Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế bộ nghịch lưu điện áp với tần số ra không đổi
Bộ môn: Tự động hóa XNCN Đồ án điện tử công suất Đề 22: Thiết kế nghịch lưu điện áp với tần số ra không đổi với các tham số sau Thầy giáo hướng dẫn TS.Trần Trọng Minh Sinh viên thực hiện Nguyễn Bình Thủy Lớp TC 08-4122 Khóa Mã số sinh viên Nhóm Năm 2011 Các số liệu cho trước Phương án 1 Điện áp vào: 300V Điện áp ra: 220V Dòng điện ra: 5 A Tần số ra 50hz Mục lục Mục Trang Chương I: Tìm hiểu về công nghệ 1.1 Nghịch lưu độc lập là gì? 1.2 ưu điểm của bộ nghịch lưu áp ba pha 4 Chương II: Phân tích và lựa chọn phương án 5 Chương III: Thiết kế và tính toán mạch lực. A:Thiết kế mạch lực. 3.1:Mạch chỉnh lưu. 3.2:Mạch nghịch lưu B: tính toán mạch lực. 3.1:Mạch nghịch lưu 3.2.Mạch chỉnh lưu 3.3 :Thiết kế máy biến áp chỉnh lưu 3.4: Bảo vệ van 7 Chương IV. Thiết kế và tính toán mạch điều khiển. 4.1Thiết kế mạch điều khiển. 4.2:Tính toán mạch điều khiển 15 CHƯƠNG 5:MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ 23 Kết luận 25 Tài liệu tham khảo 2 Lời Nói Đầu Cùng với sự phát triển của nghành công nghiệp bán dẫn,Điện tử công suất đã bước sang một trang mới với những bộ biến đổi hiệu suất đạt được ngày càng cao,hiệu suất lớn.Mặc dù vậy do yêu cầu của nền công nghiệp phát triển cũng như yêu cầu của đời sống thì các bộ biến đổi còn phải đáp ứng được rất nhiều yêu cầu ngày càng khắt khe,như kích thước phải nhỏ,mật độ công suất lớn,độ tin cậy cao. Ngày nay, nguồn điện xoay chiều được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực cũng như trong các loại thiết bị và máy móc.Có nhiều cách để tạo ra dòng điện xoay chiều,trong đó nghịch lưu độc lập và biến tần được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như cung cấp điện (từ các nguồn độc lập như ác quy),các hệ chuyển động xoay chiều,giao thông,truyền tải điện năng,luyện kim…Với vai trò và ý nghĩa thực tiễn như thế,sau đây em xin trình bày những hiểu biết của em về đề tài: Thiết kế bộ nghịch lưu điện áp với tần số ra không đổi với các tham số sau: Phương án 1 Điện áp vào: 300V Điện áp ra: 220V Dòng điện ra: 5 A Tần số ra : 50hz Đồ án này là công sức lỗ lực của cả nhóm cùng với sự hướng dẫn chỉ bảo tận tình của TS. Trần Trọng Minh và các thầy cô trong bộ môn.Tuy nhiên với thời gian và trình độ còn hạn chế nên không chánh khỏi những sai sót,em mong các thầy cô thong cảm và chỉ bảo tận tình để em khắc phục những sai sót đó Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện Nguyễn Bình Thủy 3 Chương I: Tìm hiểu về công nghệ 1.1 Nghịch lưu độc lập là gì? Nghịch lưu độc lập là thiết bị biến đổi nguồn điện một chiều thành xoay chiều (cũng gọi là bộ biến đổi DC-AC) có tần số ra có thể thay đổi được và làm việc với phụ tải độc lập. Khái niệm độc lập ở đây có nghĩa phụ tải không có liên hệ trực tiếp với lưới điện. Như vậy các bộ NLĐL có chức năng ngược lại với các bộ chỉnh lưu. Có thể thấy rằng năng lượng điện tích trữ chủ yếu tồn tại dưới dạng một chiều như trong các bộ ắcquy, trong tụ điện…Ngày nay các bộ nghịch lưu được ứng dụng rộng rói trong cụng nghiệp cũng như trong cuộc sống. Tuỳ theo chế độ làm việc của nguồn một chiều cung cấp mà NLĐL được phân loại thành NLĐL nguồn áp, NLĐL nguồn dòng và NL cộng hưởng. 1.2 ưu điểm của bộ nghịch lưu áp ba pha Nguồn áp vẫn là nguồn được sử dụng phổ biến trong thực tế. Hơn nữa,điện áp ra của nghịch lưu áp có thể điều chế theo phương pháp khác nhau để có thể giảm được sóng điều hòa bậc cao.Trước kia nghịch lưu áp bị hạn chế trong ứng dụng vì công suất trong các van động lực điều khiển hoàn toàn còn nhỏ. Hơn nữa việc sử dụng nghịch lưu áp bằng tiristo khiến cho hiệu suất của bộ biến đổi giảm,sơ đồ điều khiển phức tạp. Với sự phát triển của công nghệ bán dẫn,cùng với sự phát triển của công nghệ chế tạo van bán dẫn công suất cao đặc biệt là IGBT,GTO. Chúng không những có công suất cao mà còn có kích thước gọn nhẹ,do đó bộ nghịch lưu áp trở thành bộ biến đổi thong dụng và được chuẩn hóa trong các bộ biến tần công nghiệp. Vì những lí do trên mà sơ đồ nghịch lưu áp dùng các van điều khiển hoàn toàn được sử dụng phổ biến 4 Chương II: Phân tích và lựa chọn phương án Phương án 1: Nghịch lưu độc lập điện áp cầu 3 pha. Tải có tính chất điện cảm sử dụng Thyristor thường. • Sơ đồ nguyên lý: Sơ đồ gồm các Thyristor & Diode công suất T1T6 & D1D6; Các Thyristor phụ Tp1TP6 cộng với các mạch L1C1 L3C3 làm nhiệm vụ khóa các Thyristor chính • Phân tích ưu nhược điểm - Ưu điểm: Quá trình điều khiển đơn giản tin cậy, để thực hiện được quá trình biến đổi từ điện áp 1 chiều thành xoay chiều 3 pha đối xứng. - Nhược điểm: + Quá trình chuyển mạch dòng điện giữa các pha phụ thuộc vào dòng điện tải nên dải điều chỉnh có bị hạn chế. + Phải dùng nhiều mạch LC để chuyển mạch giữa các van tốn nhiều phần tử. Phương án 2: Nghịch lưu cầu 3 pha sử dụng sơ đồ điều chỉnh dải rộng và mạch chuyển mạch một phần tử • Sơ đồ nguyên lý 5 Sơ đồ gồm có các Thyristor công suất T1T6 và các Diode công suất D1D6. Dùng các Thyristor phụ TP1TP6 & cá Tụ LC để khóa cá Thyristor chính. Nguồn Ed và các Thyristor Tn1Tn4 đảm bảo về biên độ, cực tính để khóa van chắc chắn. Các diode D7, D8 cách ly 2 nguồn Ed, Ud • Phân tích ưu nhược điểm - Ưu điểm: Có dải điều chỉnh rộng, chỉ dùng một 1 mạch LC. - Nhược điểm: Dùng nhiều van Thyristor điều khiển quá trình chuyển mạch gây khó khăn trong quá trình điều khiển. Phương án 3: Nghịch lưu độc lập nguồn áp 3 pha sử dụng các van điều khiển hoàn toàn - Sơ đồ nguyên lý - Sơ đồ gồm sáu van IGBT V1, V2, V3, V4, V5, V6 và sáu điôt ngược D1, D2, D3, D4, D5, D6. Tương tự như NLĐL nguồn điện áp một pha, các điôt ngược có vai trò giúp cho quá trình trao đổi công suất phản kháng giữa tải và nguồn. Đầu vào một chiều là nguồn áp với tụ C đủ lớn. Phụ tải Za=Zb=Zc đấu Y hoặc ∆. 6 • Phân tích ưu nhược điểm Điều khiển đơn giản không phải dùng mạch LC trợ giúp chuyển mạch giữa các van, sử dụng nhiều trong thực tế. Tuy nhiên dạng điện áp ra không có dạng sin hoàn toàn Kết luận: Từ các phương án đã đề ra ở trên, thông qua ưu nhược điểm của từng phương pháp đã phân tích ta chọn phương án ba: “ Nghịch lưu độc lập nguồn áp cầu 3 pha sử dụng các van điều khiển hoàn toàn” vì tính năng điều khiển dễ dàng, dễ cho việc thiết kế và sử dụng trong thực tế. Chương III: Thiết kế và tính toán mạch lực. A:Thiết kế mạch lực. 3.1:Mạch chỉnh lưu. Từ nguồn điện xoay chiều 3 pha ban đầu, ta sử dụng mạch chỉnh lưu cầu 3 pha để cung cấp nguồn một chiều cần sử dụng cho mạch nghịch lưu. Lựa chọn sử dụng chỉnh lưu cầu 3 pha không điều khiển cho đơn giản. Để có được điện áp phù hợp cho đầu vào mạch nghịch lưu trước khi chỉnh lưu cần sử dụng máy biến áp 3 pha để đưa điện áp nguồn về điện áp phù hợp. Để lọc sóng hài cho điện áp bộ chỉnh lưu ta sử dụng bộ lọc điện cảm . Bộ lọc loại này chỉ dùng một điện cảm L mắc nối tiếp với tải. Lọc điện cảm rất phù hợp với tải công suất lớn vì công suất càng lớn thì điện trở tải sẽ càng nhỏ và dễ dàng thực hiện điều kiện lọc tốt là >> 3.2:Mạch nghịch lưu Sơ đồ nghịch lưu được ghép từ 3 sơ đồ một pha có điểm trung tính. Chế độ dẫn luôn đảm bảo tổng thời gian dẫn của Vi & Di luôn là điện như vậy ta có đồ thị thể hiện chế độ dẫn như sau. 7 Để tạo được dạng điện áp ba pha đối xứng thì luật dẫn như hình vẽ.Như vậy: T1 và T4 lệch nhau một góc 180 độ điện,tạo ra pha A T3 và T6 lệch nhau một góc 180 độ điện tạo ra pha B T5 và T2 lệch nhau một góc 180 độ điện tạo ra pha C Dạng điện áp trên tải được xây dựng như sau: 8 Đồ thị điện áp các pha Trong khoảng từ 0- 3 π :T1,T6,T5 dẫn,sơ đồ thay thế có dạng như hình vẽ Từ sơ đồ thay thế ta tính được Ua=E/3; Trong khoảng từ 3 π - 2 3 π ta có được T1,T2,T6 dẫn,tương tự ta tính được U a =2E/3; Trong khoảng tu 2 3 π - π ta cũng tính được U a =E/3; Từ đó ta suy ra dạng của đồ thị như hình vẽ trên. Dựa trên yêu cầu của đề ra ta chọn hệ số cos φ =0.86. Hay φ = Theo đề bài Ut=220V,It=5A.do đó Zt=220/5=44 Từ đó ta tính được các thành phần Rt=Zt cos φ =37.84 Xt= Zt sin φ =22 9 Từ đó có được Lt = = 22/100π = 0.07 H = 70mH Theo biểu thức tính giá trị hiệu dụng điện áp pha ta có được:Upha= Ed/3 => Ed=3Upha/ =3 220/ =466.69V. B: tính toán mạch lực 3.1:Mạch nghịch lưu 3.1.1:Chọn van điều khiển hoàn toàn IGBT Điện áp ngược đặt lên van là Ung=Ed. Ta chọn cách làm mát tự nhiên nên điện áp lớn nhất đặt lên van chọn là Ungmax= Ed/0.7=446.69/0.7=666.7V Dòng điện trung bình đi qua van là Itb=Im*(1+cosφ)/2π=1.5A Với cách làm mát tự nhiên chọn van có dòng làm việc trung bình lớn nhất là Ivmax= Itb/0.2=1.5/0.2=7.5A Điện áp lớn nhất đặt lên van là Ung= Chọn được van IRG4PH40UD có sẵn Diode trong với các thông số sau: I Cmax = 30 A U CE = 1200 V Uge=15V U CE = 2.43 V P dmax = 160 W Idiode =8A Udiode(breakdown) min = 1200V 3.1.2: Tính chọn cho điot công suất: Điện áp ngược đặt lên điot là Ung=Ed, tương tự như IGBT Dòng điện trung bình qua van là: Itb=Im.(1-cosφ)/2π=0.12A Sử dụng phương pháp làm mát tự nhiên nên Idiodemax=0.12/0.2=0.6A Như vậy ta có thể sử dụng luôn Diode gắn sẵn trong IGBT 3.1.3 Tính chọn tụ điện: Công thức tính tụ điện cho mạch như sau: C= (1-2ln2) Trong đó :Ed là điện áp một chiều Lt là cảm kháng của mạch tải Rt là điện trở của mạch tải ∆ Uc là độ sụt áp trên tụ điện khoảng ± 5%; Như vậy giá trị của tụ C tính được như sau: 10 . Bộ môn: Tự động hóa XNCN Đồ án điện tử công suất Đề 22: Thiết kế nghịch lưu điện áp với tần số ra không đổi với các tham. triển của nghành công nghiệp bán dẫn ,Điện tử công suất đã bước sang một trang mới với những bộ biến đổi hiệu suất đạt được ngày càng cao,hiệu suất lớn.Mặc
