Thạc Sĩ Thiết kế và chế tạo mô hình biến tần (inverter) cho máy điều hòa không khí

ii

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/


MỤC LỤC
MỤC LỤC . i
LỜI CAM ĐOAN v
. viii
- 1 -
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ SỬ DỤNG INVERTER . - 2 -
. - 2 -
- 2 -
1.1.2. Phân loại. - 3 -
- 5 -
- 8 -
- 8 -
1.2.2 Phân loại máy nén khí - 8 -
- 9 -
1.3. TIỀM NĂNG VÀ HIỆU QUẢ TIẾT KIỆM ĐIỆN CỦ
Ử DỤNG INVERTER - 10 -
1.3.1. Tiềm năng tiết kiệm điện trong máy điều hòa không khí . - 10 -
1.3.2. Máy điều hòa không khí sử dụng Inverter - 11 -
1.3.3. Hiệu quả của biến tần trong các hệ thống ĐHKK làm lạnh trực tiếp . - 12 -
1.3.4. Hiệu quả tiết kiệm năng lượng của của biến tần trong các hệ thống
ĐHKK làm lạnh gián tiếp . - 12 -
1 . - 13 -
Chương 1 trình bày những nét tổng quan về hệ thống điều hòa không khí; cấu tạo,
nguyên lý hoạt động của máy điều hòa không khí; tìm hiểu máy nén khí và việc điều
khiển chúng trong máy điều hòa không khí; Phân tích tiềm năng và hiệu quả tiết kiệm
điện của máy điều hòa không khí sử dụng Inverter. - 13 -
(INVERTER) . - 14 -
- 14 -
- 14 - iii

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/


- 15 -
2.1.3 Ứng dụng của biến tần . - 17 -
2.1.4. Các tính năng tích hợp hệ thống cơ điện - 18 -
2.2. CÁC KHỐI CHỨC NĂNG CHÍNH CỦA BIẾN TẦN - 21 -
2.2.1. Khối chỉnh lưu - 21 -
2.2.2. Khối nghịch lưu - 23 -
3.3.1. Nghịch lưu sóng vuông . - 27 -
3.3.2. Nghịch lưu xung vuông kết hợp với bộ lọc LC ngõ ra - 29 -
3.3.3. Nghịch lưu sử dụng nhiều cấp điện áp một chiều . - 30 -
2.3. MỘT SỐ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CƠ BẢN SỬ DỤNG TRONG BIẾN TẦN . - 33 -
2.3.1. Điôt công suất . - 33 -
2.3.2. Tranzitor lưỡng cực công suất (BJT) . - 33 -
2.3.3. Thyristor: - 36 -
2.3.4. Vi điều khiển Atmega8 . - 38 -
2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 . - 43 -
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ BIẾN TẦN ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ . - 43 -
3.1. MÔ TẢ HỆ THỐNG - 43 -
3.1.1. Sơ đồ khối hệ thống - 43 -
3.1.2. Vai trò các khối trong sơ đồ - 44 -
3.2. MẠCH PHẦN CỨNG - 45 -
3.2.1. Thông số kỹ thuật . - 45 -
3.2.2. Sơ đồ nguyên lý chung . - 45 -
3.2.4. Khối cầu H (Hình 3.4) - 47 -
3.2.5. Khối nguồn . - 48 -
3.2.7. Khối nghịch lưu cầu H - 49 -
3.2.8. Khối điều khiển . - 50 -
- 51 -
- 53 -
. - 54 - iv

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/


3.4. LẮP ĐẶT MÔ HÌ Ử NGHIỆM - 68 -
. - 68 -
: - 73 -
3.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 . - 73 -
. - 74 - v

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/



LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là Dương Văn Hoan
Sinh ngày 23 tháng 8 năm 1982
Học viên lớp cao học khóa 15 - Tự động hóa - Trường Đại học Kỹ
thuật Công nghiệp Thái Nguyên
Hiện đang công tác tại Công ty CP đầu tư xây dựng Kinh Đô
Tôi xin cam đoan: Bản luận văn: “Thiết kế và chế tạo mô hình biến
tần(Inverter) cho máy điều hòa không khí" do thầy giáo PGS.TS Lại Khắc
Lãi hướng dẫn là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Tất cả các tài liệu tham
khảo đều có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng. Các số liệu, kết quả trong luận văn là
hoàn toàn trung thực và chưa từng ai công bố trong bất kỳ công trình nào
khác. Nếu sai tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.

Thái Nguyên, Ngày tháng . năm 201
Tác giả luận văn



Dương Văn Hoan

vi

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/


KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Các ký hiệu:
Ɛ Tỉ số nén
Q Năng suất máy nén
N Công suất của máy nén
I s - Dòng điện rò khoảng vài trục mA.
q - Điện tích của điện tử (q = 1,59.10
-19
C).
k - Hằng số Boltzmann (k = 1,38.10
-23
J/K).
T = 273
0
+ t
0
- Nhiệt độ nhiệt đối (
0
K).
t
0
- Nhiệt độ môi trường
0
C
u – Điện áp đặt trên điôt (V)
IΦ : dòng quang điện (A/m 2
);
I D : dòng qua điot (A/m 2
);
I S : dòng bão hoà (A/m
2
);
n: được gọi là thừa số lý tưởng phụ thuộc vào các mức độ hoàn
thiện công nghệ chế tạo pin mặt trời. Gần đúng có thể lấy n = 1;
R S : điện trở nối tiếp (điện trở trong) của pin mặt trời ( /m
2
);
R sh : điện trở sơn (điện trở dò) ( /m
2
)
q: điện tích của điện tử (C).
U DC : Điện áp một chiều
Q: hàm đo chất lượng của mạch
i sα và i sβ là các thành phần dòng thuộc hệ trục tọa độ αβ
θ là góc lệch pha của hệ tọa độ cùng gốc dq so với hệ αβ
i sd và i sq là các thành phần dòng thuộc hệ trục tọa độ dq
T s là chu kỳ cắt mẫu vii

