Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
TP.HCM Ngày 15 Tháng 6 Năm 2017

TP.HCM Ngày 15 Tháng 6 Năm 2017

Tải bản đầy đủ - 0trang

3



TĨM TẮT



Đề tài “Thiết kế, chế tạo mơ hình thí nghiệm mạch nghịch lưu 3 pha bằng

phương pháp điều chế xung sin”. Được tiến hành tại xưởng thực tập CK01 thuộc khoa

Cơ Khí - Cơng Nghệ Trường Đại Học Nơng Lâm TP. HCM, thời gian thực hiện đề tài từ

14/02/2017 đến tháng 04/06/2017.

Nội dung thực hiện

- Xây dựng mơ hình thí nghiệm gồm các mơ đun:

+ Mơ đun nguồn (xoay chiều và một chiều)

+ Mô đun điều khiển (điều khiển theo phương pháp 6 bước, điều khiển theo

phương pháp điều chế xung sine)

+ Mô đun cách ly

+ Mô đun biến đổi công suất (dùng IGBT)

+ Mô đun tải (R, L)

- Xây dựng các bài thí nghiệm:

+ Thí nghiệm nghịch lưu 3 pha theo phương pháp điều khiển 6 bước (đo dạng sóng

tín hiệu điều khiển, đo dạng sóng điện áp các pha, áp dây)

+ Thí nghiệm nghịch lưu 3 pha theo phương pháp điều chế xung sine (đo dạng

sóng tín hiệu điều khiển, đo dạng sóng điện áp các pha, áp dây, so sánh với phương

pháp điều khiển 6 bước)



4



MỤC LỤC

Trang

Trang tựa............................................................................................................................. i

Cảm tạ................................................................................................................................ ii

Tóm tắt.............................................................................................................................. iii

Mục lục............................................................................................................................. iv

Danh sách các hình...........................................................................................................vi

CHƯƠNG.1 MỞ ĐẦU.....................................................................................................1

1.1 Đặt vấn đề.................................................................................................................... 1

1.2 Mục đích của đề tài......................................................................................................3

CHƯƠNG.2 TỔNG QUAN.............................................................................................4

2.1 Các phương pháp nghịch lưu 3 pha..............................................................................4

2.1.1 Nghịch lưu dòng 3 pha..............................................................................................4

2.1.2 Nghịch lưu áp 3 pha..................................................................................................7

2.1.2.1 Phương pháp điều khiển theo biên độ (Phương pháp 6 bước)..............................11

2.1.2.2 Phương pháp điều chế độ rộng xung sin (Sin PWM)...........................................14

2.1.2.3 Phương pháp điều chế độ rộng xung tối ưu (optimum PWM)..............................18

2.1.2.4 Phương pháp điều chế Vector không gian (Space vector modulation)..................19

2.2 Cấu tạo và phương pháp đóng mở IGBT....................................................................20

2.2.1 Q trình đóng cắt...................................................................................................21

2.2.2 u cầu với tín hiệu điều khiển...............................................................................22

2.2.3 Vấn đề bảo vệ IGBT................................................................................................22

.............................................................................................................................................

2.2.4 Ưu điểm và hạn chế của IGBT................................................................................23

2.3 Khảo sát bộ thí nghiệm biến tần kiểu điều rộng xung của Vielina..............................23

2.4 Các phương pháp tạo xung sin, xung tam giác...........................................................26

2.5 Đề xuất nhiệm vụ đề tài..............................................................................................27

CHƯƠNG 3.NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................31

3.1 Linh kiện nghiên cứu..................................................................................................31

3.2 Nội dung nghiên cứu..................................................................................................31

3.3 Phương pháp nghiên cứu............................................................................................31

3.3.1 Phương pháp lý thuyết.............................................................................................31

3.3.2 Phương pháp thiết kế mơ hình.................................................................................32

CHƯƠNG.4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN..................................................................33

4.1 Thiết kế, chế tạo mơ hình thí nghiệm nghịch lưu 3 pha..............................................33

4.1.1 Thiết kế chế tạo module điều khiển bằng phương pháp

điều khiển 6 bước và SPWM............................................................................................33

