Lời mở đầu
Trong công nghiệp,động cơ điện không đồng bộ ba pha là loại động cơ
chiếm tỉ lệ rất lớn so với các loại động cơ khác.Bên cạnh kết cấu đơn giản,hiệu
suất cao,giá thành hạ người ta còn quan tâm đến vấn đề điều chỉnh tốc độ động
cơ.Trong thực tế sản xuất và tiêu dùng,các khâu cơ khí sản xuất cần tốc độ thay
đổi.Song khi chế tạo,mỗi động cơ điện lại được sản xuất với một tốc độ định
mức,vì vậy vấn đề điều chỉnh tốc độ các động cơ điện là rất cần thiết. Bài tập
lớn này là thiết kế bộ biến tần xung vuông điều khiển động cơ xoay chiều 3 pha
sử dụng BJT theo luật U/F.
Chương 1: Tổng quan về công nghệ
1.1. Tổng quan về công nghê.
Hiện nay có nhiều phương pháp điều khiển tốc độ động cơ như thay đổi
điện trở phụ mạch rô to,thay đổi số đôi cực…Một phương pháp khác để điều
khiển động cơ là thay đổi tần số theo luật U/F hay sử dụng biến tần để điều
khiển. Ngày nay do sự phát triển của công nghệ điện tử các bộ biến tần tĩnh
được chế tạo từ các van bán dẫn công suất đã đảm nhiệm được nguồn cung cấp
năng lượng điện có tần số thay đổi,do đó phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng
thay đổi tần số đang được áp dụng rộng rãi và cạnh tranh với các hệ thống
truyền động điện một chiều. Trong bài tập lớn này,ta thiết kế bộ biến tần xung
vuông điều khiển động cơ dị bộ 3 pha rô to lồng sóc theo luật U/F. Biến tần là
thiết bị biến đổi dòng xoay chiều với tần số của lưới điện thành dòng xoay chiều
có tần số khác với tần số của lưới.Ưu điểm của biến tần là có thể điều chỉnh tốc
độ động cơ theo mong muốn,tiết kiệm điện, khống chế dòng khởi động của động
cơ,giúp cho quá trình khởi động êm,giảm chi phí lắp đăt.Động cơ không đồng
bộ rô to lồng sóc có mạch điện được làm bằng nhôm hoặc đồng thau.Nếu làm
bằng nhôm thì được đúc trực tiếp vào rãnh rô to.Nếu làm bằng đồng thì được
làm thành các thanh dẫn và đặt vào trong rãnh.Hai đầu được gắn với nhau bằng
2 vòng ngắn mạch.
Nếu bỏ qua tổn hao điện áp ở mạch stato ta có:
1
U

tìm ra mối quan hệ giữa điện áp U
1
,tần số F
1
và mô men M.
M
max
được biểu diễn:
M
max
= C với C là hệ số.
Gọi U’
1
,M’
1
là điện áp và mô men lúc tần số F’
1,
ta có
M’
max
/M’ = M
max
/M hay M’/M = M’
max
/ M
max
=))
Do vậy ta có
1
U

