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 KHOAKHOA 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 KHÔNG ĐỒNG BỘ 3

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 KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA ROTO LỒNG SÓC

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN CẢNH LONG

QUÍ ANH KHOA MAI ĐỨC HOÀN 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 3 PHA; CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN 7

1.1 KHÁI NIỆM CHUNG, MÔ TẢ 7

1.2 CẤU TẠO CHUNG, PHÂN LOẠI 7

1.2.1 Stato 7

1.2.2 Roto: Roto là phần quay gồm lõi thép, dây quấn và trục máy 8

1.3 TỪ TRƯỜNG CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 8

1.3.1 Sự hình thành từ trường quay 8

1.3.2 Đặc điểm của từ trường quay 9

1.4 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ: 9

1.5 ĐẶC TÍNH CƠ ĐỘNG CƠ 3 PHA KHÔNG ĐỒNG BỘ 9

1.6 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG CỦA ĐỘNG CƠ 3 PHA KHÔNG ĐỒNG BỘ 10

1.6.1 Phương trình điện áp ở dây quấn stato 11

1.6.2 Phương trình điện áp ở 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 3 PHA KHÔNG ĐỒNG BỘ 13

1.8.1 Các phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ 13

1.8.2 Các vấn đề khi khởi động 13

1.9 CÁC VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ 3 PHA KHÔNG ĐỒNG BỘ 13

1.9.1 Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ 3 pha không đồng bộ 13

1.9.2 Một số vấn đề của điều khiển tốc độ động cơ 3 pha không đồng bộ 14

1.9.3 các đặc tính cơ của các 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

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 toán các thông số của các phần tử trong mạch động lực 21

3.2.1 Thông số nguồn cung cấp và 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 một chiều 24

3.2.6 Khâu lọc đầu ra bộ băm xung áp 1 chiều 25

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 27

4.1 Điều khiển băm xung áp một chiều 27

4.1.1 Sơ đồ khối cấu trúc điều khiển 27

4.1.2 Phát xung chủ đạo và tạo điện áp răng 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 3

DANH SÁCH HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Lõi thép stato 7

Hình 1.2 Lá thép stato 7

Hình 1.3 Dây quấn stato 7

Hình 1.4 Dây quấn roto lồng sóc 8

Hình 1.5 Từ trường quay 2 cực của dây quấn ba pha 8

Hình 1.6 Đặc tính cơ động cơ 3 pha không đồng bộ 10

Hình 1.7 Momen tới hạn động cơ 3 pha không đồng bộ 10

Hình 1.8 Mạch điện thay thế động cơ 3 pha không đồng bộ 11

Hình 1.9 Giản đồ năng lượng động cơ không đồng bộ 12

Hình 1.13 Đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực từ 15

Hình 1.13 đặc tính cơ khi thêm điện trở phụ roto 15

Hình 1.13 Đặc tính cơ khi thay đổi điện áp đầu vào 15

Hình 1.13 Đặc tính cơ khi 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 dòng 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 3 pha điều khiển hoàn toàn 18

Hình 2.5 giản đồ kích mở các van trong mạch chỉnh lưu 18

Hình 2.6 Đồ thị dạng sóng điện áp dòng điện mạch chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển hoàn toàn 19

Hình 2.7 Sơ đồ kích mở các van trong nghịch lưu 19

Hình 2.8 Sơ đồ nghịch lưu áp cầu 3 pha 19

Hình 2.9 Đồ thị dạng sóng đầu ra trên tải 20

Hình 3.1 Sơ đò khối mạch lực 21

Hình 3.2 Điện áp tải trước và sau khi lọc 24

Hình 3.3 Dòng điện tải trước và sau khi lọc 24

Hình 3.4 Sơ đồ mạch động lực bộ biến tần 25

Hình 4.1 Cấu trúc điều khiển băm xung áp một chiều PWM 26

Hình 4.2 Mạch nguyên lý và điện áp đầu ra mạch phát xung chủ đạo 27

Hình 4.3 Mạch tạo điện áp răng cưa sử dụng transistor 29

Hình 4.4 Dạng điện áp đầu ra mạch tạo điện áp răng cưa 29

Hình 4.5 Kết quả mô phỏng mạch tạo điện áp răng 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 và chức năng các chân của 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 5

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 4-1 Chức năng của D-FF 31Bảng 4-2 Đầu vào kích 31

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA; CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP LỰA

CHỌN.

