thiết kế bộ biến tần nguồn 3 pha để cung cấp cho động cơ

Khối tạo sin PHẦN II: ỨNG DỤNG BIẾN TẦN TRONG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTOR LỒNG SÓC-TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG.. 41Chương3 : ỨNG DỤNG BIẾN TẦN TRONG

MỤC LỤC Lời nói đầu

04

PHẦN I: THIẾT KẾ BỘ BIẾN TẦN

05Chương 1: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC

061.1 Giới thiệu sơ đồ khối và chức năng, nhiệm vụ của các khối trong sơ đồ

2.2.2 Bộ dịch pha số

2.2.3 Khối tạo sin

PHẦN II: ỨNG DỤNG BIẾN TẦN TRONG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ

ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTOR LỒNG

SÓC-TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG.

41Chương3 : ỨNG DỤNG BIẾN TẦN TRONG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG

CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ XOAY CHIỀU BA PHA ROTOR LỒNG SÓC

3.2.1 Điều khiển tần số trượt:

3.2.2.2 Quy đổi các đại lượng điện của động cơ không đồng bộ từ hệ véc tơ

(a,b,c) về hệ tọa độ cố định trên Stato (α,β)

46

3.2.2.3 Quy đổi các đại lượng điện của động cơ không đồng bộ ba pha từ hệ tọa

độ cố định trên Rotor (x,y) về hệ tọa độ cố định trên Stator (α,β)

49

3.2.2.4 Quy đổi các đại lượng điện của động cơ không đồng bộ ba pha từ hệ tọa

độ cố định trên Stator (α,β) về hệ tọa độ cố định trên Rotor (d,q)

53

3.2.2.5 Cơ sở để định hướng từ thông trong hệ tọa độ tựa theo từ thông Rotor

(d,q)

57

Chương 4: TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG VECTƠ- BIẾN TẦN

VÀ ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU BA PHA ROTOR LỒNG SÓC

4.4.2 Tính toán các thông số của bộ điều chỉnh dòng điện Ri(p) 684.4.3 Tính toán các thông số của bộ điều chỉnh tốc độ R Pω( ) 694.5 Kiểm tra chất lượng điều khiển của bộ điều chỉnh tốc độ bằng công cụ Simulink của

4.5.1 Kết quả mô phỏng mạch vòng điều chỉnh tốc độ với bộ điều khiển P 714.5.2 Kết quả mô phỏng mạch vòng điều chỉnh tốc độ với bộ điều khiển PI 734.6 Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động biến tần nguồn áp,động cơ không đồng bộ ba pha

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay với công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá trong các lĩnh vực sản xuất của nền kinh tế quốc dân, cơ khí hoá; tự động hoá các quá trình sản xuất đóng một vai trò hết sức quan trọng Nó cho phép tăng năng suất lao động, nhằm tạo hiệu quả kinh tế cao nhất

Bước vào thế kỷ 20 chúng ta đã chứng kiến được những thay đổi lớn lao của nền văn minh nhân loại đem lại đó sự phát triển mạnh mẽ của các ngành điện tử, tự động hoá, tin học,

cơ khí hoá cùng với việc phát minh ra các linh kiện bán dẫn ngày càng đáp ứng được các yêu

cầu của hệ thống trở nên gọn nhẹ hơn, giá thành thấp hơn và có độ chính xác cao Cho nên việc sử dụng quá trình tự động hoá trong quá trình sản xuất để đảm bảo chất lượng, tăng năng suất và giảm giá thành sản phẩm là một nhu cầu hết sức cần thiết.

