Đồ án điện tử công suất đề tài: điều khiển tốc độ động cơ 3 pha lồng sóc bằng biến tần sử dụng SPWM cần chọn lọc vấn đề trước khi khai triển đồ án. Trường: Đại học bách khoa đà nẵng ................................................................................................................................
ĐỒ ÁN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT GVHD: GIÁP QUANG HUY LỜI MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, xu cơng nghiệp hóa mang lại nhiều thay đổi cho đất nước, đặc biệt lĩnh vực Tự Động Hóa Cơng nghệ tự động hóa mang lại nhiều lợi ích cho người tăng suất, giảm nhân công lao động, hạ giá thành sản phẩm Hơn Tự Động Hóa giúp người tránh phải làm việc mơi trường bất lợi hay khó tham gia Chính tự động hóa đóng vai trò ngày quan trọng đời sống công nghiệp Trong công nghiệp, động không đồng ba pha loại động chiếm tỷ lệ lớn so với loại động khác kết cấu đơn giản, làm việc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ, nguồn cung cấp lấy lưới điện, dải công suất động rộng từ vài trăm W đến vài ngàn kW Tuy nhiên, hệ điều chỉnh tốc độ dùng động không đồng có tỷ lệ nhỏ so với động chiều Nhưng với đời phát triển nhanh công cụ bán dẫn công suất như: Điôt, Tranzitor, Thyristor, IGBT,… hệ truyền động có điều chỉnh tốc độ dùng động không đồng khai thác mạnh 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 mơn học điện tử công suất Nội dung đồ án “THIẾT KẾ BỘ BIẾN TẦN ÁP BA PHA – ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ” Từ sở lý thuyết động không đồng ba pha, phương pháp điều khiển tần số qua tìm hiểu khảo sát biến tần thực tế đánh giá phương pháp điều khiển Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến tất thầy giáo Khoa Điện tận tình dạy dỗ em kiến thức chuyên môn làm sở để hồn thành đồ án mơn học Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn tới thầy hướng dẫn Giáp Quang Huy tận tình bảo, gợi ý, giúp đỡ, tạo điều kiện nhiệt tình giúp đỡ em hồn thành tốt đồ án mơn học Đà Nẵng, ngày tháng năm 2019 Sinh viên thực ĐỒ ÁN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT GVHD: GIÁP QUANG HUY PHỤ LỤC Lời mở đầu CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.1 Động khơng đồng ba pha rotor lồng sóc: 1.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động ĐK1s: CHƯƠNG 2:TỔNG QUAN VỀ BIẾN TẦN 2.1 Biến tần gián tiếp 2.2 Giới thiệu IGBT 10 2.3 Bộ nghịch lưu độc lập điện áp ba pha 11 2.4 Phương pháp PWM 14 CHƯƠNG 3:THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC 23 3.1 Tính chọn mạch nghịch lưu: 23 3.2 Tính mạch chỉnh lưu cầu ba pha khơng điều khiển 26 3.3 Tính tốn máy biến áp lực 28 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 29 4.1 Mạch phát sóng sin chuẩn 29 4.2 Khâu tạo sóng mang tam giác 30 4.3 