tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật NGHIÊN cứu hệ TRUYỀN ĐỘNG điện BIẾN tần 4 góc PHẦN tƣ ĐỘNG cơ KHÔNG ĐỒNG bộ

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP









NGUYỄN MẠNH CƢỜNG

NGHIÊN CỨU HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN
4 GÓC PHẦN TƢ - ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ



Ngành : TỰ ĐỘNG HOÁ
Mã số :23.04.3898



TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT





THÁI NGUYÊN - 2011









Công trình đƣợc hoàn thành tại

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸTHUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN



Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Trần Xuân Minh


Phản biện 1: TS. Bùi Chính Minh

Phản biện 2: TS. Nguyễn Duy Cƣơng



Luận văn sẽ đƣợc bảo vệ tại Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ
thuật, ngành Tự động hóa họp tại Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, vào ngày
tháng … … năm 2011










Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên
- Thƣ viện trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp

MỞ ĐẦU
Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật đã
góp phần thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của các hệ thống truyền động điện
xoay chiều và nó đã dần từng bƣớc thay thế một phần lớn hệ thống truyền
động điện một chiều.
Tuy nhiên, các bộ biến tần gián tiếp thông dụng trong các hệ truyền
động điện xoay chiều thƣờng 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 lƣợng. Vì vậy,
trong các hệ thống truyền động điện mà động cơ thƣờng 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 lƣợng, 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 hƣớng dẫn của thầy giáo TS.Trần Xuân Minh - Trƣởng Khoa
Điện Trƣờng 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 không 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 không đồng bộ.

Chƣơng 4: Mô phỏng hệ thống bằng phần mềm matlab.



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.
Tuy nhiên 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 năm 2011
Tác giả

Nguyễn Mạnh Cƣờng



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 và thƣờng dùng là động cơ điện một
chiều. Nhƣng 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 nhƣng còn tồn tại nhiều hạn chế. Hiện nay, với khả
năng thiết kế các bộ điều khiển hiện đại, trên cơ sở ứng dụng các thành quả
của công cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật đã tạo ra những 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 bao gồm: 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 nhƣợc điểm nhất định và các phƣơng pháp điều chỉnh tốc
độ cũng không hoàn toàn giống nhau.
1.1.2. Các phƣơng 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 phƣơng pháp

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 phƣơng 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 (phƣơng pháp biến tần); v.v
1.1.3. Các phƣơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ
Nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ xuất phát từ biểu thức:
n = (1-s)n1 = (1-s).60f1/p (1-1)
Trong đó:
f
1
- tần số nguồn cung cấp xoay chiều cho mạch Stato (mạch phần ứng)
p- Số đôi cực.
Hệ thống điều tốc biến tần của động cơ không 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 không 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
1.2. SƠ LƢỢC 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 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).



Sơ đồ chỉnh
lƣu thuận
U
 3
f
1
, U
1

Tải
Sơ đồ chỉnh
lƣu ngƣợc
 3
f
1
,
U
1

Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý bộ biến tần trực tiếp
AC
AC
~ 3
U
1
, f
1
Biến tần
xoay chiều - xoay
chiều
~ 3
U
2
, f
2
Hình 1.1: Thiết bị biến tần trực tiếp
(xoay chiều - xoay chiều)

1.2.2. Bộ biến tần gián tiếp
Bộ biến tần trực tiếp có ƣu điểm là công suất khá lớn ở đầu ra và hiệu suất cao,
tuy nhiên có một số nhƣợc điểm sau:
+ Tạo ra điện áp xoay chiều đầu ra với tần số thấp hơn tần số điện áp
lƣới.
+ Khó điều khiển ở tần số cận không do tổn hao sóng hài trong động cơ
khá lớn.
+ Độ tinh và độ chính xác trong điều khiển không cao.
+ Sóng điện áp đầu ra khác xa hình sin.
Chính vì những đặc điểm trên mà một loại biến tần khác đƣợc đƣa ra để
nâng cao chất lƣợng hệ truyền động biến tần - động cơ xoay chiều, đó là biến
tần gián tiếp. Bộ biến tần gián tiếp cho phép khắc phục những nhƣợc điểm
của bộ biến tần trực tiếp ở trên.






f
2
,U
2



f

1
,U
1

i+

=

C
0

U
d

-
=



Chỉnh lƣu
Hình 1.5: Thiết bị biến tần gián tiếp

Lọc
Ngịch lƣu



A. Thiết bị biến tần gián tiếp dùng chỉnh lưu điều khiển

B. Biến tần dùng chỉnh lưu không điều khiển có thêm bộ biến đổi xung
điện áp
C. Bộ biến tần dùng bộ chỉnh lưu không điều khiển với bộ nghịch lưu
PWM
Nhƣ trên đã trình bày, trong hệ thống điều tốc biến tần áp dụng phƣơng
pháp điều chỉnh tỷ số điện áp-tần số không đổi, khi sử dụng biến tần gián tiếp
dùng tiristor thì việc điều chỉnh điện áp và tần số đƣợc thực hiện riêng ở hai
Hình 1.6: Bộ biến tần gián tiếp có khâu trung gian một chiều
a) Biến tần dùng chỉnh lưu điều khiển bằng tiristor
b) Biến tần dùng chỉnh lưu không điều khiển có thêm bộ biến đổi xung điện áp
c) Biến tần dùng chỉnh lưu không điều khiển với nghịch lưu điều chế PWM

3
f
1
, U
1

Chỉnh lƣu
không
điều khiển
 3
f
2
, U
2






Lọc

Nghịch lƣu
PWM
Chỉ nh lưu
điều
khiển
 3
f
2
, U
2

Lọc
Nghị ch lưu

 3
f1, U1




 3
f
1
, U
1

Chỉnh lƣu
không
điều khiển
 3
f
2
, U
2



Lọc 1

b

Lọc 2

Bộ biến
đổi xung
điện áp

Nghịch lƣu

c

a



khâu: điều chỉnh tần số ở khâu nghịch lƣu, còn điều chỉnh điện áp thực hiện ở
khâu chỉnh lƣu, điều này đã kéo theo một loạt vấn đề. Các vấn đề đó là:
(1) Mạch điện chính có 2 khâu công suất điều khiển đƣợc, nghĩa là khá phức
tạp
(2) Do khâu một chiều trung gian có bộ lọc bằng tụ lọc hoặc điện kháng với
quán tính lớn, làm cho tính thích nghi trạng thái động của hệ thống thƣờng bị
chậm trễ
(3) Do bộ chỉnh lƣu có điều khiển làm cho hệ số công suất của nguồn
điện cung cấp giảm nhỏ khi công suất đầu ra giảm xuống theo sự thay đổi chế
độ làm việc của hệ điều tốc, đồng thời làm tăng sóng hài bậc cao trong dòng
điện nguồn
(4) Đầu ra của bộ nghịch lƣu là điện áp (dòng điện) có dạng khác xa hình sin,
tạo ra nhiều sóng hài bậc cao trong dòng điện động cơ, dẫn tới mô men biến
động khá lớn ảnh hƣởng tới tính ổn định làm việc của động cơ, đặc biệt khi ở
tốc độ thấp.
Đặc điểm chủ yếu của mạch điện trên hình 1.6c là :
(1) Mạch điện chính chỉ có một khâu công suất điều khiển đƣợc, đơn

giản hoá cấu trúc, hệ số công suất của mạng điện không liên quan tới biên độ
của điện áp đầu ra bộ nghịch lƣu và tiến gần đến 1.
(2) Bộ nghịch lƣu thực hiện đồng thời điều tần và điều áp, không liên
quan đến tham số của linh kiện khâu trung gian một chiều, đã làm tăng độ tác
động nhanh trạng thái động của hệ thống.
(3) Có thể nhận đƣợc đồ thị điện áp đầu ra tốt, có thể hạn chế hoặc loại
bỏ đƣợc sóng hài bậc thấp, làm cho động cơ có thể việc với điện áp biến thiên
gần nhƣ hình sin, biến động của mô men khá nhỏ, mở rộng rất lớn phạm vi
điều chỉnh tốc độ của hệ thống truyền động.