Sau 5 năm học và nghiên cứu ở trường với sự tận tình giảng dạy của các thầy cô giáo trong khoa KT&CN cùng với sự giúp đỡ của bạn bè và để đánh giá được kết quả của quá

trình học tập Trước khi ra trường em được giao làm đề tài tốt nghiệp : ” THIẾT KẾ BỘ

BIẾN TẦN NGUỒN ÁP BA PHA ĐỂ CUNG CẤP CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU ROTOR LỒNG SÓC ”.Với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS-TS-VÕ QUANG LẠP cùng các thầy cô giáo trong khoa KT&CN và sự nỗ lực của bản thân Đến nay

em đã hoàn thành bản đồ án Do kiến thức chuyên môn còn hạn chế, các tài liệu tham khảo có hạn nên đồ án không tránh khỏi những sai sót Rất mong được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy

cô giáo cùng các bạn để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn thầy VÕ QUANG LẠP, các thầy cô giáo trong khoa Kỹ

Thuật và Công Nghệ đã giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án đúng thời gian

Thái Nguyên, ngày 25 tháng 5 năm 2009

SINH VIÊN THIẾT KẾ

Phạm Văn Dũng

PHẦN I: THIẾT KẾ BỘ BIẾN TẦN

CHƯƠNG I: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC

1.1 Giới thiệu sơ đồ khối và chức năng, nhiệm vụ của các khối trong sơ đồ.

1.1.1 Giới thiệu và phân loại biến tần

Biến tần là thiết bị biến đổi điện năng xoay chiều từ tần số này sang tần số khác

Biến tần được chia làm 2 nhóm:

Kết luận: Các bộ biến tần này có hiệu suất biến đổi năng lượng cao, vì điện áp vào chỉ qua một mạch van chuyển đổi là cho điện áp đầu ra với tần số khác Tuy nhiên trong thực tế, mạch van khá phức tạp, số lượng van lớn, nhất là với mạch ba pha Việc thay đổi tần số gặp nhiều khó khăn và phụ thuộc nhiều vào tần số điện áp vào f1 Phạm vi điều chỉnh tần số đầu ra

bị hạn chế bởi tần số đầu vào: f2 < f1 (Về nguyên tắc có thể chế tạo biến tần f2 > f1, nhưng mức

độ phức tạp tăng lên nhiều lần)

1.1.1.2 Biến tần gián tiếp (Có khâu trung gian 1 chiều)

Biến tần gián tiếp có sơ đồ cấu trúc như hình 1.4

Điện áp nguồn có tần số f1 được biến đổi thành điện áp một chiều nhờ mạch chỉnh lưu, qua mạch trung gian rồi biến trở lại thành điện áp xoay chiều với tần số f2

Hiệu suất của biến tần gián tiếp giảm đi: Song loại biến tần này cho phép thay đổi dễ dàng tần số điện áp đầu ra, sự điều chỉnh tần số f ở đầu ra độc lập

hoàn toàn với tần số điện áp nguồn cung cấp Dải điều chỉnh tần số f2 có thể thay đổi từ 0 đến giá trị bất kỳ, nếu các thông số của động cơ trong hệ truyền động cho phép

* Biến tần nguồn dòng:

Là loại biến tần được xây dựng trên nguyên lý nghịch lưu dòng điện

Chỉnh Lưu

Mạch trung gian

Biến Tần U2,f2

U1,f1

Hình 1.4 Sơ đồ cấu trúc biến tần gián tiếp

Hình 1.3 Sơ đồ chỉnh lưu cầu

U1,f1

Hình 1.5 Sơ đồ cấu trúc biến tần nguồn dòng Nguồn cung cấp cho nghịch lưu dòng là nguồn dòng điện một chiều ổn định, ví dụ như các máy phát nguồn dòng chiều hay các bộ chỉnh lưu lớn nối tiếp với cuộn kháng có điện cảm lớn ở đầu ra

* Biến tần nguồn áp:

Là biến tần được xây dựng trên nguyên lý nghịch lưu điện áp Nguồn cung cấp cho nghịch lưu áp là nguồn điện áp một chiều ổn định, ví dụ như các bộ pin, ắcquy có công suất lớn, các máy phát điện một chiều hay các bộ chỉnh lưu nối song song với tụ điện có dung lượng lớn ở các mạch trung gian

