiển thường được chọn là +15V và -5V là phù hợp Mức điện áp âm khóa góp phần giảm tổn thất công suất mạch điều khiển 4.3.4 Mạch theo dõi nhiệt độ Mạch theo dõi nhiệt độ cấp tín hiệu điện áp tỷ lệ với nhiệt đợ van IGBT 4.3.5 Mạch phản dịng Có nhiệm vụ biến đổi điện áp điện trơ shunt thành tín hiệu phù hợp cấp cho bộ điều khiển.Khi có quá dòng xảy ra,bộ điều khiển tạo tín hiệu khóa van IGBT,cắt cơng śt đầu 4.3.6 Phím Người điều khiển đặt lệch điều khiển bộ biến tần thông qua phím điều khiển 4.3.7 Nguồn nuôi Có chức tạo các mức điện áp thích hợp,có công suất đủ cho các mạch điều khiển Bộ nguồn cấp cho mạch điều khiển gồm: +Một máy biến áp nguồn 220/5 (V) +Một vi mạch ổn áp lấy nguồn cung cấp cho chip:7805 +Một cầu chỉnh lưu +Các tụ lọc C1=1000μF C2=0,1μF Hình 4.8: Sơ đồ nguyên lý nguồn cung cấp 86 Chương Xây dựng mô hình mô hệ thống bằng Matlab - Simulink Chương XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BẰNG MATLAB – SIMULINK Để điều chế vecto không gian ta thực hiện theo ba bước sau: V ,α ,Vα ,Vβ Bước 1: Xác định ref Vref = Va + Vb e j 2π /3 + Vc e j 4π /3 Ta có (5.1) 1 Vα = Va − Vb cos600 − Vc cos600 = Va − Vb − Vc 2 3 Vβ = + Vb cos300 − Vc cos300 = Vb − Vc 2 Vα Vβ = 21 −1/ 30 3/2 (5.2) Va −1/ − 3/2 Vb Vc (5.3) V  α = arctag  β ÷ = ω t = 2π f  Vα  (5.4) Suy Vref = Vα2 + Vβ2 T , T,T Bước 2: Xác định khoảng thời gian điều chế p t Giả sử ta xét cho secto Ts ∫V ref T1 dt = ∫ V1dt + T1 + T2 ∫ V2 dt + 87 Ts ∫ T1 + T2 V0dt Chương Xây dựng mô hình mô hệ thống bằng Matlab - Simulink ⇒ Ts Vref = T1.V1 + T2 V2 Phân tích mỗi vecto điện áp theo hai chiều [ α ,β ] (5.5) ta có:  cos α  2T1 1   cos π / 3 T Ts Vref  = VDC + VDC       sin β     sin π /  (5.6) Giải hệ tương ứng theo hai trục tọa độ ta có: sin(π / − α ) sin(π / 3) sin α ) T2 = Ts m sin(π / 3) T0 = Ts − T1 − T2 T1 = Ts m m= (5.7) Vref / 3.U DC là hệ số điều biến biên độ Tương tự ta rút được khoảng thời gian điều chế cho các secto còn lại sau: T1 = T2 = 3.Ts Vref U DC 3.Ts Vref U DC π sin(n − α ) sin(α − T0 = Ts − T1 − T2 n=1,2, chỉ vị trí secto cần điều chế Bước 3: Xác định thời gian đóng mơ của mỗi van 88 n −1 π) (5.8) Chương Xây dựng mô hình mô hệ thống bằng Matlab - Simulink V Khi đã xác định được secto thực hiện ref ta có bảng chọn thời gian đóng cắt tương ứng T T T cho từng van V 1, V 3, V TV = Ts − TV  ⇒ TV = Ts − TV  TV = Ts − TV Như vậy ta se lập được bảng chọn thời gian đóng cắt các van sau: Bảng 5.1 Bảng tính khoảng thời gian đóng mơ các van Secto TV 1, TV 3, TV TV 4, TV 6, TV TV = T1 + T2 + T0 / TV = T0 / TV = T2 + T0 / TV = T1 + T0 / TV = T0 / TV = T1 + T2 + T0 / TV = T1 + T0 / TV = T2 + T0 / TV = T1 + T2 + T0 / TV = T0 / TV = T0 / TV = T1 + T2 + T0 / TV = T0 / TV = T1 + T2 + T0 / TV = T1 + T2 + T0 / TV = T0 / TV = T2 + T0 / TV = T1 + T0 / 2 89 Chương Xây dựng mô hình mô hệ thống bằng Matlab - Simulink TV = T2 + T0 / TV = T1 + T2 + T0 / TV = T0 / TV = T2 + T0 / TV = T1 + T0 / TV = T0 / TV = T1 + T2 + T0 / TV = T1 + T2 + T0 / TV = T0 / TV = T1 + T2 + T0 / TV = T0 / TV = T0 / TV = T1 + T2 + T0 / TV = T1 + T0 / TV = T1 + T2 + T0 / TV = T1 + T0 / TV = T0 / TV = T2 + T0 / 5.1 Mơ hình mơ nghịch lưu PWM phương pháp điều chế véctơ không gian Để thấy rõ được hoạt động của nghịch lưu SVM ta thực hiện xây dựng mô hình mô bằng matlab- simulink Chương trình được mô bằng matlab 7.9.0 (R2009b) Hình 5.1 Mô hình Matlab hệ điều khiển nghịch lưu Cấu trúc các khối sơ đồ: 5.1.1 Khối nguồn Cấu trúc của khối nguồn: Hình 5.2 Cấu trúc chi tiết khối nguồn Chức của khối là chuyển đổi điện áp xoay chiều pha hình sin từ hệ trục toạ độ abc sang hệ trục toạ độ α-β Các giá trị dòng điện đo được hệ ba pha được biến đổi sang hệ toạ độ cố định α-β Sau đó qua bộ Fcn ta tính giá trị véctơ điện áp quay Vref 90 Chương Xây dựng mô hình mô hệ thống bằng Matlab - Simulink hệ tọa độ α-β, giá trị điện áp này được đưa vào đầu vào khối tính các khoảng thời gian 5.1.2 Khối tính khoảng thời gian Mục đích tính các khoảng thời gian thực hiện các secto điện áp Hình 5.3 Cấu trúc chi tiết các khoảng thời gian điện áp 5.1.3 Khối xác định trình tự phát xung điều khiển đóng mở van IGBT Sóng mang (xung tam giác) với một tần số khác được sử dụng để so sánh với Ta,Tb,Tc tùy vào tương quan của các đại lượng để điều khiển đóng mơ các IGBT Biên độ sóng mang biểu diễn chu kỳ điều biến,tần số sóng mang xác định tần số chuyển mạch IGBT 91 Chương Xây dựng mô hình mô hệ thống bằng Matlab - Simulink Hình 5.4 Cấu trúc khối xác định trình tự phát xung điều khiển 5.1.4 Mơ hình mạch nghịch lưu IGBT Hình 5.5 Mơ hình mạch nghịch lưu 5.2 Kết mô 92 ... Phân loại theo công dụng - Thang máy chơ khách các nhà cao tầng - Thang máy chơ hàng có người điều khiển - Thang máy vừa chơ khách vừa chơ hàng - Thang máy chơ bệnh nhân 1.3.2... là thang máy chơ người 37 Chương Thiết kế mạch điều khiển Chương PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN BỢ BIẾN TẦN 3.1 Phân tích lựa chọn biến tần cho động Biến tần là các bộ biến. .. để thiết kế lắp ráp các hệ thống thang máy nói chung và bộ biến tần điều khiển động thang máy nói riêng Xuất phát từ ý tương đó mà em đã nghiên cứu về đề tài “ Thiết

Định dạng
Số trang	92
Dung lượng	1,99 MB