(TIỂU LUẬN) THIẾT kế bộ BIẾN tần GIÁN TIẾP NGUỒN áp điều KHIỂN tốc độ ĐỘNG cơ KHÔNG ĐỒNG bộ 3 PHA ROTO LỒNG sóc

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
HỌC PHẦN: ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ BỘ BIẾN TẦN GIÁN TIẾP NGUỒN

ÁP ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG
ĐỒNG BỘ 3 PHA ROTO LỒNG SÓC

Người hướng dẫn:

TS. GIÁP QUANG HUY

Sinh viên thực hiện:

NGUYỄN VĂN ANH QUÂN

Nhóm sinh viên:

HỒ THỊ NHƯ NGỌC
NGUYỄN BÁ HỒNG
NGUYỄN TRỌNG PHƯƠNG

BÙI TUẤN VIỆT HUY
Nhóm HP / Lớp:

17PFIEV2

Ngành:

TIN HỌC CÔNG NGHIỆP


MỤC LỤC
DANH SÁCH HÌNH ẢNH................................................................................................4
DANH SÁCH CÁC BẢNG...............................................................................................5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA; CÁC
PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ; PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN:. 6
1.1 CẤU TẠO VÀ ĐẶC ĐIỂM:........................................................................................6
1.1.1

Cấu tạo của động cơ không đồng bộ:....................................................................6

1.1.1.1

: Cấu tạo phần tĩnh (stato):................................................................................6

1.1.1.2

: Cấu tạo phần quay (Roto):..............................................................................7

1.1.2

Đặc điểm của động cơ không đồng bộ:.................................................................8

1.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ:...........................8
1.3 CÁC ĐẠI LƯỢNG VÀ PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ:....................9

1.3.1

Các đại lượng của động cơ không đồng bộ:..........................................................9

1.3.1.1

Hệ số trượt:.......................................................................................................9

1.3.1.2

Ảnh hưởng của hệ số trượt đến tần số của roto:................................................9

1.3.1.3

Ảnh hưởng của hệ số trượt đến sđđ của roto:....................................................9

1.3.2

Các phương trình cơ bản của động cơ khơng đồng bộ ba pha:..............................9

1.3.2.1

Phương trình đặc tính cơ...................................................................................9

1.3.2.2

Phương trình đặc tính cơ................................................................................. 10

1.4 Ảnh hưởng của các thông số đến đặc tính cơ............................................................. 11
1.4.1

Suy giảm điện áp lưới.......................................................................................... 11

1.4.2

Điện trở, điện kháng mạch stator......................................................................... 11

1.4.3

Số đôi cực p......................................................................................................... 11

1.4.4

Tần số lưới f1....................................................................................................... 11

1.5 Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ............................................................. 11
1.5.1

Điều chỉnh điện áp động cơ................................................................................. 11

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Anh Quân

2

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy


1.5.2

Điều chỉnh điện trở mạch rotor..............................

1.5.3

Điều chỉnh tần số nguồn cấp.................................

1.5.4

Điều chỉnh độ rộng xung.......................................

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ BIẾN TẦN..................................................................
2.1

Khái niệm.........................................................................................................

2.2

Phân loại...........................................................................................................

2.2.1

Biến tần trực tiếp (Cycloconverter).......................

2.2.2

Biến tần gián tiếp...................................................

2.2.2.1 Bộ biến tần gián tiếp nguồn dòng...................................................................
2.2.2.2 Bộ biến tần gián tiếp nguồn áp........................................................................
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐỘNG LỰC............
3.1

Sơ đồ thiết kế....................................................................................................

3.2

Tính tốn...........................................................................................................

3.2.1

Nghịch lưu:............................................................

3.2.2

Bộ biến đổi xung áp...............................................

3.2.3

Bộ lọc:...................................................................

3.2.4

Chỉnh lưu:..............................................................

3.2.5

Tụ lọc sau chỉnh lưu..............................................

CHƯƠNG 4: MẠCH ĐIỀU KHIỂN................................................................................
4.1

Khâu phát xung chủ đạo...................................................................................

4.1.1

IC555.....................................................................

4.1.2

Mạch phát xung chủ đạo.......................................

4.1.2.1

Sơ đồ mạch............................................................