C>>

Hình 1.6 Sơ đồ cấu trúc biến tần nguồn áp

1.2 Thiết kế mạch động lực bộ biến tần nguồn áp

1.2.1 Sơ đồ mạch động lực

Mạch động lực của biến tần nguồn áp ba pha gồm 6 Thyristor công suất T1÷ T6 Các van này có nhiệm vụ đóng hay cắt từng khoảng điện áp đặt trên tải Các van được lựa chọn tuỳ thuộc vào công suất của phụ tải

Các Điốt D1 ÷ D6 là các Điốt công suất được nối ngược với các van Thyristor có tác dụng khép mạch dòng điện tải, trả phần năng lượng tích luỹ của tải về nguồn trong trường hợp tải có tính cảm Khi các Thyristor ở trạng thái khóa thì dòng tải sẽ được duy trì qua các Điốt này Nguồn cung cấp cho bộ nghịch lưu là nguồn áp có giá trị U ổn định, hoặc bộ nguồn

có thể điều chỉnh được điện áp nhờ bộ chỉnh lưu có điều khiển

Sơ đồ nguyên lý khống chế bộ biến tần nguồn áp ba pha như hình 1.7

1.2.2 Nguyên tắc khống chế bộ biến tần

Với đối tượng là các thiết bị điện sử dụng nguồn điện áp 3 pha xoay chiều, để tận dụng công suất nguồn chất lượng truyền động cũng như tuổi thọ thiết bị, điều mong muốn là dạng điện áp ra phải đạt được là nguồn điện áp ba pha đối xứng bằng bộ nghịch lưu từ nguồn

áp một chiều ta xuất phát từ tính chất của nguồn điện xoay chiều ba pha

Sóng điện áp ba pha đối xứng vẽ trên hình 1.8 có một số tính chất sau:

- Điện áp giữa các pha lệch nhau góc 120o điện

- Trong một chu kỳ điện áp pha (dây), cứ sau 1/2 chu kỳ điện áp đổi chiều một lần

- Tại mỗi thời điểm tổng điện áp các pha bằng 0

Theo định nghĩa điện áp dây là hiệu điện thế giữa hai dây pha, nếu ký hiệu điện áp dây

là uab, ubc, uca thì ta có:

uab = ua - ub

uca = uc - ua(1.2) cho thấy: uab + ubc + uca = 0 - tức là điện áp dây 3 pha cũng đối xứng Đây cũng là cách biểu diễn điện áp pha qua điện áp dây như sau:

ub = 1

uc = 1

3(uca - ubc)Qua phân tích những tính chất của nguồn điện ba pha xoay chiều trên hình 1.8 và hình 1.7 ta có nguyên tắc khống chế các van như sau:

- Ở 1 tần số cố định thì mỗi van có tính chu kỳ cố định

- Khoảng dẫn của mỗi van bằng nhau, khoảng dẫn lớn nhất của van là 180o điện

- Một chu kỳ điện áp ra cả 6 van lần lượt dẫn dòng nên góc mở của van kế tiếp chậm sau góc mở của van trước 60o điện, góc mở của van kế tiếp trong cùng một nhóm lần lượt cách nhau 120o điện Góc mở giữa 2 van trong cùng pha lệch nhau 180o điện

Như vậy để điều khiển được 1 chu kỳ điện áp ra cần 6 xung để khống chế mạch lực Việc tổng hợp điện áp đầu ra của bộ biến tần được xây dựng như sau:

1.3 Công thức tổng hợp điện áp

Gọi uAN, uBN, uCN là điện áp giữa các điểm A, B, C với điểm N Từ nguyên tắc khống chế đã xét, người ta cho xung mở các van Tiristo theo thứ tự T1, T2, T3, T4, T5, T6, xung nọ cách xung kia 1/6 chu kỳ