1.1 KHÁI NIỆM CHUNG, MÔ TẢ.

Động cơ không đồng bộ hay còn được gọi là động cơ cảm ứng(induction IM) Tùy vào thiết kế mà động cơ không đồng bộ có loại một pha hoặc 3 pha tương ứngđược vận hành từ nguồn điện xoay chiều một pha hoặc ba pha, tuy nhiên theo đề tài thì ởđây ta chỉ đề cập đến động cơ không đồng bộ ba pha lồng sóc

motor-1.2 CẤU TẠO CHUNG, PHÂN LOẠI.

Cấu tạo gồm hai bộ phận chính là stato và roto, ngoài ra còn có vỏ máy, nắp máy

và trục quay Trục được làm bằng thép, trên đó gắp roto, ổ bi và phía cuối trục có gắnmột quạt gió để làm máy dọc trục

1.2.1 Stato.

1.2.1.1 Lõi thép stato.

Có dạng hình trụ như hình 1.1a làm bằng các lá thép kĩ thuật điện, được dập rãnhbên trong như hình 1.1b rồi ghép lại với nhau tạo thành các rãnh theo hướng trục Lõithép được ép vào trong máy

1.2.1.2 Dây quấn stato

Dây quấn stato thường được làm bằng dây đồng có

bọc cách điện và đặt trong các rãnh của lõi thép Sơ đồ triển

khai dây quấn như hình 1.2 Dòng điện trong dây quấn ba

pha stato sẽ tạo từ trường quay

Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy 7

Hình 1.3 Dây quấn stato

1.2.1a lõi thep stato

1.2.1.3 Vỏ máy: Vỏ máy gồm có thân máy và nắp, thường được làm bằng gang

1.2.2 Roto: Roto là phần quay gồm lõi thép, dây quấn và trục máy.

Roto lồng sóc: gồm các thanh đồng hoặc thanh nhôm đặt

trong rãnh và bị ngắn mạch bởi hai vành ngăn ở hai đâu Với

động cơ nhỏ, dây quấn được đúc bằng nhôm nguyên khối gồm

các thanh dẫn, vành ngăn ngắn mạch, cánh tản nhiệt và quạt làm

mát Các động cơ có công suất lớn trên 100kW thanh dẫn được

làm bằng đồng, đặt trong các rãnh roto và gắn chặc vào vành

ngắn mạch

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, trên stator có 6 rãnh như

hình 1.3 Trong đó người ta đặt

dây quấn ba pha đối xứng AX,

BY, CZ Trục của các dây quấn 3

pha đặt lệch nhau góc 1200

- Giả thiết trong ba dây

quấn có hệ thống dòng điên ba pha

đối xứng thứ tự thuận chạy qua

iA = Imsin⍵t,

iB = Imsin( ⍵t – 120o )

iC = Imsin( ⍵t – 2400 )

Hình 1.4 Dây quấn roto lồng sóc

Hình 1.5 Từ trường quay 2 cực của dây quấn ba pha

- Lúc đó từ cảm ⃗B A , ⃗B B , ⃗ B C do các dòng điện iA, iB, iC tạo riếng rẽ là các từ cảmđập mạch có phương lần lược trùng với các trục pha A, B, C có chiều xác định bởi quytắc vặn nút chai và có độ lớn tỉ lệ với iA, iB, iC Từ cảm do ba dòng điện tạo ra xác định bởitổng ba véc tơ: ⃗B = ⃗B A+¿ ⃗B B+⃗B C

1.3.2 Đặc điểm của từ trường quay

Tốc độ của từ trường quay sẽ phụ thuộc vào tần số dòng điện stator f và số đôi cực

từ p Khi máy có p đôi cực từ, dòng điện biến thiên một chu kì , từ trường quay 1/p vòng

1.4 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ:

Khi đặt điện áp xoay chiều ba pha có tần số f1 vào

dây quấn stato, trong dây quấn stato sẽ có hệ thống dòng

bap ha chạy quá, tạo ra từ trường quay p đôi cực, quay với

tốc độ n1 = 60f1/p Từ trường quay cắt các thanh dẫn của

dây quấn roto và cảm ứng trong đó các sức điện động E2

Vì dây quấn roto nối ngắn mạch, nên các sức điện động

cảm ứng sẽ sinh ra dòng điện I2 trong các thanh dẫn roto

Lực tác dụng tương hỗ giữa từ trường quay của máy với

thanh dẫn mang dòng điện roto I2, kéo roto quay theo

chiều của từ trường quay với tốc độ n

Tốc độ roto n luôn nhỏ hơn tốc độ từ trường quay n1, vì nếu tốc độ bằng nhau thìkhông có sự chuyển động tương đối, trong dây quán roto không có sức điện động và dòngcảm ứng, nên lực điện từ bằng không

Độ chênh lệch giữa tốc độ từ trường quay và tốc độ roto gọi là tốc độ trượt:

Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy 9

Hình 1.3 Quá trình tạo momen quay của động cơ không đồng bộ

1.5 ĐẶC TÍNH CƠ ĐỘNG CƠ 3 PHA KHÔNG ĐỒNG BỘ.

Ta có công suất điện từ chuyển từ stator sang rotor bằng tổng công suất cơ đưa ratrền đầu trục động cơ và công suất tổn hao trong dây quấn rotor: P12=P cơ+∆ P2

Hệ số trượt tương ứng với mômen tới hạn

gọi là hệ số trượt tới hạn:

s th=± R

'

2

√R12+X mn2 (1.3)Trong đó:

- 1 < s < s th : động cơ khởi động

- s th < s < 0: động cơ làm việc với tốc độ ổn định

Ta được biểu thức mômen tới hạn:

Hình 1.1 Momen tới hạn động cơ 3 pha không đồng bộ

Đối với các động cơ công suất lớn thì R1 << xn nên có thể bỏ qua r1 và ε = 0

Hình 1.6 Đặc tính cơ động cơ 3 pha không đồng bộ

Các tham số ảnh hưởng đến đặc tính cơ: điện áp stator U1; điện trở R1 và điệnkháng mạch stator X1 ; số đôi cực từ p ; điện trở mạch rotor R2; tần số lưới cấp cho động

cơ f1

1.6 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG CỦA ĐỘNG CƠ 3 PHA KHÔNG ĐỒNG BỘ.

Mạch điện thay thế của động cơ không đồng bộ:

Hình 1.2 Mạch điện thay thế động cơ 3 pha không đồng bộ

1.6.1 Phương trình điện áp ở dây quấn stato.

Điện áp nguồn U1 đặt trên một pha dây quấn stato của động cơ sẽ cân bằng với sđđcảm ứng E1, điện áp rơi trên R1 dây quấn và điện áp rơi trên điện kháng tản X1 tương ứng

từ thông tả chỉ móc òng với dây quấn stato giống như cuộn dây lõi thép, vì vậy phươngtrình điện áp trên pha dây quấn stato là:

˙

U1= ˙E1+ ˙I1(R1+j X1)= ˙E1+ ˙I1Z1 (1.6)Trong đó:

Z1=¿ R1+j X1 là tổng trở của dây quấn stato

R1 là điện trở stato

X1 là điện kháng tản của dây quấn stato tương ứng với từ thông tản

E1 là sđđ pha stato do từ thông của từ trường quay sinh ra có trị số là

E1=4,44f1N s ϕ m (1.7)Trong đó: N s là số vòng dây hiệu dụng của dây quấn stato

ϕ m là biên bộ từ thông của từ trường quay

f1 là tần số dòng điện trong dây quấn stato

1.6.2 Phương trình điện áp ở dây quấn roto

Điện kháng tản của dây quấn roto lúc đứng yên:

X2=2 π f1L2 (x.10)

Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy 11

Điện kháng tản của dây quấn roto lúc quay:

X 2 s=2 π f2L2=2 πs f1L2

X 2 s=s X2 (x.11)Trong đó L2 là điện cảm của dây quấn roto

Ta viết được phương trình cân bằng điện áp của mạch điện roto lúc quay, tuy nhiêncần chú ý là dây quấn roto ngắn mạch nên không có điện áp mà sđđ cảm ứng câng bằngđiện áp rơi trên dây quấn, vậy nên ta có phương trình như sau:

0=s ˙ E2− ˙I2(R2+js X2)=s ˙ E2− ˙I2Z 2 s (1.8)Trong đó Z 2 s=R2+js X2 là tổng trở của dây quấn roto lúc quay, R2 là điện trở phacủa dây quấn roto

Từ đây ta có được dòng điện trong dây quấn roto là:

1.7 QUÁ TRÌNH NĂNG LƯỢNG.

Động cơ điện không đồng bộ nhận điện năng từ lưới điện, nhờ từ trường quay điệnnăng đã được biến đổi thành cơ năng trên trục động cơ

- Công suất tác dụng động cơ điện nhận từ lưới điện P1 , công suất này bù vào tổnhao trên dây quấn stator Pcu1 và tổn hao sắt thép trong lõi thép Pfe

Trong đó :P1=m1U1cosϕ1P cu 1=m1I12R1P fe=m1I fe2R fe (1.10)

- Công suất còn lại gọi là công suất điện truyền qua rotor Pđt sau khi mất một phần

vì tổn hao đồng trên dây quấn rotor Pcu2 còn lại là công suất trên trục Pcơ

1.8.1 Các phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ.

Một số phương pháp khởi động phổ biến thường gặp là:

- Khởi động trực tiếp (DOL)

- Khởi động bằng phương pháp đổi nối sao tam giác(star-delta starter)

- Khởi động bằng phương pháp thêm điện trở phụ vào mạch roto

- Khởi động bằng phương pháp mắc nối tiếp cuộn kháng vào stato

- Khởi động sử dụng máy biến áp tự ngẫu

- Phương pháp khởi động sử dụng khởi động mềm (soft-starter)

- Khởi động bằng biến tần

1.8.2 Các vấn đề khi khởi động.

Đối với phương pháp khởi động trực tiếp, tuy rẻ, dễ áp dụng, momen khởi độnglớn( khoảng 0.5 đến 1.5 lần momen định mức) thời gian khởi động ngắn tuy nhiên dòngkhởi động lại rất lớn( gấp 5 đến 8 lần dòng định mức) dễ gây sụt áp nguồn, sốc cơ khí,ngoài ra dòng lớn còn gây nóng cuộn dây gây hao mòn động cơ

Có thể hạn chế vấn đề dòng khởi động quá lớn bằng cách sử dụng phương phápđổi nối sao tam giác, thêm điện trở phụ vào mạch roto, sử dụng máy biến áp tự ngẫu, ….Tuy các phương pháp này có khả năng giảm dòng khởi động không còn quá lớn, nhưngđồng thời cũng làm giảm momen khởi động làm giảm khả năng truyền động của động cơ,ngoài ra các tiếp điểm đóng cắt là các tiếp điểm cơ nên có thể xuất hiện trường hợp tiếpđiểm không phục hồi hoặc ngắn mạch thời gian ngắn gây xung dòng điện hại cho độngcơ

Để giải quyết các vấn đề này ta có thể sử dụng phương pháp khởi động mềm hoặcbiến tần, các phương pháp này tuy giá thành cao tuy nhiên giải quyết triệt để được cácvấn đề trong khởi động, cho phép điều khiển một các vô cấp động cơ từ tốc độ bằngkhông cho đến tốc độ làm việc mong muốn, ngoài ra momen xoắn dòng điện cũng tăngmột cách êm và mềm

Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy 13

1.9 CÁC VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ 3 PHA KHÔNG ĐỒNG BỘ.

1.9.1 Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ 3 pha không đồng bộ.

Tốc độ của động cơ không đồng bộ được cho bởi:

n=n1(1−s )= 60 f1

Từ đây ta sẽ có một số phương pháp điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộsau:

- Điều chỉnh bằng cách thay đổi số đôi cực từ

- Điều chỉnh bằng cách thay đổi tần số điện áp đầu vào

- Thay đổi điện áp nguồn điện

- Thay đổi điện trở rotor (trên động cơ rotor dây quấn)

1.9.2 Một số vấn đề của điều khiển tốc độ động cơ 3 pha không đồng bộ.

Thường thì khi động cơ sau khi đã chế tạo hoàn chỉnh thì sẽ không thể thay đổi sốđôi cực từ trong động cơ Vì thế nên việc điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi sốđôi cực từ chỉ là trên lý thuyết

Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp nguồn điện, phương phápnày không trực tiếp thay đổi tốc độ động cơ, tuy nhiên có thể thay đổi điểm của momentới hạn Tuy nhiên phạm vi điều khiển hẹp nên thường không được sử dụng

Phương pháp điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở roto (động cơdây quấn) đây là phương pháp rẻ tiền, dễ thực hiện, tuy nhiên động cơ ta đề cập đến trong

