Giáo trình phân tích quy trình sử dụng phương pháp điểu khiển tốc độ động cơ điện xoay chiều bằng đa mạch p9 doc

73
else
_nop_();
}
void main(void)
{
TMOD=0x11;
IE=0x89;
TF0=1;
TF1=1;
while(1)
{
kiemtra_1s();
}
}
**************************************************************

74
CHƯƠNG 5
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BIẾN TẦN ÁP MỘT PHA

5.1 Thiết kế và chế tạo mạch cụ thể
Thiết kế và chế tạo mạch cụ thể là một khâu rất quan trọng trong hệ
thống bởi vì có thiết kế và tính toán chính xác thì hệ thống mới làm việc chính
xác và ổn định được. Như vậy nội dung của chương này sẽ trình bày các bước
tính toán và lựa chọn các linh kiện, thiết bị chính của mạch lực biến tần.
Ta có sơ đồ cấu trúc của hệ biến tần động cơ như sau:

Hình 5.1 Sơ đồ cấu trúc tổng quan về hệ biến tần động cơ
Để tính toán thiết kế mạch lực và mạch điều khiển cho hệ biến tần ta xuất
phát từ các thông số của động cơ. Động cơ là loại động cơ điện xoay chiều một
pha có các thông số:
U
đm
= 220 V η = 0,86
I
đm
= 0,22 V cosϕ = 0,8
P

đm
= 38 W n
đm
= 2800 v/phút
p = 1
5.1.1 Thiết kế mạch lực

75
Từ sơ đồ cấu trúc của hệ điều khiển ta có sơ đồ mạch lực như hình vẽ:

Hình 5.2 Sơ đồ mạch lực
Đây là một khối rất quan trọng trong hệ thống, nó có nhiệm vụ biến đổi
điện áp một chiều thành điện áp xoay chiều có tần số mong muốn, đáp ứng
được yều cầu điều khiển tốc độ động cơ. Hoạt động của biến tần được điều
khiển bởi vi xử lý tín hiệu số. Bộ biến tần mà ta đang nói
đến ở đây là bộ biến
tần nguồn áp gián tiếp tức là trong một chu kỳ điện áp xoay chiều của lưới
điện vào thì sự thay đổi của điện áp nguồn đó được bỏ qua. Điện áp một chiều
dùng cho biến tần được lấy từ bộ chỉnh lưu và được lọc bởi tụ có dung lượng
lớn. Vai trò của tụ C là đảm bảo quá trình quá
độ của hệ thống và việc đóng
cắt bên trong nghịch lưu không làm thay đổi lớn điện áp một chiều đầu vào.
Đối với bộ các biến tần gián tiếp cấp cho các động cơ người ta thường sử
dụng nghịch lưu nguồn áp với các van bán dẫn là IGBT (INSULSTED GATE
BIPOLAR TRANSISTOR – TRANSISTOR có cực cửa cách ly) bởi nó có
nhiều tính ưu việt như tốc độ chuyển mạch nhanh, công suất điều khi
ển yêu
cầu rất nhỏ. Việc sử dụng chúng làm đơn giản đáng kể khi thiết kế các bộ
biến đổi, làm cho kích thước của hệ thống điều khiển ngày càng thu nhỏ. Bốn
điốt ngược đóng vai trò trao đổi công suất phản kháng với nguồn và bảo vệ

quá điện áp cho IGBT khi IGBT khoá.
Tính chọn các van nghịch lưu.
Để chọn được các van ta cần biết được điện áp ngược đặt lên van và

76
dòng điện max.
Điện áp ngược đặt lên mỗi van (Transitor) chính là điện áp một chiều
nuôi biến tần , suy ra:
U
ngmax
= U
mc
= 2 U
đm
= 2 . 220 = 311 (V)
Dòng điện trung bình chạy qua van được tính thông qua dòng điện
động cơ. Do cùng một thời điểm dòng điện đi qua đồng thời hai transitor nên
dòng điện chạy qua một transitor là:

dc
van
I
I=
2
=
0, 22
2
= 0,11 (A)
Chọn Transitor với hệ số dự trữ điện áp k
u

= 1,6 và hệ số dự trữ dòng
điện k
i
= 1,2.
Ta phải chọn van ít nhất chịu được điện áp ngược 1,6 * 311 = 498 (V),
và dòng điện trung bình 1,2 * 0,11 = 0,132 (A).
Tra tài liệu điện tử công suất ta chọn được một số loại sau:
2SC2335 (500V/ 7A)
BUT56A
2SC2979 (900V/ 3A)
2SC3039 (500V /7A)
2DS1710 (1500V /3A)
BU126(750V /3A)
BU4508DX(700V/ 8A)
BU205 (700V/ 2,5A)
Thực tế chọn transitor 2SC2335.
Tính chọn các điot chống ngược cho các Transitor
Dòng điện trung bình qua điốt :
I
D
=I
m
(1- μ)/2 = 2 .0.22(1-0.8)/2 = 0.311A
Với I
m
là giá trị đỉnh của dòng điện I
m
= 2 .I
đm

Dòng trung bình tính chọn :

77
I
Dtt
= K
I
.I
D
= 1,2.0,311 = 0.37A
Điện áp ngược tính chọn :
U
Dtt
= K
U
.U
D
= U
Ttt
= 390 V
Chọn điot chống ngược của Nga D2485(5A – 400V)
Tính chọn tụ C
Với chức năng phóng nạp khi điện áp thay đổi, tụ C được mắc giữa bộ
chỉnh lưu và bộ nghịch lưu để ổn định điện áp đầu vào nghịch lưu tạo nên
nguồn áp, bên cạnh đó tụ C còn đóng một vai trò quan trọng khi tải có tính
chất cảm kháng (động cơ). Tụ C sẽ là phần tử trao đổi công suất phản kháng
cho tải. Thông thường tụ C
được tính toán dựa vào tải, thường có dung lượng
lớn. Tụ C là một phần tử rất quan trọng trong mạch nghịch lưu điện áp vì vậy
việc lựa chọn tụ đòi hỏi độ chính xác. Tụ C với vai trò bảo vệ quá áp trong

quá trình đóng cắt và trao đổi công suất phản kháng với tải, nếu điện dung tụ
không đủ lớn thì sẽ không thực hiện được chức năng bả
o vệ có thể dẫn đến nổ
tụ, ngược lại nếu tụ C lớn thì sẽ kích thước lớn dẫn đến giá thành cao. Vì thế
khi lựa chọn ta phải dựa vào nhiều yếu tố, thông thường trong thực tế người ta
thường chọn tụ C theo công thức sau đây:
2
30
sin
ΔUf
η.I
2
3
C
0
2
Cx
M
−
=
ϕ

trong đó:

η là hệ số lấp đầy tải, chọn η
max
= 0,85;
I
M
giá trị đỉnh của dòng tải;

ΔU
C
độ biến thiên điện áp thường lấy bằng 0,1;
f
x
tần số cắt xung;
φ góc tải(cosφ=0,7
⇒ φ = 44,42
0
).
Thay các thông số của động cơ vào ta tính được giá trị của tụ C.

78
000
22
M
3
xC
η.I
3 30 3 0,85.0,22 2 44,42 30
Csin sin 36F
2fΔU221.10.0,1 2
ϕ− −
== =μ

Vậy chọn tụ C loại 47
μF
Tính chọn mạch tạo nguồn điện một chiều có điện áp U
mc

=311 cung
cấp cho biến tần
Điện áp sau chỉnh lưu cần điện áp là 311V.
Dòng điện một chiều sau chỉnh lưu:
dc
mc d
mc
P
38
I = I = = = 0,12
U 311
(A)
Vì điện áp chỉnh lưu lớn hơn 220V nên cần tăng áp trước chỉnh lưu.
Sụt áp sau hai điot chỉnh lưu xấp xỉ khoảng 2V nên điện áp đầu vào
chỉnh lưu là:
U
đv
=
cl
U.π
311.π
= = 348
22 22
(V)
Vậy chọn biến áp có tỷ số tăng áp là:
K =
348
220
= 1,6
Điện áp đặt lên điot:

U
ng D
= 2 U
đv
= 2 .348 = 492 (V)
Vì dòng điện đi qua hai điot tại một thời điểm nên dòng điện qua một
điot là:
I
D
=
dd
II
0,12
== =0,06(A)
22 2

Chọn điot với hệ số dự trữ K
i
= 1,2 và K
u
= 1.6. Vậy ta phải chọn điot ít
nhất chịu được điện áp ngược là 1,6*492 = 787(V) và dòng điện trung bình là
1,2*0,06 = 0,07(A)
Thực tế chọn cầu 5 A
Thiết kế mạch điều khiển

79

Hình 5.3 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển
Trong mạch gồm có mạch nguồn gồm: một biến áp nguồn, một cầu
chỉnh lưu 2A, một tụ lọc 1000
μF, một điện trở hạn chế dòng 15KΩ, hai tụ
104
μF, một tụ 100 μF, một đèn LED báo hiệu và một bộ ổn nguồn L7805.
Mạch nguồn này tạo ra nguồn một chiều 5V cung cấp nguồn cho bộ vi xử lý.
Mạch có bộ vi xử lý AT89C52, bộ tạo dao động thạch anh ngoài ra còn
có các tụ, điện trở và nút ấn.
Mạch cách ly giữa mạch lực và mạch điều khiển
Chọn 4 bộ cách ly 4N35 (100mA – 55V) mắc theo kiểu Dalinton với transitor
của mạch lực.



80
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
Sau một thời gian nghiên cứu đề tài, mặc dù gặp nhiều khó khăn nhưng
với nỗ lực của bản thân cùng với sự hướng dẫn tận tình của các thầy cô giáo
và đặc biệt là thầy giáo TS. Nguyễn Văn Đường cùng với sự giúp đỡ của bạn
bè đến nay đề tài tốt nghiệp của tôi đã cơ bản hoàn thành. Từ kết quả nghiên
cứu được trong đề tài “Tự động
điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều một
pha bằng biến tần áp gián tiếp”. chúng tôi mạnh dạn đưa ra một số kết luận và
đề nghị sau:
1. Kết luận
a) Mặt tích cực
- Đề tài đã tìm hiểu được khái quát về động cơ không đồng bộ, về các
phương pháp điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ. Từ đó phân tích vai
trò, ý nghĩa ứng dụng của phương pháp điều khiển tốc độ động cơ không

đồng bộ bằng cách thay đổi tần số nguồn cung cấp trong thực tế.
- Nghiên cứu về các loại biến t
ần cụ thể là biến tần áp gián tiếp một pha.
- Đã áp dụng tốt các kiến thức mới mẻ về các bộ điều chỉnh PID và các bộ
điều chế độ rộng xung trong việc điều chỉnh tốc độ quay của động cơ.
- Từ thực tế trực tiếp tính toán, thiết kế và lắp ráp các mạch điện tử chúng
tôi đã củng cố thêm
được những kiến thức, kỹ năng và khả năng tư duy giải
quyết các vấn đề.
- Nghiên cứu về bộ vi xử lý 8051 từ đó lập trình điều khiển đối tượng với
sơ đồ công nghệ thực tiễn.
- Trong đề tài có sử dụng cảm biến đo tốc độ theo nguyên ký đếm xung.
Đây là nguyên lý đơn giản có độ chính xác và độ nhạy tương đối cao đả
m bảo
chất lượng tốt trong điều khiển.
b) Mặt hạn chế

Do điều kiện và khả năng còn hạn chế nên việc xây dựng mô hình chưa

81
được hoàn thiện. Chưa đo được số liệu cụ thể để tổng hợp hệ thống.
c) Mặt nhận thức
Qua quá trình nghiên cứu, tìm hiểu các tài liệu để thực hiện đề tài ngoài
những hiểu biết vô cùng quan trọng về sự phát triển của công nghệ tự động
hoá, việc ứng dụng của tự động hoá vào sản xuất… Đề tài còn giúp tôi có
thêm kiến thức thực tế về áp dụng tự động hoá trong nông nghiệp, một lĩnh
vực vô cùng quan trọng và cũng là nhiệm vụ của một kỹ sư tự
động hoá nông
nghiệp.
2. Kiến nghị

Trong quá trình thiết kế mô hình thực tế, do thời gian và nhận thức còn
hạn chế về trang thiết bị nên không tiến hành đo được số liệu cụ thể. Kính
mong bộ môn cùng Khoa Cơ điện tạo điều kiện tốt hơn nữa về thời gian cũng
như thiết bị dể đề tài có thể hoàn thiện tốt hơn và có tính ứng dụng thực tế
cao.