Nhìn vào hình 1.9 ta thấy: uAN = u khi T1 mở; khi T4 mở, T1 khóa uAN = 0; khi cả hai van T1, T4 đều khóa thì điện áp u được đặt lên 2 van T1, T4 mắc nối tiếp nhau nên uAN = 1

Tương tự như vậy: Khi T3(T5) mở thì uBN(uCN) = u và khi T6(T2) mở thì uBN(uCN) = 0, khi cả hai van T3, T6(T5, T2) cũng đóng thì uBN(uCN) = 1

1.3.1 Điện áp pha của bộ nghịch lưu với các góc dẫn khác nhau

1.3.1.1 Góc dẫn của van ψ = 180o điện

Trong trường hợp này mỗi van trong sơ đồ dẫn dòng điện trong khoảng 180o điện.Giản đồ điện áp khống chế vẽ trên hình 1.10

Các sóng điện áp ra uA, uB, uC vẽ được nhờ công thức tổng hợp điện áp (1.11), (1.12), (1.13), và uAB nhờ (1.7)

Dựa vào hình 1.10 ta tính được các thông số:

- Trị số hiệu dụng điện áp dây:

2 2 0

1 2

t t t t t t

Các điện áp uAB và uA là những hàm tuần hoàn chu kỳ T = 2π nên có thể khai triển các hàm này theo công thức khai triển Fourie.

Do điện áp uAB và uA là những hàm lẻ nên:

ao = 1

0 U.dπ

∞

=

Vì thế khai triển Fourie của chúng chỉ gồm các sóng điều hoà hình sin

- Khai triển Fourie của điện áp dây

uAB(ωt)

1 nsin(n t)

Một số giá trị hiệu dụng của các thành phần sóng bậc cao được liệt kê trong bảng (1.1)

Bảng 1-1 Giá trị hiệu dụng của một số sóng bậc cao ứng với góc dẫn ψ=180 o

t t t t t t

Hình 1.11.Giản đồ điện áp khống chế vẽ trên Góc dẫn của van ψ = 150o

1.3.1.3 Góc dẫn của van ψ = 120o điện

t t t t t t

Mạch chuyển đổi là tập hợp các phần tử ghép thành mạch để khóa van.

Các loại mạch chuyển đổi

- Mạch chuyển đổi riêng biệt

- Mạch chuyển đổi phụ thuộc theo pha

- Mạch chuyển đổi dùng cuộn kháng phân chia

- Mạch chuyển đổi độc lập theo pha

Trong đồ án này, tôi nghiên cứu mạch chuyển đổi độc lập theo pha hình 1.13

Mạch chuyển đổi độc lập theo pha

C1 C2

L1 L2 L3 C3

D2 T2 D6 T6 D4 T4

T11 T11

T11

N

M

A B C

Hình 1.13 Sơ đồ nguyên lý mạch động lực bộ nghịch lưu cầu nguồn áp ba pha chuyển đổi

độc lập

Sơ đồ nguyên lý của mạch vẽ trên hình 1.13

Ở mạch này để thực hiện việc chuyển đổi giữa các van, ngoài ra các tụ C1, C2, C3 các cuộn kháng L1, L2, L3 còn cần dùng hệ thống 6 Thyristor phụ T11÷T16

LC

Nếu dòng điện tải tại thời điểm tới T11 là: i1 = I10

thì dòng điện chạy qua T1 là:

Gọi thời gian khóa T1 là t1 thì:

t2 = 2

Sự chuyển mạch kết thúc khi dòng điện trên tải có xu hướng ngược chiều T11 sẽ khóa

ở thời điểm t3 và D1 khép mạch dòng điện tải

I t x

2 3

LI10Uco.to=X.g(X)1

Các hình vẽ 1.10, hình 1.11, hình 1.12 cho thâyd dạng điện áp ra của bộ nghịch lưu áp

