Do an dien tu cong suat sơ lược về đông cơ không đồng bộ

Sinh Viên thực hiện: HÀ HUY LỰC Lớp 02Đ3 GVHD: BÙI QUỐC HUY
LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây lónh vực điều khiển và truyền động điện đã phát triển
mạnh mẽ.
Đặc biệt với sự phát triển của khoa học kỹ thuật điện tử tin học nói riêng đã khai
thác tất cả các ưu điểm nổi bật vốn có của động cơ không đồng bộ với động cơ một chiều
Với đồ án này em đã nêu ra một khía cạnh nhỏ trong lónh vực điều khiển động cơ không
đồng bộ roto lồng sóc.
“Thiết kế bộ biến tần 3 pha để điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ”
Nội dung và các chương trình mục như sau:
Chương 1: sơ lược về động cơ không đồng bộ .
Chương 2: tổng quan về các hệ thống biến tần, nguyên lý làm việc của các bộ biến
tần.
Chương 3: mạch động lực, đi sâu vào nguyên lý làm việc của các thiết bò cũng như
các phương pháp tính toán chọn mạch và bảo vệ mạch, hệ thống điều khiển ứng dụng kỹ
thuật xung số vào mạch điều khiển để điều khiển hoạt động của mạch.
Chương 4: hệ thống điều khiển: ứng dụng kó thuật xung số vào mạch điều khiển để
điều khiển hoạt động của mạch
Tuy nhiên với trình độ có hạn không tránh khỏi những sai sót, em mong các
thầy cô thông cảm và đóng góp ý kiến để giúp em tiến bộ hơn.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa điện –bộ môn tự động đo lường đã
chỉ bảo trong thời gian làm đề tài.
Đà Nẵng, Ngày Tháng Năm2004
Sinh viên thực hiện
HÀ HUY LỰC
Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST Trang 1
Sinh Viên thực hiện: HÀ HUY LỰC Lớp 02Đ3 GVHD: BÙI QUỐC HUY
SƠ LƯC VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
A- CẤU TẠO VÀ ĐẶC ĐIỂM
I- CẤU TẠO:

I-1: Cấu tạo phần tónh (stato)
Gồm vỏ máy, lỏi sắt và dây quấn.
I-1.a Vỏ máy
:

Thường làm bằng gang. Đối với máy có công suất lớn (1000 kw), thường
dùng thép tấm hàn lại thành vỏ. Vỏ máy có tác dụng cố đònh và không dùng
để dẫn từ.
I-1.b Lỏi sắt
:

Được làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày 0,35 mm đến 0,5 mm ghép lại.
Lỏi sắt là phần dẫn từ . Vì từ trường đi qua lỏi sắt là từ trường xoay chiều,
nhằm giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên, mỗi lá thép kỹ thuật điện
đều có phủ lớp sơn cách điện. Mặt trong của lõi thép có xẻ rảnh để đặt dây
quấn .
I-1.c Dây quấn
:

Dây quấn được đặt vào các rãnh của lỏi sắt và cách điện tốt với lỏi sắt. Dây
quấn stato gồm có ba cuộn dây đặt lệch nhau 120
o
điện.
I-2 Cấu tạo phần quay (roto):
I-2 a Trục
:

Làm bằng thép, dùng để đở lỏi sắt roto.
I-2-b Lỏi sắt
:

Gồm các lá thép kỹ thuật điện giống như ở phần stato. Lỏi sắt được ép trực
tiếp lên trục. Bên ngoài lỏi sắt có xẻ rảnh để đặt dây quấn.
I-2.c Dây quấn roto:
Gồm hai loại: loại roto dây quấn và loại roto kiểu lồng sóc.
* Loại roto kiểu dây quấn :
dây quấn roto giống dây quấn ở stato và có số
cực bằng số cực stato. Dây quấn ba pha của roto thường đấu hình sao (y). Ba
đầu kia nối vào ba vòng trượt bằng đồng đặt cố đònh ở đầu trục. Thông qua
chổi than và vòng trượt, đưa điện trở phụ vào mạch roto nhằm cải thiện tính
năng mở máy và điều chỉnh tốc độ.
Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST Trang 2
Sinh Viên thực hiện: HÀ HUY LỰC Lớp 02Đ3 GVHD: BÙI QUỐC HUY
*Loại roto kiểu lồng sóc
: loại dây quấn này khác với dây quấn stato. Mỗi
rảnh của lỏi sắt được đặt một thanh dẫn bằng đồng hoặc nhôm và được nối
tắt lại ở hai đầu bằng hai vòng ngắn mạch đồng hoặc nhôm, làm thành một
cái lồng, người ta gọi đó là lồng sóc.
I-3 Khe hở:
Khe hở trong động cơ không đồng bộ rất nhỏ (0,2 mm ÷ 1mm). Do đó roto
là một khối tròn nên roto rất đều.
Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST Trang 3
Sinh Viên thực hiện: HÀ HUY LỰC Lớp 02Đ3 GVHD: BÙI QUỐC HUY
II- ĐẶC ĐIỂM CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ.
- Cấu tạo đơn giản.
- Đấu trực tiếp vào lưới điện xoay chiều ba pha.
- Tốc độ quay của roto nhỏ hơn tốc độ từ trường quay của stato n < n
1
.
Trong đó:

n tốc độ quay của roto.
n
1
tốc độ quay từ trường quay của stato (tốc độ đồng bộ của động cơ )
Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST Trang 4
Sinh Viên thực hiện: HÀ HUY LỰC Lớp 02Đ3 GVHD: BÙI QUỐC HUY
B- NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA
ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
Khi nối dây quấn stato vào lưới điện xoay chiều ba pha, trong động cơ sẽ
sinh ra một từ trường quay. Từ trường này quét qua các thanh dẫn roto, làm cảm
ứng trên dây quấn roto một sức điện động e
2
sẽ sinh ra dòng điện i
2
chạy trong
dây quấn. Chiều của sức điện động và chiều dòng điện được xác đònh theo qui
tắc bàn tay phải.
Hình.1-1 sơ đồ nguyên lý động cơ không đồng bộ.
Chiều dòng điện của các thanh dẫn ở nữa phía trên roto hướng từ trong ra
ngoài, còn dòng điện của các thanh dẫn ở nữa phía dưới roto hướng từ ngoài
vào trong.
Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST Trang 5
M
Sinh Viên thực hiện: HÀ HUY LỰC Lớp 02Đ3 GVHD: BÙI QUỐC HUY
Dòng điện i
2
tác động tương hỗ với từ trường stato tạo ra lực điện từ trên
dây dẫn roto và mômen quay làm cho roto quay với tốc độ n theo chiều quay
của từ trường.
Tốc độ quay của roto n luôn nhỏ hơn tốc độ của từ trường quay stato n

1.
Có sự chuyển động tương đối giữa roto và từ trường quay stato duy trì được
dòng điện i
2
và mômen. Vì tốc độ của roto khác với tốc độ của từ trường quay
stato nên gọi là động cơ không đồng bộ.
Đặc trưng cho động cơ không đồng bộ ba pha là hệ số trượt:
Trong đó:
N là tốc độ quay của roto.
F
1
tần số dòng điện lưới.
P số đôi cực.
N
1
tốc độ quay của từ trường quay (tốc độ đồng bộ của động cơ).
p
f
n
1
60
1
=
(1-2)
Khi tần số của mạng điện thay đổi thì n
1
thay đổi làm cho n thay đổi.
Khi mở máy thì n = 0 và s = 1 gọi là độ trượt mở máy.
Dòng điện trong dây quấn và tư ø trường quay tác dụng lực tương hổ lên
nhau nên khi roto chòu tác dụng của mômen m thì từ trường quay cũng chòu tác

dụng của mômen m theo chiều ngược lại. Muốn cho từ trường quay với tốc độ
n
1
thì nó phải nhận một công suất đưa vào gọi là công suất điện từ.

Khi đó công suất điện đưa vào:
2 2
1 1 1
3
d
P r I
∆ =
Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST Trang 6
60
2
ω
1
n
π
MMP
1đt
==
ϕ
cos 3
1
IUP
=
1
1
n

nn
S
−
=
(1-1)
(1-3)
(1-4)
Sinh Viên thực hiện: HÀ HUY LỰC Lớp 02Đ3 GVHD: BÙI QUỐC HUY
Ngoài thành phần công suất điện từ còn có tổn hao trên điện trở dây
quấn stato.
Tổn hao sắt:
Công suất cơ ở trục là:
Công suất cơ nhỏ hơn công suất điện từ vì còn tổn hao trên dây quấn roto:
Trong đó:
M
2
số pha của dây quấn roto.
Vì p’
2
< p
đt
do đó n < n
1
Công suất cơ của p
2
đưa ra nhỏ hơn p’
2
vì còn tổn hao do ma sát trên trục động
cơ và tổn hao phụ khác:
Hiệu suất của động cơ:

C- CÁC ĐẠI LƯNG VÀ PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ.
1. Các đại lượng
1.a Hệ số trượt:
Để biểu thò mức độ đồng bộ giữa tốc độ quay của roto n và tốc độ của từ trường
quay stato n
1.
Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST Trang 7
st
st
PP
PPPP
đt1đt
ΔΔ
−−=
∆=∆
60
2
.'
2
n
MMP
π
ω
==
2
Δ
d
P
−=
đt2

PP
2222
rImP
d
=∆
fcơ
pPPP
∆−∆==
22
'
)9,08,0(
1
2
÷==
P
P
η
(1-5)
(1-6)
(1-7)
(1-8)
(1-9)
(1-10)
(1-11)
Sinh Viên thực hiện: HÀ HUY LỰC Lớp 02Đ3 GVHD: BÙI QUỐC HUY
Ta có :
Hãy tính theo phần trăm:
Xét về mặt lý thuyết giá trò s sẽ biến thiên từ 0 đến 1 hoặc từ 0 đến 100
o
/

o

Trong đó :
1.b Sức điện động của mạch roto lúc đứng yên.
Trong đó:
K
2
là hệ số dây quấn roto của động cơ.
F
20
tần số xác đònh ở tốc độ biến đổi của từ thông quay qua cuộn dây,
vì roto đứng yên nên:
F
20
bằng với tần số dòng điện đưa vào f
1
1.c Khi roto quay:
Tần số trong dây quấn roto là:
Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST Trang 8
1
1
n
nn
s
−
=
o
o
o
o

n
nn
S 100
1
1
−
=
)1(
60
1
1
1
snn
p
f
n
−=
=
m
WfKE
Φ=
220220
44,4
từ mạch trong thông từ của đạïi cực số trò
m
φ
60
1
20
pn

f
=
(1-12)
(1-13)
(1-14)
(1-15)
(1-16)
(1-17)
(1-18)
Sinh Viên thực hiện: HÀ HUY LỰC Lớp 02Đ3 GVHD: BÙI QUỐC HUY
Vậy f
2s
= s.f
1
Sức điện động trên dây quấn roto lúc đó là:
Với f
2s
= s.f
1
thế vào (1-19), ta được:
2. Phương trình cơ bản của động cơ không đồng bộ ba pha.
2.a Phương trình đặc tính tốc độ.
Theo sơ đồ đẳng trò một pha như hình (1-2), ta có biểu thức dòng điện roto đã
qui đổi về stato.
Khi tốc độ động cơ n = 0 , theo (1-26) ta có s =1.
Nếu điện áp đặt lên cuộn stato u
1
= const thì biểu thức (1 –29) chính là quan
hệ giữa dòng điện roto đã qui đổi về stato i’
2

với độ s hay với tốc độ n.
Do đó biểu thức (1-29)
chính là phương trình đặc tính tốc độ
.
2.b Phương trình đặc tính cơ.
Biểu thức (1-35)
chính là phương trình đặc tính cơ.
Được biểu diễn quan hệ
m = f(n) như hình 1-3
Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST Trang 9
6060
)(
1
1
11
2
pn
n
nnpnn
f
Xs
−
=
−
=
mKWfE
ss
Φ=
2222
44,4

SKWfE
ms
Φ=
2212
44,4
2
21
2
2
1
1
2
)'()
'
(
'
xx
S
r
r
U
I
+++
=
( )









++






+
=
2
21
2
2
1
1
21
'
'
'3
xx
s
r
r
rU
M
ω
(1-19)

(1-20)
(1-21)
(1-29)
(1-35)
Sinh Viên thực hiện: HÀ HUY LỰC Lớp 02Đ3 GVHD: BÙI QUỐC HUY
Giá trò s sẽ biến thiên từ - ∞ đến + ∞ và mômen quay sẽ có hai giá trò cực
đại gọi là mômen tới hạn (m
t
).
Lấy đạo hàm của mômen theo hệ số trượt và cho dm/ds = 0.
Ta có hệ số trượt tương ứng với mômen tới hạn m
t
gọi là hệ số trượt tới hạn.
Do đó ta được biểu thức mômen tới hạn :
Giải các phương trình (1-35), (1-36), (1-37) và đặt :
Ta được dạng đơn giản của phương trình đặc tính cơ:
Hình 1-3. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ
.
Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST Trang 10
2
21
2
2
2
)'(
'
xxr
r
S
th

++
=
)(2
3
22
11
1
2
1
n
th
xrr
pU
M
++
=
ω
( )
ε
ε
2
12
++
+
=
s
s
s
s
M

M
th
th
th
(1-36)
(1-37)
(1-38)
(1-39)
s = 0
M
M
th
M
đm
S
th
n
1
n
đm
+s
n= 0

n
xr
r
22
1
2
'