D. Biến tần điều khiển vector
Dựa trên kết quả 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 đƣợc ứng dụng rất phổ
biến.
1.3. BIẾN TẦN BỐN GÓC PHẦN TƢ
1.3.1. Các tồn tại của các bộ biến tần thông thƣờng
1.3.2. Biến tần bốn góc phần tƣ (biến tần 4Q)
Các phƣơng pháp sử dụng bộ lọc để giảm sóng hài bậc cao trong dòng điện
nguồn, sử dụng thiết bị bù để tăng hệ số công suất, dùng điện trở hãm hoặc bộ
nghịch để giải phóng năng lƣợng dƣ của động cơ còn tồn tại những vấn đề nhƣ: hệ
thống cồng kềnh, đầu tƣ lớn, lọc sóng hài bậc cao khó, khi công suất hệ lớn thì điều
chỉnh khó khăn. Với chỉnh lƣu diode chỉ cho phép năng lƣợng chảy theo một chiều
và không điều khiển đƣợc. Sự thay đổi của năng lƣợng sẽ xuất hiện một cách tự

nhiên với sự thay đổi của điện áp nguồn cấp và tải. Trong nhiều ứng dụng năng
lƣợng cần đƣợc điều khiển. Thậm chí đối với tải đòi hỏi điện áp không đổi hay dòng
điện không đổi, điều khiển là việc cần thiết để bù nguồn cấp và sự thay đổi của tải.
Chỉnh lƣu thyristor có thể điều khiển đƣợc dòng năng lƣợng bằng cách thay đổi góc
điều khiển (góc mở) của thyristor. Bộ biến đổi này còn có thêm khả năng biến đổi
năng lƣợng từ một chiều sang xoay chiều hay làm việc ở chế độ nghịch lƣu. Khi góc
điều khiển nằm giữa 0 và /2 bộ biến đổi làm việc ở chế độ chỉnh lƣu, còn khi góc
điều khiển nằm giữa /2 và  thì bộ biến đổi làm việc ở chế độ nghịch lƣu và năng
lƣợng từ phía một chiều đƣợc chuyển về lƣới xoay chiều. Tuy nhiên, khi sử dụng
thêm một nghịch chỉnh lƣu bằng thyristor mắc song ngƣợc với bộ chỉnh lƣu, ngoài



nhƣợc điểm là thiết bị phần lực rất cồng kềnh, còn có thêm nhƣợc điểm là dòng điện
qua lƣới chứa nhiều sóng điều hoà bậc cao làm ảnh hƣởng xấu đến chất lƣợng điện
năng và làm giảm hệ số công suất. Mặt khác nhiều hệ thống truyền động điện có
yêu cầu cao về chất lƣợng động, ví dụ nhƣ độ tác động nhanh cao, khi đó yêu cầu
động cơ phải thay đổi chế độ làm việc một cách linh hoạt. Với một số hệ thống
truyền động, tải mang tính chất thế năng, khi đó yêu cầu động cơ trong hệ thống
phải làm việc đƣợc ở cả bốn góc phần tƣ, tức là ngoài chế độ động cơ ra thì phải
làm việc đƣợc ở các chế độ hãm, đặc biệt là phải làm việc đƣợc ở chế độ hãm tái
sinh. Để động cơ có thể làm việc cả bốn góc phần tƣ thì thì yêu cầu bộ biến tần phải
có khả năng thực hiện trao đổi đƣợc năng lƣợng hai chiều. Các bộ biến tần nhƣ vậy
đƣợc gọi là biến tần bốn góc phần tƣ. Nhiều chuyên gia và nhiều hãng khác nhau đã
thực hiện khá nhiều nghiên cứu để tìm cách xây dựng các bộ biến tần bốn góc phần
tƣ. Khối nghịch lƣu của biến tần, kể cả biến tần điều chế độ rộng xung hình sin
(SPWM) hoặc biến tần điều khiển vector, … đều có thể thực hiện trao đổi công suất
hai chiều: từ phía một chiều sang động cơ và ngƣợc lại. Nhƣ vậy, để bộ biến tần có
thể thực hiện trao đổi công suất hai chiều thì vấn đề còn lại là khối chỉnh lƣu cũng
phải có khả năng trao đổi công suất hai chiều. Nhƣ đã nêu ở trên, để thực hiện yêu

cầu này có thể sử dụng hai sơ đồ chỉnh lƣu điều khiển bằng thyristo cùng loại mặc
song ngƣợc, một sơ đồ đƣợc dùng để chỉnh lƣu khi cần thực hiện biến đổi năng
lƣợng điện xoay chiều từ phía lƣới thành năng lƣợng điện một chiều cấp cho khối
nghịch lƣu, còn sơ đồ kia sẽ đƣợc điều khiển làm việc ở chế độ nghịch lƣu khi cần
biến đổi năng lƣợng điện từ phía một chiều (năng lƣợng từ động cơ đƣợc khối
nghịch lƣu làm việc ở chế độ chỉnh lƣu chuyển sang) thành năng lƣợng điện xoay
chiều trả lại lƣợng điện xoay chiều. Tuy nhiên, cấu trúc biến tần này có phần chỉnh
lƣu rất cồng kềnh, dòng điện qua lƣới điện có nhiều sóng hài bậc cao với biên độ
khá lớn, hệ số công suất thấp khi điều chỉnh sâu. Nhƣ vậy, nhiệm vụ cơ bản đặt ra là
phải nghiên cứu tìm ra đƣợc một khối chỉnh lƣu có các ƣu điểm:
- Giảm đƣợc biên độ các sóng điều hoà bậc cao dòng điện lƣới.
- Hệ số cos cao.



- Có khả năng trao đổi công suất theo hai chiều.
Bộ chỉnh tích cực PWM ra đời đã đáp ứng đƣợc các yêu trên. Luận văn
sẽ tiến hành nghiên cứu bộ biến tần bốn góc phần tƣ dùng chỉnh lƣu tích cực PWM.

jLI
UL
IR
U
s
IL

jLI
IL
UL
IR
Hình 2.2: Sơ đồ thay thế một pha và đồ thị vector
a. Sơ đồ thay thế một pha bộ chỉnh l-u tích cực PWM
b. Đồ thị vector tổng quát của bộ chỉnh l-u
c. Đồ thị vector bộ chỉnh l-u PWM với hệ số công suất bằng 1
d. Đồ thị vector bộ chỉnh l-u PWM với hệ số công suất bằng -1 (nghịch l-u)
IL
L

R
Us
UL


jLI
IL
Us
IR
UL
a
b
c
d
RI
L

>0
<0
L
R
i
L
U
L
U
S
U
S
U

L
jLI
L
I
L
U
L
I
L
jLI
L
RI
L
U
S
jLI
L
RI
L
U
L
I
L
U
S
Chng 2
NGUYấN CU V CHNH LU PWM
2.1. KHI QUT V CHNH LU PWM
2.2 CU TO V NGUYấN Lí LM VIC CA BIN TN NGUN P BN
GểC PHN T DNG CHNH LU PWM

S nguyờn lý phn mch lc ca bin tn dựng chnh lu PWM




S trờn bao gm hai khi chnh lu (CLPWM) v nghch lu (NL) cú cu

thc hin c nguyờn lý lm vic trờn bin tn cn cú iu kin:











Hình 2.1: Sơ đồ biến tần bốn góc phần t- dùng chỉnh l-u PWM

u
L






sq

u


ĐB



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
U
3
(010)
U
2
(110)
U
1
(100)
U
4
(011)
U
5
(001)
U

6
(101)
Re
Im











2.3. Mễ T TON HC CHNH LU PWM
th vector hỡnh 2.2 ca s thay th chnh lu PWM cú th biu din trờn
ta c nh - v ta quay d - q bng phng phỏp bin i tuyn tớnh
khụng gian vector [3], [11], [12]. Gi thit in ỏp ngun ba pha i xng vi tn s
cụng nghip khụng i
1
= 2f
1
, khi ú:
i
a
+ i
b
+ i
c

= 0 (2.1)
th vector in ỏp, dũng in ca chnh lu PWM trờn cỏc h ta c
nh - v h to quay d-q c biu din trờn hỡnh 2.4
2.3.1. Mụ t in ỏp u vo chnh lu PWM
in ỏp dõy ti u vo chnh lu (a , b , c)
U
sab
=(S
a
- S
b
)U
dc

U
sbc
=(S
b
- S
c
)U
dc
(2.2)

U
sca
=(S
c
- S
a

)U
dc

in ỏp pha




sa a dc
sb b dc
sc c dc
U f U
U f U
U f U








(2.3)
2.3.2. Mô tả toán học chỉnh lƣu PWM trong hệ tọa độ 3 pha
1
R+pL
+
-
u
sa

i
a
-
+
f
a
u
a
S
a
f
b
+
-
i
b
u
sb
-
+
R+pL
1
1
R+pL
+
-
u
sc
i
a

-
+
f
c
+
+
+
+
+
1
pC
+
+
S
b
S
c
u
b
u
c
1
3
i
dc
u
dc
-
H×nh 2.5: CÊu tróc m« h×nh to¸n häc chØnh l-u PWM trªn hÖ to¹ ®é ba pha

2.3.3. Mô tả toán học chỉnh lƣu PWM trong hệ tọa độ cố định  - 
2.3.4. Mô tả toán học chỉnh lƣu PWM trên hệ tọa độ quay d - q
2.3.5. Tính toán công suất chỉnh lƣu PWM
2.4. PHẠM VI VÀ GIỚI HẠN THAM SỐ CỦA CHỈNH LƢU PWM
2.4.1. Giới hạn cực tiểu của điện áp một chiều
U
dcmin
> U
d0
= 2,34U
fa
(2.13)
Thông thƣờng chọn điện áp một chiều ở giá trị U
dc
= (1,12  1,3 )U
d0

2.4.2. Giới hạn giá trị điện áp trên điện cảm
Nếu ta biểu diễn điện áp chỉnh lƣu PWM trên tọa độ d-q ta có phƣơng trình
cân bằng điện áp:
Ldq
Ldq
Ldq sdq
dI
L U j LI U
dt
   
(2.14)

2.5. ƢỚC LƢỢNG CÁC ĐẠI LƢỢNG VECTOR CƠ BẢN
2.5.1. Ƣớc lƣợng vector điện áp đầu vào
a b c
a b c
ac
ca
di di di
p(t) L i i i 0
dt dt dt
3L di di
q(t) i i 0
dt dt
3


   


  



  