rộng,độ điều chỉnh láng,tổn hao điều chỉnh nhỏ.
1.2. Yêu cầu công nghệ.
Công nghệ này sử dụng biến tần xung xuông.Tham số động cơ xoay chiều
3 pha là U pha =220 VAC, P=10 kw, f=0-100 Hz, cos=0.82, điều khiển theo luật
U/F.Cần có khả năng điều chỉnh tần số theo giá trị mong muốn.Có khả năng
điều chỉnh điện áp theo tần số để duy trì từ thông khe hở không đổi trong vùng
điều chỉnh mô men không đổi.Có khả năng cung cấp dòng điện định mức ở mọi
tần số.Thiết bị càng nhỏ gọn càng tốt,mỹ quan,sản phẩm kinh tế.
1.3. Phạm vi ứng dụng.
2
Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp sử
dụng hệ truyền động điện có điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ rô to
lồng sóc.Biến tần công suất nhỏ có thể dùng để điều khiển những máy công tác
như:cưa gỗ,khuấy trộn,nâng hạ…Đối với các ứng dụng trong ngành dệt,nhuộm,
nhựa…việc sử dụng biến tần sẽ làm tăng năng xuất lên so với khi sử dụng nguồn
trực tiếp.Đối với các ứng dụng cần đồng bộ tốc độ như ngành giấy ,dệt,bao bì…
việc sử dụng biến tần là tất yếu nhằm đáp ứng các yêu cầu về công nghệ.
3
Mạch chỉnh lưu
(U1,F1)
Bộ Lọc
Mạch nghịch lưu
(U2,F2)
Chương 2:Tính chọn mạch công suất
2.1. Giới thiệu các mạch công suất đã biết
Trong các bộ biến đổi điện tử công suất,các phần tử bán dẫn được sử
dụng như những khóa bán dẫn hay các van bán dẫn.Khác với các phần tử có tiếp
điểm,các van bán dẫn thực hiện đóng cắt dòng điện mà không tạo ra tia lửa
điện,không bị mài mòn theo thời gian,các tín hiệu điều khiển của các van bán
dẫn công suất rất nhỏ và phụ thuộc vào quy luật điều khiển của các van bán

T1
B
T2
C
T3
A
R
L
t1 t2
t3
t4
t
t
t
t
t
Ud
Id
UT1
I1
I2
I3
0
Ud
Id
Ud
Id
UT1
I1
I2

T2
R
A
B
F
E
Hình a Hình b
Chỉnh lưu hình tia 3 pha có cấu tạo từ một biến áp 3 pha với thứ cấp đấu
sao có trung tính, ba van dẫn nối cùng cực tính để nối với tải,ba đầu còn lại của
van bán dẫn nối tới các pha biến áp.Tại mỗi thời điểm chỉ có điện áp một pha
dương hơn 2 pha còn lại.Các tiristo chỉ được mở với góc nhỏ nhất tại thời điểm
giao nhau của các điện áp pha.Hình a,hình b cho thấy tại mỗi thời điểm chỉ có
một tiristo dẫn,mỗi tiristo dẫn trong 1/3 chu kì.Dòng tải liên tục (Hình a).Đối với
tải thuần trở thì việc tải liên tục hay không phụ thuộc vào góc điều khiển .
Dòng tải liên tục khi < với qui luật điều chỉnh
Ud=1.17U2.cos .
Dòng tải gián đoạn khi > với qui luật điều chỉnh
Ud=1.17U2/.(1+))
So với mạch chỉnh lưu một pha ,mạch chỉnh lưu 3 pha có chất lượng tốt
hơn,biên độ điện áp đập mạch thấp hơn,thành phần sóng hài bậc cao bé hơn.
-Mạch chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển đối xứng
Trong nửa chu kì điện áp Uab > 0.Nếu có xung điều khiển đồng thời cho
cả 2 van T1 và T2 thì các van này sẽ dẫn đặt điện áp lưới lên tải.Tương tự T3 và
T4 cho nửa chu kì sau.
Ud=0.9U2.
Đây là mạch chỉnh lưu được sử dụng rộng rãi trong thực tê, nhất là điện
áp từ 10V trở lên.Ưu điểm của nó so với mạch chỉnh lưu hình tia là không nhất
6
T2
R

I4
I3
I1
UT1
I2
I6
X5
X2
X3
X6
X4
X2-3
X4-5
X6-1
X4-5
X5-2
X3-6
X4
X1-4
t
t
t
t
t
t
t
t
t
Ud
Uf

thường có trị số Rd rất nhỏ nên mạch lọc này rất phổ biến trong mạch công suất.
-Lọc điện dung C