3 pha khi khống chế góc dẫn của van 180o , 150o và 120o độ điện

Do điện áp ra trên tải nhận được nhờ việc đóng cắt các van cho dạng điện áp là các xung vuông nên chúng có tính phi sin Triển khai Furier điện áp, ngoài thành phần sóng hình sin cơ bản bậc 1 còn có các thành phần sóng hài bậc cao khác

- Xét về dạng sóng thì khi khống chế ở góc dẫn 150o điện, điện áp pha gần sin hơn cả,

do đó với góc dẫn này nên nối tải hình Y

Đối với góc dẫn 120o điện, dạng điện áp dây trên tải gần sin hơn cả, do đó với góc dẫn này, nên nối tải theo hình ∆

- Xét về trị hiệu dụng của điện áp ra thì góc dẫn dòng của van càng lớn, trị hiệu dụng của điện áp càng lớn

Điều đáng quan tâm nhất của bộ nghịch lưu là điện áp ra càng gần sin, chứa ít thành phần sóng hài, đặc biệt làm sao hạn chế các thành phần sóng hài bậc thấp (bậc 3, bậc 5) Với phương pháp khống chế trên, tuy rằng hạn chế được thành phần bậc 3, song thành phần bậc 5,

7 còn lớn nên người ta đưa ra một số phương pháp khống chế khác để cải thiện dạng sóng Một số phương pháp được sử dụng là bộ nghịch lưu sin và phương pháp băm điện áp (điều chế độ rộng xung) Tuy nhiên, hiện nay thì phương pháp băm xung điện áp được sử dụng phổ biến hơn do tính hiệu quả trong công việc Sau đây sẽ nghiên cứu kỹ phương pháp này trong

đồ án

1.4 Phương pháp khống chế điều chế độ rộng xung

Đây là phương pháp khống chế bộ nghịch lưu dựa trên nguyên tắc bộ băm điện áp: Điện áp ra trong một chu kỳ là một chuỗi xung điện áp hình chữ nhật có cùng biên độ nhưng

độ rộng từng xung thay đổi và được quyết định bởi luật điều khiển góc mở α Chu kỳ đóng

mở van được thực hiện sao cho bề rộng xung là cực đại ở đỉnh

Hình vẽ 1.16 biểu diễn điện áp ra của bộ nghịch lưu điều chế độ rộng xung đơn cực

Để xác định các thời điểm mồi cần thiết tổng hợp đúng sóng theo phương pháp điều chế độ rộng xung đơn cực trong mạch điều khiển, người ta tạo ra một sóng hình sin chuẩn, mong muốn so sánh nó với 1 dãy xung tam giác Giao điểm giữa hai sóng đó xác định các thời điểm mồi

Với phương pháp khống chế này có thể thay đổi biên độ điện áp ra bằng cách thay đổi biên độ sóng chuẩn hình sin

Ura

t

t

Hình 1.17 Điều chế bằng cách thay đổi biên độ sóng chuẩn hình sin

Hình 1.17 cho thấy phần sóng chuẩn hình sin nằm phía trên xung tam giác sẽ tương ứng cho xung ra có bề rộng b, giảm biên độ sóng sin đi một nửa xung ra có bề rộng c Nếu coi gần đúng đoạn sóng sin đó như một đoạn thẳng thì c bằng nửa b Điều đó ứng với biên độ sóng hình sin ra đã được giảm đi như mong muốn

những khoảng bằng 0 tạo nên xung lưỡng cực Phần điện áp ngược trong nửa chu kỳ điện áp đầu ra rất ngắn Để xác định thời điểm mồi của các van người ta điều chế song tam giác tần số cao có biên độ bằng sóng chuẩn hình sin và không lệch pha với sóng sin.

