THIẾT KẾ BỘ BIẾN TẦN GIÁN TIẾP NGUỒN áp ĐIỀU KHỂN TỐC độ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA ROTO LỒNG SÓC

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỌC PHẦN: ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ BỘ BIẾN TẦN GIÁN TIẾP NGUỒN ÁP ĐIỀU KHỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ PHA ROTO LỒNG SĨC Người hướng dẫn: TS GIÁP QUANG HUY Sinh viên thực hiện: NGUYỄN CẢNH LONG Q ANH KHOA MAI ĐỨC HỒN NHÂN NGUYỄN NHẬT QUANG BÙI HỮU THỊNH Nhóm HP / Lớp: 18.88/ 18PFIEV-2 Ngành: TIN HỌC CÔNG NGHIỆP MỤC LỤC: DANH SÁCH CÁC BẢNG .6 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA; CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG, MÔ TẢ 1.2 CẤU TẠO CHUNG, PHÂN LOẠI 1.2.1 Stato 1.2.2 Roto: Roto phần quay gồm lõi thép, dây quấn trục máy .8 1.3 TỪ TRƯỜNG CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.3.1 Sự hình thành từ trường quay 1.3.2 Đặc điểm từ trường quay 1.4 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ: 1.5 ĐẶC TÍNH CƠ ĐỘNG CƠ PHA KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.6 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG CỦA ĐỘNG CƠ PHA KHƠNG ĐỒNG BỘ 10 1.6.1 Phương trình điện áp dây quấn stato 11 1.6.2 Phương trình điện áp dây quấn roto 11 1.7 QUÁ TRÌNH NĂNG LƯỢNG 12 1.8 GIẢI PHÁP VÀ MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ PHA KHÔNG ĐỒNG BỘ 13 1.8.1 Các phương pháp khởi động động không đồng .13 1.8.2 Các vấn đề khởi động 13 1.9 CÁC VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ PHA KHÔNG ĐỒNG BỘ 13 1.9.1 Các phương pháp điều khiển tốc độ động pha không đồng 13 1.9.2 Một số vấn đề điều khiển tốc độ động pha khơng đồng 14 1.9.3 đặc tính phương pháp điều khiển tốc độ 15 1.10 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN 15 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ BIẾN TẦN 16 2.1 KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI CÁC LOẠI BIẾN TẦN 16 2.1.1 Khái niệm 16 Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy 2.1.2 Phân loại 16 2.2 SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC 16 2.2.1 Biến tần trực tiếp .16 2.2.2 Biến tần gián tiếp 17 2.3 SO SÁNH VÀ LỰA CHỌN LOẠI BIẾN TẦN 20 2.3.1 Biến tần trực tiếp .20 2.3.2 Biến tần gián tiếp 20 2.3.3 Lựa chọn biến tần cho đề tài 20 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐỘNG LỰC 21 3.1 Sơ đồ 21 3.2 Tính tốn thơng số phần tử mạch động lực 21 3.2.1 Thông số nguồn cung cấp tải 21 3.2.2 Khâu nghịch lưu 21 3.2.3 Khâu chỉnh lưu 22 3.2.4 Bộ lọc sau chỉnh lưu 23 3.2.5 Bộ băm xung áp chiều 24 3.2.6 Khâu lọc đầu băm xung áp chiều 25 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 27 4.1 Điều khiển băm xung áp chiều 27 4.1.1 Sơ đồ khối cấu trúc điều khiển 27 4.1.2 Phát xung chủ đạo tạo điện áp cưa 27 4.1.3 Tạo điện áp điều khiển U đ k .32 4.2 Điều khiển nghịch lưu .32 4.2.1 Sơ đồ khối cấu trúc điều khiển 32 4.2.2 Phân phối xung 32 4Khâu khuếch đại xung 34 CHƯƠNG 5: TÀI LIỆU THAM KHẢO 36 Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 1.1 Lõi thép stato Hình 1.2 Lá thép stato Hình 1.3 Dây quấn stato Hình 1.4 Dây quấn roto lồng sóc Hình 1.5 Từ trường quay cực dây quấn ba pha Hình 1.6 Đặc tính động pha khơng đồng 10 Hình 1.7 Momen tới hạn