THIẾT kế bộ BIẾN tần THIẾT kế sơ đồ MẠCH ĐỘNG lực

số pha của bộ chỉnh lưu càng lớn thìthành phần sóng điều hoà bậc cao càng giảm.Kết luận: Các bộ biến tần này có hiệu suất biến đổi năng lượng cao, vìđiện áp vào chỉ qua một mạch van chuy

1.2 Thiết kế mạch động lực bộ biến tần nguồn áp 09

1.3.1 Điện áp pha của bộ nghịch lưu với các góc dẫn khác nhau 13

1.5.2 Nghịch lưu áp 3 pha dùng Tranzistor 271.5.3 Tính chọn mạch động lực, các linh kiện trong mạch động lực 28

Chương 2: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN

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

Chương3 : ỨNG DỤNG BIẾN TẦN TRONG ĐIỀU

CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

3.1 Xây dựng sơ đồ khối hệ biến tần động cơ không đồng bộ ba pha

3.2.2.1 Mô tả động cơ KĐB 3 pha dưới dạng các đại lượng véctơ

3.2.2.2 Quy đổi các đại lượng điê ̣n của đô ̣ng cơ không đồng bô ̣ từ

hê ̣ véc tơ (a,b,c) về hê ̣ tọa đô ̣ cố định trên Stato (,) 46

3.2.2.3 Quy đổi các đại lượng điê ̣n của đô ̣ng cơ không đồng bô ̣ ba

pha từ hê ̣ tọa đô ̣ cố định trên Rotor (x,y) về hê ̣ tọa đô ̣ cố định trên

3.2.2.4 Quy đổi các đại lượng điê ̣n của đô ̣ng cơ không đồng bô ̣ ba

pha từ hê ̣ tọa đô ̣ cố định trên Stator (,) về hê ̣ tọa đô ̣ cố định trên

4.1 Sơ đồ cấu trúc của hệ thống truyền động điện điều khiển vectơ

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

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay với công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá trong các lĩnh vựcsản xuất của nền kinh tế quốc dân, cơ khí hoá; tự động hoá các quá trình sảnxuất 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 laocủa nền văn minh nhân loại đem lại đó sự phát triển mạnh mẽ của các ngànhđiện tử, tự động hoá, tin học, cơ khí hoá cùng với việc phát minh ra các linh kiệnbán 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 tựđộng hoá trong quá trình sản xuất để đảm bảo chất lượng, tăng năng suất vàgiảm 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 cácthầy cô giáo trong khoa KT&CN cùng với sự giúp đỡ của bạn bè và để đánh giáđược 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 thànhbản đồ án Do kiến thức chuyên môn còn hạn chế, các tài liệu tham khảo có hạnnên đồ án không tránh khỏi những sai sót Rất mong được sự chỉ bảo, góp ý củacác 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 đúngthời 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 sốkhác

Biến tần được chia làm 2 nhóm:

Biến tần trực tiếp gồm 2 bộ chỉnh lưu mắc song song ngược, hình 1.2.Các bộ chỉnh lưu này có thể là sơ đồ 3 pha có điểm trung tính, hình 1.3 Sơ đồcầu, hình 1.4 hoặc bộ chỉnh lưu nhiều pha số pha của bộ chỉnh lưu càng lớn thìthành phần sóng điều hoà bậc cao càng giảm.

Kết luận: Các bộ biến tần này có hiệu suất biến đổi năng lượng cao, vìđiện áp vào chỉ qua một mạch van chuyển đổi là cho điện áp đầu ra với tần sốkhác Tuy nhiên trong thực tế, mạch van khá phức tạp, số lượng van lớn, nhất làvới mạch ba pha Việc thay đổi tần số gặp nhiều khó khăn và phụ thuộc nhiềuvào tần số điện áp vào f1 Phạm vi điều chỉnh tần số đầu ra bị hạn chế bởi tần sốđầu vào: f2 < f1 (Về nguyên tắc có thể chế tạo biến tần f2 > f1, nhưng mức độphức 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