+
=
ε
S
S
S
S
M
M
th
th
th
+
=
2
Sinh Viên thực hiện: HÀ HUY LỰC Lớp 02Đ3 GVHD: BÙI QUỐC HUY
Nhận thấy dạng gần đúng của phương trình đặc tính cơ như sau:
Đối với động cơ roto lồng sóc, nhất là các động cơ có công suất lớn thì
R
1
<< x
n
, nên có thể bỏ qua r
1
và ε = 0.
Ta có:
Nhận xét: từ các biểu thức (1-36) và (1-37), ta thấy đối với động cơ xác
lập nếu u
1
thay đổi thì s

t
= const và m
t
thay đổi tỉ lệ với u
1
2

. Khi thay đổi điện
trở mạch roto bằng cách thêm điện trở phụ (đối với động cơ không đồng bộ roto
quấn dây) thì:
M
t
= const và s
t
tỉ lệ với r’
2
.
Khi xét đến điện trở trên mạch stato r
1
thì mômen tới hạn m
t
sẽ có hai giá
trò khác nhau và ứng với hai trạng thái làm việc của động cơ.
* s = 0 , n
1
< n là trạng thái hãm tái sinh động cơ làm việc như một máy phát.
* s > 0 , n
1
> n trạng thái làm việc của động cơ.
Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST Trang 11

ε
22
2
'
'
n
tF
xr
r
S
+
−=
(1-43)
)(2
`3
22
11
1
1
n
tF
xrr
Up
M
++
−=
ω
(1-44)
22
1

2
'
n
xr
r
s
+
=
tđ
(1-45)
)(2
3
22
11
1
2
1
n
xrr
pU
M
++
=
ω
tđ
(1-46)
Sinh Viên thực hiện: HÀ HUY LỰC Lớp 02Đ3 GVHD: BÙI QUỐC HUY
3. nh hương của các thông số đến đặc tính cơ :
3.a nh hưởng của suy giảm điện áp lưới cấp động cơ không đồng bộ
Khi điện áp lưới suy giảm, theo (1-37) m

th
giảm bình phương lần độ suy
giảm của điện áp lưới theo (1-36) thì s
th
vẫn không thay đổi.
3.b nh hưởng của điện trở, điện kháng mạch stato :
Khi nối thêm điện trở hoặc điện kháng vào mạch stato thì theo (1-36) và
(1-37) s
th
và m
th
đều giảm.
3.c nh hưởng của số đôi cực p
Ta có :
p
f
1
1
2
π
ω
=
(1-47)
suy ra :
)1(
1
s−=
ωω
(1-48)
khi thay đổi số đôi cực thì tốc độ từ trường quay

1
ω
thay đổi, do đó tốc độ
động cơ cũng thay đổi .
3.d nh hưởng của thay đổi tần số lưới f
1
cấp cho động cơ không đồng bộ :
Theo (1-47) và (1-48) khi thay đổi f
1
thì
1
ω
cũng thay đổi và do đó
ω
cũng
thay đổi.
- nếu f
1
>f
1đm
, vì m
th
2
1
1
f
≈

nên khi m
th

giảm nên u
1
không đổi
- nếu f
1
< f
1đm
, với u
1
không đổi thì theo (1-1) dòng i
1
tăng nhanh. Điều này
không cho phép nên khi thay đổi f
1
thì phải thay đổi u
1
theo 1 qui luật nào đó để
động cơ không đồng bộ sinh ra được momen như trong chế độ đònh mức.
4. Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ và các luật ;
4.a Điều chỉnh điện áp động cơ :
Momen của động cơ không đồng bộ tỉ lệ với bình phương điện áp stato
nên có thể điều chỉnh được momen và tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện
áp trong khi giữ nguyên tần số.
4.b Điều chỉnh điện trở mạch roto :
Ta có : r = r
r
+ r
f
, khi tăng giá trò điện trở tổng r tức là làm tăng độ trượt
tới hạn s

th
còn momen tới hạn m
th
của động cơ không đổi.
4.c Điều chỉnh tần số nguồn cấp cho động cơ không đồng bộ :
Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST Trang 12
Sinh Viên thực hiện: HÀ HUY LỰC Lớp 02Đ3 GVHD: BÙI QUỐC HUY
Luật điều khiển tần số
Luật điều chỉnh giữ khả năng quá tải không đổi. Nếu bỏ qua điện trở dây
quấn stato thì có thể tính được momen tới hạn :
2
0
2
0
22
2