động pha không đồng .10 Hình 1.8 Mạch điện thay động pha không đồng .11 Hình 1.9 Giản đồ lượng động khơng đồng 12 Hình 1.13 Đặc tính thay đổi số đơi cực từ 15 Hình 1.13 đặc tính thêm điện trở phụ roto 15 Hình 1.13 Đặc tính thay đổi điện áp đầu vào 15 Hình 1.13 Đặc tính thay đổi tần số điện áp .15 Hình 2.1 Sơ đồ mạch động lực biến tần trực tiếp 16 Hình 2.2 Sơ đồ phần động lực biến tần gián tiếp nguồn dịng .17 Hình 2.3 Sơ đồ phần động lực biến tần gián tiếp nguồn áp 17 Hình 2.4 Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu pha điều khiển hoàn toàn 18 Hình 2.5 giản đồ kích mở van mạch chỉnh lưu 18 Hình 2.6 Đồ thị dạng sóng điện áp dịng điện mạch chỉnh lưu cầu pha điều khiển hoàn toàn 19 Hình 2.7 Sơ đồ kích mở van nghịch lưu 19 Hình 2.8 Sơ đồ nghịch lưu áp cầu pha 19 Hình 2.9 Đồ thị dạng sóng đầu tải 20 Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy Hình 3.1 Sơ đị khối mạch lực .21 Hình 3.2 Điện áp tải trước sau lọc 24 Hình 3.3 Dòng điện tải trước sau lọc 24 Hình 3.4 Sơ đồ mạch động lực biến tần 25 Hình 4.1 Cấu trúc điều khiển băm xung áp chiều PWM 26 Hình 4.2 Mạch nguyên lý điện áp đầu mạch phát xung chủ đạo 27 Hình 4.3 Mạch tạo điện áp cưa sử dụng transistor .29 Hình 4.4 Dạng điện áp đầu mạch tạo điện áp cưa 29 Hình 4.5 Kết mơ mạch tạo điện áp cưa 30 Hình 4.6 Cấu trúc điều khiển nghịch lưu độc lập nguồn áp 31 Hình 4.7 Tín hiệu điều khiển qua flip flop 32 Hình 4.8 Phân phối xung .33 Hình 4.9 Sơ đồ chân chức chân IR2110 34 Hình 5.1 IC55 Schematic diagram 36 Hình 5.2 IC555 Pin Configuration and Function 37 Hình 5.3 IC 555 Electric Characteristics .38 Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 4-1 Chức D-FF 31 Bảng 4-2 Đầu vào kích 31 Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA; CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG, MÔ TẢ Động khơng đồng hay cịn gọi động cảm ứng(induction motorIM) Tùy vào thiết kế mà động khơng đồng có loại pha pha tương ứng vận hành từ nguồn điện xoay chiều pha ba pha, nhiên theo đề tài ta đề cập đến động khơng đồng ba pha lồng sóc 1.2 CẤU TẠO CHUNG, PHÂN LOẠI Cấu tạo gồm hai phận stato roto, ngồi cịn có vỏ máy, nắp máy trục quay Trục làm thép, gắp roto, ổ bi phía cuối trục có gắn quạt gió để làm máy dọc trục 1.2.1 Stato 1.2.1.1 Lõi thép stato Có dạng hình trụ hình 1.1a làm thép kĩ thuật điện, dập rãnh bên hình 1.1b ghép lại với tạo thành rãnh theo hướng trục Lõi thép ép vào máy thep stato Hình 1.1 Lõi1.2.1a théplõistato Hình 1.2 Lá thép stato 1.2.1.2 Dây quấn stato Dây quấn stato thường làm dây đồng có bọc cách điện đặt rãnh lõi thép Sơ đồ triển khai dây quấn hình 1.2 Dịng điện dây quấn ba pha stato tạo từ trường quay Hình 1.3 Dây quấn stato Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy 1.2.1.3 Vỏ máy: Vỏ máy gồm có thân máy nắp, thường làm gang 1.2.2 Roto: Roto phần quay gồm lõi thép, dây quấn trục máy 1.2.2.1 Lõi thép Gồm thép kĩ thuật điện lấy từ phần bên lõi thép stato ghép lại, mặt ngồi dập rãnh hình 1.1b để đặt dây quấn, có dập lỗ để lắp trục 1.2.2.2 Dây quấn Dây quấn roto máy điện khơng đồng có hai kiểu là: roto ngắn mạch hay cịn gọi roto lồng sóc roto dây quấn (do đề tài động không đồng pha lồng sóc nên ta bỏ qua phần roto dây quấn) Roto lồng sóc: gồm đồng nhôm đặt