esq1366789485.doc Phạm Ngọc Sơn
Đề tài : số33
ThiÕt kÕ bé biÕn tÇn ®iÒu khiÓn ®éng c¬ xoay chiÒu 3 pha sö dông IGBT.tham
sè ®éng c¬ U= 380VAC , P=10kw, f=0- 120Hz, cosϕ=0.82
§iÒu khiÓn theo luËt U/f
Lời nói đầu
Trong những năm gần đây, lĩnh vực điều khiển và truyền động điện đã phát
triển mạnh mẽ.
Đặc biệt với sự phát triển của khoa học kĩ thuật điện tử tin học nói riêng đã
khai thác tất cả các ưu điểm nổi bật vốn có của động cơ không đồng bộ và
động cơ một chiều.
Với đồ án này em đã nêu ra một khía cạnh nhỏ trong lĩnh vực điều khiển
động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc.
“Thiết kê biến tần 3 pha để điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ”
Nội dung các chương mục như sau :
Chương 1 : Tổng quan về công nghệ.
Giới thiệu về động cơ không đồng bộ, các hệ thống biến tần.
Chương 2 : Tính chọn mạch công suất.
Mạch động lực, đi sâu vào nguyên lí làm việc của hệ thống thiết bị
cũng như các phương pháp tính chọn mạch và bảo vệ mạch.
Chương 3 : Thiết kế mạch điều khiển .
Ứng dụng của kĩ thuật xung số để điều khiển hoạt động của mạch
Chương 4 : Kết qủa
Ứng dụng bằng phần mềm để mô phỏng hệ thống và hiện thực hoá nó
trên phần cứng
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa điện đã tận tình chỉ bảo
trong thời gian làm đề tài.
Hải Phòng , Ngày Tháng Năm 2008
- 1 -
esq1366789485.doc Phạm Ngọc Sơn
Mục Lục

§3. Mạch lọc.
Một số mạch Lọc đã biết.
Tính chọn mạch lọc.
§4. Mạch chỉnh lưu.
Tính chọn DIODE
Tính chọn máy biến áp
Chương 3: Thiết kế mạch điều khiển
§1. Giới thiệu các khâu điều khiển cần thiết.
Mạch lái
Mạch cách ly
Mạch giao tiếp với máy tính
Mạch điều khiển
§2.Tính toán phần cứng khâu điều khiển.
§3.Lập trình phần mềm cho khối điều khiển.
Chương 4: Kết qủa
§1. Ghép nối thàn sơ đồ hoàn chỉnh
§2. Mô phỏng bằng phần mềm
§3. Phần cứng
- 3 -
esq1366789485.doc Phạm Ngọc Sơn
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ
§1. Sơ lược về động cơ không đồng bộ
A. Cấu tạo.
a. Phần tĩnh (Stato)
Vỏ máy : Thường làm bằng gang. Đối với máy có công suất lớn
(1000 kW), Thường dùng thép tấm hàn lại thành vỏ. Vỏ máy có tác
dụng cố định và bảo vệ, không dùng để dẫn từ.
Lõi sắt : Được làm bằng thép lá kĩ thuật điện dày : 0.35mm đến 0.5
mm ghép lại. Vì lõi sắt là phân từ, đồng thời từ trường đi qua lõi
sắt là từ trường xoay chiều, nhằm giảm tổn hao do dòng điện xoáy

Dòng điện i2 tác động tương hỗ với từ trường stato tạo ra lực điện
từ trên dây dẫn rôto và mômen quay làm cho rô to quay với tốc độ n
theo chiều quay của từ trường.
Tốc độ quay của rôto n luôn nhỏ hơn tốc độ của từ trường quay
Stato n1. Có sự chuyển động tương đối giữa rôto và từ trường quay
stato duy trì được dòng điện i2 và môment. Vì tốc độ của rôto khác với
tốc độ của từ trường quay stato nên gọi là động cơ không đồng bộ
D. Các đại lượng đặc trưng và phương trình cơ bản
a. Hệ số trượt : để biểu thị mức độ đồng bộ giữa tốc độ quay của rô to
n và tốc độ quay của từ trường quay n1.
- 5 -
esq1366789485.doc Phạm Ngọc Sơn
1
1
n n
s
n
−
=

0 1s≤ ≤
60* 1
1
f
p
n =
1*(1 )n n s= −
b. Sức điện động
Khi rôto đứng yên :
20 20 2 2

Công suất điện từ :
2 * 1
* 1 *
60
dt
n
M MP
π
ω
= =
= P1 -
dt
P
∆
-
st
P∆
Tổn hao do dây quân rô to :
2d
P∆
Công suất cơ ở trục :
'2 *P M
ω
=
=
dt
P
-
2d
P∆

- 6 -
esq1366789485.doc Phạm Ngọc Sơn
d. Các phương trình cơ bản
Phương trình đặc tính cơ điện
'
1 1 2
2 2 '
2 2
2
1
1 1
*
( )
nm
I U I I
R X R
R X
s
µ
µ µ
 
 
 
 
 
 
 
= + = +
+
+ +

= +
Phương trình đặc tính cơ
'2 '
1 2
'
2 2
2
1 1
2
1
2
1
' '
2 2
2
2 2
1
1
'
2
3* *
2* *(1 ) 2*
2*
* * ( )
3*
2* 1*( 1 )
0
f
th th
th th