Khâu dịch pha để tạo sóng sin lệch pha 120° 31 4.4 Khâu so sánh 32 4.5 Khâu đảo tín hiệu điều khiển 33 4.6 Khâu cách ly khuếch đại xung 33 CHƯƠNG 5:THIẾT KẾ VÀ TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH BẢO VỆ VÀ KẾT LUẬN 36 5.1 Bảo vệ phần tử mạch chỉnh lưu: 36 5.2 Kết luận .38 ĐỒ ÁN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT GVHD: GIÁP QUANG HUY CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHƠNG ĐỒNG BỘ 1.1 Động khơng đồng ba pha rotor lồng sóc: 1.1.1 Sơ đồ thay thế: Hình 1.1: Sơ đồ thay pha ĐKls Trong đó: 𝑈2𝑓 trị số hiệu dụng điện áp pha stator (V) 𝐼1 , 𝐼𝜇 , 𝐼′2 dòng stator, mạch từ hóa, rotor quy đổi stator (A) 𝑋1 , 𝑋𝜇 , 𝑋′2 điện kháng stator, mạch từ, rotor quy đổi stator (Ω) 𝑅1 ,𝑅𝜇 ,𝑅′2 điện trở stator, mạch từ, rotor quy đổi phía stator (Ω) s hệ số trượt động 𝑠= 𝜔1 − 𝜔 𝜔𝑜 − 𝜔 = 𝜔1 𝜔𝑜 Trong đó: 𝜔 tốc độ góc rotor động (rad/s) 𝜔1 = 𝜔𝑜 tốc độ từ trường quay stator động cơ, gọi tốc độ đồng (rad/s) ĐỒ ÁN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT GVHD: GIÁP QUANG HUY 𝜔1 − 𝜔 𝜔𝑜 − 𝜔 = 𝜔1 𝜔𝑜 𝜔1 = 𝜔𝑜 = 2𝜋𝑓2 𝑝 Trong đó: 𝑓2 tần số điện áp nguồn đặc vào stator (Hz) 𝑝 số đơi cực động 1.1.2 Phương trình đặc tính ĐCKĐB: • 𝐼′2 = Phương trình đặc tính điện - 𝑈2𝑓 ටቀ𝑅1 +𝑅′2 ቁ +𝑋𝑛𝑚 𝑠 Trong đó: 𝑋𝑛𝑚 = 𝑋1 +𝑋′2 điện kháng ngắn mạch Qua thấy rằng: + Khi 𝜔 = 𝜔𝑜 s = 0, ta có 𝐼′2 = + Khi 𝜔 = s = 1, ta có 𝐼′2 = ሺ𝑅 𝑈2𝑓 2 +𝑅′2 ሻ +𝑋𝑛𝑚 = 𝐼′2𝑛𝑚 Trong đó: 𝐼′2𝑛𝑚 dòng ngắn mạch rotor dòng khởi động động • Đặc tính điện – ĐKls Hình 1.2: Đặc tính điện - ĐKls ĐỒ ÁN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT GVHD: GIÁP QUANG HUY 1.1.3 Phương trình đặc tính động ĐKls • M= Phương trình đặc tính 3.𝑈2𝑓 𝑅′2 𝑅′ 𝑠.𝜔𝑜 ቀ𝑅1 + ቁ +𝑋𝑛𝑚 ൨ 𝑠 • Đặc tính động ĐKls Hình 1.3: Đặc tính ĐKls Trong đó: sth = Mth = 1.2 𝑅′2 ට𝑅1 +𝑋𝑛𝑚 𝑈2𝑓 2.𝜔𝑜 ቆ𝑅1 +ට𝑅1 +𝑋𝑛𝑚 ቇ Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động ĐKls Qua phương trình đặc tính động ta nhận thấy thay đổi thông số điện trở, điện kháng, điện áp, tần số, số đơi cực thay đổi sth, Mth nên từ điều chỉnh tốc độ động không đồng Sau ta xét số phương pháp ĐỒ ÁN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT GVHD: GIÁP QUANG HUY điều chỉnh tốc độ động không đồng Ta chọn tải cho động tải dạng nâng hạ nên q =0 • Điều chỉnh tốc độ động không đồng thay đổi điện áp stator : Momen động khơng đồng tỉ lệ với bình phương điện áp stator, nên điều chỉnh momen tốc độ động cách thay đổi điện áp stator giữ tần số không đổi nhờ biến đổi điện áp xoay chiều Phương pháp điều chỉnh tốc độ thay đổi điện áp thích hợp với truyền động mà momen tải hàm tăng theo tốc độ như: Máy bơm, quạt gió,… • Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi số đôi cực từ : Từ quan hệ: 𝜔 = 𝜔𝑜 ሺ1 − 𝑠ሻ = 2𝜋.