ChỉnhLưu

Mạchtrunggian

BiếnTần U 2 ,f 2

Hình 1.2 Sơ đồ chỉnh lưu ba pha có điểm trung tính

Hình 1.3 Sơ đồ chỉnh lưu cầu

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

Hiệu suất của biến tần gián tiếp giảm đi: Song loại biến tần này cho phépthay 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 thayđổi từ 0 đến giá trị bất kỳ, nếu các thông số của động cơ trong hệ truyền độngcho phép

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 vanThyristor có tác dụng khép mạch dòng điện tải, trả phần năng lượng tích luỹ củatải về nguồn trong trường hợp tải có tính cảm Khi các Thyristor ở trạng tháikhóa thì dòng tải sẽ được duy trì qua các Điốt này Nguồn cung cấp cho bộnghịch lưu là nguồn áp có giá trị U ổn định, hoặc bộ nguồn có thể điều chỉnhđược 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 xoaychiều, để tận dụng công suất nguồn chất lượng truyền động cũng như tuổi thọthiết bị, điều mong muốn là dạng điện áp ra phải đạt được là nguồn điện áp bapha đối xứng bằng bộ nghịch lưu từ nguồn áp một chiều ta xuất phát từ tính chấtcủa 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 chiềumột 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 kýhiệu điện áp dây là uab, ubc, uca thì ta có:

- 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 kếtiếp chậm sau góc mở của van trước 60o điện, góc mở của van kế tiếp trong cùngmột nhóm lần lượt cách nhau 120o điện Góc mở giữa 2 van trong cùng pha lệchnhau 180o điện

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

U

Hình 1.8 Sóng điện áp ba pha đối xứng

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 tắckhống 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 nốitiếp nhau nên uAN = 1

2u.

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

Từ các phương trình từ (1.4) đến (1.10) ta nhận được công thức điện áppha được tổng hợp theo uAB, uBN, uCN.

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

1.3.1.1 Góc dẫn của van  = 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:

12

t t t t t t

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

sin(n t)





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

- Khai triển Fourie của điện áp dây

uAB(t)

1 n

uA(t)

1 nn

t t t t t t

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

1.3.1.3 Góc dẫn của van  = 120o điện

t t t t t t

1.3.2 Mạch chuyển đổi

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 hình1.13

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

Nguyên lý làm việc:

Giả thiết T1 đang dẫn dòng và ở giai đoạn trước T14 đang được mở, tụ C1

đã được nạp theo mạch vòng +U  T1  L1  C1  T14  -U Khi tụ C1 nạpđến giá trị điện áp Uc = Uo  2U do tính chất mạch vòng dao động LC

Khi cần khóa T1, ta đưa xung vào mở T11 làm cho T11 mở, tụ C1 phóngđiện theo mạch vòng +C  L1  D1  T11  -C Phương trình phóng điện củatụ:

UC(t = 0) = L

0

1 t C

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

thì dòng điện chạy qua T1 là:

1 10 1

i I i

Do dòng điện i tăng theo quy luật hình sin, dòng tải được duy trì do tảiC1

có tính cảm nên dòng qua T1 giảm dần Tải khi i = 0 và TC 1 1 khóa Điện ápngược đặt lên T1 là điện áp rơi trên Điốt D1 Thời gian kể từ khi đưa xung tới T11

cho tới khi T1 khóa (it1 = 0) là thời gian

Gọi thời gian khóa T1 là t1 thì:

t2 được tính:

t2 = 2



Lúc này, điện áp giảm về 0, nhờ tính chất của mạch dao động cộng hưởng

mà tụ được nạp theo chiều ngược lại Hình 1.14 minh hoạ quá trình diễn ra trongmạch

Đến thời điểm t3, dòng ic giảm xuống bằng giá trị dòng tải I10, dòng điệnchạy qua D1, giảm về bằng 0 Nếu tải thuần trở thì tại thời điểm này sẽ cắt hoàntoàn dòng tải, còn nếu tải có tính cảm thì tại thời điểm này D1 ngừng dẫn, sứcđiện động tự cảm duy trì dòng tải sẽ khép mạch qua D4 trả phần năng lượng tíchluỹ của tải về nguồn, do đó điện áp trên tụ C được nạp tới giá trị lớn hơn mứcđiện áp của mạch LC đơn giản

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

Hình 1.14 Quá trình chuyển mạch trong mạch chuyển đổi độc lập

Các khoảng thời gian biểu diễn trên hình 1.18 được tính:

C = 10

o

o C

I t x

2 3

LI10 Uco.to=X.g(X)1

C

Cmin

Hình 1.15 Đồ thị thể hiện sự ràng buộc của các giá trị L và C vào thông số

nguồn và tảiCác quan hệ này được tính toán và thể hiện trên đồ thị hình 1.15

1.3.3 Nhận xét về phương pháp khống chế

Các hình vẽ 1.10, hình 1.11, hình 1.12 cho thâyd dạng điện áp ra của bộnghịch 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, ngoàithành phần sóng hình sin cơ bản bậc 1 còn có các thành phần sóng hài bậc caokhác

- Xét về dạng sóng thì khi khống chế ở góc dẫn 150o điện, điện áp phagần 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 đóvới 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, trịhiệu 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 hàibậc thấp (bậc 3, bậc 5) Với phương pháp khống chế trên, tuy rằng hạn chế đượcthành 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 phápđược sử dụng là bộ nghịch lưu sin và phương pháp băm điện áp (điều chế độrộng xung) Tuy nhiên, hiện nay thì phương pháp băm xung điện áp được sửdụng phổ biến hơn do tính hiệu quả trong công việc Sau đây sẽ nghiên cứu kỹphương 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 bămđiện áp: Điện áp ra trong một chu kỳ là một chuỗi xung điện áp hình chữ nhật cócùng biên độ nhưng độ rộng từng xung thay đổi và được quyết định bởi luật điềukhiển góc mở  Chu kỳ đóng mở van được thực hiện sao cho bề rộng xung làcực đại ở đỉnh

Hình vẽ 1.16 biểu diễn điện áp ra của bộ nghịch lưu điều chế độ rộngxung đơn cực Để xác định các thời điểm mồi cần thiết tổng hợp đúng sóng theophương pháp điều chế độ rộng xung đơn cực trong mạch điều khiển, người tatạo ra một sóng hình sin chuẩn, mong muốn so sánh nó với 1 dãy xung tamgiác 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 bằngcách 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 cbằng nửa b Điều đó ứng với biên độ sóng hình sin ra đã được giảm đi như mongmuốn

Thay cho việc điều chế độ rộng xung đơn cực như đã mô tả trên, người tacũng có thể điều khiển bộ nghịch lưu sao cho nguồn một chiều luôn được nốivới tải để tránh điện áp có những khoảng bằng 0 tạo nên xung lưỡng cực Phầnđiện áp ngược trong nửa chu kỳ điện áp đầu ra rất ngắn Để xác định thời điểmmồi của các van người ta điều chế song tam giác tần số cao có biên độ bằngsóng 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 mộthàm 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

Um3

23

U



 (1 - 2cos51 + 2.cos52) (1.29)Công thức (1.61), (1.62) cho thấy có thể loại trừ được sóng hài bậc 3 vàbậc 5 bằng cách cho Um3 = Um5 = 0

Tức là:

1 - 2cos31 + 2cos 32 = 0

1 - 2cos51 + 2cos 52 = 0 (1.30)Giải (1.30) bằng phương pháp tính gần đúng ta được:

1 = 23,616o và 2 = 33,3o (1.31)Như vậy khi khống chế góc mở của van ở những giá trị đặc biệt như đãtính 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 trongmột chu kỳ của điện áp đầu ra lớn làm tăng các điều hòa bậc cao, nhưng dễ dànglọc được các sóng điều hòa bậc thấp

Với phương pháp này, tần số xung ra trong một chu kỳ của điện áp bị giớihạn bởi tần số chuyển mạch của van Điện áp xoay chiều được ghi ra trên hình1.19

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 thôngthường Một yêu cầu của bộ nghịch lưu Thyristor là phải có mạch chuyển đổi đểkhóa các van khi cắt dòng Các phần tử chính trong mạch chuyển đổi là cáccuộn dây và tụ điện Hơn nữa các Thyristor đóng cắt cần có quá trình quá độ nêntồn tại một khoảng thời gian chuyển mạch Điều này làm mạch thêm phức tạp vàgây nên tổn thất trong quá trình đổi chiều và hạn chế tần số điện áp đầu ra (dưới100Hz)

