Thiết kế và chế tạo mô hình biến tần (inverter) cho máy điều hòa không khí

i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP -o0o - DƢƠNG VĂN HOAN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH BIẾN TẦN (INVERTER) CHO MÁY ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa THÁI NGUYÊN- 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ii MỤC LỤC MỤC LỤC i LỜI CAM ĐOAN v viii - CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ SỬ DỤNG INVERTER - .- - 1.1.2 Phân loại - - - - 1.2.2 Phân loại máy nén khí - - 1.3 TIỀM NĂNG VÀ HIỆU QUẢ TIẾT KIỆM ĐIỆN CỦ Ử DỤNG INVERTER - 10 1.3.1 Tiềm tiết kiệm điện máy điều hòa không khí - 10 1.3.2 Máy điều hòa không khí sử dụng Inverter - 11 1.3.3 Hiệu biến tần hệ thống ĐHKK làm lạnh trực tiếp - 12 1.3.4 Hiệu tiết kiệm lƣợng của biến tần hệ thống ĐHKK làm lạnh gián tiếp - 12 .- 13 Chƣơng trình bày nét tổng quan hệ thống điều hòa không khí; cấu tạo, nguyên lý hoạt động máy điều hòa không khí; tìm hiểu máy nén khí việc điều khiển chúng máy điều hòa không khí; Phân tích tiềm hiệu tiết kiệm điện máy điều hòa không khí sử dụng Inverter - 13 (INVERTER) - 14 - 14 - 14 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iii - 15 2.1.3 Ứng dụng biến tần - 17 2.1.4 Các tính tích hợp hệ thống điện - 18 2.2 CÁC KHỐI CHỨC NĂNG CHÍNH CỦA BIẾN TẦN - 21 2.2.1 Khối chỉnh lƣu - 21 2.2.2 Khối nghịch lƣu - 23 3.3.1 Nghịch lưu sóng vuông - 27 3.3.2 Nghịch lưu xung vuông kết hợp với lọc LC ngõ - 29 3.3.3 Nghịch lưu sử dụng nhiều cấp điện áp chiều - 30 2.3 MỘT SỐ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CƠ BẢN SỬ DỤNG TRONG BIẾN TẦN - 33 2.3.1 Điôt công suất - 33 2.3.2 Tranzitor lƣỡng cực công suất (BJT) - 33 2.3.3 Thyristor: - 36 2.3.4 Vi điều khiển Atmega8 - 38 2.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG .- 43 CHƢƠNG THIẾT KẾ BIẾN TẦN ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ - 43 3.1 MÔ TẢ HỆ THỐNG - 43 3.1.1 Sơ đồ khối hệ thống - 43 3.1.2 Vai trò khối sơ đồ - 44 3.2 MẠCH PHẦN CỨNG - 45 3.2.1 Thông số kỹ thuật - 45 3.2.2 Sơ đồ nguyên lý chung - 45 3.2.4 Khối cầu H (Hình 3.4) - 47 3.2.5 Khối nguồn - 48 3.2.7 Khối nghịch lƣu cầu H - 49 3.2.8 Khối điều khiển - 50 - 51 - 53 - 54 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iv 3.4 LẮP ĐẶT MÔ HÌ Ử NGHIỆM - 68 - 68 : - 73 - 3.5 KẾT LUẬN CHƢƠNG .- 73 - 74 - Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ v LỜI CAM ĐOAN Tên Dƣơng Văn Hoan Sinh ngày 23 tháng năm 1982 Học viên lớp cao học khóa 15 - Tự động hóa - Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Hiện công tác Công ty CP đầu tƣ xây dựng Kinh Đô Tôi xin cam đoan: Bản luận văn: “Thiết kế chế tạo mô hình biến tần(Inverter) cho máy điều hòa không khí" thầy giáo PGS.TS Lại Khắc Lãi hƣớng dẫn công trình nghiên cứu riêng Tất tài liệu tham khảo có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng Các số liệu, kết luận văn hoàn toàn trung thực chƣa công bố công trình khác Nếu sai xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Thái