𝑓2 ሺ1−𝑠ሻ 𝑝 Trong đó: 𝑓1 tần số lưới điện, p số đôi cực từ Ta thấy thay đổi số đôi cực p, thay đổi 𝜔𝑜 điều chỉnh 𝜔, số đôi cực từ trường quay stator tùy thuộc vào cách đấu dây quấn stator Bằng cách đấu lại dây quấn, động hai cực (p=1) thành bốn cực (p=2) Phương pháp dùng cho động khơng đồng rotor lồng sóc Nhược điểm phương pháp tốc độ thay đổi không phẳng • Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi tần số nguồn điện kết hợp thay đổi điện áp : Khi điều chỉnh tốc độ ta muốn khả q tải momen khơng đổi tồn phạm vi điều chỉnh tốc độ Tức là: 𝛾= 𝑀𝑡ℎ 𝑀𝑐 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 (1) Nếu bỏ qua điện trở dây quấn stator (𝑅1 = 0) thì: 𝑀𝑡ℎ = 3.𝑈2𝑓 2.𝜔𝑜 𝑋𝑛𝑚 = 𝑈2 2.𝜔𝑜 𝑋𝑛𝑚 ≈ 𝐾 𝑈2 𝑓2 (2) Quan hệ 𝑀𝑐 = 𝑓ሺ𝜔ሻ: ĐỒ ÁN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 𝑀𝑐 = 𝑀𝑐.đ𝑚 ቀ 𝜔 𝜔đ𝑚 GVHD: GIÁP QUANG HUY 𝑞 ቁ ≈ 𝐴 ቀ 𝑓2 𝑓2đ𝑚 𝑞 ቁ (3) Trong đó: q = -1,0,1,2 Từ (1),(2),(3) ta suy ra: 𝑈2 𝑈2đ𝑚 𝑓1 𝑞 ඨ൬ ൰ = 𝑓2 𝑓2đ𝑚 𝑓2đ𝑚 Ta chọn tải cho động tải dạng máy nâng hạ nên q = Vậy: 𝑈2 𝑈2đ𝑚 = = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 𝑓2 𝑓2đ𝑚 Như thay đổi tần số để điều chỉnh tốc độ động không đồng , ta phải thay đổi điện áp cho đảm bảo điều kiện 𝛾 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 Qua phân tích ta chọn điều chỉnh tốc độ động không đồng ba pha rotor lồng sóc biến tần với khối sau : Hình 1.4: Sơ đồ khối biến tần ĐỒ ÁN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT GVHD: GIÁP QUANG HUY CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BIẾN TẦN 2.1 Biến tần gián tiếp 2.1.1 Giới thiệu chỉnh lưu cầu ba pha khơng điều khiển: Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu cầu ba pha khơng điều khiển 2.1.1.1 Ngun lý hoạt động: Nhóm Anode: diode mở áp pha nguồn tương ứng dương Nhóm cathode: diode mở áp pha nguồn tương ứng âm ĐỒ ÁN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT GVHD: GIÁP QUANG HUY 2.1.1.2 Sơ đồ dạng sóng đầu chỉnh lưu cầu ba pha khơng điều khiển: Hình 2.2: Sơ đồ sóng đầu chỉnh lưu cầu ba pha khơng điều khiển 2.1.1.3 Dòng điện điện áp van: Hình 2.3: Sơ đồ dòng điện điện áp van ĐỒ ÁN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT GVHD: GIÁP QUANG HUY 2.1.1.4 Điện áp trung bình sau chỉnh lưu: 𝑈𝑑𝐴 − 𝑈𝑑𝐾 = ξ6 𝑈 𝜋 Với U giá trị hiệu dụng điện áp pha thứ cấp máy biến áp 2.1.1.5 Điện áp ngược cực đại đặt lên van: 𝑈𝑅𝑅𝑀 = ξ6 𝑈 2.2 Giới thiệu IGBT 2.2.1 Ký hiệu: Hình 2.4: Kí hiệu IGBT Kết hợp ưu điểm mặt công suất BJT ưu điểm mặt điều khiển MOSFET, IGBT đời đời IGBT giải cho BJT tổn hao điều khiển cơng suất đóng cắt o Giải công suất IGBT Do không bị hạn chế mặt điều khiển nên chế tạo IGBT với công suất lớn với giá thành không cao Ngày chế tạo IGBT với điện áp cỡ 6kV dòng điện cỡ 3kA yêu cầu điện áp mạch điều khiển khoảng 20V khơng cần dòng điều khiển IGBT điều khiển điện áp MOSFET o Tổn hao làm mát cho IGBT Trong q trình vận hành IGBT có tổn hao thấp BJT lại cao MOSFET Nên trình làm mát IGBT phải đặc biệt ý dải công suất tang cao 10 ĐỒ ÁN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT GVHD: GIÁP QUANG HUY 3.1.1 Tính chọn IGBT 3.1.1.1 Chọn hệ số điều biến tần số Việc tăng giá trị mf dẫn đến việc tăng giá trị tần số sóng hài xuất Và ta nên chọn mf bội nghịch lưu ba pha điều khiển phương pháp PWM Vậy ta chọn 𝐦𝐟 = 𝟐𝟏 Khi tần số chuyển mạch lớn van bán dẫn nghịch lưu là: 𝐟𝐦𝐚𝐱 = 𝟏𝟎𝟎 × 𝟐𝟏 = 𝟐𝟏𝟎𝟎𝐇𝐳 Tần số chuyển mạch nhỏ van bán dẫn nghịch lưu là: 𝐟𝐦𝐢𝐧 = 𝟐𝟎 × 𝟐𝟏 = 𝟒𝟐𝟎𝐇𝐳 3.1.1.2 Chọn hệ số điều biến biên độ tính thơng số chọn IGBT Chọn chế độ điều khiển tuyến tính (mối quan hệ biên độ thành phần áp áp điều khiển tuyến tính) cho phương pháp SPWM Nên trình làm 𝐔 việc 𝐦𝐚 ≤ 𝟏 Lúc đó, biên độ sóng hài điện áp pha tải nằm giới hạn (0, 𝐝), 𝟐 tức 𝐦𝐚 = 𝟏 ta có điện áp đặt lên IGBT cực đại Đối với nghịch lưu áp ba pha, biên độ điện áp pha hài bản: Uzሺ1ሻm = ma Ud Ta có: ma = Umdc Umc Với Uzሺ1ሻm = = Uzሺ1ሻm Ud ξ2.Uzሺ12ሻ ξ3 , 𝐔𝐳ሺ𝟏𝟐ሻ điện áp dây động Suy ra: Ud = Uzሺ1ሻm ξ2 Uzሺ12ሻ = ma ξ3 Thay ma = 1, Uzሺ12ሻ = Uđmd = 220V ta được:Ud = 360V 24 ĐỒ ÁN: ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT GVHD: GIÁP QUANG HUY Tính toán với tốn hao van 2V sụt áp cuộn kháng 1,5% ta có điện áp đầu vào nghịch lưu Ud′ = + 0,015.360 + 360 = 367,4 V Chọn hệ số dự trữ điện áp 𝐾𝑢 =2,34 Điện áp chịu đựng IGBT Ucđ = 2,34.367,4 = 860 V Id = 𝑃1đ𝑚 3×𝑈𝑑 ×𝑐𝑜𝑠𝜑đ𝑚 = 3750 3×360×0.8 = 4.34 (A) Chọn hệ số dự trữ dòng điện 𝐾𝑖 =1,4 Dòng điện chịu đựng IGBT Icđ = 1,4.4.34 = 6.076A Suy tiêu chọn van bán dẫn IGBT: Uvan ≥ 860V; Ivan ≥ 6.076A 25 ĐỒ ÁN: ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT GVHD: GIÁP QUANG HUY Từ ta chọn loại BSM10GD120DN2 với thông số sau: Hình 3.2: Datasheet BSM10GD120DN2 3.2 Tính mạch chỉnh lưu cầu ba pha khơng điều khiển Theo tính tốn ta có: Điện áp đầu chỉnh lưu Ud′ = 367,4V Dòng điện đầu chỉnh lưu Id = Iđm = 4,34 A Điện áp thứ cấp máy biến áp: 26 ĐỒ ÁN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT GVHD: GIÁP QUANG HUY U= Ud′ 367,4 = = 157V 2,34 2,34 Vậy điện áp ngược đặt lên diode (điện áp dây hai pha thứ cấp máy biến áp): URRM = ξ6U = ξ6 × 157 = 384,6V Chọn hệ số dự trữ điện áp 𝐾𝑢 = 2,34 điện áp ngược diode cần chọn URRMV = 2,34 × 384,6 = 900V Dòng điện qua diode tính theo dòng hiệu dụng diode (𝐼ℎ𝑑 ሻ: Ilv = Ihd = Id ξ3 = 4,34 ξ3 = 2,5A Chọn hệ số dự trữ dòng K i = 1,4 Dòng điện chịu tối đa của diode là: Iv = 1,4 × 2,5 = 3,5A Chỉ tiêu chọn diode: URRMv ≥ 900V; Iv ≥ 3,5A Suy ta chọn diode loại TIPL760A Philips với thơng số sau: Hình 3.3: Datasheet TIPL760A Ta thấy điện áp ngược cực đại diode chịu 1000V dòng điện chịu tối đa 4A 27 ĐỒ ÁN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT GVHD: GIÁP QUANG HUY 3.3 Tính tốn máy biến áp lực Chọn máy biến áp pha nối (), sụt áp điện trở cuộn thứ cấp tương đối lớn khoảng 4%, sụt áp diode khoảng 1.2V Điện áp chiều tổng quát tương ứng tải định mức là: Udđm= Ud’ +∆UV + ∆UR = 367,4 + 2×1,2 + 0,04× 367,4 = 384,5V Cơng suất thực tế phía chiều Pd = UdđmId = 384,5×4.34 = 1668,7W Cơng suất máy biến áp Sba = kpPd = 1.05×1668,7 = 1752.1 VA Điện áp thứ cấp định mức 𝑈𝑑đ𝑚 U2đm = 𝑘𝑢 = 384,5 2,34 = 164,3V Hệ số biến áp Kba = 𝑈1 𝑈2đ𝑚 = 220 164,3 = 1,34 Trị số hiệu dụng dòng điện cuộn thứ cấp I2 = 0.816×Id = 0.816×4,34 = 3,5A Dòng điện cuộn sơ cấp I1 = 𝐼2 𝑘𝑏𝑎 = 3,5 1.34 = 2,6A Vậy tham số máy biện áp chỉnh lưu cần chọn là: Sba = 1,7kVA, U1=220V, U2=164,3V, I1=2,6A I2 = 3,5A 28 ĐỒ ÁN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT GVHD: GIÁP QUANG HUY CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 4.1 Mạch phát sóng sin chuẩn Mạch phát sóng sin cần tạo sóng sin chuẩn có tần số thay đổi từ 20 → 100𝐻𝑧 có biên độ 3V Hiện có nhiều loại IC cho phép tạo sóng sin sóng tam giác ổn định điều chỉnh tần số giải rộng Ta tìm IC thích hợp IC XR2206CP IC tạo sóng sin sóng tam giác điều chỉnh từ 0.01𝐻𝑧 đến 1M𝐻𝑧 Trong mạch điều khiển ta cần sóng sin tần số từ 20 → 100Hz Hình 4.1: Hình dáng sơ đồ IC XR2206 Tra từ Datasheet ta chọn sơ đồ mắc theo hình 11 datasheet sau: Hình 4.2: mạch tạo sóng sin dùng IC XR2206 29 ĐỒ ÁN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT GVHD: GIÁP QUANG HUY R2 = 200𝛺, R4 = 10kΩ, C2 = 1𝜇𝐹 Ta chọn giá trị R3 theo đồ thị sau: Do biên độ sóng sin đầu 3V nên ta chọn R3 = 49kΩ Cũng từ Datasheet ta có: 𝑓= 𝑅𝐶 Với R = R1 + P1 C = C1 Ta chọn C1 = 1𝜇F Với tần số 20Hz, ta có: 𝑅= 1 = = 50𝑘𝛺 𝑓𝐶 1.20 10−6 Với tần số max 100Hz, ta có: 𝑅= 1 = = 10𝑘𝛺 𝑓𝐶 1.100 10−6 Ta chọn R1 = 10kΩ, P1 = 40kΩ Biến trở P1 dùng để điều chỉnh tần số sóng sin từ 20 → 100Hz Với sơ đồ mắc theo hình độ méo dạng sóng sin ≤ 2.5% 4.2 Khâu tạo sóng mang tam giác Để thuận lợi cho việc điều chỉnh tần số ta dùng IC XR2206 cho khâu tạo sóng mang tam giác Sơ đồ mắc IC tương tự khâu tạo sóng sin ta bỏ điện trở R2 Dạng sóng sóng tam giác cực tính ta cần biên độ 3V 30 ĐỒ ÁN: ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT GVHD: GIÁP QUANG HUY Hình 4.3: Mạch tạo sóng mang tam giác dùng IC XR2206CP Tần số cần điều chỉnh từ 480 → 2400Hz nên ta có: Với tần số 480Hz 𝑅= 1 = = 83.3𝑘𝛺 𝑓𝐶 480.25 20−6 𝑅= 1 = = 16.7𝑘𝛺 𝑓𝐶 2400.25 10−6 Với tần số max 2400Hz Ta chọn R6 = 16.7kΩ P2 = 66.6kΩ 4.3 Khâu dịch pha để tạo sóng sin lệch pha 120° Sau nhận tín hiệu sin tù khâu tạo sóng sin, ta cho tín hiệu qua mạch đệm dùng IC TL801 với sơ đồ mạch hình để giữ cho giá trị biên độ ổn định tải thay đổi cho tín hiệu sin ngõ mạch đệm với góc lệch 0° 31 ĐỒ ÁN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT GVHD: GIÁP QUANG HUY Hình 4.4 M ạch đệm Tiếp theo ta cho qua dịch pha RC để thay đổi góc lệch từ 0° sang 120° -120° ta dùng IC CA3240 Hình 4.5: Mạch IC CA3240 4.4 Khâu so sánh Ta sử dụng mạch so sánh Ở mạch sóng sin ba pha ta so sánh với sóng mang tam giác Hình 4.6: Mạch so sánh CA3240 Ta sử dụng OP AMP CA3204 Tín hiệu PWM tạo sau: 32 ĐỒ ÁN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT GVHD: GIÁP QUANG HUY Khi Usin > U0 UPWM = +U (Uss) Khi Usin < U0 UPWM = -U (Uss) 4.5 Khâu đảo tín hiệu điều khiển Khâu tạo xung điều khiển ngược với Uss Ta dùng IC 74SL04 với cổng not Hình 4.7: Sơ đồ chân IC 74SL04 Hình 4.8: Dạng sóng điện áp đầu vào đầu khâu so sánh 4.6 Khâu cách ly khuếch đại xung Mục đích nhằm khuếch đại xung đủ lớn để van mở cách ly mạch động mạch điều khiển Để bảo đảm mạch điều khiển làm việc xác an toàn Ta chọn sử dụng IC lái IR2110 để thực chức Hình 4.9: IC IR2110 33 ĐỒ ÁN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT GVHD: GIÁP QUANG HUY Sơ đồ IC IR2110 : Hình 4.10: Sơ đồ IC IR2110 IC IR2110 có thơng số khuyến nghị sau : Hình 4.11: Datasheet IC IR2110 34 ĐỒ ÁN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT GVHD: GIÁP QUANG HUY Nguyên lý hoạt động IR2110: -Xung từ mạch so sánh đưa đến đầu vào HI LI IR2110 theo thứ tự: +Q1, Q1 vào HI1 LI1 +Q2, Q2 vào HI2 LI2 +Q3, Q3 vào HI3 LI3 -Tín hiệu sau đưa vào cách ly khuếch đại với mạch điều khiển Tín hiệu IR2110 HO LO kích cho IGBT theo thứ tự: +HO1 đưa vào T1 +LO1 đưa vào T4 +HO2 đưa vào T3 +LO2đưa vào T6 +HO3 đưa vào T5 +LO3 đưa vào T2 Chân E IGBT T1, T3, T5 nối vào cổng VS IR2110 để mức điện áp 0V tín hiệu đầu HO mức 1, đảm bảo điện áp điều khiển IGBT khơng bị thay đổi *Tính chọn thơng số cho IR2110: +Do D-FF có nguồn ni 5V nên đầu vào chân HI LI có mức điện 5V Ta chọn VDD=5V +IGBT ta chọn mạch động lực có điện áp điều khiển UGS≥15V nên ta dùng biến trở Rb=15kΩ có E=24V để lấy điện áp 16V đưa vào VCC Ta có: 𝑅𝑥 𝑅𝑏 = vcc E ⇒ 𝑅𝑥 = 𝑅𝑏 𝑉𝑐𝑐 𝐸 = 15𝐾𝛺 35 16𝑣 24𝑣 = 10𝑘𝛺 ĐỒ ÁN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT GVHD: GIÁP QUANG HUY CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ VÀ TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH BẢO VỆ VÀ KẾT LUẬN 5.1 Bảo vệ phần tử mạch chỉnh lưu 5.1.1 Bảo vệ dòng điện cho diode chỉnh lưu Để bảo vệ ngắn mạch tải dòng điện, ta thường dùng aptomat cầu chì Nguyên tắc chọn thiết bị dựa vào dòng điện, với Ibv = (1.1 ÷ 1.3)Ilv Dòng bảo vệ ngắn mạch aptomat khơng vượt q dòng ngắn mạch máy biến áp Chọn aptomat có: Iđm = 1,1Ild = 1,1.2,6 ξ3 = 4,95A ≈ 5A Uđm = 220V Aptomat có tiếp điểm đóng cắt tay nam châm điện Chỉnh định dòng ngắn mạch: Inm = 2,5Ild = 2,5×ξ3×2,6 = 11,25A ≈ 11𝐴 Dòng q tải Iqt = 1,5Id = 1,5×ξ3 × 2,6 = 6,75A ≈ 7A Từ thông số ta chọn aptomat SA63B hãng Fuji sản xuất với thông số Iđm=60A, Uđm=380V Cầu dao dùng để tạo khe hở an toàn sửa chữa hệ truyền động dùng để đóng cắt biến đổi khoảng cách từ nguồn cấp tới biến đổi đáng kể Chọn cầu dao có dòng định mức: Iqt = 1,1Ild =1,1× ξ3 ×2,6= 4,95A ≈ 5A Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch diode ngắn mạch đầu chỉnh lưu Nhóm 1CC Dòng điện định mức dây chảy nhóm 1CC: I1cc = 1,1I2 = 1,1× 3,5 = 3,85A Nhóm 2CC Dòng điện định mức dây chảy nhóm 2CC: I2cc = 1,1Ihd = 1,1×2,5 = 7,37A Vậy ta chọn dây chảy sau: 1CC loại 10A, 2CC loại 10A 36 ĐỒ ÁN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT GVHD: GIÁP QUANG HUY 5.1.2 Bảo vệ áp cho diode chỉnh lưu Bảo vệ áp trình chuyển mạch đóng mở diode thực cách mắc R-C song song với diode Ta chọn R=5𝛺, C=0,25𝜇𝐹 Hình 5.1 Mạch RC bảo vệ điện áp chuyển mạch Bảo vệ xung điện áp từ lưới điện, ta mắc mạch R-C sau, nhờ có mạch mà đỉnh xung gần nằm lại hoàn toàn điện trở đường dây Hình 5.2 Mạch RC bảo vệ điện áp từ lưới Chọn R2=12,5Ω C2=4𝜇𝐹 5.1.3 Bảo vệ van bán dẫn IGBT Được thực cách mắc mạch R-C song song với IGBT để tránh xung áp xung áp trình đóng mở van Ta chọn Rs=0.56kΩ Cs=10nF 37 ĐỒ ÁN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT GVHD: GIÁP QUANG HUY Hình 5.3: Bảo vệ áp cho van IGBT mạch nghịch lưu 5.2 KẾT LUẬN: điều qua phản ánh tính nghiêm túc việc học hỏi vận dụng kiến thức vào việc thực đề tài Sau thời gian ba tháng nghiên cứu em hoàn thành đề tài với kết đạt sau: Tìm hiểu phương pháp điều khiển tốc động không đồng bộ, biết cấu tạo bên biến tần bán thị trường ứng dụng thiết thực biến tần Ngồi em biết ngun lý hoạt động thiết kế mạch điều khiển PWM biến tần Tuy nhiên đồ án số vấn đề tồn tại, hạn chế cần giải quyết: • Mạch điều khiển phức tạp • Chưa có vòng phản hồi tốc độ dòng điện Do vậy, hướng phát triển đề tài là: → Ứng dụng cảm biến đo dòng điện ACS712 dùng Ecoder đo mạch vòng tốc độ dòng điện cho động không đồng → Dùng vi xử lý vi điều khiển để tạo biên độ tần số sóng điều khiển điều khiển theo yêu cầu mong muốn để loại trừ đặc tính xấu sóng đầu sau nghịch lưu 38 ... sóc biến tần với khối sau : Hình 1.4: Sơ đồ khối biến tần ĐỒ ÁN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT GVHD: GIÁP QUANG HUY CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BIẾN TẦN 2.1 Biến tần gián tiếp 2.1.1 Giới thiệu chỉnh lưu cầu ba pha... theo cấp điện áp tần số dải tần số định mức -Nguyên tắc SPWM khoảng dẫn van, van khơng dẫn liên tục mà đóng cắt nhiều lần với độ rộng xung dẫn bám theo giá trị tức thời hình sin có tần số sóng hài... Urmax Và thay đổi Ref Output lại có chuỗi xung độ rộng D thay đổi với tần số xung vuông Output = tần số xung cưa Saw Với tần số xác định f = 1/(ln.C1.(R1+2R2) nên cần điều chỉnh R2 thay đổi độ