+
= ≈
 
+ + +
+ +
 
 
=
+ +
= ± ≈
+
≈
=
=

e. Ảnh hưởng của các thông số đến đặc tính cơ:
- 7 -
esq1366789485.doc Phạm Ngọc Sơn
Ảnh hưởng của điện áp lưới
Môment tỷ lệ theo bình phương điện áp
Hê số trượt vẫn không thay đổi
Ảnh hưởng của điện trở, điện kháng mạch stato
Môment tỷ lệ nghịch với điện trở, hay điện kháng
Hệ số trượt tỷ lệ nghịch với điện trở, hay điện kháng
Ảnh hưởng của số đôi cực p.
Khi thay đổi số đôi cực p thì tần số lưới thay đổi, dẫn
đến tốc độ cũng thay đổi
Ảnh hưởng tần số.
Quy tắc điều chỉnh giữ cho khả năng quá tải không đổi.
'

1 1
*
U f
M
U f M
=
Luật điều khiển giữ cho Môment không đổi : M=const
' '
1 1
1 1
1
1
U f
U f
U
const
f
=
=
Luật điều khirn giữ cho công suất không đổi :P=const
' '
1
1
' '
1 1
1 1
M f
M f
U f
U f

dụng nó hơn.
Ví dụ :
- 10 -
o
o
o
a
b
c
CK
CK
CK
CK
CKck
ÑKB
U
2
f
2
T
A
N
A
T
B
N
B
T
C
N

o
o
T7
T9
T11
T10
T12
T8
T4
T6
T8
T1 T3 T5
D1
D3 D5
D4
D6 D2
D7
D11
D10
D12
D8
Co
C1 C3
C5
C4
C2
C6
L2
L1
Lo

nhiên, kĩ thuật điều chế kiểu PWM khó áp dụng cho biến tần
nguồn dòng, nếu có cũng chỉ áp dụng cho tần số hoạt động
thấp.
Khi hoạt động với nguồn cấp là DC bộ biến tần nguồn áp nhỏ
gọn và rẻ tiền hơn so với biến tần nguồn dòng thường cồng
kềnh do phải sử dụng cuộn kháng L lớn và các tụ chuyển mạch
có giá trị cao.
Dải điều chỉnh biến tần nguồn dòng thấp hơn dải điều chỉnh của
biến tần nguồn áp.
D. Cấu trúc của bộ biến tần nguồn áp
Bộ biến tần nguồn áp có ưu điểm là tạo ra dạng dòng điện và điện áp
sin hơn, dải biến thiên tần số cao hơn nên được sử dụng rộng rãi hơn.
- 12 -
esq1366789485.doc Phạm Ngọc Sơn
Bộ biến tần nguồn áp có hai bộ phận riêng biệt.
a. Phần động lực:
Bộ phận chỉnh lưu: có nhiệm vụ biến đổi dòng xoay chiều có
tần số f1 thành dòng điện một chiều.
Bộ lọc : cho phép thành phân một chiều của mạch động lực đi
qua và ngăn chặn các thành phân xoay chiều. Nó có tác dụng
san bằng điện áp tải khi chỉnh lưu.
Bộ nghịch lưu:Là bộ phận rất quan trọng của bộ biến tần, nó
biến đổi dòng điện một chiều được cung cấp từ bộ chỉnh lưu
thành dòng điện xoay chiều có tần số f2.
b. Phần điều khiển
Là bộ phận không thể thiếu quyết định sự làm việc của mạch
động lực, để đảm bảo yêu cầu về tần số, hình dáng điện áp ra
của bộ biến tần đều do mạch điều khiển quyết định.
Bộ điều khiển thông thường gồm 3 phần
Khâu phát xung chủ đạo : là khâu tự dao động tạo ra xung điều

MOSFET.Các điện tử di chuyển về phía collector vượt qua lớp tiếp
giáp n-p như ở cấu trúc giữa base và collector ở transistor thường,tạo
nên dòng Collector.
C. Quá trình đóng cắt
Do có cấu trúc đặc thù mà điện áp thuận giữa C và E trong chế độ dẫn
ở dòng IGBT thấp hơn so với ở MOSFET. Tuy nhiên cũng do cấu trúc
này mà thời gian đóng cắt của IGBT chậm hơn so với MOSFET, đặc
biệt là khi khoá lại.
- 14 -
esq1366789485.doc Phạm Ngọc Sơn
D. Vùng làm việc an toàn
Vùng làm việc an toàn được thể hiện dưới dạng đồ thị quan hệ giữa
điện áp và giá trị dòng điện lớn nhất mà phần tử có thể hoạt động được
trong mọi chế độ, khi dẫn, khi khóa, cũng như trong các quá trình đóng
cắt. SOA của IGBT được biểu diễn ở hình bên.
Ở hình đầu tiên biểu diễn khi điện áp đặt lên cực điều khiển và emitor
là dương và hình thư hai thì điện áp này là âm. Khi điện áp điều khiển
dương, SOA có dạng hình chữ nhật với góc hạn chế ở phía trên, bên
phải, tương ứng với chế độ dòng điện và điện áp lớn. Điều này có nghĩa
là khi chu kì đóng cắt càng ngắn, ứng với tần số làm việc càng cao thì
khả năng đóng cắt công suất càng suy giảm. Khi đặt điện áp điều khiển
- 15 -