Do đó, có thể băm điện áp tải thành nhiều xung có độ rộng khác nhau nên có thể làm cho điện áp tải chứa ít sóng hài

Xét trên hình 1.18 nếu chọn O là tâm điểm đối xứng thì điện áp ra là một hàm chu kỳ

lẻ đối xứng qua trục hoành nên khai triển Furie của nó chỉ chứa các số hạng lẻ sin

Biên độ sóng hài:

Umn =

2 0

4 /U.sin(n ).d

Um3

2 3

U

=

π (1 - 2cos5α1 + 2.cos5α2) (1.29)Công thức (1.61), (1.62) cho thấy có thể loại trừ được sóng hài bậc 3 và bậc 5 bằng cách cho Um3 = Um5 = 0

Tức là:

1 - 2cos3α1 + 2cos 3α2 = 0

1 - 2cos5α1 + 2cos 5α2 = 0 (1.30)Giải (1.30) bằng phương pháp tính gần đúng ta được:

α1 = 23,616o và α2 = 33,3o (1.31)Như vậy khi khống chế góc mở của van ở những giá trị đặc biệt như đã tính toán ta đã khử được thành phần sóng hài bậc 3 và bậc 5

Bằng phương pháp khải triển Furie điện áp cho thấy rằng số xung trong một chu kỳ của điện áp đầu ra lớn làm tăng các điều hòa bậc cao, nhưng dễ dàng lọc được các sóng điều hòa bậc thấp

Với phương pháp này, tần số xung ra trong một chu kỳ của điện áp bị giới hạn bởi tần

số chuyển mạch của van Điện áp xoay chiều được ghi ra trên hình 1.19

t t t

t t t t t t

1.5 Bộ nghịch lưu Tranzistor

1.5.1 Đặt vấn đề

Phần trên đã nghiên cứu về bộ nghịch lưu sử dụng Thyristor thông thường Một yêu cầu của bộ nghịch lưu Thyristor là phải có mạch chuyển đổi để khóa các van khi cắt dòng Các phần tử chính trong mạch chuyển đổi là các cuộn dây và tụ điện Hơn nữa các Thyristor đóng cắt cần có quá trình quá độ nên tồn tại một khoảng thời gian chuyển mạch Điều này làm mạch thêm phức tạp và gây nên tổn thất trong quá trình đổi chiều và hạn chế tần số điện áp đầu ra (dưới 100Hz)

Như vậy, muốn nâng cao chất lượng điện áp ra bằng phương pháp điều chế độ rộng xung thì bộ nghịch lưu Thyristor không đáp ứng được Với sự phát triển của ngành công nghiệp điện tử bán dẫn, có nhiều loại van có công suất lớn có nhiều ưu điểm hơn Thyristor đã được chế tạo để thay thế cho Thyristor

Một trong những loại van bán dẫn công suất được ứng dụng hiện nay trong bộ nghịch lưu là Tranzistor công suất Ưu điểm của Tranzistor là việc điều khiển bằng dòng cực gốc không cần bất cứ mạch chuyển đổi nào, tần số chuyển mạch lớn hơn nhiều lần so với Thyristor Tuy nhiên dòng cực gốc của Tranzistor bị phát nóng Dòng cho phép của Tranzistor càng lớn thì tổn hao càng lớn nên khi sử dụng Tranzistor bị hạn chế về công suất

1.5.2 Nghịch lưu áp 3 pha dùng Tranzistor

ÐCKÐB N

Hình1.20 Sơ đồ nguyên lý bộ biến tần nguồn áp sử dụng transistor

Ứng dụng của Tranzistor công suất trong bộ nghịch lưu như trên hình Trong mạch các Tranzistor Tr1 ÷ Tr6 đóng vai trò là các van đóng cắt dòng điện tải, các Điốt D1÷ D6 song song ngược với các cực phát - cực góp để trả năng lượng của tải về nguồn và để tránh các Tranzistor không bị đánh thủng do sức điện động tự cảm của tải có tính chất cảm

Như vậy, khi thay thế Thyristor bằng Tranzistor trong bộ nghịch lưu, mạch lực không cần bất cứ mạch chuyển đổi nào, việc khống chế dễ dàng hơn, tần số đóng mở của Tranzistor công suất rất lớn tạo điều kiện thuận lợi sử dụng phương pháp khống chế độ rộng xung.