4.1.2.2 Nguyên lý làm việc.........................................................................................
4.2

Khâu phân phối xung........................................................................................

4.3

Khâu khuếch đại xung......................................................................................

4.4

Tính tốn mạch điều khiển...............................................................................

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Anh Quân

3

4.4.1

Mạch điều khiển băm xung 1 chiều.................................

4.4.2

Mạch điều khiển van nghịch lưu......................................

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ PHẦN TỬ MẠCH BẢO VỆ...................................................
5.1

Bảo vệ quá dòng điện.......................................................................................

5.2

Bảo vệ quá nhiệt...............................................................................................

5.3

Bảo vệ quá điện áp...........................................................................................

KẾT LUẬN CHUNG.......................................................................................................
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Anh Quân

4

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy


DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Cấu tạo của động cơ điện khơng đồng bộ
Hình 1.2 Cấu tạo roto của động cơ khơng đồng bộ
Hình 1.3 Q trình tạo momen quay của động cơ khơng đồng bộ
Hình 1.4 Đặc tính cơ của động cơ khơng đồng bộ
Hình 2.1 Cấu trúc biến tần gián tiếp
Hình 2.2 Cấu trúc bộ biến tần gián tiếp nguồn áp

Hình 3.1: Sơ đồ thiết kế mạch động lực
Hình 3.2 Dạng sóng mạch nghịc lưu
Hình 4.1 Cấu trúc mạch điều khiển
Hình 4.2 Cấu trúc IC555
Hình 4.3 Sơ đồ mạch phát xung chủ đạo
Hình 4.4 Xung chủ đạo mạch điều khiển
Hình 4.5 Tín hiệu điều khiển qua flip flop
Hình 4.6 Phân phối xung

Hình 4.7 Sơ đồ đấu chân của IR2110
Hình 4.8 Sơ đồ chân và chức năng các chân của IR2110
Hình 4.9 Mạch điều khiển băm xung một chiều
Hình 4.10 Tín hiệu điều khiển băm xung
Hình 4.11 Mạch điều khiển van nghịch lưu
Hình 4.12 Phân phối xung
Hình 4.13 Tín hiệu điều khiển nghịch lưu

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Anh Quân

5

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 4.1 Chức năng D-FF
Bảng 4.2 Đầu vào kích
Bảng 4.3 Trạng thái flip flop

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Anh Quân

6

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA;
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ; PHƯƠNG
PHÁP LỰA CHỌN:
1.1

CẤU TẠO VÀ ĐẶC ĐIỂM:

1.1.1 Cấu tạo của động cơ không đồng bộ:
Động cơ không đồng bộ là máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lý cảm ứng
điện từ, có tốc độ của roto n khác với tốc độ từ trường quay trong máy n1.
Động cơ không đồng bộ được sử dựng nhiều trong sản xuất và sinh hoạt vì chế tạo
đơn giản, giá thành rẻ, độ tin cậy cao, vận hành đơn giản, hiệu suất cao và gần như khơng
bảo trì. Dãy cơng suất của nó rất rộng, từ vài Watt đến hang ngàn kilowatt.

1.1.1.1: Cấu tạo phần tĩnh (stato):
Gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn ngồi ra cịn có vỏ máy và nắp
máy.

Hình 1.1 Cấu tạo của động cơ điện khơng đồng bộ
1. Lõi thép stato;

2. Dây quấn stato;

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Anh Quân

7

3. Nắp máy;

4. Ổ bi;

5. Trục máy

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy


6. Hộp dầu cực;

a.

7. Lõi thép roto;

8. Thân máy; 9. Quạt gió;

10. Hộp quạt

Vỏ máy:

Thường làm bằng gang. Đối với máy có cơng suất lớn (1000 kw), thường dùng
thép tấm hàn lại thành vỏ. Vỏ máy có tác dụng cố định và không dùng để dẫn từ.
b.

Lõi thép stato:

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. Mỗi lá thép kỹ thuật điện đều có phủ lớp sơn cách điện.
Mặt trong của lõi thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn.
c.

Dây quấn stato:

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.
1.1.1.2: Cấu tạo phần quay (Roto):
Gồm lõi thép, dây quấn, và trục máy.