đề tài là động cơ không đồng bộ lồng sóc nên sẽ không cần quan tâm đến phương phápnày

Về phương pháp điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi tần số điện áp đầuvào :

- Ta có tần số tỷ lệ thuận với tốc độ động cơ: n=(1−s) 60 f

cung cấp không giảm sẽ làm cho mạch từ bị bão hòa và động cơ không làm việc ởchế độ tối ưu, không đạt được công suất như mong muốn Vì vậy người ta đặt ravấn đề khi thay đổi tần số cần một số luật điều khiển nào đó sao cho từ thông củađộng cơ không thay đổi Từ thông này có thể là từ thông stato ϕ1, từ thông của roto

ϕ2, hoặc từ thông tổng của mạch từ hóa ϕ μ Vì momen động cơ tỉ lệ với từ thôngtrong khe hở từ trường nên việc giữ cho trừ thông không đổi cũng giữ cho momenkhông đổi Có thể kể ra các luật điều khiển như sau:

* Luật U/f không đổi: U/f=const

* Luật hệ số quá tải không đổi: λ= M th

M c=const

* Luật dòng điện không đổi: I0=const

* Luật điều khiển dòng stato theo hàm số sụt dốc: I1=f ( ∆ ω)

Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy 15

1.9.3 các đặc tính cơ của các phương pháp điều khiển tốc độ.

1.10 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN.

Theo như đề tài, ta vừa phải đồng thời giải quyết cả vấn đề khởi động và điềukhiển động cơ cho nên ta sẽ chọn phương pháp sử dụng biến tần để giải quyết cả hai vấn

đề Bởi vì phương pháp sử dụng biến tần ít gây ảnh hưởng cơ học lên động cơ nhất và ítảnh hưởng đến nguồn điện phân phối khi khởi động

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ BIẾN TẦN 2.1 KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI CÁC LOẠI BIẾN TẦN.

2.1.1 Khái niệm.

Biến tần là một thiết bị tổ hợp các linh kiện điện tử thực hiện chức năng biến đổitần số và điện áp một chiều hay xoay chiều có tần số nhất định thành dòng điện xoaychiều có tần số điều khiển được nhờ các van bán dẫn

2.1.2 Phân loại.

Phân loại theo số lượng pha: biến tần một pha, 3 pha, m-pha

Hình 1.13 Đặc tính cơ khi thay đổi

số đôi cực từ

Hình 1.13 đặc tính cơ khi thêm điện trở phụ roto

Hình 1.13 Đặc tính cơ khi thay đổi

điện áp đầu vào

Hình 1.13 Đặc tính cơ khi thay đổi tần số điện áp

Phân loại theo cấu trúc mạch điện thì có hai loại biến tần là:

- Biến tần trực tiếp

- Biến tần gián tiếp Tùy thuộc vào bộ nghịch lưu mà biến tần gián tiếp được chialàm hai loại:

o Biến tần gián tiếp nguồn áp (sử dụng bộ nghịch lưu nguồn áp)

o Biến tần gián tiếp nguồn dòng (sử dụng bộ nghịch lưu nguồn dòng)

2.2 SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC.

2.2.1 Biến tần trực tiếp.

Bộ biến tần trực tiếp gồm hai bộ chỉnh lưu mắc song song ngược nhau:

Tần số điện áp đầu ra được thay đổi bằng cách thay đổi góc phát xung α kích mởcác van bán dẫn của bộ chỉnh lưu

2.2.2 Biến tần gián tiếp.

Cấu tạo mạch chứa khâu trung gian một chiều là bộ chỉnh lưu biến đổi điện áp(hoặc dòng điện) xoay chiều có tần số không đổi ở ngõ vào thành điện áp (hoặc dòngđiện) một chiều trước khi đưa vào bộ nghịch lưu tạo điện áp (hoặc dòng điện) ngõ ra cótần số thay đổi Ngoài ra còn có thể thực hiện chức năng thay đổi tổng số pha

Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy 17Hình 2.1 Sơ đồ mạch động lực biến tần trực tiếp

2.2.2.1 Biến tần gián tiếp nguồn dòng

+ Chỉnh lưu: sử dụng bộ chỉnh lưu có điều khiển

+ Mạch lọc L: giảm sự thay đổi (nhấp nhô) của dòng điện, thành phần xoay chiều

bị sụt áp trên L

+ Nghịch lưu: các van dẫn điều khiển hoàn toàn thường dùng Thyristor và sơ đồđược mắc theo hình cầu, pha đầu ra có thể thay đổi tùy theo theo yêu cầu