1.5.3 Tính chọn mạch động lực, các linh kiện trong mạch động lực

- Đặc điểm của tải: + Công suất tải

+ Điện áp và dòng điện tải+ Dải điều khiển công suất+ Nguồn cấp (số pha, trị số điện áp)Điều kiện môi trường làm việc:

+ Nhiệt độ+ Độ ẩm+ Các điều kiện khác

* Tính toán:

Các thông số của động cơ:

Pđm = 400W; Uf = 220V;Iđm=2,7(A);fđm =(50 Hz);nđm=940 (vòng/phút) cosϕ = 0,83J=0,001 (kgm2);no=1000 (vòng/phút)

I

3 = 30,874 (A)Dòng điện của Transistor cần phải chọn:

5.1,56 7,8( ).

I lv

Từ các thông số này tra bảng p4: Thông số transistor với các thông số sau:

+ Tính chọn Điốt:

Dòng điện qua Điốt là ID =

2dmI(1 - µ)

với µmax = 1 - 2.Ts.toff = 0,97

Suy ra ID = 0,0405 (A)

Khi xảy ra các sự cố trong mạch thì Điốt phải chịu dòng tăng lên thêm 30%ID

Hay IđmD = 130%.ID = 0,05265 (A)

Điện áp mà Điốt phải chịu > 220(V)

Từ thông số trên dựa vào bảng p.1 ta chọn được loại Điốt KY718 với các thông số ở bảng sau:

Ký hiệu Imax(A) Un(V) Ipik(A) ∆U(V) Ith(A) Ir(A)

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN TẦN NGUỒN ÁP 3 PHA

2.1 Đặt vấn đề

Điều mong muốn là bộ biến tần cung cấp hệ thống điện áp ba pha xoay chiều phù hợp với yêu cầu của phụ tải Với mỗi ứng dụng của bộ nghịch lưu đều có những yêu cầu cụ thể Trong này ta xét đến 1 ứng dụng thường gặp của bộ biến tần là máy điện

Tốc độ góc của từ trường quay trong máy điện được quyết định bởi tần số lưới:

Phương trình cân bằng điện áp Stato:

E1 = C.Φ.f1 = U1 - I1Z1 (2.2)Trong đó:

E1 - Sức từ động cảm ứng trong cuộn dây Stato

Φ1 - Từ thông móc vòng qua cuộn dây Stato

C - Hằng số tỷ lệ

f1 - Tần số nguồn đặt vào Stato

U - Điện áp đặt vào Stato

Nếu bỏ qua sụt áp trên tổng trở Stato thì từ (46) ta có:

Khi giảm tần số từ thông của máy điện sẽ tăng và nếu giảm đến mức mạch từ bị bão hòa Dẫu đến dòng điện từ hóa tăng, nghĩa là tăng tổn hao sắt từ trong lõi thép, làm cho máy điện bị đốt nóng

Do đó khi điều chỉnh tần số để điều chỉnh tốc độ thì phải điều chỉnh điện áp cho phù hợp

Trên cơ sở điều khiển như đã nêu trên, ta có thể thiết kế được những hệ thống điều khiển có chất lượng cao cho các mạch ứng dụng trong thực tế trong đề tài này chỉ xét riêng phần điều khiển cho bộ biến tần cho ra điện áp xoay chiều ba pha có tần số và điện áp có thể thay đổi được và nghiên cứu cải thiện nâng cao chất lượng điện áp sao cho gần với dạng điện

áp ba pha hình sin

2.2 Hệ thống nghịch lưu với điều khiển độ rộng xung

Hệ thống điều khiển bộ nghịch lưu có sơ đồ rất đa dạng, song đều có thể dựa trên nguyên tắc được mô tả như hình vẽ 2.1