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/


t p , t t là thời gian điều chế
SVM : Phương pháp điều chế vectơ không gian
PWM: Phương pháp điều chế độ rộng xung
DC – AC: Bộ biến đổi một chiều – xoay chiều (Bộ nghịch lưu)

Chữ viết tắt:
ĐHKK Điều hòa không khí
VS-PWM-I Biến tần nguồn áp điều chế độ rộng xung
CS-PWM-I): Biến tần nguồn áp điều chế biên độ
CSI Biến tần nguồn dòng
FET Transitor trường
BJT Tranzitor lưỡng cực công suất

VCC: Điện áp nguồn nuôi.
GND: Đất.
Port B (PB0 PB7)
BĐK Bộ điều khiển
BBĐ Bộ biến đổi
MPPT Maximum Power Point Tracking
NL Nghịch lưu
PWM Pulse - Width – Modulation
INC Incremental Conductance
VSI Voltage Source Inverter



viii

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/




- 5 -
2. 1: Sơ đồ khối tổng quát của biến tần . - 14 -
2. 2: Sơ đồ nguyên lý biến tần nguồn áp . - 16 -
2. 3: Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ - 22 -
2. 4: Chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ dưng cầu chỉnh lưu - 22 -
2. 5: Chỉnh lưu 2 nửa chu ky dùng biến áp có điểm giữa . - 23 -
2. 6: Nghịch lưu song song . - 24 -
2. 7: Nghịch lưu nối tiếp . - 24 -
2. 8: dạng áp, dòng của nghịch lưu nối tiếp (a) song song (b) - 25 -
2. 9: Sơ đồ nguyên lý và mạch tương đương của nghich lưu nguồn dòng
- 26 -
2. 10: Sơ đồ nguyên lý và mạch tương đương - 27 -
2. 11: Sơ đồ nguyên lý nghịch lưu sóng vuông . - 27 -
2. 12 Dạng sóng của nghịch lưu sóng vuông so với sóng sin (vi: Phần
điện áp thiếu của sóng vuông so với sóng sin; Ve: Phần điện áp dư thừa của
sóng vuông) - 28 -
2. 13: Sơ đồ ghép bộ lọc LC ở ngõ ra - 29 -
2. 14: Dạng sóng của nghịch lưu sóng vuông với bộ lọc LC - 30 -
2. 15: Chuyển đổi DC-DC . - 31 -
2. 16: Chuyển đổi DC-AC - 31 -
2. 17: Dạng sóng ra của chuyển đổi DC-AC . - 32 -
2. 18: Cấu trúc và ký hiệu của điôt công suất . - 33 -
2. 20: Cấu trúc và ký hiệu của tranzitor thuận - ngược - 34 -
2. 22: Cấu trúc, ký hiệu và đặc tính V-A của Thyristor - 36 -
2. 23: Mở thyristor - 37 - ix

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/


2. 24: Khóa thyristor . - 37 -
2. 25: Sơ đồ chân của Atmega8 - 40 -
2. 26: Sơ đồ khối vi điều khiển AVR Atmega8 - 41 -
3. 1: Sơ đồ khối hệ thống Inverter điều khiển tốc độ động cơ - 44 -
3. 3: Sơ đồ nguyên lý khối chỉnh lưu - 46 -
3. 4: Sơ đồ cầu H (sử dụng 4 IRFP260. IRFP460) . - 48 -
3. 5: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn . - 49 -
- 49 -
3. 7: Sơ đồ nguyên lý điều chế độ rộng xung hình sin - 51 -
- 53 -
- 68 -
. - 69 -
. - 73 -


- 1 -

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/



Điều hòa không khí là một trong những thiết bị tiêu thụ điện lớn nhất đối
với các cơ sở dịch vụ, thương mại. Tiêu thụ điện của hệ thống máy lạnh tại các
cơ sở thương mại thường chiếm tỷ lệ lớn, có thể lên đến 80% tổng lượng điện
tiêu thụ. Tỷ lệ này còn có thể cao hơn nữa tại các tòa nhà thương mại lớn, trung
tâm mua bán, văn phòng, bệnh viện Với công nghệ cũ là cung cấp năng lượng
ngắt quãng sẽ làm cho điện năng cung cấp cũng bị ngắt quãng Chính điều này đã
tạo ra hiện tượng hao phí điện. Và đây cũng chính là hạn chế khá lớn của không
ít máy điều hòa không khí hiện nay.
Để giải quyết nhược điểm này, công nghệ biến tần Inverter ra đời đã tạo
ra bước đột phá trong việc đưa hao phí năng lượng đến mức thất nhấp. Với kết
quả của luận văn này sẽ đóng góp 1 phần nhỏ vào việc nâng cao chất lượng điện và
giảm hao phí điện năng của hệ thống điều hòa không khí. Với cách đặt vấn đề như vậy
nên đề tài luận văn được chọn là :“Thiết kế và chế tạo mô hình biến tần(Inverter) cho
máy điều hòa không khí" .
Nội dung luận văn được chia làm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về điều hòa không khí sử dụng inverter
Chương 2: Biến tần(inverter)
Chương 3: Thiết kế biến tần điều khiển tốc độ động cơ.
Kết luận và kiến nghị
Thái Nguyên, ngày tháng năm 201 .
Tác giả luận văn