4.1.1.1 Thiết kế chế tạo bộ phát xung vuông điều khiển 6 bước.......................................34

4.1.1.2 Thiết kế chế tạo bộ điều khiển theo phương pháp SPWM....................................34

4.4.2 Thiết kế, chế tạo bộ cách ly.....................................................................................37

4.4.3 Thiết kế, chế tạo bộ module công suất.....................................................................38

4.4.4 Thiết kế chế tạo module tải......................................................................................39



5



4.3 Xây dựng bài thí nghiệm............................................................................................40

4.3.1 Thí nghiệm bộ nghịch lưu 3 pha bằng phương pháp 6 bước....................................40

4.3.2 Thí nghiệm bộ nghịch lưu 3 pha bằng phương pháp SPWM...................................45

CHƯƠNG 5.KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ......................................................................49

5.1 Kết quả....................................................................................................................... 49

5.2 Đề nghị....................................................................................................................... 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC



6



DANH SÁCH CÁC HÌNH

Trang

CHƯƠNG 1.MỞ ĐẦU.....................................................................................................1

Hình 1.1 Ứng dụng inverter trong máy điều hòa............................................................1

Hình 1.2 Máy giặt sử dụng cơng nghệ inverter và non-inverter.....................................2

CHƯƠNG 2.TỔNG QUAN.............................................................................................4

Hình 2.1 Sơ đồ nghịch lưu dòng 3 pha...........................................................................4

Hình 2.2 Giản đồ xung của nghịch lưu dòng 3 pha.......................................................5

Hình 2.3 Sơ đồ nghịch lưu 3 pha có diode ngăn cách....................................................6

Hình 2.4 Điện áp ngõ ra của bộ nghịch lưu 3 pha nguồn dòng......................................6

Hình 2.5 Sơ đồ nghịch lưu áp 3 pha...............................................................................8

Hình 2.6 Luật điều khiển các van động lực....................................................................8

Hình 2.7 Điện áp ngõ ra của bộ nghịch lưu 3 pha..........................................................9

Hình 2.8 Chiều điện áp qui ước...................................................................................10

Hình 2.9 Giản đồ xung kích và điện áp ra của bộ nghịch lưu áp theo

phương pháp điều khiển theo biên độ (6 bước)............................................................12

Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý phương pháp điều chế xung sin .......................................14

Hình 2.11 Điều chế xung PWM 3 pha.........................................................................15

Hình 2.12 So sánh giữa sóng sin và sóng tam giác......................................................16

Hình 2.13 Trạng thái điện áp trên tải với tần số xung tam giác thấp............................17

Hình 2.14 Trạng thái điện áp trên tải với tần số xung tam giác cao..............................17

Hình 2.15 Giản đồ kích đóng của van động lực...........................................................18

Hình 2.16 Cấu trúc IGBT điển hình.............................................................................20

Hình 2.17 Đặc tính động của IGBT.............................................................................21

Hình 2.18 Mạch điều khiển đơn giản của IGBT..........................................................22

Hình 2.19 Sơ đồ khối biến tần điều rộng xung.............................................................24

Hình 2.20 Giản đồ thời gian hoạt động của bộ biến tần điều rộng xung......................24

Hình 2.21 Dạng sóng ngõ ra của bộ biến tần và bộ nghịch lưu

theo phương pháp điều chế xung sin............................................................................25

Hình 2.22 Nguyên lý bộ boost converter ....................................................................26

Hình 2.23 Thiết bị thực tập về biến tần kiểu điều rộng xung.......................................27

Hình 2.24 Tạo xung PWM bằng phương pháp so sánh................................................29

Hình 2.25 Dạng sóng PWM 3 pha...............................................................................30

CHƯƠNG 3.NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................31

CHƯƠNG 4.KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN..................................................................33

Hình 4.1 Sơ đồ khối bộ nghịch lưu 3 pha.....................................................................33

Hình 4.2 Sơ đồ ngun lý máy phát xung vng.........................................................34

Hình 4.3 Sơ đồ ngun lý máy phát xung sin 3 pha.....................................................34

Hình 4.4 Mạch tạo sóng tam giác.................................................................................35

Hình 4.5 Sơ đồ tạo xung PWM....................................................................................36

Hình 4.6 Module điều khiển........................................................................................37

Hình 4.7 Module cách ly..............................................................................................38



7



Hình 4.8 Bề mặt biểu diễn của module cơng suất........................................................39

Hình 4.9 Mạch thiết kế module tải...............................................................................39

Hình 4.10 Cách nối dây từ bộ tạo xung vng ra module cách ly................................42

Hình 4.11 Cách nối dây từ module cách ly sang module cơng suất.............................42

Hình 4.12 Các kiều nối dây tải.....................................................................................42

Hình 4.13 Tín hiệu xung vng được tạo ra từ vi điều khiển.......................................43

Hình 4.14 Tín hiệu ở tải hình sao.................................................................................43

Hình 4.15 Tín hiểu ở tải hình tam giác........................................................................44

Hình 4.16 Sơ đồ nối dây từ bộ tạo xung sin và xung tam giác qua bộ so sánh.............45

Hình 4.17 Tín hiệu của bộ phát xung sin......................................................................46

Hình 4.18 Tín hiệu máy phát xung tam giác................................................................46

Hình 4.19 Tín hiệu PWM.............................................................................................47

Hình 4.20 Tín hiệu ở tải hình sao tần số xung tam giác thấp........................................47

Hình 4.21 Tín hiệu ở tải hình sao tần số xung tam giác cao.........................................48

Hình 4.22 Tín hiệu tải hình tam giác............................................................................48

CHƯƠNG 5 .KẾT QUẢ VÀ ĐỀ NGHỊ 49



8



Chương 1

MỞ ĐẦU

1.1 Đặt Vấn Đề

Hiện nay tất cả các ngành công nghiệp hiện đại đều chú trọng đến cơng

nghệ inverter (còn gọi là công nghệ biến tần) là công nghệ tiên tiến hàng đầu nhất hiện

nay. Công nghệ này ứng dụng để kiểm sốt cơng suất của thiết bị nhằm tránh hao phí

năng lượng khơng đáng có.

Ngồi ra inverter còn được hiện diện trong hầu hết các thiết bị điện gia dụng trong

mỗi gia đình hiện nay.

Ví dụ: Máy điều hòa sử dụng inverter



Hinh 1.1: Ứng dụng inverter trong máy điều hòa

Máy điều hòa sử dụng inverter có cơ chế vận hành êm hơn, có thể tiết kiệm điện từ

30%, thậm chí đến 60% điện năng sử dụng so với điều hòa không sử dụng inverter.



1



Máy giặt sử dụng sử dụng inverter

Với máy giặt sử dụng cơng nghệ inverter sẽ có động cơ dẫn động trược tiếp so với

máy giặt thông thường sử dụng động cơ dẫn động gián tiếp.



(a)



(b)



Hình 1.2: Máy giặt sử dụng công nghệ inverter và non-inverter

a. Máy giặt sử dụng động cơ dẫn động trực tiếp

b. Máy giặt sử dụng động cơ thông thường

Thiết kế đặc biệt này sẽ giúp giảm được hao tổn về điện năng cũng như hệ thống

máy móc vận hành bên trong máy, đặc biệt hơn nó còn giúp máy chạy êm, nhẹ, khơng

rung lắc như những chiếc máy giặt thơng thường khác. Ngồi ra động cơ của máy giặt

inverter cũng hoạt động mạnh hơn, nhanh hơn giúp cho tần suất quay vắt đạt được tốc độ

lớn hơn rất nhiều, đảm bảo quần áo được giặt sạch, nhanh, khô và tiết kiệm thời gian hơn

và khối lượng giặt lớn hơn so với máy giặt thường…

Ngồi những ví dụ trên thì còn rất nhiều ứng dụng của inverter trong các thiết bị

sinh hoạt hằng ngày của chúng ta. Như vậy ta có thể thấy tầm quan trọng của công

nghệ inverter đối với đời sống con người hiện nay.