rãnh bị ngắn mạch hai vành ngăn hai đâu Với động nhỏ, dây quấn đúc nhôm nguyên khối gồm dẫn, vành ngăn ngắn mạch, cánh tản nhiệt quạt làm mát Các động có cơng suất lớn 100kW dẫn làm đồng, đặt rãnh roto gắn chặc vào vành ngắn mạch Hình 1.4 Dây quấn roto lồng sóc 1.3 TỪ TRƯỜNG CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.3.1 Sự hình thành từ trường quay - Xét máy điện ba pha đơn giản, stator có rãnh hình 1.3 Trong người ta đặt dây quấn ba pha đối xứng AX, BY, CZ Trục dây quấn pha đặt lệch góc 1200 - Giả thiết ba dây quấn có hệ thống dịng điên ba pha đối xứng thứ tự thuận chạy qua iA = Imsin⍵t, iB = Imsin( ⍵t – 120o ) iC = Imsin( ⍵t – 2400 ) Hình 1.5 Từ trường quay cực dây quấn ba pha Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy B A, ⃗ BB , ⃗ B C dòng điện iA, iB, iC tạo riếng rẽ từ cảm - Lúc từ cảm ⃗ đập mạch có phương lần lược trùng với trục pha A, B, C có chiều xác định quy tắc vặn nút chai có độ lớn tỉ lệ với iA, iB, iC Từ cảm ba dòng điện tạo xác định ⃗ B A +¿ ⃗ BB + ⃗ BC B=⃗ tổng ba véc tơ: 1.3.2 Đặc điểm từ trường quay Tốc độ từ trường quay phụ thuộc vào tần số dịng điện stator f số đơi cực từ p Khi máy có p đơi cực từ, dịng điện biến thiên chu kì , từ trường quay 1/p vịng N 1= 60 f vòng f vòng = p phút p giây ( ) ( ) Về chiều từ trường quay phụ thuộc vào thứ tự pha dòng điện, muốn đổi chiều từ trường quay từ trường ta thay đổi thứ tự pha dòng điện cho 1.4 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ: Khi đặt điện áp xoay chiều ba pha có tần số f vào dây quấn stato, dây quấn stato có hệ thống dòng bap chạy quá, tạo từ trường quay p đôi cực, quay với tốc độ n1 = 60f1/p Từ trường quay cắt dẫn dây quấn roto cảm ứng sức điện động E Vì dây quấn roto nối ngắn mạch, nên sức điện động cảm ứng sinh dòng điện I2 dẫn roto Lực tác dụng tương hỗ từ trường quay máy với dẫn mang dòng điện roto I 2, kéo roto quay theo chiều từ trường quay với tốc độ n Hình 1.3 Quá trình tạo momen quay động không đồng Tốc độ roto n nhỏ tốc độ từ trường quay n 1, tốc độ khơng có chuyển động tương đối, dây qn roto khơng có sức điện động dòng cảm ứng, nên lực điện từ không Độ chênh lệch tốc độ từ trường quay tốc độ roto gọi tốc độ trượt: n2 =n1−n Hệ số trượt: s= n n1−n = n1 n1 Khi roto đứng yên: s = tốc độ roto: n=n1 ( 1−s )= 60 f (1−s ) p Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy 1.5 ĐẶC TÍNH CƠ ĐỘNG CƠ PHA KHƠNG ĐỒNG BỘ Ta có cơng suất điện từ chuyển từ stator sang rotor tổng công suất đưa trền đầu trục động công suất tổn hao dây quấn rotor: P12=Pcơ + ∆ P2 Từ suy ra: M ω1=Mω+∆ P2=¿ ∆ P 2=M ω s Mặt khác ta có ∆ P2=3 I ' 22 R'2 với I ’ dòng điện rotor quy đổi stator I ’ 2= U1 √( (1.1) R'2 R1 + + X 2mn s ) Vậy suy phương trình đặc tính cơ: 3U 21 R' M= ω √( (1.2) R' R 1+ + X 2mn s s ) Hệ số trượt tương ứng với mômen tới hạn gọi hệ số trượt tới hạn: sth =± R' √R + X 2mn (1.3) Hình 1.6 Đặc tính động pha khơng đồng Trong đó: - < s < sth : động khởi động - sth < s < 0: động làm việc với tốc độ ổn định Ta biểu thức mômen tới hạn: M th = Đặt ε= p U 21 ꙍ ( R1 + √ R21 + X 2n ) R '2 √R + X n (1.4) , Ta thu phương trình đơn giản đặc tính cơ: M th (1+ ε ) M= (1.5) S Sth + +2ε S th S Hình 1.1 Momen tới hạn động pha không đồng Đối với động cơng suất lớn R1