Nguyên, Ngày tháng năm 201 Tác giả luận văn Dƣơng Văn Hoan Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vi KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Các ký hiệu: Ɛ Tỉ số nén Q Năng suất máy nén N Công suất máy nén Is - Dòng điện rò khoảng vài trục mA q - Điện tích điện tử (q = 1,59.10-19 C) k - Hằng số Boltzmann (k = 1,38.10-23 J/K) T = 2730 + t0 - Nhiệt độ nhiệt đối (0K) t0 - Nhiệt độ môi trƣờng 0C u – Điện áp đặt điôt (V) IΦ: dòng quang điện (A/m2); ID: dòng qua điot (A/m2); IS: dòng bão hoà (A/m2); n: đƣợc gọi thừa số lý tƣởng phụ thuộc vào mức độ hoàn thiện công nghệ chế tạo pin mặt trời Gần lấy n = 1; RS: điện trở nối tiếp (điện trở trong) pin mặt trời ( /m2); Rsh: điện trở sơn (điện trở dò) ( /m2) q: điện tích điện tử (C) UDC: Điện áp chiều Q: hàm đo chất lƣợng mạch isα isβ thành phần dòng thuộc hệ trục tọa độ αβ θ góc lệch pha hệ tọa độ gốc dq so với hệ αβ isd isq thành phần dòng thuộc hệ trục tọa độ dq Ts chu kỳ cắt mẫu Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vii tp, tt thời gian điều chế SVM: Phƣơng pháp điều chế vectơ không gian PWM: Phƣơng pháp điều chế độ rộng xung DC – AC: Bộ biến đổi chiều – xoay chiều (Bộ nghịch lƣu) Chữ viết tắt: ĐHKK Điều hòa không khí VS-PWM-I Biến tần nguồn áp điều chế độ rộng xung CS-PWM-I): Biến tần nguồn áp điều chế biên độ CSI Biến tần nguồn dòng FET Transitor trƣờng BJT Tranzitor lƣỡng cực công suất VCC: Điện áp nguồn nuôi GND: Đất Port B (PB0…PB7) BĐK Bộ điều khiển BBĐ Bộ biến đổi MPPT Maximum Power Point Tracking NL Nghịch lƣu PWM Pulse - Width – Modulation INC Incremental Conductance VSI Voltage Source Inverter Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ viii - 1: Sơ đồ khối tổng quát biến tần - 14 2: Sơ đồ nguyên lý biến tần nguồn áp - 16 3: Mạch chỉnh lƣu nửa chu kỳ - 22 4: Chỉnh lƣu nửa chu kỳ dƣng cầu chỉnh lƣu - 22 5: Chỉnh lƣu nửa chu ky dùng biến áp có điểm - 23 6: Nghịch lƣu song song - 24 7: Nghịch lƣu nối tiếp - 24 8: dạng áp, dòng nghịch lƣu nối tiếp (a) song song (b) - 25 9: Sơ đồ nguyên lý mạch tƣơng đƣơng nghich lƣu nguồn dòng - 26 10: Sơ đồ nguyên lý mạch tƣơng đƣơng - 27 11: Sơ đồ nguyên lý nghịch lƣu sóng vuông - 27 12 Dạng sóng nghịch lƣu sóng vuông so với sóng sin (vi: Phần điện áp thiếu sóng vuông so với sóng sin; Ve: Phần điện áp dƣ thừa sóng vuông) - 28 13: Sơ đồ ghép lọc LC ngõ - 29 14: Dạng sóng nghịch lƣu sóng vuông với lọc LC - 30 15: Chuyển đổi DC-DC - 31 16: Chuyển đổi DC-AC - 31 17: Dạng sóng chuyển đổi DC-AC - 32 18: Cấu trúc ký hiệu điôt công suất - 33 20: Cấu trúc ký hiệu tranzitor thuận - ngƣợc - 34 22: Cấu trúc, ký hiệu đặc tính V-A Thyristor - 36 23: Mở thyristor - 37 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ix 24: Khóa thyristor - 37 25: Sơ đồ chân Atmega8 - 40 26: Sơ đồ khối vi điều khiển AVR Atmega8 - 41 1: Sơ đồ khối hệ thống Inverter điều khiển tốc độ động - 44 3: Sơ đồ nguyên lý khối chỉnh lƣu - 46 4: Sơ đồ cầu H (sử dụng IRFP260 IRFP460) - 48 5: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn - 49 - 49 7: Sơ đồ nguyên lý điều chế độ rộng xung hình sin - 51 - 53 - 68 - 69 - 73 - Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ -1- Điều hòa không khí thiết bị tiêu thụ điện lớn sở dịch vụ, thƣơng mại Tiêu thụ điện hệ thống máy lạnh sở thƣơng mại thƣờng chiếm tỷ lệ lớn, lên đến 80% tổng lƣợng điện tiêu thụ Tỷ lệ cao tòa nhà thƣơng mại lớn, trung tâm mua bán, văn phòng, bệnh viện…Với công nghệ cũ cung cấp lƣợng ngắt quãng làm cho điện cung cấp bị ngắt quãng Chính điều tạo tƣợng hao phí điện Và hạn chế lớn không máy điều hòa không khí Để giải nhƣợc điểm này, công nghệ biến tần Inverter đời tạo bƣớc đột phá việc đƣa hao phí lƣợng đến mức thất nhấp Với kết luận văn đóng góp phần nhỏ vào việc nâng cao chất lƣợng điện giảm hao phí điện hệ thống điều hòa không khí Với cách đặt vấn đề nhƣ nên đề tài luận văn đƣợc chọn :“Thiết kế chế tạo mô hình biến tần(Inverter) cho máy điều hòa không khí" Nội dung luận văn đƣợc chia làm chƣơng: Chƣơng 1: Tổng quan điều hòa không khí sử dụng inverter Chƣơng 2: Biến tần(inverter) Chƣơng 3: Thiết kế biến tần điều khiển tốc độ động Kết luận kiến nghị Thái Nguyên, ngày tháng năm 201 Tác giả luận văn Dƣơng Văn Hoan Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ - 61 - PORTD.3=1; start_flag=1; fre_temp=190; for(time_start=140;time_start[...]... 1.2.2.5 Máy nén khí dòng hỗn hợp 1.2.2.6 Máy nén khí dạng cuộn (Scroll air compressor) 1.2.3 Máy nén khí điều hoà không khí Máy nén điều hòa không khí thƣờng hay sử dụng là máy nén pít tông và máy nén rô to Máy nén pít tông có cấu tạo và nguyên lý làm việc tƣơng tƣ nhƣ máy nén của tủ lạnh nhƣng do công suất làm việc lớn nên hình dạng và kích thƣớc lớn loại này thƣờng đƣợc để sử dụng những máy điều hòa không. .. với điều kiện bên ngoài và suất phụ tải thực Điều đó có nghĩa là các bộ biến tần cho phép điều khiển hệ thống và thiết bị ĐHKK để hệ thống và thiết bị luôn hoạt động ở chế độ tối ƣu với hiệu suất cao nhất và kết quả là hệ thống và thiết bị ĐHKK sẽ tiêu thụ ít điện nhất Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ - 11 - 1.3.2 Máy điều hòa không khí sử dụng Inverter Điều hòa không khí. .. hiểu máy nén khí và việc điều khiển chúng trong máy điều hòa không khí; Phân tích tiềm năng và hiệu quả tiết kiệm điện của máy điều hòa không khí sử dụng Inverter Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ - 14 - (INVERTER) Biến tần là thiết bị điện biến đổi dòng điện ở tần số này thành dòng điện xoay chiều ở tần số khác có thể điều chỉnh đƣợc Sơ đồ khối của biến tần nhƣ hình 2.1 Đầu... ứng dụng biến tần cho các máy điều hòa không khí đã đem lại hiệu quả tốt về tiết kiệm điện Hiệu quả này đƣợc đánh giá qua chỉ số hiệu quả máy lạnh COP (Coefficience of performance) của cùng một dòng thiết bị có dùng và không dùng biến tần [5] Nếu quy đổi theo lƣợng điện tiêu thụ thì trong cùng một điều kiện vận hành máy có biến tần sẽ có thể tiết kiệm đƣợc khoảng 10-20% so với máy không có biến tần 1.3.4... NĂNG VÀ HIỆU QUẢ TIẾT KIỆM ĐIỆN CỦA SỬ DỤNG