NGHIÊN cứu hệ TRUYỀN ĐỘNG điện BIẾN tần 4 góc PHẦN tƣ – ĐỘNG cơ ĐỒNG bộ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên h tt

p : //

ww w .

l

r c

- t

nu .

e

d u . v

n
ĐẠI HỌC THÁI
NGUYÊN
TRƢỜNG
ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG
NGHIỆP
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ
THUẬT
NGHIÊN CỨU HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN 4
GÓC PHẦN
TƢ
– ĐỘNG CƠ ĐỒNG
BỘ

Ngành : TỰ ĐỘNG HOÁ
Mã số:23.04.3898
Học viên: NGUYỄN THỊ THU NGA
Ngƣời
HD Khoa học : TS. TRẦN XUÂN MINH
THÁI NGUYÊN - 2010
2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên h tt

p : //

ww w .

l

r c

- t

nu .

e

d u . v

n
ĐẠI HỌC THÁI
NGUYÊN
TRƢỜNG
ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG

NGHIỆP
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
NGÀNH: TỰ ĐỘNG
HOÁ
NGHIÊN CỨU HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN
4
GÓC PHẦN
TƢ
– ĐỘNG CƠ ĐỒNG
BỘ
NGUYỄN THỊ THU NGA
THÁI NGUYÊN -
2010
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên h tt

p : //

ww w .

l

r c

- t

nu .

e

d u . v

n
3
ĐẠI HỌC THÁI
NGUYÊN
TRƢỜNG
ĐẠI
HỌC
KỸ THUẬT CÔNG
NGHIỆP
CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh
phúc
LUẬN VĂN THẠC
SĨ
Họ và tên học viên: Nguyễn Thị Thu Nga
Ngày tháng năm sinh: Ngày 11 tháng 11năm 1981
Nơi sinh: L
ƣ
ơng Sơn - Thái Nguyên
Nơi công tác:
Trƣờng
Cao đẳng Cơ Khí Luyện Kim
Cơ sở đào tạo:
Trƣờng
Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Thái Nguyên
Chuyên ngành: Tự động hóa
Khóa học: K11- TĐH
TÊN

ĐỀ T

À I

:
NGHIÊN CỨU HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN 4 GÓC
PHẦN
TƢ
– ĐỘNG CƠ ĐỒNG
BỘ
Ngƣời hƣớng
dẫn khoa học: TS. Trần Xuân Minh
Trƣờng
Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp - Thái Nguyên
GIÁO VIÊN
HƢỚNG
DẪN
TS. Trần Xuân Minh
HỌC VIÊN
Nguyễn Thị Thu Nga
DUYỆT BAN GIÁM HIỆU KHOA SAU ĐẠI HỌC
LỜI CAM
ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi
dƣới
sự
hƣớng

dẫn của Thầy giáo TS.Trần Xuân Minh và chỉ tham khảo các tài liệu đã đƣợc
liệt kê. Tôi không sao chép công trình của cá nhân khác
dƣới
bất kỳ hình thức nào.
Tác giả luận văn
MỤC LỤC Trang
Trang bìa phụ …………………………………… ………………… ….
Lời cam đoan …………………………………… ……………… …….
Mục lục …………………………………………… …………… …
Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt …………… …………… ………
Danh mục các bảng …………………………………………… ………
Danh mục các hình vẽ, đồ thị ……………………………… … ………
Mở đầu………………………………………………… … … ……… 1
Chƣơng
1- TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN -
ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU
3
1.1. Các hệ thống truyền động điện dùng động cơ xoay chiều …… ……
3
1.1.1. Giới thiệu chung ………………………………………… …
3
1.1.2. Các
ph
ƣ
ơng
pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ …
4
1.1.3. Các
ph
ƣ

ơng
pháp điều chỉnh tốc độ động cơ đồng bộ …… … …
5
1.1.4. Hệ thống điều tốc biến tần - động cơ xoay chiều …… ……….
6
1.2.
Sơ

l
ƣ
ợc

về

các

bộ

biến

tần

dùng
dụng

cụ

bán
dẫn

công

suất
…
……………
8
1.2.1. Biến tần trực tiếp (xoay chiều - xoay chiều) ……… …………
8
1.2.2. Bộ biến tần gián tiếp …………………………… ……………
10
1.3. Biến tần bốn góc phần
tƣ
………………… ……………………….
16
1.3.1. Các tồn tại của các bộ biến tần thông
thƣờng
…… ……………
16
1.3.2. Biến tần bốn góc phần
tƣ
(biến tần 4Q) ………… ………….
19
Chƣơng
2 - NGHIÊN CỨU CHỈNH
LƢU
PWM 21
2.1.Khái quát về chỉnh
lƣu
PWM
21

2.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của biến tần nguồn áp bốn góc phần
tƣ
dùng chỉnh
lƣu
PWM ……………………… …… ………….
23
2.3. Mô tả toán học chỉnh
lƣu
PWM ………………… ……….……….
26
2.3.1. Mô tả điện áp đầu vào chỉnh
lƣu
PWM ……… ……… ……… 27
2.3.2. Mô tả toán học chỉnh
lƣu
PWM trong hệ tọa độ 3 pha … …… 28
2.3.3. Mô tả toán học chỉnh
lƣu
PWM trong hệ tọa độ cố định α - β
29
2.3.4. Mô tả toán học chỉnh
lƣu
PWM trên hệ tọa độ quay d – q … … 30
2.3.5. Tính toán công suất chỉnh
lƣu
PWM ………………… ………. 31
2.4. Phạm vi và giới hạn tham số của chỉnh
lƣu
PWM …… … ……
32

2.4.1. Giới hạn cực tiểu của điện áp một chiều ……………… ……… 32
2.4.2. Giới hạn giá trị điện áp trên điện cảm ………………… ……… 32
2.5.
Ƣớc lƣợng
các đại
lƣợng
vector cơ bản ……………… … ………
34
2.5.1.
Ƣớc lƣợng
vector điện áp đầu vào ……… ………… …………. 35
2.5.2.
Ƣớc lƣợng
vector từ thông ảo ………………… ……… ……… 35
2.6.
Ph
ƣ
ơng
pháp điều khiển chỉnh
lƣu
PWM ………… ……….
39
2.7. Cấu trúc điều khiển chỉnh
lƣu
PWM định
h
ƣ
ớng
theo vector điện áp
40