2.2.2.2 Biến tần gián tiếp nguồn áp.

+ Vì là biến tần nguồn áp nên mạch lọc cùng với chỉnh lưu tạo thành nguồn áp mộtchiều là đầu vào của bộ chỉnh lưu áp

+ Khối chỉnh lưu thực hiện biến đổi dòng điện xoay chiều thành một chiều thay đổiđược có thể là chỉnh lưu có điều khiển hoặc chỉnh lưu không điều khiển

+ Khối lọc LC: Tạo nên ổn áp

Cuộn kháng L: có tác dụng giảm các thành phần nhấp nhô của dòng điện; các thành phần một chiều được đưa toàn bộ ra tải

Tụ điện C: lọc thành phần xoay chiều còn sót lại từ bộ chỉnh lưu: khi điện trởcủa tải lớn hơn nhiều so với Z ccủa tụ điện, ở nửa chu kì dương thành phần xoaychiều sẽ không qua trở mà tích trữ lại ở tụ đến chu kì âm lượng điện này đượcHình 2.2 Sơ đồ phần động lực biến tần gián tiếp nguồn dòng

Hình 2.3 Sơ đồ phần động lực biến tần gián tiếp nguồn áp

xả ra từ đó tụ C tạo nên sự ổn áp cho điện áp nguồn và có thể trao đổi nănglượng phản kháng với điện cảm tải R.

+ Khối nghịch lưu: Có chức năng biến đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoaychiều có tần số f2 theo đúng yêu cầu cấp cho động cơ

Các van bán dẫn dùng trong bộ nghịch lưu có thể thuộc họ thyristor hoặc họtransistor (bipolar, MOSFET, IGBT) Đồng thời mắc song song với mỗi van làmột diode để bảo vệ các van nghịch lưu và hoàn năng lượng trả về nguồn

2.2.2.3 Nguyên lý các khối chỉnh lưu và nghịch lưu.

a Khối chỉnh lưu.

Ta sẽ dùng mạch chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển hoặc không điều khiển, chỉnhlưu cầu không điều khiển thì thay các van bằng diot và không có góc điều khiển α

Mạch có cấu tạo gồm 2 nhóm anode và cathode, mỗi nhóm có 3 van công suất có

thể điều khiển được mắc hình tia 3 pha

Hình 2.8 Sơ đồ nghịch lưu áp cầu 3

pha

Hình 2.7 Sơ đồ kích mở các van trong nghịch lưu

Tại mọi thời điểm đều có 2 hoặc 3 van

dẫn, các cặp van chung nút tải được kích mở

đối nghịch Điều kiện góc kích mở van:

π

3<ψ ≤ π

- Nếu ψ >π →có 4 van mở tại1 thời điểm →

hai van thẳng hang cùng mở sẽ gây ra ngắn

mạch

- Nếu ψ < π

3→ chỉ 1 van mở tại 1 thời điểm

→ không tạo được dòng trên tải

Trong trường hợp như hình ở bên thì:

Tuy nhiên với biến tần trực tiếp ta thấy rằng tần số điện áp đầu ra phụ thuộc vàluôn bé hơn tần số điện áp đầu vào ngoài ra đối với biến tần trực tiếp 3 pha tần số điện ápđầu ra f2 < 25Hz và không thể điều khiển trơn

2.3.2 Biến tần gián tiếp.

Có dải điều khiển công suất động cơ lớn (từ 0.25kw đến 700kw), tần số điện ápđầu ra không phụ thuộc, có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn tần số điện áp đầu vào, tuy sẽ tiêuthụ năng lượng sẽ cao hơn so với biến tần trực tiếp do có các bộ lọc sóng hài, bộ chỉnhlưu nhưng đổi lại thì biến tần gián tiếp lại có thể điều khiển trơn được nên thường được

sử dụng nhiều hơn

2.3.3 Lựa chọn biến tần cho đề tài.

Với yêu cầu công suất của động cơ 3 pha không đồng bộ lồng sóc được đề ra trong

đề tài thì ta sẽ chọn biến tần gián tiếp nguồn áp cho đề tài

Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy 21Hình 2.9 Đồ thị dạng sóng đầu ra trên tải