Sau đây ta sẽ nghiên cứu từng khối

Hình 2.1.Sơ đồ khối hệ thống nghịch lưu với điều khiển độ rộng xung

2.2.1 Khối tạo dao động

Có nhiều biện pháp tạo dao động như dùng Điốt hai cực gốc, dùng sơ đồ đa hài một pha đối xứng

Khối này tạo ra dao động có tần số thay đổi được Xung ra của bộ tạo dao động có thể

là xung vuông, xung tam giác hoặc 1 sóng hình sin Việc làm cho các sóng này tương thích được với các khối phía sau được thực hiện bởi các mạch sửa Trong thực tế có rất nhiều loại mạch có thể thực hiện được chức năng này như dùng Điốt 2 cực gốc, dùng sơ đồ đa hài 1 pha đối xứng, mạch số dùng IC555 Ở đây ta chọn vi mạch tạo dao động 555 Sơ đồ của mạch như hình 2.2

Bộ định thời 555 hoạt độ với nguồn một chiều có điện áp từ 5V đến 8V Vì vậy nó tương thích với những mức logic thông thường và cả những mức điện áp của các bộ khuyếch đại thuật toán

Đầu dương của nguồn nuôi nối vào chân số 8 (+UC), cực âm mắc vào chân số 1 (nối đất) Đầu nối đất được dùng làm điểm chung để so sánh các điện thế trên các điểm khác của mạch.

Đầu ra (chân 3) có thể có một trong hai mức: mức cao và mức thấp

Mức cao xấp xỉ với UC (khoảng 4,5V), mức thấp 0,1V

Với cách mắc như vậy đầu ra (chân số 3) có dạng sóng chữ nhật biểu diễn như hình 2.3

Khoảng thời gian đầu ra ở mức cao TC chính là thời gian nạp của tụ điện C theo mạch vòng (+UC) - RA - C - (-UC) Hằng số thời gian của mạch nạp:

τC = (RA + RB).CKhoảng thời gian đầu ra ở mức thấp TT chính là thời gian tụ điện C phóng điện theo mạch vòng C - RB - 555 - Đất C Hằng số thời gian phóng:

τC = RB.CBằng phương pháp tính toán người ta xác định được giá trị của TC và TT

TC = τC.ln2 = (RA + RB).0,693.C (2.4)

TT = τT.ln2 = RB.0,693.C (2.5)Chu kỳ sóng áp đầu ra:

Như vậy ta thấy có thể thay đổi tần số đầu ra của IC555 bằng cách thay đổi trị số của

RA, RB và C Thông thường người ta điều chỉnh RA vô cấp để tần số biến thiên liên tục, còn tụ điện C thì thay đổi theo từng cấp để tạo ra các khoảng tần số

2.2.2 Bộ dịch pha số

Khối này có nhiệm vụ là gửi xung từ bộ tạo dao động tới các van động lực một các tuần tự và có tính chu kỳ Có nhiều dạng bộ dịch pha, trong đề tài chọn bộ dịch pha số Sơ đồ mạch dịch pha số như hình vẽ 2.5 Trong mạch có sử dụng IC4013 và IC4081 Đây là loại IC chuyên dụng để tạo ra các độ trễ khác nhau đối với tín hiệu IC4013 là loại vi mạch thuộc loại CM05 có đặc điểm là công suất tiêu thụ ở trạng thái tĩnh nhỏ, tốc độ chuyển đổi trạng thái cao, khả năng chỗng nhiếu cao và có khả năng mang tải lớn Cấu tạo của nó có 2 Flip - Flop loại D Nguồn nuôi cho IC4013 là nguồn một chiều có điện áp từ +3V đến +15V Vì vậy nó tương thích với những mức logic thông thường và cả những mức điện áp của các bộ khuyếch đại thuật toán

141

275

7

4 6

Xét cho pha A:

Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý mạch Trigơ Smith và đặc tính truyền đạt điện áp