2.7.1. Cấu trúc điều khiển chỉnh
lƣu
PWM định
hƣớng
theo vector điện áp
dựa vào dòng điện (VOC) …………… ……………
40
2.7.2. Cấu trúc điều khiển chỉnh
lƣu
PWM theo VFOC ………… … 42
2.8. Cấu trúc điều khiển chỉnh
lƣu
PWM theo
ph
ƣ
ơng
pháp trực
tiếp
công suất DPC ……………… ……… ……………………………
43
2.8.1.
Ƣớc lƣợng
công suất theo vector điện áp ……… …………… 45
2.8.2.
Ƣớc lƣợng
công suất theo vector từ thông ảo … ……………… 46
2.8.3. Đặc điểm cơ bản của điều khiển trực tiếp công suất DPC cho chỉnh
lƣu
PWM ……………… ………………………… ….
47

2.8.4. Bộ điều khiển công suất ……………………… ………………. 48
2.8.5. Lựa chọn phân vùng vector và bảng đóng cắt 50
2.8.6. Tổ hợp vector điện áp …………………… …………………… 51
Chƣơng
3 - XÂY DỰNG CẤU TRÖC ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH
LƢU
VÀ
CẤU TRÖC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN 4Q - 53
ĐỘNG CƠ ĐỒNG
BỘ
3.1. Giới thiệu chung động cơ đồng bộ
53
3.1.1. Khái quát chung
53
3.1.2. Động cơ đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu
54
3.2. Mô hình toán học của động cơ đồng bộ
55
3.2.1. Mô hình toán học của động cơ đồng bộ kích từ dây quấn
55
3.2.2. Mô tả toán học động cơ đồng bộ kích từ NCVC
59
3.3. Cấu trúc điều khiển hệ truyền động biến tần động cơ đồng bộ
60
3.3.1. Lựa chọn
phƣơng
pháp điều khiển nghịch
lƣu

60

3.3.1.1. Giới thiệu các loại cấu trúc 60
3.3.1.2. Lựa chọn
phƣơng
pháp điều khiển nghịch
l
ƣ
u
63
3.3.2. Xây dựng cấu trúc điều khiển hệ truyền động
64
3.3.2.1. Sơ đồ khối hệ điều khiển 64
3.3.2.2. Cấu trúc điều khiển chỉnh
l
ƣ
u
65
3.3.3. Cấu trúc điều khiển nghịch lƣu
67
Chƣơng
4 - MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 70
4.1. Mô phỏng đặc tính làm việc của chỉnh
lƣu
PWM
70
4.1.1. Xây dựng
chƣơng
trình mô phỏng chỉnh
lƣu
PWM 70
4.1.2. Các kết quả mô phỏng chỉnh

lƣu
PWM 72
4.2. Mô phỏng hệ truyền động biến tần 4Q - Động cơ đồng bộ
73
4.2.1. Xây dựng sơ đồ mô phỏng hệ truyền động trong phần mềm Matlab 73
4.2.2. Kết quả mô phỏng 78
4.3. Kết luận
82
Kết luận và kiến nghị
83
Tài liệu tham khảo
84
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
α
Góc pha của vector chuẩn
ε
Góc pha điều khiển phần chỉnh
lƣu
PWM
γ
Góc pha của vector áp nguồn phần chỉnh
lƣu
PWM
ϕ
Góc pha giữa dòng điện và áp
ω
Vận tốc góc
ψ
A
Từ thông stator pha A

ψ
B
Từ thông stator pha B
ψ
C
Từ thông stator pha C
x
*
Giá trị đặt
ψ

L
Vector từ thông ảo
ψ
L
α

Thành phần trục α của vector từ thông ảo trên hệ trục toạ độ α-β
ψ
L
β
Thành phần trục β của vector từ thông ảo trên hệ trục toạ độ α-β
ψ
Ld
Thành phần trục d của vector từ thông ảo trên hệ trục toạ độ d-q
ψ
Lq
Thành phần trục q của vector từ thông ảo trên hệ trục toạ độ d-q
cosϕ
Hệ số công suất cơ bản

C Tụ điện
ĐB Động cơ đồng bộ ba pha
DPC Điều khiển trực tiếp công suất (viết tắt của Direct Power Control)
f Tần số
FOC Điều khiển tựa từ
trƣờng
(viết tắt của Field O

riented Control)
i(t), i Giá trị dòng điện tức thời
i
A
, i
B
, i
C
Dòng ba pha A, B, C cuộn dây stator
i
a
, i
b
, i
c
Dòng ba pha a, b, c cuộn dây rotor
i
dc
Giá trị dòng điện một chiều
I
L
Vector dòng điện lƣới

i
La
,
b
,
c
Dòng ba pha A, B, C của
lƣới
điện xoay chiều phần chỉnh
lƣu
PWM
i
L
α

Thành phần trục α của vector dòng điện
lƣới
trên hệ trục toạ độ α-β
i
L
β
Thành phần trục β của vector dòng điện
lƣới
trên hệ trục toạ độ α-β
i
Ld
Thành phần trục d của vector dòng điện
lƣới
trên hệ trục toạ độ d-q
i

Lq
Thành phần trục d của vector dòng điện
lƣới
trên hệ trục toạ độ d-q
i
d
Thành phần trục d của vector dòng stator động cơ
i
q
Thành phần trục q của vector dòng stator động cơ
I Giá trị hiệu dụng của dòng điện một pha động cơ
j Đơn vị ảo
J Mô men quán tính
L Giá trị điện cảm
M Mô men, mô men động cơ
M
c
Mô men cản tác động lên trục động cơ (mô men tải)
M
đt
Mô men điện từ động cơ
M
đm
Mô men định mức
M
max
Mô men cực đại
n
p
Số đôi cực từ của động cơ

P Công suất tác dụng
p(t), p Công suất tác dụng tức thời
PWM Điều chế độ rộng xung (viết tắt của Pulse Width Modulation)
q(t), q Công suất phản kháng tức thời
Q Công suất phản kháng
R Điện trở
s Toán tử Laplace
S Công suất biểu kiến
S
a
,S
b
,S
c
Trạng thái đóng cắt của bộ biến đổi
t Giá trị thời gian tức thời
T Chu kỳ
U
L
Vector điện áp lƣới
u
L
α

Thành phần trục α của vector điện áp
lƣới
trên hệ trục toạ độ α - β
u
L
β

Thành phần trục β của vector điện áp
lƣới
trên hệ trục toạ độ α - β
u
Ld
Thành phần trục d của vector điện áp
lƣới
trên hệ trục toạ độ d - q
u
Lq
Thành phần trục q của vector điện áp
lƣới
trên hệ trục toạ độ d - q
U
s
Vector điện áp vào bộ chỉnh
lƣu
PWM
u
sα
Thành phần trục α của vector điện áp đầu vào bộ chỉnh lƣu trên hệ trục
toạ độ α - β
u
sβ
Thành phần trục β của vector điện áp đầu vào bộ chỉnh lƣu trên hệ trục
toạ độ α - β
u
sd
Thành phần trục d của vector điện áp đầu vào bộ chỉnh lƣu trên hệ trục

toạ độ d - q
u
sq
Thành phần trục q của vector điện áp đầu vào bộ chỉnh lƣu trên hệ trục
toạ độ d - q
U
dc
Điện áp một chiều
V
a, b, c
Điện nguồn ba pha cấp cho động cơ
VFOC
Điều khiển định hƣớng từ thông ảo (viết tắt của Virtual Flux Oriented
Control)
VOC Điều khiển tựa theo điện áp
lƣới
(viết tắt của Voltage Oriented Control)
W, W
đt
Năng
lƣợng,
năng
lƣợng
điện từ
4Q Bốn góc phần
tƣ
(viết tắt của Four (4) Quater)
Danh mục các
bảng
Bảng B.2.1: Bảng đóng cắt cho DPC với bộ điều khiển hai mức, 12 vùng vector 50

Bảng B.2.2: Sự tăng giảm p, q theo U………………….…………… …… 51
Danh mục các hình vẽ và Đồ
thị
Hình 1.1. Thiết bị biến tần trực tiếp (xoay chiều - xoay chiều) …… 8
Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý bộ biến tần trực tiếp …………………… … 8
Hình 1.3: Đồ thị điện áp đầu ra của thiết bị biến tần xoay chiều-xoay chiều
hình sin….…………………………… ……………… …………… 9
Hình 1.4: Sóng hài bậc nhất dòng, áp trên tải và các chế độ làm việc của các
khâu trong biến tần trực tiếp………………………………… 10
Hình 1.5: Thiết bị biến tần gián tiếp………………………………………… 11
Hình 1.6: Bộ biến tần gián tiếp có khâu trung gian một chiều………… 12
Hình 1.7: Bộ biến tần điều khiển vector……………………… …………. 15
Hình 1.8: Các bộ lọc để giảm sóng hài bậc cao (υ là chỉ số sóng hài)
17
Hình 1.9: Dập năng lượng bằng điện trở R
h
trong mạch một chiều … 18
Hình 1.10: Sử dụng thêm bộ nghịch lưu mắc song song ngược với bộ chỉnh
lưu để trả năng lượng về lưới điện xoay chiều……… …… 18
Hình 2.1: Sơ đồ biến tần bốn góc phần tư dùng chỉnh lưu PWM…… … 23
Hình 2.2a. Sơ đồ thay thế một pha bộ chỉnh lưu tích cực PWM…… …… 24
Hình 2.2 b. Đồ thị vector tổng quát của bộ chỉnh lưu………… ……… 24
Hình 2.2 c. Đồ thị vector bộ chỉnh lưu PWM với hệ số công suất bằng 1 24
Hình 2.2 d. Đồ thị vector bộ chỉnh lưu PWM với hệ số công suất bằng - 1
(nghịch lưu)…………………………………… …………………………
24
Hình 2.3a: Đồ thị 6 vector điện áp cơ bản khi điều khiển sự chuyển mạch các
khoá bán dẫn S
a
, S

b
, S
c
………………………………………
25
Hình 2.3b: Các trạng thái chuyển mạch của chỉnh lưu PWM … …. 26
Hình 2.4: Đồ thị vector điện áp, dòng điện chỉnh lưu PWM trong hệ toạ độ α -β
và d-q ……………………………………………… ……………
27
Hình 2.5: Cấu trúc mô hình toán học chỉnh lưu PWM trên hệ toạ độ ba pha 28
Hình 2.6: Mô hình toán học chỉnh lưu PWM trên hệ toạ độ α-β……… ….
30
Hình 2.7: Mô hình toán học chỉnh lưu PWM trên hệ toạ độ d-q……… …. 31
Hình 2.8: Đồ thị vector điện áp chỉnh lưu PWM …………………… …… 32
Hình 2.9a: Giới hạn làm việc điện áp của chỉnh lưu PWM………… … 33
Hình 2.9b: Giới hạn làm việc điện áp của chỉnh lưu PWM……………… 34
Hình 2.10: Mô hình động cơ ảo và đồ thị véc tơ từ thông ảo với chỉnh lưu
PWM…………………………………… … …………………………
36
Hình 2.11: Quan hệ giữa điện áp và từ thông ảo với dòng công suất của
chỉnh lưu PWM …………………………………………… ……………
37
Hình 2.12: Sơ đồ cấu trúc nhận dạng véc tơ từ thông ảo……… ……… 38
Hình 2.13: Các phương pháp điều khiển chỉnh lưu PWM……………… … 39
Hình 2.14: Hệ truyền động động cơ xoay chiều - biến tần dùng chỉnh lưu
PWM với các phương pháp điều khiển ……………… ……
40
Hình 2.15: Cấu trúc điều khiển chỉnh lưu PWM theo VOC ………… …… 41
Hình 2.16: Cấu trúc các mạch vòng điều khiển chỉnh lưu PWM theo
VOC…… ………………………………………………………………… 42

Hình 2.17: Cấu trúc các mạch vòng điều khiển chỉnh lưu PWM theo VFOC 42
Hình 2.18: Cấu trúc điều khiển chỉnh lưu PWM theo DPC……… ……… 44
Hình 2.19: Khâu ước lượng công suất và điện áp ……………… …… 45
Hình 2.20: Khâu ước lượng p, q theo vector ψ
L
………………… …………
46
Hình 2.21: Sự biến thiên giá trị công suất tức thời …………… ……… 48
Hình 2.22: Bộ điều khiển công suất ………………………………… ……… 49
Hình 2.23: Phân vùng vector cho phương pháp điều khiển DPC…… …… 50
Hình 2.24: Biến đổi vector điện áp………………… ……………………… 52
Hình 3.1: Động cơ đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu loại SPM 54
Hình 3.2: Động cơ đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu loại IPM 55
Hình 3.3: Ý tưởng cấu trúc hệ thống điều khiển vector ………………… 61
Hình 3.4: Sơ đồ cấu trúc biến đổi toạ độ động cơ đồng bộ 62
Hình 3.5: Sơ đồ khối hệ truyền động điện biến tần 4Q - ĐB 64
Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý phần lực hệ truyền động biến tần bốn góc phần tư
dùng chỉnh lưu PWM - động cơ đồng bộ ba pha
65
Hình 3.7: Cấu trúc khối điều khiển chỉnh lưu PWM theo VOC 66
Hình 3.8: Cấu trúc nghịch lưu điều khiển vector định hướng từ thông rotor 69
Hình 4.1: Sơ đồ mô phỏng chỉnh lưu PWM tải điện trở điều khiển theo VOC 71
Hình 4.2: Sơ đồ mô phỏng chi tiết khối điều khiển chỉnh lưu PWM theo
phương pháp VOC(khối “Subsytrem”) của mô hình hình 4.1
71
Hình 4.3: Chi tiết khối “PLECS circuit” của mô hình hình 4.1
72
Hình 4.4: Điện áp một chiều sau chỉnh lưu PWM điều khiển theo VOC 72
Hình 4.5: Điện áp và dòng điện pha A của chỉnh lưu PWM điều khiển theo
VOC

72
Hình 4.6: Điện áp và dòng điện pha A của chỉnh lưu PWM điều khiển theo
VOC trong thời gian 5 chu kỳ nguồn
73
Hình 4.7: Dòng một chiều sau chỉnh lưu của PWM điều khiển theo VOC
trong thời gian 1/6 chu kỳ nguồn
73
Hình 4.8: Cấu trúc điều khiển vector trong vùng tần số f≤ f
dm
74
Hình 4.9: Sơ đồ mô phỏng hệ biến tần 4Q - Động cơ đồng bộ ba pha kích từ
vĩnh cửu (PMSM) điều khiển theo VOC - DTC
75
Hình 4.10: Triển khai chi tiết khối PLECS Circuit 75
Hình 4.11: Triển khai chi tiết INVERTER 76
Hình 4.12: Triển khai chi tiết khối Speed controller trong INVERTER 76
Hình 4.13: Triển khai chi tiết khối Current controller trong INVERTER 76
Hình 4.14: Triển khai chi tiết khối SubSystem 77
Hình 4.15: Triển khai chi tiết khối Voltage controller trong SubSystem 77
Hình 4.16: Triển khai chi tiết khối Current controller trong SubSystem 77
Hình 4.17 Triển khai chi tiết khối PWM trong SubSystem 78
Hình 4.18: Tốc độ động cơ khi khởi động có tải, điều chỉnh giảm tốc với tải
phản kháng bằng hằng số
78
Hình 4.19: Mô men động cơ khi khởi động, làm việc ổn định và điều chỉnh
giảm tốc với tải phản kháng (M
c
= 5Nm = const)
79
Hình 4 20: Dạng điện áp dây (u

AB
) trên động cơ khi giá trị đặt điện áp ra
chỉnh lưu PWM là 650V
79
Hình 4.21: Dòng điện ba pha của động cơ giai đoạn trước và sau khi kết thúc
quá trình khởi động
80
Hình 4.22: Tốc độ động cơ khi khởi động và làm việc ổn định với tải thế năng
(M
c
=-5Nm,
ω
đặt
=312rad/s), giả thiết chiều quay theo chiều tác động của mô
men tải (góc phần tư thứ tư)
81
Hình 4.23: Điện áp và dòng điện đầu vào chỉnh lưu PWM trong giai đoạn
khởi động và khi vào làm ổn định việc với tải thế năng
81
Hình 4.24: Mô men động cơ khi khởi động và làm việc ổn định với tải thế
năng (M
c
=-5Nm,
ω
đặt
=312rad/s)
82
MỞ ĐẦU
Trong những năm cuối của thế kỷ XX, sự phát triển của điện tử công suất đã dẫn
tới sự phát triển mạnh mẽ của các hệ truyền động điện xoay chiều và nó dần thay thế một

phần lớn hệ thống truyền động điện một chiều. Vì hệ truyền động điện điều chỉnh tốc độ
động cơ xoay chiều bằng
phƣơng
pháp thay đổi tần số nguồn cấp cho mạch stator có
nhiều
ƣu
điểm so với hệ truyền động điện dùng động cơ một chiều.
Tuy nhiên, các bộ biến tần gián tiếp thông dụng trong các hệ truyền động điện
xoay chiều th
ƣ
ờng sử dụng bộ chỉnh
lƣu
điốt và do vậy không có khả năng trả năng
lƣợng
về
lƣới.
Vấn đề hãm trong các hệ truyền động
nhƣ
vậy
đƣợc
thực hiện bởi việc sử
dụng điện trở tiêu tán năng l
ƣ
ợng. Vì vậy, trong các hệ thống truyền động điện mà động
cơ th
ƣ
ờng làm việc ở chế độ hãm thì việc tiêu tán năng
lƣợng
trên điện trở sẽ gây ra lãng
phí rất lớn. Để tiết kiệm năng l

ƣ
ợng, tăng chất
lƣợng
điều chỉnh cần phải thiết kế bộ biến
tần đảm bảo cho phép động cơ làm việc đƣợc ở các trạng thái hãm khác nhau mà đặc
biệt là hãm tái sinh. Biến tần
nhƣ
vậy
đƣợc
gọi là biến tần 4 góc phần
tƣ
(biến tần 4Q).
Đƣợc
sự h
ƣ
ớng dẫn của thầy giáo TS.Trần Xuân Minh - Tr
ƣ
ởng Khoa Điện
Tr
ƣ
ờng ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp - Thái Nguyên, tôi đã tiến hành nghiên cứu đề tài
luận văn tốt nghiệp là “Nghiên cứu hệ truyền động điện biến tần 4 góc phần
tƣ
-
Động cơ
đồng bộ”.
Kết cấu của luận văn gồm:
Chƣơng
1: Tổng quan về hệ truyền động biến tần - động cơ xoay chiều.
Chƣơng

2: Nghiên cứu về chỉnh
lƣu
PWM.
Chƣơng 3: Xây dựng cấu trúc điều khiển nghịch
lƣu
và cấu trúc hệ truyền động
biến tần 4Q - động cơ đồng bộ.
Chƣơng
4: Mô phỏng hệ thống.
Kết luận và kiến nghị.
Đề tài đã
đƣợc
hoàn thành, ngoài sự nỗ lực của bản thân còn có sự chỉ bảo, giúp
đỡ động viên của các thầy cô giáo, gia đình, bạn bè và đồng nghiệp. Tôi xin gửi lời cám
ơn sâu sắc nhất đến thầy giáo TS.Trần Xuân Minh, ngƣời đã luôn quan tâm động
viên, khích lệ và tận tình
hƣớng
dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Các vấn đề
đƣợc
đề cập đến trong quyển luận văn này chắc chắn không tránh khỏi
thiếu sót, tôi rất mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp từ các thầy cô giáo và các
bạn đồng nghiệp.
Xin trân trọng cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày tháng 8 năm 2010
Tác giả
Nguyễn Thị Thu Nga
Chƣơng
1
TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN -

ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU
1.1. CÁC HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN DÙNG ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU
1.1.1. Giới thiệu chung
Trong thực tế, để truyền động cho những cơ cấu sản xuất
ngƣời
ta sử dụng các động
cơ làm cơ cấu chấp hành.
Trƣớc
đây, các hệ thống truyền động điện có yêu cầu cao về
chất
lƣợng
điều chỉnh tốc độ,
thƣờng
dùng động cơ điện một chiều. Tuy nhiên loại động
cơ này có nhiều nhƣợc điểm so với động cơ điện xoay chiều, nên phƣơng án điều
chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều đã đƣợc nghiên cứu và đƣa vào ứng dụng nh
ƣ
ng còn
hạn chế. Đến thập kỷ 70 của thế kỷ XX, khi thế giới bị cuốn hút vào nguy cơ khan hiếm
dầu mỏ, các
nƣớc
công nghiệp tiên tiến mới tập trung vào việc nghiên cứu con đƣờng
tiết kiệm nguồn năng l
ƣ
ợng. Qua hơn 10 năm cố gắng nỗ lực, đến thập kỷ 80 h
ƣ
ớng
nghiên cứu ấy đã đạt đƣợc thành tựu lớn, và đã đƣợc coi là bƣớc đột phá thần kỳ trong
truyền động điện xoay chiều, và từ đó tỷ lệ ứng dụng hệ thống điều chỉnh tốc độ động
cơ điện xoay chiều ngày một tăng lên. Trong các ngành công nghiệp đã có trào

lƣu
thay
thế hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều bằng hệ thống điều chỉnh tốc độ động
cơ xoay chiều. Hiện nay, với khả năng thiết kế các bộ điều khiển hiện đại, nhờ cải tiến,
ứng dụng không ngừng các bộ biến đổi bán dẫn công suất lớn, động cơ dòng xoay chiều
đã trở thành một đối
tƣợng
điều khiển có
ƣu
thế và vì vậy, các hệ thống truyền động điện
đã sử dụng động cơ xoay chiều
nhƣ
một đối
tƣợng
thân thiện có nhiều
ƣu
điểm
vƣợt
trội.
Động cơ điện xoay chiều có thể phân làm hai nhóm: động cơ xoay chiều không
đồng bộ và động cơ xoay chiều đồng bộ. Trong động cơ xoay chiều không đồng bộ có
động cơ rotor lòng xóc và động cơ rotor dây quấn. Trong động cơ xoay chiều đồng bộ có
động cơ kích từ bằng nam châm vĩnh cửu (thƣờng là loại cực ẩn) và động cơ kích từ
bằng nam châm điện (cực lồi). Mỗi loại động cơ đều có những
ƣu
điểm và nh
ƣ
ợc điểm
nhất định và các ph
ƣ

ơng pháp điều chỉnh tốc độ cũng không hoàn toàn giống nhau.
1.1.2. Các ph
ƣ
ơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ
Để điều chỉnh tốc độ (điều tốc) động cơ không đồng bộ có rất nhiều ph
ƣ
ơng pháp,
chẳng hạn
nhƣ
: (1) điều chỉnh tốc độ bằng
phƣơng
pháp giảm điện áp đặt vào cuộn dây
stator động cơ; (2) điều chỉnh tốc độ bằng
phƣơng
pháp dùng bộ ly hợp
trƣợt
điện từ; (3)
điều chỉnh tốc độ bằng
phƣơng
pháp dùng điện trở phụ nối tiếp với cuộn dây rotor đối với
động cơ không đồng bộ rotor dây quấn; (4) điều chỉnh tốc độ bằng ph
ƣ
ơng pháp nối cấp
động cơ không đồng bộ rotor dây quấn; (5) điều chỉnh tốc độ bằng
phƣơng
pháp thay đổi
số đôi cực; (6) điều chỉnh tốc độ bằng
phƣơng
pháp thay đổi tần số nhờ bộ biến đổi tần số
(ph

ƣ
ơng pháp biến tần); v.v
Dựa vào nguyên lý cơ bản của động cơ điện không đồng bộ, công suất điện từ P
m
từ
stato truyền cho rôto
đƣợc
chia thành hai bộ phận: bộ phận thứ nhất P
2
=(1-s)P
m
là công
suất hữu ích dẫn động phụ tải, còn bộ phận thứ hai là công suất trƣợt P
s
=sP
m
tỷ lệ thuận
với hệ số
trƣợt.
Từ góc độ chuyển đổi năng
lƣợng
mà xét, công suất
trƣợt
là tăng lên hay
giảm xuống là phản ánh năng
lƣợng
bị tiêu hao đi hay là thu hồi lại đƣợc, và trở thành
một chỉ tiêu đánh giá mức độ cao thấp về hiệu suất của hệ thống. Xuất phát từ điểm này,
có thể chia hệ thống điều tốc động cơ không đồng bộ thành ba loại lớn :
1) Hệ thống điều tốc tiêu hao công suất trƣợt - toàn bộ công suất

trƣợt
chuyển
thành nhiệt năng tiêu hao mất. Ba phƣơng pháp điều tốc (1), (2), (3) kể trên đều thuộc
về loại này. Hiệu suất hệ thống điều tốc của các loại này là thấp nhất và chấp nhận tổn
thất công suất để đổi lấy việc giảm tốc độ quay (lúc mômen phụ tải không đổi), tốc độ
càng xuống thấp thì hiệu suất càng giảm, nh
ƣ
ng cấu trúc của hệ thống này là đơn giản
nhất, vì thế nó vẫn
đƣợc
dùng trong một số
trƣờng
hợp, ví dụ trong các hệ thống cầu trục.
2) Hệ thống điều tốc kiểu tái sinh - một bộ phận của công suất trƣợt bị tiêu hao
đi, phần lớn còn lại nhờ có thiết bị chỉnh lƣu - nghịch lƣu đƣợc trả về
lƣới
điện xoay
chiều hoặc chuyển hoá thành dạng cơ năng để dùng vào việc có ích khác, khi tốc độ quay
càng thấp công suất thu hồi cũng càng nhiều, ph
ƣ
ơng pháp điều tốc thứ (4) đã kể trên là
thuộc loại này. Hiệu suất của hệ thống điều tốc loại này rõ ràng là cao hơn loại hệ thống
điều tốc tiêu hao công suất trƣợt nh
ƣ
ng phải thêm thiết bị chỉnh lƣu - nghịch lƣu nên lại
phải tiêu hao một phần công suất.
3) Hệ thống điều tốc công suất trƣợt không thay đổi - trong hệ thống này
không tránh khỏi tiêu hao công suất trên dây dẫn rotor, nhƣng sự tiêu hao công suất
trƣợt hầu
nhƣ

không phụ thuộc vào tốc độ cao hay thấp, vì thế hiệu suất khá cao.
Phƣơng
pháp điều
tốc thay đổi số đôi cực và ph
ƣ
ơng pháp điều tốc biến tần thuộc loại này.
Phƣơng
pháp
điều tốc thay đổi số đôi cực là
phƣơng
pháp điều chỉnh có cấp, phạm vi điều chỉnh hẹp, ít
dùng.
Phƣơng
pháp điều tốc biến tần
đƣợc
ứng dụng rộng rãi nhất vì nó cho phép điều
chỉnh trơn với phạm vi rộng, có khả năng xây dựng
đƣợc
các hệ thống điều chỉnh tốc độ
động cơ xoay chiều có chất lƣợng cao, có thể thay thế hệ thống điều chỉnh tốc độ động
cơ một chiều và do đó có tiền đồ phát triển hơn cả. Hệ thống điều tốc biến tần động cơ
không đồng bộ có phạm vi ứng dụng rộng cả về lĩnh vực và công suất, từ công suất cực
nhỏ đến công suất rất lớn (hàng MW).
1.1.3. Các ph
ƣ
ơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ đồng
bộ
Hệ điều chỉnh tốc độ động cơ đồng bộ ba pha ngày nay đƣợc sử dụng rộng
rãi với dải công suất từ vài trăm W đến hàng MW( ví dụ : Động cơ kích từ bằng
nam châm vĩnh cửu

th
ƣ
ờng
có công suất nhỏ, đƣợc sử dụng trong các hệ thống
chính xác nhƣ điều khiển các chuyển động của Rôbốt. Động cơ đồng bộ kích từ
băng nam châm điện
thƣờng
đƣợc sản xuất với công suất lớn,
đƣợc
sử dụng trong
các hệ thống truyền động
nhƣ
: máy bơm, quạt gió, máy nén khí, truyền động cho lò
trong sản xuất xi măng ) .ở giải công suất cực lớn thì nó hoàn toàn chiếm
ƣu
thế.
Bởi vì động cơ đồng bộ vừa có những
ƣu
điểm của động cơ một chiều vừa có những
ƣu
điểm của động cơ không đồng bộ.
Nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ xuất phát từ biểu thức:
Trong đó:
ω

=

2
π
f

s
S
p
(1-1)
f
s
- tần số nguồn cung cấp xoay chiều cho mạch Stato ( mạch phần ứng)
p- Số đôi cực.
ω
s
- tần số đồng bộ, cũng là tần số quay của rôto.
Vì vậy ph
ƣ
ơng pháp điều chỉnh tốc độ là thay đổi tần số nguồn.Đối với động cơ
điện đồng bộ chủ yếu dùng kiểu điều tốc biến tần. Thiết bị biến tần phối hợp điều tốc
động cơ đồng bộ có thể là bộ biến tần nguồn áp, bộ biến tần nguồn dòng, bộ chuyển đổi
chu kỳ sóng( bộ biến tần xoay chiều-xoay chiều) hoặc bộ biến tần SPWM.
Hệ thống điều tốc biến tần của động cơ đồng bộ đƣợc phân thành hai nhóm lớn
là biến tần điều khiển ngoài và biến tần tự điều khiển. Thiết bị biến tần độc lập tạo cho
động cơ đồng bộ một nguồn điện biến áp biến tần gọi là hệ thống điều tốc biến tần điều
khiển ngoài, thiết bị dùng bộ đo kiểm vị trí roto trên trục động cơ để điều khiển phát xung
gọi là hệ thống điều tốc biến tần tự điều khiển.
1.1.4. Hệ thống điều tốc biến tần - động cơ xoay chiều
Trong các hệ thống điều tốc biến tần cho động cơ xoay chiều cái cần để điều khiển
là điện áp( hoặc dòng điện) và tần số, làm thế nào để thông qua điện áp ( hoặc dòng điện)
và tần số để điều khiển
đƣợc
mô men ? Đó là vấn đề đầu tiên phải giải quyết khi săn đuổi,
tìm tòi hệ thống điều tốc biến tần có chất

lƣợng
cao. Phụ thuộc vào phạm vi điều chỉnh,
vào phạm vi công suất truyền động, vào h
ƣ
ớng điều chỉnh mà có các loại biến tần và
phƣơng pháp khống chế biến tần khác nhau. Trong thực tế các bộ biến tần
đƣợc
chia làm
hai nhóm: các bộ biến tần là biến tần trực tiếp và các bộ biến tần gián tiếp có khâu
trung gian một chiều.
Trƣớc
đây, các hệ truyền động dùng biến tần trực tiếp do chất
lƣợng
điện áp đầu ra thấp nên
thƣờng
dùng ở lĩnh vực công suất lớn, nơi chỉ tiêu về hiệu suất
đƣợc
đặt lên hàng đầu. Ngày nay, với sự phát triển của điện tử công suất và kỹ thuật vi
điều khiển, ph
ƣ
ơng pháp điều khiển biến tần kiểu ma trận cho chất
lƣợng
điện áp ra cao,
giảm ảnh hƣởng xấu đến
lƣới
điện nên phạm vi ứng dụng đang ngày càng
đƣợc
mở rộng.
Đƣợc
ứng dụng nhiều nhất hiện nay vẫn là các hệ điều tốc biến tần dùng bộ biến tần

gián tiếp, các bộ biến tần loại này có thể khống chế theo các phƣơng pháp khác
nhau: điều chế độ rộng xung (PWM); điều khiển vector; điều khiển trực tiếp mô men.
Biến tần điều chế độ rộng xung (PWM) với việc điều khiển điện áp và tần số theo
qui luật U
1
/ω
1
= const dễ thực hiện nhất, đƣờng đặc tính cơ biến tần của nó về cơ bản là
tịnh tiến lên xuống, độ cứng cũng khá tốt, có thể thoả mãn yêu cầu điều tốc thông thƣờng,
nh
ƣ
ng khi tốc độ giảm thấp thì sụt áp trên điện trở và điện cảm tản cuộn dây ảnh h
ƣ
ởng
đáng kể đến mô men cực đại của động cơ, buộc phải tiến hành bù sụt điện áp cho
mạch stator. Điều khiển E
s
/ω
1
= const là mục tiêu thực hiện bù điện áp thông dụng với
U
1
/ω
1
= const, khi ở trạng thái ổn định có thể làm cho từ thông khe hở không khí không
đổi ( Φ
m
= const), từ đó cải thiện
đƣợc
chất

lƣợng
điều tốc ở trạng thái ổn định. Nh
ƣ
ng
đƣờng
đặc tính của nó vẫn là phi tuyến, khả năng quá tải về mômen quay vẫn bị hạn chế.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ng
H
u
ì
y
n
ê
h
n
1.2: Sơ đồ nguyên
lý
h
b
tt
ộ
p:
b
//
i
w
ế
w
n
w

t
.
ầ
lr
n
c-
t
t
r
n
ự
u
c
.ed
ti
u
ế
.v
p
n
Hệ thống truyền động điều khiển E
r
/ω
1
= const có thể nhận
đƣợc đƣờng
đặc tính
cơ tuyến tính giống
nhƣ
ở động cơ một chiều kích thích từ độc lập, nhờ đó có thể thực

hiện điều tốc với chất lƣợng cao. Dựa vào yêu cầu tổng từ thông của toàn mạch rotor
Φ
rm
= const để tiến hành điều khiển có thể nhận
đƣợc
E
r
/ω
1
= const. Trong trạng thái ổn
định và trạng thái động đều có thể duy trì E
r
/ω
1
= const là mục đích của điều tốc biến
tần điều khiển vec tơ,
đƣơng
nhiên hệ thống điều khiển của nó là khá phức tạp. Dựa trên
kết quả từ
2 hạng mục nghiên cứu: “Nguyên lý điều khiển định
hƣớng
từ
trƣờng
động cơ không
đồng bộ” do F. Blaschke của hãng Siemens Cộng hoà Liên bang Đức
đƣa
ra vào năm
1971, và “Điều khiển biến đổi toạ độ điện áp stator động cơ cảm ứng” do P.C.
Custman và A.A. Clark ở Mỹ công bố trong sáng chế phát minh của họ, qua nhiều cải
tiến liên tục đã hình thành đƣợc hệ thống điều tốc biến tần điều khiển vector mà ngày

nay đã trở nên rất phổ biến.
1.2. SƠ L
Ƣ
ỢC VỀ CÁC BỘ BIẾN TẦN DÙNG DỤNG CỤ BÁN DẪN
CÔNG SUẤT
1.2.1. Biến tần trực tiếp (xoay chiều - xoay chiều)
Cấu trúc của thiết bị
biến tần trực tiếp
nhƣ
trên
hình 1.1 Bộ biến đổi này chỉ
dùng một khâu biến đổi là có
thể biến đổi nguồn điện xoay
chiều có điện áp và tần số
không đổi thành điện áp
xoay chiều có điện áp và tần
~ 3
U
1
, f
1
AC AC
Biến tần
xoay chiều -
xoay chiều
Hình 1.1: Thiết bị biến tần trực tiếp
(xoay chiều - xoay chiều)
~ 3
U
2

, f
2
số điều chỉnh
đƣợc.
Do quá trình biến đổi không phải qua khâu trung gian nên
đƣợc
gọi là
bộ biến tần trực tiếp, còn
đƣợc
gọi là bộ biến đổi sóng cố định (Cycloconverter).
Mỗi một pha đầu ra của bộ biến tần trực tiếp đều
đƣợc
tạo bởi mạch điện mắc song
song
ngƣợc
hai sơ đồ chỉnh lƣu
tiristor (hình 1.2). Hai sơ đồ
chỉnh lƣu thuận ngƣợc lần l
ƣ
ợt
đƣợc điều khiển làm việc theo
chu kỳ nhất định. Trên phụ tải
Sơ đồ
chỉnh
lƣu
thuận
∼ 3
f
1
, U

1 Tải
Sơ đồ chỉnh
lƣu
ngƣợc
∼ 3
f
1
, U
1
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên h tt

p : //

ww w .

l

r c

- t

nu .

e

d u . v

n
α=π/2
sẽ nhận

đƣợc
điện áp ra xoay chiều u
t
. Biên độ của nó phụ thuộc vào góc điều khiển α,
còn tần số của nó phụ thuộc vào tần số khống chế quá trình chuyển đổi sự làm việc của
hai sơ đồ chỉnh
lƣu
mắc song song
ngƣợc.
Nếu góc điều khiển α không thay đổi thì điện
áp trung bình đầu ra có giá trị không đổi trong mỗi nửa chu kỳ điện áp đầu ra. Muốn
nhận đƣợc điện áp đầu ra có dạng gần hình sin hơn cần phải liên tục thay đổi góc điều
khiển các van của mỗi sơ đồ chỉnh lƣu trong thời gian làm việc của nó (mỗi nửa chu
kỳ điện áp ra); chẳng hạn ở nửa chu kỳ làm việc của sơ đồ thuận, thực hiện thay đổi góc
điều khiển α từ
π/2 (ứng với điện áp trung bình bằng không) giảm dần tới 0 (ứng với điện áp trung bình là
cực đại), sau đó lại tăng dần α từ 0 lên tới π/2 thì điện áp trung bình đầu ra của sơ đồ
chỉnh lƣu lại từ giá trị cực đại giảm về 0, tức là làm cho góc α thay đổi trong phạm vi
π/2 ÷ 0 ÷
π
/2, để điện áp biến đổi theo quy luật gần hình sin,
nhƣ
trên hình 1.3. Trong đó, tại điểm
A
có α = 0, điện áp chỉnh
lƣu
trung bình cực đại, sau đó tại các điểm B, C, D, E góc α tăng
dần lên, điện áp trung bình giảm xuống dần, cho đến điểm F với α = π/2 điện áp trung
bình là 0. Điện áp trung bình trong nửa chu kỳ là hình sin trong hình vẽ thể hiện bằng
nét đứt.

Sự điều khiển sơ đồ
ngƣợc
trong nửa chu kỳ âm điện áp ra cũng
tƣơng
tự
nhƣ
thế.
Trên đây đã phân
Điện áp đầu ra Điện áp trung bình đầu ra
tích đầu ra một pha
biến tần xoay chiều
- xoay chiều (trực
tiếp), đối với phụ tải
ba pha, hai pha khác
cũng dùng mạch
α=π/2
α=0
α=π/2
điện đảo chiều mắc
song song ngƣợc,
Hình 1.3: Đồ thị điện áp đầu ra của thiết bị biến tần xoay
chiều-xoay chiều hình sin
điện áp trung bình đầu ra có góc pha lệch nhau 120
0
.
Nhƣ
vậy, nếu mỗi một sơ đồ
chỉnh lƣu đều dùng loại sơ đồ cầu ba pha thì bộ biến tần ba pha sẽ cần tổng cộng tới 36
tiristor (mỗi nhánh cầu chỉ dùng một tiristor), nếu dùng loại sơ đồ tia ba pha, cũng phải
dùng tới

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên h tt

p : //

ww w .

l

r c

- t

nu .

e

d u . v

n
18 tiristor. Vì vậy thiết bị biến tần trực tiếp tuy về mặt cấu trúc chỉ dùng một khâu biến
đổi, nh
ƣ
ng số
lƣợng
linh kiện lại tăng lên rất nhiều, kích
thƣớc
tổng tăng lên rất lớn. Do
những thiết bị này đều tƣơng tự
nhƣ
thiết bị của bộ biến đổi có đảo dòng thƣờng dùng

trong hệ thống điều tốc một chiều có đảo chiều nên quá trình chuyển mạch chiều dòng
điện đƣợc
thực hiện giống
nhƣ
trong sơ đồ chỉnh lƣu có điều khiển (chuyển mạch tự nhiên), đối
với các linh kiện không có các yêu cầu gì đặc biệt. Ngoài ra, từ hình 1.3 có thể thấy, khi
điện áp đổi chiều đồ thị hình sin của điện áp nguồn cũng có thể biến đổi theo rất nhanh
chóng, vì vậy tần số đầu ra lớn nhất cũng không
vƣợt
quá 1/3 ÷ 1/2 tần số
lƣới
điện (tuỳ
theo số pha chỉnh lƣu), nếu không, đồ thị đầu ra sẽ thay đổi rất lớn, sẽ ảnh
hƣởng
tới sự
là m việc bình th
ƣ
ờng của hệ thống điều tốc biến tần. Do số lƣợng linh kiện tăng lên
nhiều, tần số đầu ra giảm xuống, phạm vi thay đổi tần số đầu ra của bộ biến tần hẹp (vì
cũng bị gới hạn cả tần số thấp nhất) nên hệ điều tốc này ít
đƣợc
dùng, chỉ trong một số
lĩnh vực công suất lớn và cần tốc độ làm việc thấp, chẳng hạn
nhƣ
máy cán thép, máy
nghiền bi, lò xi măng,
những loại máy này khi dùng động cơ tốc độ thấp
đƣợc
cấp điện bởi biến tần trực tiếp
có thể loại bỏ

đƣợc
hộp giảm tốc rất cồng kềnh và
thƣờng
dùng tiristor mắc song song
mới thoả mãn
đƣợc
yêu cầu công suất đầu ra. Bộ biến tần trực tiếp tuy có một số nh
ƣ
ợc
điểm là số
lƣợng
phần tử nhiều, phạm vi thay đổi tần số không rộng, chất lƣợng điện áp
ra thấp, nh
ƣ
ng có
ƣu
điểm là hiệu suất cao hơn so với các bộ biến tần gián tiếp, điều này
đặc biệt có ý nghĩa khi công suất hệ thống điều tốc cực lớn (các hệ thống dùng động cơ
công suất đến 16.000 KW). Trên đồ thị dạng sóng (hình 1.4) ta thấy công suất tức thời
của biến tần bao gồm có bốn giai đoạn. Trong hai khoảng ta có tích điện áp và dòng điện
của biến tần
dƣơng,
biến tần lấy công suất từ
lƣới
cung cấp cho tải. Trong hai khoảng còn
lại ta có tích giữa điện áp và dòng điện trong biến tần âm nên biến tần biến đổi cung cấp
lại công suất
cho l
ƣớ
i.

1.2.2. Bộ biến tần gián tiếp
Bộ biến tần trực tiếp có
ƣu điểm là có thể thiết kế với
một công suất khá lớn ở đầu ra
và hiệu suất cao, nh
ƣ
ng có một
số
nhƣợc
điểm sau:
+ Chỉ có tạo ra điện áp
u, i
i
Sơ đồ
chỉnh
u
ωt
Sơ đồ
chỉnh
xoay chiều đầu ra với tần số thấp
hơn tần số điện áp lƣới.
ng
ƣợ
c
ở chế
độ
nghịch
Sơ đồ chỉnh
thuận ở chế
độ chỉnh l

ƣu
thuận ở
chế độ
nghịch
l
ƣu
Sơ đồ chỉnh
ngƣợc
ở chế
độ chỉnh lƣu