§å ¸n ®iÖn tö c«ng su©t Gvhd: §oµn V¨n Tu©n
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TÀU BIỂN
THIẾT KẾ MÔN HỌC
MÔN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
ĐỀ BÀI: ĐỀ SỐ 36
Thiết kế bộ biến tần điều khiển động cơ xoay chiều 3 pha sử dụng tiristor
Yêu cầu công nghệ Thông số thiết kế
Thiết kế biến tần xung vuông
U=380VAC, I=50A, f= 0 F 120Hz,
Cosφ=0.8
Điều khiển theo luật U/f
Giáo viên hướng dẫn: ĐOÀN VĂN TUÂN
Sinh viên: ĐÀO VĂN MỸ
Hải Phòng, năm 2012
Lời giới thiệu
1
Đồ án điện tử công suât Gvhd: Đoàn Văn Tuân
Trong thi i cụng nghip húa, hin i húa t nc, ngnh cụng nghip cú
mt vai trũ ht sc quan trng nhm thỳc y s phỏt trin nn kinh t. Yờu cu
trc ht l phi a k thut cụng ngh ng dng vo thc t sn xut. T ng
húa ngy cng cú vai trũ quan trng, bi hiu qu lm vic, tớnh an ton v tin
dng ca nú. Cỏc dõy truyn sn xut hin i mang li hiu qu cao c ng
dng ngy cng rng rói. S ra i ca ng c in vo cui th k XIX ó to
nn tng quan trng cho s phỏt trin ca ca ngnh in sau ny. Ngy nay, ng
c in ó c ng dng rng rói, cú vai trũ khụng th thiu trong cụng nghip v
trong i sng sinh hot. So vi tt c cỏc ng c in dựng trong cụng nghip
ng c khụng ng b c dựng nhiu hn c, vi kiu dỏng gn nh, cú th ch
to vi nhiu cụng sut khỏc nhau, s dng n gin, giỏ thnh r ó dn thay th
cỏc loi mỏy in mt chiu. ỏp ng c nhu cu ca sn xut cụng nghip,
ngi ta ó ngh ra cỏc thit b in nhm phc v cho hot ng ca ng c

1.1.2 Cấu tạo:
Cũng như các máy điện quay khác,động cơ không đồng bộ ba pha cũng gồm các bộ
phận chính sau:
-Phần tĩnh (stator)
-Phần quay (rotor)
Hình 1.1: Động không đồng bộ roto dây quấn.
4
Đồ án điện tử công suât Gvhd: Đoàn Văn Tuân
a/Stator:
Gm cú v, lừi thộp, dõy qun:
-V mỏy: Lm nhim v bo v mch t v gi cht lừi thộp stator, v cú dng
tr rng, cú chõn c nh mỏy trờn b v cú hai np mỏy hai u trc
mỏy v bo v phn u dõy qun. Cỏc mỏy cú cụng sut bộ thỡ thng l v bng
nhụm, cũn cỏc mỏy cú cụng sut trung bỡnh v ln thng lm bng gang.
-Lừi thộp: Lm nhim v dn t v c ghộp t cỏc lỏ thộp k thut in vi
nhau (nhm chng dũng in xoỏy) theo mt hỡnh tr rng. Mt trong ca cỏc lỏ
thộp c dp thnh cỏc rónh t cun dõy stator.
-Dõy qun stator: c qun thnh tng cỏc mụ bin, m cỏc cnh ca mụ bin ú
c t vo lừi thộp stator. Cỏc mụ bin c cỏch in nhau v cỏch in vi lừi
thộp.
b/Rotor:
Gm cú lừi thộp, trc mỏy v dõy qun:
-Lừi thộp roto cng c dp t cỏc lỏ thộp k thut in cú dng hỡnh trũn v mt
ngoi ca cỏc lỏ thộp ú c dp thnh cỏc rónh t cun dõy, cũn gia c
dp l trũn lng trc mỏy. Cỏc lỏ thộp núi trờn c ghộp li vi nhau thnh mt
tr trũn m gia l lng trc mỏy, mt ngoi ca tr l cỏ rónh t dõy qun
rotor. Thng cỏc lỏ thộp rotor c tn dng phn bờn trong cỏc lỏ thộp ca stator.
-Trc mỏy lm bng thộp tt v c lng cng vi lừi thộp rotor. Trc c
bi hai bi trờn hai np mỏy.
-Dõy qun rotor cú hai loi: loi rotor kiu lng súc v rotor kiu dõy qun.

Xuất phát từ biểu thức:ω
1
=
P
f
1
.
2
π
. ta thay đổi tần số f
1
làm cho tốc độ từ
trường quay thay đổi  tốc độ động cơ thay đổi theo.
Khi f
1
>f
1đm
ta có :
↓ S
th
=
( )
↑
+
f
LL
P
f
R
1

+
f
LL
P
f
U
2
1
'
21
2
2
1
1
.
2
1
2
8
π
(1.2)
+Thực tế khi f
1
tăng để đảm bảo đủ M
nm
cho động cơ và tốc độ làm việc của động
cơ không vượt quá giá trị cực đại cho phép.
ω
max
bị hạn chế bởi độ bền cơ khí của động cơ

1.
Khi tăng giảm tần số f
1
cấp cho động cơ chủ yếu để điều chỉnh tốc độ động cơ
trường hợp mở máy rất ít dùng hoặc có dùng thì dùng trong trường hợp khi nguồn
cấp cho động cơ giảm dẫn đến tổng trở của mạch giảm (vì tổng trở của mạch tỉ lệ
thuận theo tần số). Điện áp giữ không đổi thì dòng điện khởi động tăng rất nhanh,
do vậy khi giảm tần số cần giảm điện áp theo một quy luật nhất định để giữ cho
momen theo chế độ với giá trị định mức.
Qua đồ thị đặc tính cơ ta thấy rằng:
+Khi f
1
< f
1đm
với điều kiện
f
U
1
1
= const thì M
th
giữ không đổi
+Khi f
1
>f
1đm
thì M
th
tỉ lệ nghịch với bình phương tần số
8

9
§å ¸n ®iÖn tö c«ng su©t Gvhd: §oµn V¨n Tu©n
1.1.6 Ảnh hưởng các thông số đến đặc tính cơ.
a) Ảnh hưởng cửa sự suy giảm điện áp lưới cấp cho động cơ.
khi điện áp lưới suy giảm thì theo (1.5) và (1.6) mômen tới hạn M
th
của động cơ sẽ
giảm bình phương lần biên độ suy giảm của điện áp, còn S
th
vẫn không đổi

Hình 1.7: Đặc tính cơ khi suy giảm điên áp cấp cho động cơ.
b) Ảnh hưởng của điện trở điện kháng mạch stator.
Khi nối thêm điện trở hoặc điện kháng vào mạch stator thì theo (1.1) và (1.2) cả S
th
và M
th
đều giảm.

Hình 1.8: đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện trở mạch stato
c) Ảnh hưởng của điện trở mạch rotor.
10
§å ¸n ®iÖn tö c«ng su©t Gvhd: §oµn V¨n Tu©n
đối với động cơ không đồng bộ người ta mắc thêm điện trở phụ vào mạch rotor để
hạn chế dòng khởi động thì S
th
= val và M
th
=const.


1
Xuất phát từ biểu thức ω= ω
0
(1-s) = 2Πf
1
(1-s) /p, ta nhận thấy khi thay đổi tần
số f
1
ta cũng có thể thay đổi được tốc độ động cơ không đồng bộ. Do máy điện
được thiết kế để làm việc với tần số nhất định nên việc thay đổi tần số làm ảnh
hưởng đến chế độ công tác của máy.
Vì U
1
=E
1
= 4,444.f
1
.K
tp1
.W
1
.Ф.10
-8
= KФ.f
1
Nếu điện áp U
1
= Const thì khi f
1
tăng thì từ thông Ф giảm do đó sẽ dẫn đến hiện

1
'
21
2
1
1
'
2110
2
1
th
)fX(X
P
4π
3U
)fxf(x2ω
3U
M
+
=
+
=
(1.7)
)(
.
)(
4
3
M
M

( )
( )
x
x
x
dmcc
f
p
MM
p
f
1.
1
.
2
.
2
π
ω
π
=⇒
Như vậy ta có λ =
( )
x
f
U
B
A
+2
1

x
dm
f
f
U
U
+
+
=
2
2
11
(1.9)
Vậy điện áp stato phải thay đổi phụ thuộc vào tải:
- Kiểu máy tiện x=-1
- Kiểu máy nâng x=0
- Ma sát nhớt x=1
- Quạt gió x=2
1.2.2) Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp nạp
Khi thay đổi điện áp nạp cũng gây nên thay đổi đặc tính cơ
Ta có:M
max
≈ C
1
.U
1
2
Khi U
1
giảm nhỏ hơn U

được sử dụng trong thực tế.
Để thực hiện việc giảm điện áp đặt vào stato người ta có thể dùng biến áp
tự ngẫu, điện kháng hay điện trở phụ mắc vào mạch stato.
1.2.3) Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thay đổi số đôi cực
Phương pháp này chỉ áp dụng cho động cơ không đồng bộ roto lồng sóc
Khi thay đổi số đôi cực, tốc độ từ trường quay thay đổi dẫn tới tốc độ của roto
thay đổi theo.
ω = ω
0
(1-S)
)1(
2
1
S
p
f
−=
π
(1.10)
Để thay đổi số đôi cực thì động cơ phải được chế tạo đặc biệt.Những máy điện
kiểu đó gọi là máy điện đa tốc độ. Số đôi cực có thể được thay đổi bằng hai cách:
-Cách 1 : Dùng hai tổ đấu dây quấn stato riêng biệt, mỗi tổ có số đôi cực riêng
-Cách 2: Dùng một tổ dây quấn stato nhưng mỗi pha được chia làm hai đoạn,thay
đổi cách nối dây giữa 2 đoạn đó sẽ thay đổi được số đôi cực.
Thông thường những động cơ có từ 3 cấp tốc độ trở lên đều có 2 hoặc nhiều tổ
dây quấn stato. Mỗi tổ lại có thể phân đoạn để thay đổi số đôi cực theo cách hỗn
hợp.
• Trên thực tế người ta giải quyết như sau:
-Đổi nối tam giác-sao kép: ∆ → Y
Y

.
=
∆cpc
cpYYc
M
M
M
c.cp
=M
c.cpYY
• Ưu khuyết điểm:
- Ưu điểm : phạm vi điều chỉnh rộng, không cồng kềnh
- Khuyết điểm : Độ điều chỉnh là nhảy bậc vì p là số nguyên.
1.2.4) Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện trở phụ mắc vào mạch roto:
Phương pháp này chỉ áp dụng cho động cơ dây quấn.
-Khi thay đổi điện trở thì tốc độ không tải lý tưởng không đổi, momen tới hạn
không đổi còn độ cứng của đặc tính cơ thay đổi .
• Ưu nhược điểm:
-Ưu điểm: +có thể điều chỉnh tốc độ láng nếu R có nhiều nấc
-Nhược điểm : + chỉ điều chỉ theo chiều tốc độ giảm.
+Tổn hao công suất lớn
+Không điều chỉnh được khi động cơ không tải.
1.3. CÔNG NGHỆ BIẾN TẦN
1.3.1 khái quát chung của biến tần.
Cấu trúc chung của bộ biến tần như hình sau:
15
§å ¸n ®iÖn tö c«ng su©t Gvhd: §oµn V¨n Tu©n
Hình 1.11: Cấu trúc cơ bản của biến tần.
Tín hiệu vào là điện áp xoay chiều một pha hoặc ba pha.
Bộ chỉnh lưu có nhiệm biến đổi điện áp xoay chiều thành một chiều.

- Xác định đặc tính –1.2 Hệ truyền động biến tần – động cơ không đồng bộ
1.3.2 Khái niệm chung
a/ Khái niệm và công dụng :của bộ biến đổi tần số:hay còn gọi là các bộ biến tần là
thiết bị biến đổi dòng xoay chiều ở tần số này thành dòng điện xoay chiều có tần số
khác mà có thể thay đổi được
Đối với bộ biến tần dùng cho việc điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều thì ngoài
việc thay đổi tần số chúng ta còn có thể thay đổi cả điện áp ra khác với điện áp lưới
cấp vào bộ biến tần.
b/Phân loại
-Biến tần quay
17
UKT
c)
220/ 380V; 50 Hz
IKT
§å ¸n ®iÖn tö c«ng su©t Gvhd: §oµn V¨n Tu©n
Là máy phát điện xoay chiều, khi thay đổi điện áp kích từ, tốc độ quay máy phát
thay đổi nên tần số thay đổi.
π
ω
==
2
p.
fhay,
60
p.n
f
Trong ®ã:
f – tÇn sè ®iÖn ¸p tÝnh b»ng hec Hz;
n – tèc ®é quay tÝnh theo vßng/phót;

Thiết bị biến tần gián tiếp gồm có 3 khâu:
-Khâu chỉnh lưu: biến đổi nguốn xoay chiều sang nguốn một chiều
-Khâu trung gian: giữ cho điện áp ra của khâu chỉnh lưu là hằng, hay dòng ra của
khâu chỉnh lưu là hằng.
-Khâu nghịch lưu: là một bộ phận rất quan trong bộ biến tần nó biến đổi dòng một
chiều được cung cấp từ bộ chỉnh lưu thành dòng xoay chiều có tần số f
2
Từ sơ đồ cấu trúc ta thấy điện áp xoay chiều có các thông số (U
1
,f
1
) được chuyển
thành một chiều nhờ mạch chỉnh lưu, qua một bộ lọc rồi biến trở lại điện áp xoay
chiều với điện áp U
2
tần số f
2
. Việc biến đổi năng lượng 2 lần làm giảm hiệu suất
biến tần. song bù lại loại biến tần này cho phép thay đổi dễ dàng tần sồ f
2
không
phụ thuộc vào f
1
trong dải rộng cả trên và dưới f
1
vì tần số ra chỉ phụ thuộc vào
mạch điều khiển. Có 2 loại biến tần gián tiếp đó là sử dụng nghịch lưu áp và nghịch
lưu dòng.
+Bộ biến tần gián tiếp nguồn dòng
+Bộ biến tần gián tiếp nguồn áp

nhưng điều khiển khác nhau cũng tạo thành các tính chất khác nhau
b/Phân loại
20
§å ¸n ®iÖn tö c«ng su©t Gvhd: §oµn V¨n Tu©n
• Nghịch lưu song song và nối tiếp
+ Sử dụng SCR đóng ngắt và có tụ điện để tắt SCR.
+ Bao gồm nghịch lưu nối tiếp và nghịch lưu song song sơ đồ cầu và
sơ đồ biến áp có điểm giữa
• Nghịch lưu nguồn dòng và nguồn áp
+ Nghịch lưu nguồn dòng (1 pha & ba pha)
+ Nghịch lưu nguồn áp (1 pha & ba pha)
c/ Ứng dụng của nghịch lưu
- Biến tần công nghiệp điều khiển tốc độ động cơ
- Các bộ nguồn tần số cao
- Bộ nguồn xung có sử dụng nghịch lưu
- Bộ nguồn xoay chiều không gián đoạn
1.3.5: Yêu cầu và các phương pháp điều khiển biến tần.
a/ yêu cầu:
- Đáp ứng điều kiện tải: Trong quá trình làm việc, nhiều lúc cần dừng khẩn
cấp hoặc đảo chiều động cơ. Độ chính xác trong tốc độ, khả năng dừng chính xác,
đảo chiều tốt làm tăng năng suất lao động cũng như chất lượng sản phẩm. Trong
nhiều ứng dụng, công suất đầu vào là một hàm phụ thuộc vào tốc độ như quạt, máy
bơm Ở những tải loại này, momen cản tỷ lệ với bình phương tốc đô, công suất tỷ
lệ với lập phương của tốc độ. Do đó việc điều chỉnh tốc độ, điều này phụ thuộc vào
21
§å ¸n ®iÖn tö c«ng su©t Gvhd: §oµn V¨n Tu©n
tải, có thể tiết kiệm điện năng. Tính toán cho thấy việc giảm 20% tốc độ động cơ có
thể tiết kiệm được 50% công suất đầu vào.
- Dễ điều khiển, vận hành.
- Thỏa mãn tiêu chuẩn quốc tế.

tỷ lệ với từ thông Φ
1
và tần số f
1
theo biều thức:
(1.11)
Từ công thức trên nếu bỏ qua sụt áp trên tổng trở stato Z
1
, ta có E
1
≈ U
1
. Do
đó:
Như vậy để giữ từ thông không đổi ta cần giữ tỷ số U
1
/f
1
không đổi. Trong phương pháp U/f = const thì tỷ số U
1
/f
1
được giữ không đổi và
bằng tỷ số này ở định mức. Cần lưu ý khi momen tải tăng, dòng động cơ tăng làm
tăng sụt áp trên điện trở stato dẫn đến E
1
giảm, nghĩa là từ thông động cơ giảm. Do
dó động cơ không hoàn toàn làm việc ở chế độ từ thông không đổi.
Ta có công thức tính momen cơ của động cơ như sau.
(1.12)

2
= aX’
2đm
. Thay các
giá trị trên vào (1.12) và (1.13) ta thu được công thức tính momen và momen tới hạn
của động cơ ở tần số khác định mức:
(1.18)
(1.20)
Dựa theo công thức trên ta thấy, các giá trị X
1
và X’
2
phụ thuộc vào tần số
trong khi R
1
lại là hằng số. Như vậy khi hoạt động ở tần số cao, giá trị (X
1
+ X’
2
) >>
R
1
/a, sụt áp trên R
1
rất nhỏ nên giá trị E suy giảm rất ít dẫn đến từ thông được giữ
gần như không đổi. Momen cực đại của động cơ gần như không đổi.
Tuy nhiên khi hoạt động ở tần số thấp thì giá trị điện trở R
1
/a sẽ tương đối lớn
so với giá trị của (X

mức, động cơ có thể làm việc từ 5% của tốc độ đồng bộ đến tốc độ định mức.
Momen tạo ra bởi động cơ có thể duy trì trong vùng làm việc này.
CHƯƠNG II :TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH CÔNG SUẤT CHO BỘ
BIẾN TẦN BA PHA
2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN MẠCH CÔNG SUẤT
2.1.1 Bộ biến tần trực tiếp ba pha
1. Biến tần trực tiếp có thể trao đổi năng lượng với lưới điện một cách liên tục. Nhất
là đối với các động cơ công suất lớn và cực lớn từ hàng trăm Kw đến vài Mw.
25

Trích đoạn ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU

---