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 nđm = 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 khiển 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:
Ungmax = Umc = 2Uđm = 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 ku = 1,6 và hệ số dự trữ dòng
điện ki = 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 :
ID =Im(1- μ)/2 = 2.0.22(1-0.8)/2 = 0.311A
Với Im là giá trị đỉnh của dòng điện Im = 2.Iđm
Dòng trung bình tính chọn :
77
IDtt= KI.ID = 1,2.0,311 = 0.37A
Điện áp ngược tính chọn :
UDtt = KU.UD = UTtt = 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 bảo 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 ηmax= 0,85;
I
M giá trị đỉnh của dòng tải;
ΔUC độ biến thiên điện áp thường lấy bằng 0,1;
f
x tần số cắt xung;
φ góc tải(cosφ=0,7 ⇒ φ = 44,420).
Thay các thông số của động cơ vào ta tính được giá trị của tụ C.