INVERTER 1.3.1 Tiềm năng tiết kiệm điện trong máy điều hòa không khí Tổng quát, hệ thống ĐHKK đều có máy nén, bơm và quạt Máy nén, bơm và quạt chủ yếu đƣợc thiết kế và lắp ráp với động cơ không đồng bộ Tốc độ của động cơ không đồng bộ quyết định đặc tính làm việc của bơm quạt và máy nén trong hệ thống và thiết bị ĐHKK Đặc tính làm việc của hệ thống và thiết. .. dụng những máy điều hòa không khí có công suất lớn Máy nén rô to thƣờng thì đƣợc sử dụng nhiều ở máy điều hòa không khí có công suất nhỏ bên ngoài thƣờng có hai đƣờng ống hút và đẩy, ống hút của máy điều hòa thƣờng đƣợc hay gọi là bình tách lỏng của máy điều hòa không khí và thƣờng đƣợc bố trí kèm bên hông máy nén Ƣu điểm của loại máy nén này tiết kiệm đƣợc không gian hình thức nhỏ gọn nhƣng ngƣợc... AHU: Biến tần đƣợc tích hợp bộ điều khiển logic Smart Logic Controller và 4 bộ điều khiển PID tự chỉnh định thông số để điều khiển dòng khí với quạt, van nƣớc và van gió c) Tính năng chuyên dụng cho máy nén Biến tần đƣợc thiết kế để điều khiển các máy nén một cách thông minh và linh hoạt nhằm tối ƣu hóa khả năng làm lạnh với áp suất và nhiệt độ đặt cho máy làm lạnh nƣớc và các ứng dụng khác của máy nén... Tuy nhiên, có thể phân loại điều hòa không khí theo các đặc điểm sau đây: - Theo mục đích ứng dụng có thể phân ra điều hòa tiện nghi và điều hòa công nghệ - Theo tính chất quan trọng phân ra điều hòa cấp 1, cấp 2 và cấp3 - Theo tính tập trung phân ra hệ điều hòa cục bộ, hệ điều hòa tổng hợp gọn (với các cụm máy gọn) và hệ thống trung tâm nƣớc - Theo cách làm lạnh không khí phân ra hệ thống làm lạnh... sấy, các thiết bị xả khí, bơm, quạt, các thiết bị van các loại)  Thiết bị ngƣng tụ là thiết bị trao đổi nhiệt để biến hơi môi chất lạnh áp suất cao và nhiệt độ cao sau quá trình nén thành dạng lỏng Dựa vào môi trƣờng làm mát chia thiết bị ngƣng tụ thành các nhóm: Thiết bị ngƣng tụ làm mát bằng nƣớc, bằng không khí, vừa bằng nƣớc và bằng không khí  Thiết bị bay hơi là thiết bị thu nhiệt từ môi trƣờng... suất 60% máy điều hòa không khí sẽ phát trong 60% thời gian và ngƣng phát trong khoảng thời gian còn lại Việc cung cấp năng lƣợng ngắt quãng nhƣ thế sẽ làm cho điện năng cung cấp cũng bị ngắt quãng Chính điều này đã tạo ra hiện tƣợng hao phí điện Và đây cũng chính là hạn chế khá lớn của không ít máy điều hòa không khí hiện nay Để giải quyết nhƣợc điểm này, công nghệ biến tần Inverter ra đời đã tạo ra ... nh b) Tớnh nng chuyờn dng cho qut Cỏc tớnh nng cho qut giỳp cho cỏc ng dng qut thụng minh hn tit kim nng lng hn v thõn thin hn vi ngi dựng Cỏc chc nng chớnh chuyờn cho qut l: - Chuyn i tc - lu... tn s thp cp cho mi pha ca ti - Bin tn ma trn: Dựng cỏc chuyn mch hai chiu tn s úng ct cao bng IGBT to nờn ma trn chuyn mch gia ba pha vo ca ngun vo ba pha cp cho ti Tn s v in ỏp cp cho ti c iu... cũn l mt th xa x tn kộm ch dnh cho nhng ngi cú tin, nhng tin ớch m b bin tn mang li cho bn nhiu hn rt nhiu so vi chi phớ bn phi tr, nờn bn ng ngn ngi u t mua bin tn cho cỏc h truyn ng ca bn cú th