Như vậy, muốn nâng cao chất lượng điện áp ra bằng phương pháp điềuchế độ rộng xung thì bộ nghịch lưu Thyristor không đáp ứng được Với sự pháttriển 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 naytrong bộ nghịch lưu là Tranzistor công suất Ưu điểm của Tranzistor là việc điềukhiển bằng dòng cực gốc không cần bất cứ mạch chuyển đổi nào, tần số chuyểnmạch 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 nênkhi sử dụng Tranzistor bị hạn chế về công suất

1.5.2 Nghịch lưu áp 3 pha dùng Tranzistor

ÐCKÐBN

Tr6

Ð6Udk

Tr4

Ð4

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 điệntải, các Điốt D1  D6 song song ngược với các cực phát - cực góp để trả nănglượng của tải về nguồn và để tránh các Tranzistor không bị đánh thủng do sứcđiện 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 dụngphương 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)cos = 0,83

5.1,56 7,8( ).

I lv

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

Suy ra ID = 0,0405 (A)

Khi xảy ra các sự cố trong mạch thì Điốt phải chịu dòng tăng lên thêm30%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 cácthông 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

E1 - Sức từ động cảm ứng trong cuộn dây Stato.

1 - 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 mứcmạch từ bị bão hòa Dẫu đến dòng điện từ hóa tăng, nghĩa là tăng tổn hao sắt từtrong 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

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 thểdựa 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 daođộng có thể là xung vuông, xung tam giác hoặc 1 sóng hình sin Việc làm chocác sóng này tương thích được với các khối phía sau được thực hiện bởi cácmạch sửa Trong thực tế có rất nhiều loại mạch có thể thực hiện được chức năngnày như dùng Điốt 2 cực gốc, dùng sơ đồ đa hài 1 pha đối xứng, mạch số dùngIC555 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 vàochân số 1 (nối đất) Đầu nối đất được dùng làm điểm chung để so sánh các điệnthế 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 diễnnhư 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:

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

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

TC = C.ln2 = (RA + RB).0,693.C (2.4)

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

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 nhữngmức điện áp của các bộ khuyếch đại thuật toán.

1

9 11

13 12

5 5

1

2 7 10

3

14 1

2 7 5

Như vậy dùng IC4013 ta đã định hình được tín hiệu nguồn xoay chiều bapha Đây là công việc rất thuận lợi cho công việc khống chế bộ nghịch lưu.Dạng xung đầu ra được biểu diễn trên hình 2.5

7 4

5

8 4

4

6 5

3

7 4 6

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

Khối tạo sin được tạo thành bởi các bộ khuếch đại thuật toán OA OA đầutiên có nhiệm vụ biến đổi xung vuông thành xung lưỡng cực, và nó được nốithành một Trigơ Smith (như hình 2.8).

Nguyên lý làm việc:

Giả sử mạch ở trạng thái ứng với phần bên trái của giản đồ điện áp (từđiểm A) Điện áp vào có giá trị âm lớn, lúc này UR có giá trị:

UR = +Vsat = + URmax.Trên lối vào không đảo đặt điện áp:

4

1 5

+ Rmaxmax

UR = - Vsat = -URmin.Qua mạch hồi tiếp dương ta có:

4

4 5

+ ramaxmax

giữa 2 lối vào đảo và không đảo của khuếch đại thuật toán đổi dấu dẫn tới Ura =-Uramin qua mạch hồi tiếp dương có:

4

4 5

+ ramaxmax

UVđóng mạch lật trạng thái làm Ura chuyển từ trạng thái -Uramax lên +Uramax

Với nguyên lý như vậy nên ở đầu vào của nó ta phải nối 2 điện trở phần

áp R2 + R3

Do mắc R2, R3, vì tín hiệu vào từ bộ dịch pha số là tín hiệu 1 cực R1, R2

sẽ tạo một mạch so sánh, nếu tín hiệu ở mức 1 (tương ứng bằng 9V) thì đầu vào

IC1 được đặt điện áp dương có giá trị V1  UVngắt, còn khi tín hiệu vào ở mức 0( 0,1) thì V1  UVđóng

Như vậy ở đầu ra, ta nhận được tín hiệu xung vuông lưỡng cực IC2 mắcthành một khâu tích phân 3, khâu này cho ở điện áp xác định như sau: