đồ án tốt nghiệp nghiên cứu bộ biến đổi xoay chiều – một chiều bốn góc phần tư

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

TRẦN THỊ HOÀN
NGHIÊN CỨU BỘ BIẾN ĐỔI XOAY CHIỀU – MỘT
CHIỀU BỐN GÓC PHẦN TƢ
CHUYÊN NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS BÙI QUỐC
KHÁNH
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
t

nu .

e du . v

n
MỤC LỤC
MỤC LỤC

1
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

3
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

4
MỞ ĐẦU

7

CHƢƠNG 1 PHÂN TÍCH NHƢỢC ĐIỂM TRUYỀN ĐỘNG T – Đ ĐẢO CHIỀU


8
1.1. Giới thiệu về hệ truyền động Thiristo

– Động cơ một chiều (T - Đ)

8
1.1.1. Chế độ dòng liên tục

9
1.1.2. Hiện tƣợng chuyển mạch

11
1.1.3. Chế độ dòng điện gián đoạn

13
1.2. Phân t ích sóng hài bậc cao

16
1.3. Dòng điện gián đoạn

19
1.4. Quá trình đảo chiều ở hệ T

-

Đ

21
1.4.1. Mạch



lực


21
1.4.2. Phân tích đảo chiều

22
1.5. Kết luận

27
CHƢƠNG 2 PHÂN TÍCH NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC CỦA CHỈNH LƢU BIẾN
ĐIỆU

ĐỘ RỘNG XUNG

28
2.1. Đặt vấn đề

28
2.2. Cấu trúc mạch lực FQR (Three - phase Four- quadrant PWM rectifier)

28
2.2.1. Bộ lọc đầu vào:

29

2.2.2. Bộ biến đổi

30
2.3. Điều chế vector không gian

30
2.3.1. Khái niệm vector không gian và vector chuẩn

30
2.3.2. Xây dựng phƣơng pháp điều chế vector không gian

33
2.3.2.1. Xác định vector biên chuẩn

33
2.3.2.2. Xác định vector i
ref
thuộc sector nào

34
2.3.2.3. Xác định tỉ số điều biến d
1
, d
2

36
2.3.2.4. Xác định mẫu xung cho từng sector

38
2.4. Kết luận

46
- 2 -
CHƢƠNG 3 ỨNG DỤNG CHỈNH LƢU PWM CHO TRUYỀN ĐỘNG ĐẢO
CHIỀU

ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU

47
3.1. Đặt vấn đề

47
3.2. Xây dựng cấu trúc điều khiển bốn góc phần

tƣ

FQR (Four

– Quadrant

PWM

Rectifier) cho động cơ một chiều DC

47
3.3. Thiết kế bộ điều chỉnh

48
3.3.1. Động cơ một chiều

48
3.3.2. Tổng hợp mạch vòng dòng điện

49
3.3.3. Số hóa bộ điều chỉnh

52
3.4. Điều khiển công suất phản kháng và công suất tác dụng

53
CHƢƠNG 4 MÔ PHỎNG VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM

55
4.1. Mô phỏng bộ chỉnh lƣ u ba pha bốn góc phần tƣ

55
4.1.1. Mô hình mô phỏng chỉnh lƣu PWM

55
4.1.2. Kết Quả mô phỏng

58
4.2. Xây dựng mô hình thực nghiệm

68
4.2.1. Cấu trúc

thực nghiệm

68

4.2.1.1. Giới thiệu về card điều khiển 1104 của hãng dSPACE

70
4.2.1.2. Phần mền Control Desk

71
4.2.1.3.Card giao diện và hệ thống đo lƣờng

71
4.2.2. Quá trình th ực nghiệm tại phòng thí nghiệm

73
4.2.3. Kết quả thực nghiệm

74
4.3. Kết luận:

78
TÀI LIỆU THAM KHẢO

79
- 3 -
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT
i
dc
Giá trị dòng điện một chiều
u
dc
Giá trị điện áp một chiều
i

ref
Giá trị dòng điện chỉnh lưu
i
α
, i
β
Thành phần vector dòng điện trên hệ trục tọa độ αβ
f Tần số
R
A
Điện trở phần ứng
L
A
Điện cảm phần ứng
M Động cơ một chiều
ω Tốc độ quay của động cơ
ω
*
Giá trị tốc độ đặt
i
sd
Thành phần vector dòng điện vào bộ chỉnh lưu trên hệ trục tọa độ d - q
i
sq
Thành phần vector dòng điện vào bộ chỉnh lưu trên hệ trục tọa độ d - q
P Công suất tác dụng
Q Công suất phản kháng
RI Khâu điều chỉnh dòng điện
Rω Khâu điều chỉnh tốc độ

THD Hệ số méo dạng dòng
điện

BBĐ Bộ biến đổi
MBA Máy biến áp

PLL Khối đồng
pha
LC Mạch lọc LC
DC Động cơ một chiều
ADC Bộ chuyển đổi tương tự số (Analog -to Digital Converter)
I/O Cổng vào ra (Input/ Output)
PWM Điều chế độ rộng xung (viết tắt của Pulse Width Modulation)
SVM Điều biến vector không gian (viết tắt của Space Vector Modulation)

FQR Bộ chỉnh lưu điều biến độ rộng xung ba pha bốn góc phần tư (Three-
phase Four- Quadrant PWM Rectifier)
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động Thyristor – Động cơ một
chiều

Hình 1.2 Sơ đồ nối dây và sơ đồ thay thế của chỉnh lưu tia ba pha.

Hình 1.3 Chỉnh lưu hình tia ba pha.
a) Đặc tính điều chỉnh
b) Đồ thị thời gian.
Hình 1.4 Hiện tượng chuyển mạch giữa các van
1 2
Hình 1.5 Quan hệ giữa góc chuyển mạch μ và góc điều khiển α ứng với các
dòng điện chỉnh lưu khác nhau.

Hình 1.6 Chế độ dòng điện gián đoạn và biên liên
tục.

Hình1.7 Mô hình chỉnh lưu 3 pha dùng Tiristor
Hình 1.8 Phân tích phổ dòng điện đầu vào i
A
& i
B
(α = 0
0
)
Hình 1.9 Phân tích phổ dòng điện đầu vào i
A
& i
B
(α =
60
0
)

Hình 1.10Phân tích phổ dòng điện đầu vào i
A
& i
B
(α = 90
0
)
Hình 1.11 Ảnh hưởng của m,L khi chỉnh lưu
a) Ba pha hình tia
b) Ba pha hình cầu

Hình 1.12 Sơ đồ hệ T-Đ đảo chiều dùng hai bộ biến đổi điều khiển riêng

Hình 1.13 Mô hình khâu LOG
Hình 1.14 Diễn biến quá trình đảo chiều.
Hình 1.15 Mô hình mô phỏng quá trình đảo chiều động cơ
Hình 1.16 Đặc tính tốc độ (rad/s)
Hình 1.17 Đặc tính điện áp chỉnh lưu Ud
Hình 1.18 Đặc tính điện áp chỉnh lưu Ud giai đoạn đảo chiều
Hình 2.1 Cấu trúc mạch chỉnh lưu bốn góc phần tư
Hình 2.2 Sơ đồ thay thế bộ biến đổi bốn góc
phần

Hình 2.3 Đặc tính của van bán dẫn lý tưởng
Hình 2.4 Sơ đồ thay thế bộ biến đổi hai góc phần tư
Hình 2.5 Vector không gian dòng xoay chiều đầu vào khi I
dc
> 0
Hình 2.6 Vector không gian dòng xoay chiều đầu khi I
dc
< 0
T T
Hình 2.7 Lược đồ lựa chọn sectơ
Hình 2.8 Vector dòng điện và thời gian đóng cắt mỗi van trong sector 1
Hình 2.9 Vector dòng điện và thời gian đóng cắt mỗi van trong sector 2
Hình 2.10 Vector dòng điện và thời gian đóng cắt mỗi van trong sector 3
Hình 2.11 Vector dòng điện và thời gian đóng cắt mỗi van trong sector 4
Hình 2.12 Vector dòng điện và thời gian đóng cắt mỗi van trong sector 5
Hình 2.13 Vector dòng điện và thời gian đóng cắt mỗi van trong sector 6
Hình 3.1 Cấu trúc điều khiển FQR
Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý động cơ điện một chiều kích từ độc lập.

Hình 3.3 Mô hình động cơ một chiều kích từ độc lập
Hình 3.4 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng
điện.

Hình 3.5 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng tốc độ.

Hình 3.6 Khâu điều chỉnh PI số
Hình 3.7 Mối liên hệ giữa các thành phần trong tọa độ
quay

Hình 4.1 Mô hình mô phỏng
Hình 4.2 Mô hình mạch lực.

Hình 4.3 Khối phát xung
PWM
Hình 4.4 Khối chuyển vị tọa độ abc
dq

Hình 4.5 Khối chuyển vị tọa độ dq

αβ
Hình 4.6 Cấu trúc chi tiết khối tính chọn góc theta
Hình 4.7 Đặc tính tốc độ động cơ
Hình 4.8 Đặc tính dòng điện đầu vào
Hình 4.9 Phân tích phổ dòng điện đầu vào sau lọc
LC

Hình 4.10 Đặc tính điện áp đầu vào
Hình 4.11 Góc chuyển vị cho hệ tọa độ
quay

Hình 4.12 Đặc tính điện áp một chiều.
Hình 4.13 Đặc tính điện áp một chiều lúc đảo chiều
Hình 4.14 Đặc tính dòng điện một chiều
Hình 4.15 Đặc tính mô men động cơ
Hình 4.16 Đặc tính tốc độ động cơ giai đoạn có đảo
chiều

Hình 4.17 Đặc tính dòng điện đầu vào
Hình 4.18 Phân tích phổ dòng điện đầu vào sau lọc
LC

Hình 4.19 Đặc tính điện áp đầu vào
Hình 4.20 Góc chuyển vị cho hệ tọa độ quay
Hình 4.21 Đặc tính điện áp một chiều.
Hình 4.22 Đặc tính điện áp một chiều lúc ổn định
Hình 4.23 Đặc tính dòng điện một chiều
Hình 4.24 Đặc tính mô men động cơ
Hình 4.25 Cấu trúc thực nghiệm tổng
quát

Hình 4.26 Mô hình thực nghiệm
Hình 4.27 Nguồn cấp cho sơ cấp MBA xung
Hình 4.28 Nguyên lí của mạch nguồn cho một driver

Hình 4.29 Nguyên lý driver phát xung cho van MOSFET
Hình 4.30 Cấu trúc R&D DS1104Mô hình cấu trúc
Hình 4.31 Giao diện của card ds1104 với ngoại
vi

Hình 4.32 Giao diện điển hình dùng DS1104
Hình 4.32 Mối liên hệ giữa các phần mềm điều
khiển

Hình 4.34 Mô hình thực nghiệm chỉnh lưu
Hình 4.35 Ba pha mạch chỉnh lưu.

Hình 4.36 Một pha của mạch chỉnh lưu
Hình 4.37 Giao diện theo dõi các tín hiệu và tham
số

Hình 4.38 Đặc tính tốc độ
Hình 4.39 Góc chuyển vị cho hệ tọa độ
quay

Hình 4.40 Điện áp đầu vào
Hình 4.41 Dạng xung cho 6 van
Hình 4.42 Tín hiệu vào và tín hiệu mở van
MỞ ĐẦU
Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật và công nghệ
trên thế giới, Việt Nam đang từng ngày hội nhập với nền kinh tế thế giới và tiếp
nhận những thành tựu mới nhất của khoa học và công nghệ. Đặc biệt trong ngành
công nghiệp điện tử, các thiết bị điện tử công suất được sản xuất ngày càng nhiều.
Và các ứng dụng của nó trong công nghiệp và đời sống hằng ngày phát triển hết sức
mạnh mẽ.
Hiện nay, việc điều khiển động cơ một chiều thường sử dụng bộ biến đổi
Tiristor truyền thống: Xung áp một chiều, chỉnh lưu tiristor … với nhiều nhược
điểm: Dòng đầu vào chứa nhiều sóng hài bậc cao, quá trình đảo chiều diễn ra chậm,
logic đảo chiều phức tạp. Để khắc phục những nhược điểm trên người ta nghiên cứu
các phương pháp mới. Một trong những phương án đó là phương pháp chỉnh lưu

PWM ba pha bốn góc phần tư.
Xuất phát từ thực tế đó tôi đã chọn đề tài nghiên cứu khoa học: “Nghiên cứu
bộ biến đổi xoay chiều – một chiều bốn góc phần tƣ”.
Luận văn gồm có 4 chương:
Chương 1: Phân tích nhược điểm truyền động T – Đ đảo chiều
Chương 2: Phân tích nguyên lý làm việc của chỉnh lưu biến điệu độ rộng xung

Chương 3: Ứng dụng chỉnh lưu PWM cho truyền động đảo chiều động cơ một chiều

Chương 4: Mô phỏng và thực nghiệm
Đề tài đã được hoàn thành, ngoài sự nỗ lực của bản thân còn có sự chỉ bảo,
giúp đỡ động viên của các thày cô giáo, gia đình, bạn bè và đồng nghiệp. Tôi xin
gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến PGS.TS Bùi Quốc Khánh, người đã luôn động
viên, khích lệ và tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Các vấn đề được đề cập đến trong quyển luận văn này chắc chắn không tránh
khỏi thiếu sót, tôi mong nhận được lời đóng góp từ các thày cô giáo và các bạn bè
đồng nghiệp.
Xin trân trọng cảm
ơn!
Thái Nguyên, ngày 30 tháng 7 năm 2009
Tác giả
Trần Thị Hoàn
CHƢƠNG 1
PHÂN TÍCH NHƯỢC ĐIỂM TRUYỀN ĐỘNG T – Đ ĐẢO CHIỀU
1.1. Giới thiệu về hệ truyền động Thiristo – Động cơ một chiều (T-Đ)
Trong hệ thống truyền động thyristor - động cơ một chiều (T- Đ), bộ biến đổi
điện là các mạch chỉnh lưu điều khiển có sđđ E
d
phụ thuộc vào giá trị của pha xung
điều khiển (góc điều khiển). Chỉnh lưu có thể dùng làm nguồn điều chỉnh điện áp

phần ứng hoặc dòng điện kích thích động cơ. Tuỳ theo yêu cầu cụ thể của truyền
động mà có thể dùng các sơ đồ chỉnh lưu thích hợp, để phân biệt chúng có thể căn
cứ vào các dấu hiệu sau đây:
- Số pha: 1 pha, 3 pha, 6 pha v.v….
- Sơ đồ nối: hình tia, hình cầu, đối xứng, và không đối xứng
- Số nhịp: Số xung áp đập mạch trong thòi gian một chu kỳ điện áp nguồn:
- Khoảng điều chỉnh: là vị trí của đặc tính ngoài trên mặt phẳng toạ độ [U
d
,I
d
]:
- Chế độ năng lượng: chỉnh lưu, nghịch lưu phụ thuộc:
- Tính chất dòng tải: liên tục, gián đoạn.
- Chế độ làm việc của chỉnh lưu phụ thuộc vào phương thức điều khiển và vào

các
tính chất của tải, trong truyền động điện, tải của chỉnh lưu thường là cuộn kích

từ
(L-R) hoặc là mạch phần ứng động cơ (L-R-E). Để tìm hiểu hoạt đông của hệ T-

Đ
ta hãy phân tích một sơ đồ chỉnh lưu hình tia ba pha mà sơ đồ thay thế được vẽ
trên Hình 1.2, trong đó:
E- sđđ quay của động cơ
u
1
u u – sđđ thứ cấp máy biến áp nguồn,
L, L
x

- điện cảm mạch một chiều (kể cả điện trở dây quấn thứ cấp máy biến áp
R- điện trở mạch một chiều (kể cả điện trở dây quấn thứ cấp máy biến áp đã

quy đổi)
L = L + L
u k
R = R
+ R ± R
ba u k
L
ba
= L
2
+ L
1
(W
1
/W
2
)
2
(1-1)
W
R = R
+ R (
2
)
2
ba 2 1
W

1
L
+
Uđk
DC
CKT
-
Hình 1.1. Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động Thyristor – Động cơ một chiều
1.1.1. Chế độ dòng liên tục
Khi dòng điện chỉnh lưu i
d
là liên tục thì có thể dựng được đồ thị các quá trình
dòng điện và điện áp như trên Hình 1.3. Sđđ chỉnh lưu là những đoạn hình sin nối

tiếp nhau, giá trị trung bình của sđđ chỉnh lưu được tính như sau:
E =
m
α
+ 2
π
/
m
U
sin
θ
d
θ
= E
cos
α

(1-2)
Trong
đó:
d
2
π
∫
α
2m do
θ
=
ϖ
t
e
π π
α
=
α
0
− (
2
−
m
)
E =
m
.sin
π
U
Trong

đó:
do
π
m
2m
ϖ
0
- tần số góc của điện áp xoay chiều;
α
- góc mở van (hay góc điều khiển) tính từ thời điểm chuyển mạch tự nhiên
α
0
- góc điều khiển tính từ thời điểm sđđ xoay chiều bắt đầu dương;
m - số xung áp đập mạch trong một chu kỳ điện áp xoay chiều
a
b c
U
2a
U
2b
U
2b
E
~ ~ ~
L
E
d
§
T
1

T
2
T
3
L I
d
T
1
T
2
T
3
Hình 1.2. Sơ đồ nối dây và sơ đồ thay thế của chỉnh lƣu tia ba pha.
Phương trình vi phân mô tả mạch thay thế trên Hình 1.2 là:
di
U
2m
sin(
θ
+
α
0
) = E + Ri + L
d
Với sơ kiện khi
θ
=
α
thì i
d

d
dt
= I
0
có nghiệm sau:
i
=



RI
+
E −U
cos
ϕ
sin(
α
−
(
θ
−
α
) cot g
ϕ

−
ϕ
)

e

0
−

E −U
cos
ϕ
sin(
θ
-
ϕ
)

(1-3)
d



0 2m
Trong đó:
ϕ
= arctg
0   2m 


ϖ
e
L
R
U
U

2a
U
2b
U
2c
E
d
E
d
E
do
E
0
2
π
v
z
m
ϕ
λ
ω
e
t
π
/ 2
π
0
i
I
p

(v
z
)
α
i
p
i
®
i
o
a)
i
u
0
U
m2
E
−
2 R
ω
e
t
b)
R
0



Hình 1.3. Chỉnh lƣu hình tia ba pha. a) Đặc tính điều chỉnh. b) Đồ thị thời gian.
Nếu gọi góc dẫn của van là λ thì có thể tính được thành phần một chiều của

dòng điện chỉnh lưu, chính là thành phần sinh mômen quay của động cơ:


m





λ



m


λ λ λ

I =
2
∫
0
i
d
θ
=
2

U

2
sin sin(
α
+ ) − E
2
0
2 2
(1-4)
π
d
π
R

m

Còn giá trị trung bình của dòng điện chỉnh lưu thì được tính bởi biểu thức đơn

giản hơn:
E
I =
d
0
cos
α
−
E
Ω = m
ϖ
(1-5)
d

R +Ω L
0 e
0
1.1.2. Hiện tượng chuyển mạch
Trong sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha, khi phát xung nhằm để mở một van tiristo
thì điện áp anốt của pha đó phải dương hơn điện áp của pha có van đang dẫn dòng,
do đó mà dòng điện của van đang dẫn sẽ giảm dần về không, còn dòng điện của van
kế tiếp sẽ tăng dần lên. Do có điện cảm trong mạch mà quá trình này xảy ra từ từ,
cùng tại một thời điểm cả hai van đều dẫn dòng và chuyển dòng cho nhau, quá trình
này gọi là chuyển mạch giữa các van.
U
2
π

m
L
k
T
1
π π
U
2a
i
1
m m
L
k
T
2
U

2a
U
2b
E
d
U
2b
i
2
L
k
T
3
U
2c
N
U
d
i
d
L
E
R
π

−
π
2 m
U
2a

+
U
2b
2
ω
2
π
2
α
µ
m
i
i
d
b)
a)
i
1
α
i
1
i
2
i
2
µ
0
ω
et


~
~
~
K
α
µ
Hình 1.4. Hiện tƣợng chuyển mạch giữa các van
1 2
T T
Trong quá trình chuyển mạch vì cả hai van đều dẫn nên sđđ chỉnh lưu bằng
trung bình cộng của điện áp hai pha. Phương trình cân bằng điện áp cho các pha lúc
chuyển mạch là:
U − L
di
1
= Ed
µ
U
− L
di
2
= Ed
µ
2a k
dt
2b k
dt
di di
Để ý rằng
1

+
2
= i
và nếu coi
1
= −
2
thì:
i i
d
dt dt
π
2
U
2
−U
2
U
2
sin
di
=
b a
=
m
sin
θ
(1-6)
dt 2L L
k k

Thời điểm bắt đầu xảy ra chuyển mạch là tại θ = α; ta được biểu thức tính

dòng điện qua van:
i = I c
α
− c
θ
(1-7)
2 mk
( os os )
U sin
π
2m
m
Trong
đó
I
mk
=
ϖ
L

k
Quá trình chuyển mạch kết thúc khi
1
= 0,
2
= i
nếu trong (1-7) ta đặt
i

2
= i
d
tại
i i
d
θ
=
α
+
π
thì có thể tính được góc chuyển mạch μ:
I
d
µ
= ar c
cos(cos
α
−
I
m
k
) −
α
π
/ 3
5
π
/ 18
2

π
/ 9
π
/ 6
µ
π
/ 9
π
/ 18
I
®
/ I
m2
ω
= 0,50
=0,04
=0,03
=0,02
=0,10
=0,0
0
π
2

π



9
9

4
π π
5

π



m
e
9 3
9
α
2

π

7

π



3 9
8

π

π
9
Hình 1.5. Quan hệ giữa góc chuyển mạch μ và góc điều khiển α ứng với các dòng
điện chỉnh lƣu khác
nhau.
Trong thực tế vận hành ít khi dòng điện chỉnh lưu vượt quá giá trị
I
d

I
m
k
= 1 do
đó có thể nói rằng trong chỉnh lưu tia ba pha, góc chuyển mạch cực đại là π/6. Do
có chuyển mạch nên sđđ chỉnh lưu bị sụt đi (vùng gạch chéo lên Hình 1.4b). Giá trị
trung bình của sụt áp do chuyển mạch được tính như sau:
mL
ϖ
∆U
k
=
k e
I
2
π
d
= X
k
I
d

1.1.3. Chế độ dòng điện gián
đoạn
Hiện tượng gián đoạn dòng điện chỉnh lưu xảy ra do năng lượng điện từ tích
I
2
lũy trong mạch khi dòng điện tăng ( L ) không đủ duy trì tích chất liên tục của
2
dòng điện khi nó giảm. Lúc này góc dẫn của van trở nên nhỏ hơn 2π/m, dòng điện
qua van trở về không trước khi van kế tiếp bắt đầu dẫn. Trong khoảng dẫn của van
thì sđđ chỉnh lưu bằng sđđ nguồn:
e = U
2
,0 ≤
θ
≤
α
0
+
λ
Khi dòng điện bằng không, sđđ chỉnh lưu bằng sđđ của động cơ điện:
e = E,
α
d
0
+
λ
≤
θ
≤
2

π
p
Có thể viết được biểu thức tính dòng điện chỉnh lưu nếu trong (1-3) đặt
I
0
= 0




−
(
θ
−
λ
−
α
0
) cos
tg
ϕ


I
d
=
I
m

[

cos
ϕ
sin(
θ
−
ϕ
)
−
ε
]
−

cos
ϕ
sin(
α
0
+
λ
−
ϕ
)
−
ε

e





(1-8)
Trong đó, như đã đề cập ở trên:
E
U
ε
=
U
2m
, I =
2
d

m
m

R
U
U
2a
U
2b
U
2c E
d
U
2
π
U
2
m

2b 2a
E
d
E
E
0
2
π
α
o m
ω
e
t
α
α
o
λ
ω
e
t
ϕ
λ
i
i
u
i
d
0
a)
−

E
i
d
R
i
d
ω
e
t
m
b)
2
ω
e
t
Hình 1.6. Chế độ dòng điện gián đoạn và biên liên tục.
Trong trường hợp bỏ qua điện trở R trong mạch phần ứng thì phương trình mô

tả mạch Hình 1.4 sẽ là:
di

U sin
θ
= E + L
d
dt
(1-9)
Và nghiệm tổng quát của nó như sau nếu gọi C là hằng số tích phân:
U
i =

2m
(−cos
θ
)
−
E
θ
+ C
d
ϖ
e
L
ϖ
e
L
Khi
θ
=
α
0
thì
i = 0 nên ta có nghiệm riêng cho từng trường hợp dòng điện
d
gián
đoạn:
U
i =
2m
(cos
α

−cos
θ
)
+
E
(
α
−
θ
)
(1-10)
d
ϖ
e
L
0
ϖ
e
L
0
Dòng điện i
d
bắt đầu xuất hiện tại
θ
=
α
0
và tăng đến giá trị cực đại tại điểm
mà ở đó
L

di
= U − E = 0 và giảm đến bằng không tại
θ
=
α
+
λ
.
dt
2a 0
Nếu đặt
ε
=
E
,
I
*
=
U
2
m
, i
*
=
i


d
thì có thể viết được biểu thức tính dòng
U

m
ω
L
d
I
2m e m
U
U
2
điện chỉnh lưu ở hệ đơn vị tương đối với dạng gọn gàng hơn:
i
*
= (cos
α
d
*
0
− cos
θ
)
+
ε
(
α
0
−
θ
)
(1-11)
Đặt

θ
=
α
0
+
λ
và i
= 0
d
vào (2-8) ta tìm được góc dẫn λ ở dạng hàm ẩn:
cos
α
− cos(
α
+
λ
)
ε
=
0 0
λ
(1-12)
Đây là quan hệ hàm ẩn giữa ba biến số
λ
,
α
0
,
ε
có thể giải bằng cách thử lặp

hoặc là bằng phương pháp đồ thị. Trong trường hợp giữ nguyên góc điều khiển
α
0
= const
nhưng tăng dần sđđ E của động ở (ε) thì góc dẫn λ sẽ giảm dần và khi
E = U
2m
sin
α
0
thì λ = 0 tức là không có dòng chảy trong mạch. Lúc này mômen
động cơ cũng sẽ bằng không, động cơ bị giảm tốc độ và do đó E giảm, dòng điện lại
xuất hiện trong mạch nhưng tương ứng với tốc độ thấp hơn. Vì thế, ở chế độ dòng
điện gián đoạn, đặc tính cơ của động cơ trở nên rất dốc.
Giá trị trung bình của dòng điện ở chế độ gián đoạn viết trong hệ đơn vị tương

đối được tính như sau:
I
*
=
m
α
0
+
λ
i
*
(
θ
)d

θ
d
2
π
α
0
d
(1-13)


m


λ

 

=

cos
α
+ cos(
α
+
λ
) + sin
α
− sin(
α

+
λ
)

2
π

2
 0 0  0
0

Trong trường hợp ngược lại khi giữ
α
0
= const
và giảm dần E, góc dẫn λ sẽ
dài dần ra và khi
λ
= 2
π
/
m
thì dòng điện trong mạch trở nên liên tục (xem hình
1.6b) giá trị đó của sđđ E (tương ứng
ε
= E / U
2m
) ứng với trạng thái biên giới liên
tục và có thể tìm được nó nếu đặt
λ

= 2
π
/
m
vào (1-12) và (1-13)
cos
α
− cos(
α
+ 2
π
/ m)
ε
=
0 0
= sin
cos
α
(1-14)
blt
2
π
/ m
π π
I
*
=
m

π


cos
α
+ cos(
α
+
2
π
)

− sin(
α
+
2
π
) sin
α

(1-15)
blt
2
π

m


0 0
m



0
m
0

 
∫
m
π π
Mặt khác vì
α
0
=
α
+
2
−
m
nên
I
*
= (
m
sin
m
− cos
m
)
sin
α
(1-16)

blt
π
m
π
U
m
m m m
I =
2
( sin
− cos ) sin
α
(1-17)
blt
ϖ
e
L
π
m
π
Để tìm đường biên giới giữa vùng dòng điện liên tục và vùng dòng điện gián
đoạn ta tính cos
α
từ (2-16) và tính sinα từ (2-17) và vì
cos
2
α
+ sin
2
α

= 1 nên:
ε
I
*
(
blt

)
2
+
(
blt
)
2
=
1
m
sin
m m
sin
m
− cos
m
π
m
π
m
π
(1-18)
1.2. Phân tích sóng hài bậc cao

Để thấy được sóng hài bậc cao của hệ T – Đ ta phân tích mô hình Three -
phase Thyristor Converter với tải tương đương động cơ một chiều trong matlab -
simulink. Ta có mô hình như hình 1.7:
Three-Phase Thyristor Converter
iA



+
i
-
DC motor equivalent circuit
u
g
+ +
i
A
-

+
i
Id
- B
iB
-
Synchronization Voltages
+
v
-
Vab

+
v
-
Vbc
+
v 0
-
alpha_deg
AB
BC
CA
Block
pulses
Thyristor Converter
+
v
-
Vd
iA & iB
Vd
Id
Scope
Va Vb Vc
Vca Synchronized
6-Pulse Generator
220 V rms L-L
3-phase Source
90
Constant1
Continuous

Use the Powergui FFT tool to display
the spectrum of Scope signals stored in
the 'psbconverter_str' structure.
Hình1.7. Mô hình chỉnh lƣu 3 pha dùng Tiristor
Do sự làm việc của sơ đồ chỉnh lưu mà dòng điện qua nguồn điện xoay chiều
có dạng khác sin. Phân tích đường cong dòng điện nguồn ra chuỗi Puriê ta được
đường cong hình sin tần số bằng tần số điện áp nguồn được gọi là sóng hài bậc nhất
dòng điện nguồn và tổng vô hạn các thành phần hình sin khác có tần số lớn hơn tần
số điện áp nguồn một số nguyên lần được gọi là các sóng hài bậc cao dòng điện
nguồn.
C
Hệ truyền động T - Đ sử dụng bộ chỉnh lưu dùng thyristor là phần tử phi tuyến
gây nên sóng điều hòa bậc cao.
Khi động cơ làm việc sự có mặt của thyristor sẽ làm cho tín hiệu nguồn bị méo
so với tín hiệu hình sin. Dòng điện phía lưới không sin và chứa các thành phần sóng
điều hòa bậc cao .Đặc biệt là các thành phần bậc 5 và 7. Nó được biểu hiện bằng hệ
số méo dạng THD.
Hệ số méo dạng dòng điện:
THD
=
∑
∞
I
2
n
I
1
Trong đó
:
I : Biên độ thành phần dòng cơ bản

1
I
n
: Biên độ thành phần dòng điều hòa bậc n
Theo phân tích phổ dòng điện đầu vào i
A
& i
B
ta sẽ tính được hệ số THD

Các kết quả mô phỏng dòng điện nguồn khi thay đổi góc điều khiển α

Trường hợp 1: Góc điều khiển α = 0
0
Selected signal: 5 cycles. FFT window (in red): 2 cycles
100
0
-100
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1
Time (s)
Fundamental (50Hz) = 193.4 , THD= 14.51%
14
12
10
8
6
4
2
0
0 500 1000 1500 2000

Frequency (Hz)
Hình 1.8. Phân tích phổ dòng điện đầu vào i
A
& i
B
(α = 0
0
)
n
2
=
M
ag
(%
of

Fu
nd
a
m
en