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 MƠ HÌNH BIẾN TẦN (INVERTER) CHO MÁY ĐIỀU HỊA KHƠNG 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 HỒ KHƠNG 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 hịa khơng khí - 10 1.3.2 Máy điều hịa khơng 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 hịa khơng khí; cấu tạo, nguyên lý hoạt động máy điều hịa khơng khí; tìm hiểu máy nén khí việc điều khiển chúng máy điều hịa khơng khí; Phân tích tiềm hiệu tiết kiệm điện máy điều hịa khơng 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 vng - 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 MƠ 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 Cơng 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 hịa khơng khí" thầy giáo PGS.TS Lại Khắc Lãi hƣớng dẫn công trình nghiên cứu riêng tơi Tất tài liệu tham khảo có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng Các số liệu, kết luận văn hồn tồn trung thực chƣa cơng bố cơng trình khác Nếu sai tơi 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 Cơng suất máy nén Is - Dịng điện rị 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: dịng bão hồ (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 hịa khơng 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 vng so với sóng sin (vi: Phần điện áp thiếu sóng vng 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 vng 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 hịa khơng 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 cịn cao tòa nhà thƣơng mại lớn, trung tâm mua bán, văn phịng, bệnh viện…Với cơng 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 khơng máy điều hịa khơng 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 hịa khơng khí Với cách đặt vấn đề nhƣ nên đề tài luận văn đƣợc chọn :“Thiết kế chế tạo mơ hình biến tần(Inverter) cho máy điều hịa khơng khí" Nội dung luận văn đƣợc chia làm chƣơng: Chƣơng 1: Tổng quan điều hịa khơng 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