=∗=
ω
ω
s
m
s

Bss
m
th
U
K
U
LL
L
M
(1-49)
Điều kiện giữ cho khả năng quá tải không đổi là:
dm
thth
M
M
M
M
=
(1-50)
Luật điều chỉnh từ thông không đổi :
Từ các quan hệ về dặc tính momen có thể kết luận rằng nếu giữ từ thông
máy hoặc từ thông của stato
s
φ
không đổi thì momen sẽ không phụ thuộc vào
tần số và m
th
sẽ không thay đổi trong toàn bộ quá trình điều chỉnh
Luật điều chỉnh tần số không trượt .
2

22
)(1
.
2
3
ss
ss
r
m
I
I
R
L
ω
ω
µ
+
=
(1-51)
Nếu giữ tần số f không trược ws = const thì mô men chỉ phụ thuộc is mà
không phụ thuộc tần số nguồn.
4.d Phương pháp tăng số lần chuyển mạch trong một chu kỳ.
Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST Trang 13
Sinh Viên thực hiện: HÀ HUY LỰC Lớp 02Đ3 GVHD: BÙI QUỐC HUY
4.e Phương pháp điều chỉnh biên độ (u
d
thay đổi
→
u
nl

thay đổi )
4.f Phương pháp điều chỉnh độ rộng xung :
- Trong phương pháp này góc chuyển mạch được xác đònh bằng cách so sánh
Giữa tín hiệu hình sin mẫu e(t) với tín hiệu dựa thường dạng răng cưa u(t).
Tần số tín hiệu u(t) càng lớn lớn thì điện áp ra tải càng gần hình sin hơn. Ưu
điểm nổi bật là vừa điều chỉnh được điện áp, vừa làm sin hoá điện áp đặt vào
động cơ.
- Với số lượng các xung có độ rộng thích hợp phương pháp điều chỉnh độ rộng
Xung có thể làm triệt tiêu các sóng bậc cao.
- Do vậy phương pháp này rất hay sử dụng.
- Với phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng biến tần thì
Không nhận điện áp từ lưới mà nhận điện áp từ nghòch lưu của biến tần
- Ta nhận thấy rằng sdd của dây quấn của stato trong động cơ không đồng bộ
tỉ
Lệ với tần số đặt vào f
1
và từ thông
φ
:
11
fkE
φ
=
(1-52)
- Mặt khác, ta có phương trình cân bằng điện áp :

1111
ZIEU +−=
(1-53)
Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST Trang 14

ÂĐiều khiển biên độ
Sinh Viên thực hiện: HÀ HUY LỰC Lớp 02Đ3 GVHD: BÙI QUỐC HUY
Nếu coi sụt áp trên dây quấn phản ứng phần ứng là không đánh kể thì ta
có :
U
1
= - e
1
••
= EU
Từ (1-52) suy ra :
1
1
fk
U
φ
=
•
(1-54)
Từ (1-54) ta thấy, để đảm bảo cho đặt tính cơ có độ cứng cao và khả năng
qua tải lớn, đồng thời điều chỉnh điện áp u
1
sao cho từ thông
φ
không đổi,
nghóa là thay đổi
1
1
f
U

=
φ
để cho động cơ hoạt động tối ưu.
- Nếu tần số f
1
giảm thì từ thông
φ
tăng, dẫn đến dòng điện từ hoá
µ
I
tăng.
- Nếu tần số f
1
tăng thì từ thông
φ
giảm, dẫn đến dây quấn roto bò quá dòng .
- Mặt khác ta có :
constICM ==
22
cos
ϕφ
Do đó việc yêu cầu thay đổi tốc độ động cơ là phải thay đổi điện áp và tần
số một cách hợp lý nhất để động cơ hoạt động tối ưu.
Đối với bộ biến tần nguồn áp điều khiển tốc độ động cơ ta thay đổi điện áp
và tần số theo:
- Thay đổi điện áp : u
1
=
d
U

α
bằng các thay đổi góc điều khiển
T
T
1
: =
αα
- Thay đổi tần số bằng cách thay đổi chu kỳ phát xung điều khiển nghòch lưu.
Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST Trang 15
chỉnh lưu
lọc
Nghòch lưu
Sinh Viên thực hiện: HÀ HUY LỰC Lớp 02Đ3 GVHD: BÙI QUỐC HUY
CHƯƠNG II
TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG BIẾN TẦN
A- KHÁI NIỆM :
Biến tần là một thiết bò tổ hợp các linh kiên điện tử thực hiện chức năng biến
đổi tần số và điện áp một chiều hay xoay chiều có tần số nhất đònh thành
dòng điện xoay chiều có tần số điều khiển được nhờ các khoá điện tử.
B- PHÂN LOẠI:
Biến tần được chia làm hai loại :
1. Biến tần trực tiếp :
Còn được gọi là biến là biến tần phụ thuộc. Thường gồm các nhóm chỉnh lưu
điều khiển mắc song song ngược cho xung lần lượt hai nhóm chỉnh lưu trên ta
có thể nhận được dòng xoay chiều
trên tải.
Như vậy điện áp xoay chiều
u
1
(f

1
) chỉ cần qua một van là chuyển
ngay ra tải với u
2
(f
2
).
Tuy nhiên, đây là loại biến tần
có cấu trúc sơ đồ van rất phức tạp chỉ
sử dụng cho truyền động điện co công
suất lớn, tốc độ làm việc thấp. Vì
việc thay đổi tần số f
2
khó khăn và phụ thuộc vào f
1
.
2. Biến tần gián tiếp:
Bộ biến tần này còn gọi là biến tần độc lập trong biến tần này đầu tiên
điện áp được chỉnh lưu thành dòng một chiều, sau đó qua bộ lọc rồi trở lại dòng
xoay chiều với tần số f
2
nhờ bộ nghòch lưu độc lập (quá trình thay đổi f
2
không
phụ thuộc vào f
1
)
Việc biến đổi hai lần làm giảm hiệu suất biến tần
Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST Trang 16
T1

Z tải
T2
Sinh Viên thực hiện: HÀ HUY LỰC Lớp 02Đ3 GVHD: BÙI QUỐC HUY
Tuy nhiên việc ứng dụng hệ điều khiển số nhờ kỹ thuật vi xử lý nên ta
phát huy tối đa các ưu điểm của biến tần loại này và thường sử dụng nó hơn.
Do tính chất của bộ lọc nên biến tần gián tiếp lại được chia làm hai loại
sử dụng nghòch lưu áp và nghòch lưu dòng.
2.a Bộ biến tần gián tiếp nguồn dòng:
Là loại biến tần mà nguồn tạo ra điện áp một chiều là nguồn dòng, dạng
của động điện trên tải phụ thuộc vào dạng dòng điện của nguồn, còn dạng áp
trên tải phụ thuộc là tuỳ thuộc vào các thông số của tải quy đònh.
2.b Bộ biến tần gián tiếp nguồn áp :
Là loại biến tần mà nguồn tạo ra điện áp một chiều là nguồn áp ( nghóa là
điện trở nguồn bằng 0 ). Dạng của điện áp trên tải tuỳ thuộc vào dạng của điện
áp nguồn, còn dạng của dòng điện trên tải phụ thuộc vào thông số của mạch tải
quy đònh.
Bộ biến tần nguồn áp có ưu điểm là tạo ra dạng dòng điện và điện áp sin
hơn, dãi biến thiên tần số cao hơn nên được sử dụng rộng rãi hơn.
Bộ biến tần nguồn áp có hai bộ phận riêng biệt, đó là bộ phận động lực
và bộ phận điều khiển,
+ Phần động lực gồm có các phần sau :
- Bộ chỉnh lưu : có nhiệm vụ biến đổi dòng xoay chiều có tần số f
1
thành dòng một chiều.
- Bộ nghòch lưu : là bộ rất quan trọng trong bộ biến tần, nó biến đổi
dòng điện một chiều được cung cấp từ bộ chỉnh lưu thành dòng điện xoay
chiều có tần số f
2
.
Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST Trang 17

Bộ biến đổi
( mạch động lực )
Điều khiển
U
1
, f
1
U
2
, f
2

Sinh Viên thực hiện: HÀ HUY LỰC Lớp 02Đ3 GVHD: BÙI QUỐC HUY
- Bộ lọc : là bộ phận không thể thiếu được trong mạch động lực cho
phép thành phần một chiều của bộ chỉnh lưu đi qua và ngăn chặn thành
phần xoay chiều. Nó có tác dụng sang bằng điện áp tải sau khi chỉnh lưu.
+ Phần điều khiển:
Là bộ phận không thể thiếu được quyết đònh sự làm việc của mạch
động lực, để đảm bảo các yêu cầu tần số, điện áp ra của bộ biến tần đều
do mạch điều khiển quyết đònh.
Bộ điều khiển nghòch lưu gồm 3 phần:
- Khâu phát xung chủ đạo : là khâu tự dao động tạo ra xung điều khiển
đưa đến bộ phận phân phối xung điều khiển đến từng tranzito. Khâu này
đảm nhận điều chỉnh xung một cách dễ dàng, ngoài ra nó còn thể đảm
nhận luôn chức năng khuếch đại xung.
- Khâu phân phối xung :làm nhiệm vụ phân phối các xung điều khiển
vào khâu phát xung chủ đạo.
- Khâu khuếch đại trung gian: có nhiệm vụ khuếch đại xung nhận được
từ bộ phận phân phối xung đưa đến đảm bảo kích thích mở van.
Sơ đồ của hệ thống điều khiển như sau:

Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST Trang 18
Phát xung
chủ đạo
Phân phối
xung
Khuyếch
đại xung
Van
Chỉnh Lưu
Lọc
Nghòch
lưu
Tải
Sinh Viên thực hiện: HÀ HUY LỰC Lớp 02Đ3 GVHD: BÙI QUỐC HUY
CHƯƠNG III
MẠCH ĐỘNG LỰC
I. BỘ NGHỊCH LƯU:
Các van bán dẫn trong bộ nghòch lưu có thể là thyristo hoặc tranzito. Nhưng
phù hợp và ưu việt hơn ta dùng tranzito. Ưu điểm dễ thấy là bỏ được chuyển
mạch cưỡng, hơn nữa các tổn hao đổi chiều nhỏ hơn. Bộ nghòch lưu dùng
tranzito có kích thước nhỏ và nhẹ hơn bộ nghòch lưu tương đương dùng thyristo.
Khuyết điểm của nó là đòi hỏi tác động liên tục vào cực gốc trong chu kỳ dẫn
của tranzito, một khuyết điểm nữa là điện áp đònh mức thấp hơn của thyristo.
Tuy nhiên dùng tranzito công suất mở rộng được phạm vi và phát huy các ưu
điểm hơn thyristo do cải thiện được đại lượng đònh mức và giá thành. Vì vậy,
dưới đây chủ yếu xem xét nghòch lưu điện áp sơ đồ cầu dùng van an toàn.
I-1. Sơ đồ nguyên lý và quá trình chuyển mạch:
Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST Trang 19
T4
D4

T6
T1
Co
D1
T3
D6 T2
T5
D3 D5
Sinh Viên thực hiện: HÀ HUY LỰC Lớp 02Đ3 GVHD: BÙI QUỐC HUY
Tụ c
o
có nhiệm vụ đảm bảo điện áp nguồn ít bò thay đổi, mặt khác nó trao
đổi năng lượng phản kháng với cuộn cảm.
Phương pháp điều khiển các van tranzito thông thường nhất là điều khiển
cho góc mở của van là
o
180
=
λ
và
o
120
=
λ
. đây ta xét góc dẫn ới tải đấu sao
như thiết kế bằng cách xác đònh điện áp trên tải trong từng khoảng thời gian 60
o
(vì cứ 60
o
có một sự chuyển tạng thái mạch ) với nguyên tắc van nào dẫn coi là

thông mạch. Nhìn chung sơ đồ này có dạng một pha tải nối tiếp với 2 pha đấu
song song nha. Do vậy điện áp trên tải sẽ chỉ có giá trò là u
z
/3 (khi một pha đấu
song song, với 1 trong 2 pha còn lại) hoặc
3/2
z
U
. Với giả thiết là tải đối xứng.
 Nguyên tắc chuyển mạch :
Cho góc mở của mỗi tranzito là 180
o
và cứ 60
o
tiếp theo ( kể từ khi
tranzito trước đó mở thì cho 1 tranzito khác mở). Như vậy trong cùng 1
thời gian co 3 tranzito mở.
Bảng trạng thái quá trình mở các tranzito
T 0
o
60÷
oo
12060 ÷
oo
180120 ÷
oo
240180 ÷
oo
300240 ÷
oo

360300 ÷
T
1
1 1 1 0 0 0
T
2
0 1 1 1 0 0
T
3
0 0 1 1 1 0
T
4
0 0 0 1 1 1
T
5
1 0 0 0 1 1
T
6
1 1 0 0 0 1
Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST Trang 20
Sinh Viên thực hiện: HÀ HUY LỰC Lớp 02Đ3 GVHD: BÙI QUỐC HUY
Xét quá trình chuyển mạch từ t5 sang t2 tương ứng khoảng từ (
oo
600 ÷
)
sang (
oo
12060 ÷
)
Trong khoảng (