Hình 1.2 Cấu tạo roto của động cơ không đồng bộ
a) Dây quấn roto lồng sóc

a.

b) Lõi thép roto

c) Ký hiệu động cơ

Lõi thép roto:

Gồm các lá thép kỹ thuật điện giống như ở phần stato. Lỏi sắt được ép trực tiếp
lên trục. Bên ngồi lỏi sắt có xẻ rảnh để đặt dây quấn.
b.

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.
Loại roto kiểu lồng sóc: loại dây quấn này khác với dây quấn stato. Mỗi rãnh
của lõi sắt được đặt một thanh dẫn bằng đồng hoặc nhôm và được nối
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Anh Quân

8

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy


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.Với động cơ nhỏ (<100 kW) dây quấn
roto được đúc nguyên khối thành thanh dẫn, vành nhắn mạch cánh tản
nhiệt vàc ánh quạt làm mát.
c.

Trục máy:

Làm bằng thép, trên đó có gắn lõi thép roto.

1.1.2 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 < n1.
Trong đó:
n: tốc độ quay của roto.
n1: tốc độ quay từ trường quay của stato (tốc độ đồng bộ của động cơ).
1.2

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 dịng
bap ha chạy q, 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
chiều của từ trường quay
Tốc độ roto n luôn nhỏ hơn tốc độ từ trường quay n 1, vì nếu tốc độ bằng nhau thì
khơng có sự chuyển động tương đối, trong dây qn roto khơng có sức điện động và dịng
cảm ứng, nên lực điện từ bằng khơng.
Độ chênh lệch giữa tốc độ từ trường quay và tốc độ roto gọi là tốc độ trượt:
n2 =n1−n
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Anh Quân

9

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy


1.3

CÁC ĐẠI LƯỢNG VÀ PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ:

1.3.1 Các đại lượng của động cơ không đồng bộ:
1.3.1.1 Hệ số trượt:
Để biểu thị mức độ đồng bộ giữa tốc độ quay của roto n và tốc độ của từ trường
quay stato n1.
Ta có:
Hay tính theo phần trăm:
Xét về mặt lý thuyết giá trị s sẽ biến thiên từ 0 đến 1 hoặc từ 0 đến 100%
Trong đó:

1.3.1.2 Ảnh hưởng của hệ số trượt đến tần số của roto:
Tốc độ trượt giữa từ trường quay và dây quấn roto:
Tần số sđđ và dịng điện trong dây quấn roto:

Trong đó, s là hệ số trượt của động cơ không đồng bộ. Lúc làm việc ở chế độ tải
định mức, thường Sđm = 0.02 ~ 0.08. Nếu tần số f1 = 50 Hz thì f2 = 1~4Hz.
1.3.1.3 Ảnh hưởng của hệ số trượt đến sđđ của roto:
Sđđ pha cảm ứng trong dây quấn roto lúc quay là:
E2 s =4.44 f 2 N r Фm

Khi thay (1.6) vào (1.7) ta có:
E2 s =4.44 s f 1 Nr Фm

Khi roto đứng yên, s = 1, f2 = f1. Sd dây quấn roto lúc đứng yên là:
E2=4.44 f 1 Nr Фm
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Anh Quân

10


1.3.2 Các phương trình cơ bản của động cơ khơng đồng bộ ba pha:
1.3.2.1 Phương trình đặc tính cơ
Biểu thức dòng điện roto đã qui đổi về stator:
I'❑ =
2

Khi tốc độ động cơ n = 0, s = 1
Nếu điện áp đặt lên cuộn stator u1 = const thì biểu thức (1.10) chính là quan hệ
giữa dịng điện roto đã qui đổi về stator I’2 với độ trượt s hay với tốc độ n.
Do đó biểu thức )1.10) chính là phương trình đặc tính tốc độ.
1.3.2.2 Phương trình đặc tính cơ
3U 1 r2'

( r + rs )

1[

M=

1

Giá trị s biến thiên từ -∞ đến +∞ và mơmen quay sẽ có hai giá trị cực đại được gọi
là mômen tới hạn (mth).

Hệ số trượt tương ứng với mômen tới hạn gọi là hệ số trượt tới hạn:

Sth=

Do đó, ta được biểu thức mơmen tới
hạn:

Đặt
Ta thu được phương trình đơn giản
của đặc tính cơ:
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Anh Qn

11

Hình 1.4 Đặc tính cơ của động cơ khơng
đồng bộ
Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

2'

2


M=

Đối với các động cơ cơng suất lớn thì R1 << xn nên có thể bỏ qua r1 và ε = 0.
1.4

Ảnh hưởng của các thơng số đến đặc tính cơ

1.4.1 Suy giảm điện áp lưới
Khi điện áp lưới suy giảm, theo (1.13), Mth giảm bình phương lần độ suy giảm của
điện áp lưới, theo (1.12) thì Sth khơng đổi.
1.4.2 Điện trở, điện kháng mạch stator
Khi nối thêm điện trở hoặc điện kháng mạch stator, theo (1.12) và (1.13) thì Sth và
Mth đều giảm.
1.4.3 Số đơi cực p
Ta có:
Suy ra:
Khi thay đổi số đơi cực thì tốc độ từ trường quay 1 thay đổi, do đps tốc độ động cơ
cũng thay đổi.
1.4.4 Tần số lưới f1
Theo (1.16) và (1.17), khi thay đổi f1 thì

1

cũng thay đổi, do đó

thay đổi:

-Nếu f1 > f1đm, U1 không đổi
-Nếu f1 < f1đm, nếu U1 khổng đổi thì dịng i1 tăng nhanh. Điều này khơng được
cho phép nên khi thay đổi f1 thì phải thay đổi U1 theo một quy luật nào đó để
động cơ sinh ra mômen như trong chế độ định mức.
1.5

Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ
1.5.1 Điều chỉnh điện áp động cơ
Mômen của động cơ không đồng bộ tỉ lệ với bình phương điện áp stator nên có thể

điều chỉnh được mômen và tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp trong khi giữ
nguyên tần số.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Anh Quân

12

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy


1.5.2 Điều chỉnh điện trở mạch rotor
Ta có:

(1.18)

r =rr +rf

Khi tăng giá trị điện trở tổng r tức là làm tăng độ trượt tới hạn S th, cịn mơmen tới
hạn Mth của động cơ không đổi.
1.5.3 Điều chỉnh tần số nguồn cấp
Luật điều chỉnh giữ khả năng quá tải không đổi. Nếu bỏ qua điện trở dây quấn
stator thì có thể tính được momen tới han:

Mth=

Điều kiện giữ cho khả năng quá tải không đổi:

Từ các quan hệ về đặc tính momen có thể kết luận rằng nếu giữ từ thơng máy hoặc
từ thơng stator Фs khơng đổi thì momen sẽ không phụ thuộc vào tần số và M th sẽ khơng
thay đổi trong tồn bộ q trình điều chỉnh.

Luật điều chỉnh tần số không trượt:
3 Lm2

μ=

2 Rr

Nếu giữ tần số f khơng trượt s = const thì momen chỉ phụ thuộc is mà không phụ
thuộc tần số nguồn.
1.5.4 Điều chỉnh độ rộng xung bằng cách thay đổi tần số
Góc chuyển mạch được xác định bằng cách so sánh giữa tín hiệu hình sin mẫu e(t)
với tín hiệu thường dạng răng cưa u(t). Tần số tín hiệu u(t) càng 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 hóa
điện áp đặt vào động cơ.
Với số lượng các xung có độ rộng thích hợp có thể làm triệt tiêu các sóng bậc cao. Với
phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng biến tần thì khơng nhận
điện áp từ lưới mà từ nghịch lưu của biến tần. Ta thấy sdd của dây quấn
stator trong động cơ không đồng bộ tỉ lệ với tần số đặt vào f1 và từ thông
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Anh Quân

13

φ

:

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy


Mặt khác, ta có phương trình cân bằng điện áp:

U1=−E1+I1 Z1

Nếu coi sụt áp trên dây quán phần ứng không đáng kể thì ta có:
¿ ¿

U=E =>
Để đảm bảo cho đặc tính cơ có độ cứng cao và khả năng quá tải lớn, đồng thời

điều chỉnh điện áp u1 sao cho từ thông không đổi, nghĩa là thay đổi
hoạt động tối ưu.
Nếu tần số f1 giảm thì từ thơng

φ

1

để cho động cơ

tăng, dẫn đến dịng điện từ hóa

Iμ

tăng.

φ giảm, dẫn đến dây quấn roto bị q dịng.

Nếu tần sơ f1 tăng thì từ thơng
Mặt khác ta có :

f

U
φ= 1

M=Cφ I cos ϕ =const
2

2

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 phải thay đổi điện áp
và tần số theo:

+ Thay đổi điện áp:
+ Thay đổi tần số bằng cách thay đổi chu kỳ phát xung điều khiển nghịch
lưu
1.6

Kết luận

Dựa trên cơ sở về ưu nhược điểm của các loại phương pháp điều chỉnh tốc độ
động cơ khơng đồng bộ 3 pha, nhóm chúng em xin chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ
bằng cách thay đổi tần số vì nó phù hợp nhất với u cầu của đề tài.

a.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Anh Quân

14

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ BIẾN TẦN
2.1

Khái niệm

Biến tần là một thiết bị tổ hợp các linh kiện điện tử thực hiện chức năng biến đổi
tần số và điện áp một chiều hay xoay chiều có tần số nhất định thành dịng điện xoay
chiều có tần số điều khiển được nhờ các khóa điện tử.
2.2

Phân loại
Biến tần được chia làm 2 loại:
2.2.1 Biến tần trực tiếp (Cycloconverter)
Còn được gọi là biến là biến tần phụ thuộc. Thường gồm các nhóm chỉnh lưu điều

khiển mắc song song ngược.
Như vậy điện áp xoay chiều u1(f1) chỉ cần qua một van là chuyển ngay ra tải với
u2(f2).
Tuy nhiên, đây là loại biến tần có cấu trúc sơ đồ van rất phức tạp chỉ sử dụng cho
truyền động điện có cơng suất lớn, tốc độ làm việc thấp. Vì việc thay đổi tần số f 2 khó
khăn và phụ thuộc vào f1.
2.2.2 Biến tần gián tiếp
một
chiều, lưu độc

chỉnh lưu

lọc

Nghịch lưu

Tuy nhiên việc ứng dụng hệ điều khiển số nhờ kỹ thuật vi xử lý nên đã 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 thành hai loại sử dựng
nghịch lưu áp và nghịch lưu dòng.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Anh Quân

15

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy


2.2.2.1 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 định.
2.2.2.2 Bộ biến tần gián tiếp nguồn áp
Là loại biến tần mà nguồn tạo ra điện áp một chiều là nguồn áp (nghĩa 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 định.
Bộ biến tần nguồn áp có ưu điểm là tạo ra dạng dòng điện và điện áp sin hơn, dải
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,
U1 f1

Bộ biến đổi

(mạch động lực)

U2 f2

Điều khiển
Hình 2.2 Cấu trúc bộ biến tần gián tiếp nguồn áp

Phần động lực:
Bộ chỉnh lưu : biến đổi dịng xoay chiều có tần số f1 thành dòng một
chiều.
-

Bộ nghịch lưu : là bộ rất quan trọng trong bộ biến tần, biến đổi dòng điện một

chiều được cung cấp từ bộ chỉnh lưu thành dòng điện xoay chiều có tần số f2.
-

Bộ lọc : là bộ phận không thể thiếu 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: quyết định sự làm việc của mạch động lực, để đảm bảo các yêu
cầu tần số, điện áp ra của bộ biến tần. 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, ngồi ra nó cịn thể đảm nhận luôn chức năng
khuếch đại xung.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Anh Quân

16

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy


-

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:
2.3

Kết luận

-Với biến tần trực tiếp thì điện áp ra gần hình sin , hiệu suất cao và khả năng
hãm tái sinh động cơ điện . Nhưng mà có nhược điểm là mạch điều khiển phức
tạp và đắt mà tần số ra hạn chế khoảng từ 0 → f/3 nên chỉ thích hợp với truyền
động tốc độ thấp và cơng suất lớn ( ít phổ biến ).
-Với biến tần trung gian sử dụng bộ nghịch lưu dịng thì cho phép điều chỉnh
tần số từ 0→f dùng cho động cơ có công suất vài kW đến hàng ngàn kW . Bộ
biến tần nghịch lưu áp thì cho phép điều chỉnh tần số từ 0→f và cho động cơ
dưới 100kW.

-Bộ biến tần nguồn áp có ưu điểm là tạo ra dạng dịng điện và điện áp sin hơn,
dải biến thiên tần số cao hơn nên được sử dụng rộng rãi hơn.
Thông qua các loại ưu nhược điểm của từng loại, nhóm em quyết định chọn thay
đổi tần số nguồn mà tỷ số giữa điện áp và tần số của nguồn không đổi và điều chỉnh tần
số bằng các bộ biến tần gián tiếp nguồn áp để thay đổi tốc độ động cơ.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Anh Quân

17

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy


CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐỘNG LỰC
3.1

Sơ đồ thiết kế

Nguồn ba pha

Tải
Nghịch lưu

Lọc

Hình 3.2: Sơ đồ thiết kế mạch động lực
3.2

Tính tốn
Số liệu cho trước:

-Nguồn điện lưới xoay chiều 3 pha: 220V/380V
-Tải là động cơ khơng đồng bộ có :
o
Pđm = 3KW ; Uđm = 220V ; nđm = 1500 vòng/phút; cosφ = 0,8
o

Hiệu suất η = 0,8

P

P =

đm

1 đm

η

¿
R

>I

pđm=12.3

t=

U p
220
0.8=14.31( Ω)p

I cos φ= 12.3

X t=

(A)

Up

sin φ=

220

√1−0.82 =10.73( Ω)

I p12.3

o

Điện áp 1 chiều sau khi nghịch lưu:

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Anh Quân

18

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy


U

m

= 2 . E=¿ E= πU m = π √2U đm = π .√2 .220 =488.72 (V )
π 222

o

Dòng tiêu thụ từ nguồn E: IE =
Với a = exp

(−3πXR )
¿

t

a = 0.247 => IE = 13.365 (A)
=> Tham số sơ bộ của bộ nguồn 1 chiều là 488.72 V và dòng 13.365 A
o
Điện áp đặt vào van đúng bằng điện áp đặt vào bộ nghịch lưu:
Ungmax = 488.72 (V). Lấy hệ số dự điện áp van k Uv = 1.6 thì điện áp
ngưỡng của van cần chịu được: U v>kUv . Ungmax=1.6∗488.72=781.9
(V )

o

Biên độ dòng điện qua tải:

Im=

o

Dòng điện trung bình qua các van:
I

D=

I
)

o

Tr=

Im
27.32
2 π (1+cos φ)=
2π (1+0.8 )=7.83 ( A

Chọn hệ số dự trữ dịngkIv =1.2thì :
I

I

Im
27.32
2 π (1−cos φ)=
2π (1−0.8)=0.87 ( A )

Trn>7.83∗1.2=9.4

Dn >0.87∗1.2=1.044

(A)

(A)


Van nghịch lưu là MOSFET có điện áp ngưỡng 781.9 V, dịng 9.4 A.
Diode có điện áp ngưỡng 781.9 V, dịng 1.044 A

MOSFET có số hiệu E3M028009D

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Anh Quân

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy


19


Hình 3.2 Dạng sóng mạch nghịc lưu

3.2.2 Bộ biến đổi xung áp
o

U=

1

∫T

1

Ud dt=

T1

Ud =γ U

d

T 0T

o

Chọn tần số băm xung f = 1(kHz) => T = 0.001 (s)

o

Chọn phạm vi điều chỉnh điện áp: γ =0.2÷ 0.8

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Anh Quân

20

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy


o

Nếu cho sụt áp trên cuộn dây bộ lọc là khơng đáng kể do đó giá

trị điện áp phía sau bộ biến đổi tại thời điểm cực đại của điện áp là:
U=

E

=

488.72

γmax

o

=610.9(V )

0.8

Chọn hệ số quá áp Ku = 1.6. Vậy van phải chịu điện áp:
U

ng=K u

. U=1.6∗610.9=977.44 (V )

o Dòng điện cực đại:
I

T=12.3

(

A) o Hệ số dự trữ dòng klv = 1.2:

I

Trng=1.2∗12.3=14.76

( A)

o Dòng điện cực đại qua diode:
I

o
I

D=

12 . 3
0. 8 ∗0.2=3.075 ( A )

Hệ số dự trữ dịng klv = 1.2, chọn diode có:

Dng=1.2∗3.075=3.69

( A)


Van băm xung là MOSFET có điện áp ngưỡng 977.44 V, dịng 14.76 A.
Diode có điện áp ngưỡng 977.44 V, dịng 3.69 A


Chọn MOSFET có số hiệu CPM2-1200-0160B.
3.2.3 Bộ lọc:
o

L:


Chọn độ dao động dịng điện 10%:
∆ I=12.3∗0.1=1.23 ( A)



Vậy chọn cuộn dây có điện cảm:
L=

o

C: Chọn hệ số đập mạch kdm = 0.01, ta được:
C=

3.2.4 Chỉnh lưu:
o Điện áp ngược đặt lên diode:
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Anh Quân

21


o

Điện áp trung bình sau chỉnh lưu: Utb = 610.9 (V)

o

Điện áp 1 pha trong nguồn 3 pha:
U tb=1.648∗Um =¿ Um=

610
.9
1.648 =370.69 (V )

o Điện áp ngược cực đại đặt lên diode:
U Dng=370.69∗√3=642.05 (V )

o

Hệ số dữ trữ điện áp kUv = 1.6. Chọn diode có áp ngưỡng:
U =642.05∗1.6=1027.28 (V )

o

Dòng điện do bộ nghịch lưu tạo ra là 13.365 A. Dịng trung bình

qua van:
Iv =

I 13.365
=
= 4.445 (A)

3

o

3

Hệ số dự trữ dịng điện là 1.2. Chọn diode

có dịng ngưỡng: I = 4.455*1.2 = 5.346 (A)


Van chỉnh lưu là Diode có điện áp ngưỡng 1091.46 V, dịng 5.346 A



MOSFET có số hiệu C4D05120A.
3.2.5 Tụ lọc sau chỉnh lưu
C=1.3

o
Tụ C phải chịu điện áp UC = E = 488.72 (V). Chọn hệ số dự trữ
áp cho
tụ là 1.3 thì: UCng = 1.3 * 610.9 = 714.17 (V).
=> Dùng tụ có điện dung 217μF và chịu điện áp 714.17 V.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Anh Quân

22

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy

CHƯƠNG 4: MẠCH ĐIỀU KHIỂN
Van

Hình 4.1 Cấu trúc mạch điều khiển

4.1

Khâu phát xung chủ đạo

Dùng IC555 làm việc ở chế độ phi ổn có tác dụng tạo ra dãy xung có tần số mong
muốn.
4.1.1 IC555
IC555 do hãng Signetics chế tạo bao gồm 2 bộ khuếch đại thuật toán OA1 và OA2
thực hiện chức năng so sánh.

Hình 4.2 Cấu trúc IC555

1. Nối với cực âm của nguồn nuôi
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Anh Quân

23

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy


2 E
3 thì V 3=0

2.

Kích lật khi V 2=

3.
4.

Cổng ra V 3 min=0.1 V ,V 3 max =0.5 V ,I 3 max=0.2 A
Chân 4 khóa khi V 4 =0 thì V 3=0, nếu khơng cần khóa thì nối 4 vào 8

5.

Lọc nhiễu, thường thì gắn tụ điện 0.01 thì chân 5 xuống mass

6.

Nguồn lật V 6=

7.
8.

Chân phóng điện thường được đấu với tụ C của mạch ngoài
Nối với cực dương của nguồn ni E=5 18 V tiêu thụ dịng điện

2 E
3 thì V 3=0

0.7mA/V nguồi ni
4.1.2 Mạch phát xung chủ đạo
4.1.2.1 Sơ đồ mạch

Hình 4.3 Sơ đồ mạch phát xung chủ đạo

4.1.2.2 Nguyên lý làm việc
Ở

trạng thái ban đầu mới cấp điện, điện áp trên tụ Uc=0. Do vậy điện áp tại chân 2

và 6 cũng bằng 0, nên ở đầu ra chân 3 điện áp ở mức cao ( Uc=17 V ) và đầu chân 7 ở
mức thấp (=0). Tụ C bắt đầu nạp điện từ +Vcc qua Ra, Rb.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Anh Quân

24

Hướng dẫn: TS. Giáp Quang Huy