Bộ lọc này có một tụ điện C đấu song song với tải.Điện kháng của tụ điện C
càng nhỏ so với tải thì lọc càng tốt.Do đó trong mạch công suất lớn thì điều này
khó thực hiện.Bộ lọc này thích hợp với mạch công suất trung bình và nhỏ.Bộ lọc
8
tụ điện thích hợp cho các bộ chỉnh lưu cấp nguồn cho mạch điều khiển.Đây là
bộ lọc được sử dụng trong công nghệ.
-Lọc LC
Bộ lọc này được dùng khá phổ biến trong các mạch lọc.Hệ số L và C có quan hệ
theo biểu thức
L.C = 10(K+1)
*,Mạch nghịch lưu.
Mạch nghịch lưu có thể sử dụng các van bán dẫn MOSFET,SCR,BJT.
Mạch dùng MOSFET cho phép chuyển mạch nhanh nhất.Điều khiển đóng
mở MOSFET là điều khiển bằng điện áp đóng mở lên 2 cực, cực cổng G và cực
nguồn S.Do sử dụng hiệu ứng trường nên MOSFET cho phép tần số chuyển
mạch khá lớn,có thể lên đến 100kHz,có tổn hao nhỏ nhất trong tất cả các van
bán dẫn,việc làm mát tương đối đơn giản.Tuy nhiên công suất làm việc của
MOSFET không cao,khả năng làm việc ở điện áp cao không bằng BJT.Mạch
dùng SCR có quá trình chuyển mạch nhanh gọn nhưng cần phải có xung điều
khiển kích vào cực cổng,rất phức tạp.Mạch dùng BJT có công suất khá lớn,có
thể chịu điện áp hàng chục kV và dòng điện lên tới vài nghìn A.Tần số cho phép
chuyển mạch khá lớn khoảng 10 kHz,van chuyển mạch nhanh.Tổn hao trong
BJT khá lớn nên các mạch công suất thường có công suất nhỏ.Tuy nhiên trong
công nghệ này lại sử dụng BJT.Do đó mạch nghịch lưu dùng BJT sẽ được xét
trong các mục sau đây.
2.2 .Chọn mạch công suất phù hợp và tính toán.
Động cơ điện có công suất P=10 kw,tần số 0-100 Hz, cos=0.82,điện áp

Chọn hệ số an toàn về điện áp là Ku = 1.2
Điện áp lớn nhất mà van có thể chịu được là 914,4V.
Công suất động cơ P = 10kw.
Cos = 0.82
11
Dòng điện định mức động cơ.
Idm = 10000/(32200.82) = 18.48A
Dòng điện lớn nhất của động cơ là dòng điện khởi động.Đối với động cơ
lồng sóc ,nhờ có các biện pháp khởi động làm giảm giá trị dòng điện khởi động
của máy và điều tốt nhất là giá trị khởi động Ikd = 2 – 2.5 Idm nên ở đây ta chọn
dòng khởi động gấp 2.5 lần dòng định mức.
Dòng điện lớn nhất mà van chịu được là 18.482.5=46.2A.
Ta chọn 6 transistor ESM 3007 có Vce =1000V;Vceo = 700V;Ic=50A.
-Tính chọn linh kiện bảo vệ Diot của mạch nghịch lưu.
Điện áp pha ứng với tần số lớn nhất là 100Hz là 440V
Điện áp ngược lớn nhất mà van chịu được khi làm việc là
Ungmax = 4402.45 =1078V
Trị số trung bình dòng điện lớn nhất ra tải là 46.2.Dòng điện trung bình
qua van là : Itbv =15.4A
Ta chọn 6 diot bảo vệ B25 cho các khóa điện tử transistor.Các thông số
của B25 : Itb = 25A.Udm= 1200V.
*Mạch lọc C
Tổng trở tải định mức Z = Udm/Idm =11.9
Cos=0.82 nên sin = 0.57
R=Z.0.82=9.76;Xt=Z.0.57=6.78
Tụ điện lớn nhất được tính theo công thức gần đúng
Cmax = 1.3(Xt/)=0.092528 =92528F.
*,Mạch chỉnh lưu
Điện áp trung bình chỉnh lưu lớn nhất ứng với tần số f = 100Hz ứng với
Up = /3. E