oo
600 ÷
) thì t1, t5, t6, dẫn. Chiều dòng điện trên tải được
xác đònh theo chiều mũi tên, đến thời điểm 60
o
thì đảo trạng thái từ t5 sang t2.
Do trên tải zc mang tính cảm nên dòng điện không đảo ngay lập tức mà năng
lượng tích luỹ trong zc duy trì theo chiều cũ một thời gian, lúc đó buộc dòng
diện duy trì phải thoát qua diod d
2
, qua tải về âm nguồn đến lucs dòng điện đổi
chiều sẽ mang dòng điện duy trì thì d
2
khoá. Quá trình chuyển mạch kết thúc.
Cũng lý luận tương tự ta được chuyển mạch h.b đến h e.
Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST Trang 21
Sinh Viên thực hiện: HÀ HUY LỰC Lớp 02Đ3 GVHD: BÙI QUỐC HUY
Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST Trang 22
Sinh Viên thực hiện: HÀ HUY LỰC Lớp 02Đ3 GVHD: BÙI QUỐC HUY
I-2.Dạng sóng mạch nghòch lưu:
Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST Trang 23
θ
θ
θ
θ
θ
θ
θ
θ
θ

θ
Sinh Viên thực hiện: HÀ HUY LỰC Lớp 02Đ3 GVHD: BÙI QUỐC HUY
Ta tính điện áp trên từng pha tải, trước tiên là pha a
Trong khoảng 0
o
– 60
o
(h a)
ZAf
UU
3
1
=
Trong khoảng 60
o
– 120
o
(h b)
ZAf
UU
3
2
=
Trong khoảng 120
o
– 180
o
(h c)
ZAf
UU

3
1
=
Trong khoảng 180
o
– 240
o
(h d)
ZAf
UU
3
1
−=
Trong khoảng 240
o
– 300
o
(h e)
ZAf
UU
3
2
−=
Trong khoảng 300
o
– 360
o
(h f)
ZAf
UU

3
1
−=
Tương tự ta tính được các pha b, c.
 Bảng chuyển trạng thái của diod:
0
o
60
0
120
o
180
o
240
o
300
o
D1 1 0 0 0 0 0
D2 0 1 0 0 0 0
D3 0 0 1 0 0 0
D4 0 0 0 1 0 0
D5 0 0 0 0 1 0
D6 0 0 0 0 0 1
I-3. Tính toán và chọn các phần tử trong mạch nghòch lưu :
Theo đề cho :
Động cơ không đồng bộ roto lồng sóc
Công suất đònh mức : p
dm
= 1kw,
Tốc độ đònh mức n = 1450 (v/p).

Hệ số cos
ϕ
= 0.95.
Điện áp lưới : 220/380 v.
Hiệu suất :
9.0
=
η
Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST Trang 24
Sinh Viên thực hiện: HÀ HUY LỰC Lớp 02Đ3 GVHD: BÙI QUỐC HUY
Hệ số quá tải :
8.1
=
λ
===
9.0
1000
1
η
dm
P
P
111.1 (w)
)(77.1
95.0*220*3
1.111
cos3
cos3
1
1

A
IU
P
IIUP
dmdmdm
dmdmdmdm
==
=⇒=
ϕ
ϕ
==
ϕ
cos
1
fdm
f
f
I
U
R
9.11795.0*
77.1
220
=
a. Tính chọn tranzito:
Điện áp pha cực đại của động cơ :

=
maxf
U

)(1.3112*220 V
=
Điện áp đầu vào của bộ nghòch lưu:
Vì
=
maxf
U
z
U
3
2
nên
7.4661.311*
2
3
2
3
max
===
fz
UU
Vậy điện áp ngược đặt lên mỗi tranzito :
zng
UU =
max
= 466.7 (v). Chọn hệ
số quá áp của tranzito là K
v
= 1.6, thì cần phải chọn tranzito chòu được áp ngược
là

==
zvng
UKU
1.6*466.7 =746.72 (v).
Vì tải đấu hình sao nên dòng qua mỗi tranzito lúc cực đại bằng dòng
chỉnh lưu
==
maxZT
II
)(5.22*77.12 AI
dm
==
Với hệ số quá dòng K
i
= 1.2 , do đó ta phải chọn tranzito chòu được dòng :

== IKI
IT
1.2 * 2.5 = 3 (A).
Căn cứ vào kết quả trên, theo bảng I.2 Tranzito công suất trang 18, Sách
điện tử công suất Nguyễn Bính
Tranzito đã chọn có mã hiệu BUX - 47 Có các thông số sau :
-
CE
V
=850 V :Điện áp V
ce
cực đại khi cực badơ bò khoá bởi điện
áp âm.
-

0CE
V
=400V :Điện áp V
ce
khi cực badơ để hở .
-
CEsat
V
=1.5V : Điện áp V
ce
khi tranzito ở trạng thái bảo hoà.
-
C
I
= 9A : Dòng colectơ mà tranzito có thể chòu được.
Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST Trang 25