Thấy được vấn đề trên và để hiểu sâu hơn về cơng nghệ inverter, nhóm đã chọn đề

tài: “Thiết kế, chế tạo mơ hình thí nghiệm mạch nghịch lưu 3 pha bằng phương pháp

điều chế xung sin”. Có thể biến đổi điện áp 1 chiều thành điện áp xoay chiều 3 pha nhằm



2



hỗ trợ sinh viên các khối ngành kỹ thuật có thể tiếp cận được với cơng nghệ mới này một

cách dễ dàng hơn, cung cấp một số kiến thức cơ bản để ứng dụng vào công việc cũng như

cuộc sống sau này.

1.2 Mục đích của đề tài

- Khảo sát một số phương pháp điều khiển nghịch lưu 3 pha, mơ hình bộ nghịch

lưu 3 pha với :

+ Module điều khiển bằng phương pháp sin PWM và điều khiển bằng phương

pháp 6 bước.

+ Module cách ly quang bằng opto.

+ Module công suất với các van đông lực.

+ Module tải 3 pha R-L.

- Xây dựng các bài thí nghiệm cho sinh viên. Qua đó giúp cho sinh viên hiễu rõ

hơn về sự biến đổi điện áp một chiều sang xoay chiều.

- Sản phẩm của đề tại là: mô hình thí nghiệm mạch nghịch lưu 3 pha bằng phương

pháp điều chế xung sin và phương pháp điều khiển 6 bước.



3



Chương 2

TỔNG QUAN

2.1 Các phương pháp nghịch lưu 3 pha

2.1.1 Nghịch lưu dòng 3 pha

Nghịch lưu dòng là thiết bị biến đổi nguồn dòng điện một chiều thành dòng điện

xoay chiều. Đặc điểm cơ bản của nghịch lưu dòng là nguồn một chiều cấp điện cho bộ

biến đổi phải là nguồn dòng, do đó điện cảm đầu vào L d thường có giá trị lớn vơ cùng để

dòng điện là liên tục.

Trong thực tế nghịch lưu dòng 3 pha được sử dụng phổ biến vì cơng suất của nó

lớn và đáp ứng được các ứng dụng trong công nghiệp.

Cũng giống như nghịch lưu dòng một pha nghịch lưu dòng 3 pha cũng sử dụng các

van động lực điều khiển, ở đây ta xét tiristo.

Để khố được các van thì phải có các tụ chuyển mạch C1, C3, C5.

Vì là nghịch lưu dòng nên nguồn đầu vào phải là nguồn dòng, vì vậy giá trị cuộn

cảm Ld.



Hình 2.1: Sơ đồ nghịch lưu dòng ba pha



4



Hình 2.2: Giản đồ xung của nghịch lưu dòng 3 pha

Đảm bảo khố được các tiristo chắc chắn và tạo ra dòng điện 3 pha đối xứng thì

luật dẫn điện của các tiristo phải tuân theo đồ thị như trên hình 2.2. Qua đồ thị ta thấy

mỗi van động lực chỉ dẫn trong khoảng thời gian 120o .

Quá trình chuyển mạch bao giờ cũng diễn ra đối với các van trong cùng một nhóm.

Trong nghịch lưu nguồn dòng vì tải ln mắc song song với tụ chuyển mạch nên giữa tải

và tụ ln có sự trao đổi năng lượng, ảnh hưởng này làm cho đường đặc tính ngoài khá

dốc và hạn chế vùng làm việc của nghịch lưu dòng. Để làm giảm ảnh hưởng của tải đến

quá trình nạp của tụ C, người ta sử dụng điốt ngăn cách D 1, D2, D3, D4, D5, D6 (trên hình

2.3).

Việc sử dụng các điơt này đòi hỏi phía tụ chuyển mạch chia làm hai nhóm : Nhóm

C1, C3, C5 dùng để chuyển mạch cho các van T 1, T3, T5 . Nhóm C2, C4, C6 dùng để chuyển

mạch cho các van T2, T4, T6 .



5



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

TP.HCM Ngày 15 Tháng 6 Năm 2017

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×