(2.18)
Từ 2.18 điện áp đƣợc tính
LL

L
22
L
LL
LL
ii
U
0
1
U
q
ii
ii













(2.19)
Giá trị góc tọa độ ,  của điện áp là

L
L
L
U
22
LL
L
U
22
LL
U
sin
UU
U
cos
UU
















(2.20)
2.5.2. Ƣớc lƣợng vector từ thông ảo
2.6. PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHỈNH LƢU PWM
Điện áp lƣới nếu điều khiển bằng dòng điện thì gọi là phƣơng pháp VOC (Voltage
Oriented Control), còn theo công suất thì gọi là DPC (Direct Power Control).
2.7. CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN CHỈNH LƢU PWM ĐỊNH HƢỚNG THEO
VECTOR ĐIỆN ÁP
2.7.1. Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM định hƣớng theo vector điện áp dựa
vào dòng điện (VOC)
Đặc điểm của phƣơng pháp điều khiển dựa vào dòng điện là xử lý tín hiệu trên
hai hệ toạ độ là hệ toạ độ cố định  -  và hệ toạ độ quay d - q. Các giá trị dòng
điện đo đƣợc trong hệ ba pha đƣợc biến đổi sang hệ toạ độ cố định  - , sau đó
đƣợc biến đổi sang hệ toạ độ d - q. Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM theo VOC
đƣợc trình bày trên hình vẽ 2.15. Khi chọn trục d trùng với vector điện áp lƣới
L
U
,
khi đó U
Ld
= U
L
,

còn U
Lq
= 0. Phƣơng trình 2.9 đƣợc rút gọn (với giả thiết R  0):
C¸c ph-¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn chØnh l-u PWM
§iÒu khiÓn theo vector ®iÖn

¸p
§iÒu khiÓn theo vector tõ
th«ng ¶o
VOC
DPC
VFOC
VF-DPC
H×nh 2.13: C¸c ph-¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn chØnh l-u PWM



Ld
Ld sd
sq Ld
di
U L U
dt
0 U Li





  

(2.23)

L
L
L
U
a
U
dc
PI
d - q
i
d_ref
T¶i

k



U
dc_ref
i
q
i
q_ref = 0

PI
PI
d-q

-
-
§o ®ßng ®iÖn vµ
®¸nh gi¸ ®iÖn ¸p
l-íi
PWM
S
a
i
d
S
b
S
c
U
b
U
c
i
a
i
b
i
c
i
a
i
b
u
s



u
s



U
dc
cos
U
L

sin
U
L

i
Ld
i
Lq
i
L



i
L



u
sq
u
sd
cos
U
L

sin
U
L

-
u
L


u
L


H×nh 2.15: CÊu tróc ®iÒu khiÓn chØnh l-u PWM theo VOC



2.7.2. Cu trỳc iu khin chnh lu PWM theo VFOC
2.8. CU TRC IU KHIN CHNH LU PWM THEO PHNG PHP
TRC TIP CễNG SUT DPC

2.8.1. c lng cụng sut theo vector in ỏp
LL
L
22
L
LL
LL
ii
U
p
1
U
q
ii
ii

(2.28)
V trớ vector in ỏp
UL
c tớnh theo (2.20).
Cu trỳc khõu c lng cụng sut v in ỏp c trỡnh by trờn hỡnh 2.19.
õy cn o i
a
,

i
b
,

i
c
, U
dc
v thụng tin v trng thỏi khúa S
a
, S
b
, S

c
.
2.8.2. c lng cụng sut theo vector t thụng o
tớnh toỏn cụng sut cú th s dng cỏc cụng thc sau (xem 2.29):
Tải
i
a
U
a
L
L
L
p
ref
d
q

U
d
c


UL
Chọn sector
-
-
PWM
Đo dòng điện và
đánh giá công suất
tức thời, điện áp l-ới

hoặc từ thông ảo
Hình 2.18: Cấu trúc điều khiển chỉnh l-u PWM theo DPC
Bảng chuyển
mạch
U
dc
-
PI
S
a
U
dcref
S
b
S
c
i
b
i
c
U
b
U
c
i
a
i
b

L

d
p
q
ref
=
p

q

U
dc



TÝnh p, q
theo (2.30)

L


p

abc
3
2
TÝnh 
L

, 
L


theo
(2.21)
i
a
q
i
b
U
dc
S
a
S
b
S
c

L



H×nh 2.20: Kh©u -íc l-îng p, q theo vector
L


i
L


i

L


 
 
*
L
eL
*
L
mL
p R U .i
q I U .i







(2.29)
Dự vào (2.29) tính đƣợc công suất tác dụng và phản kháng trong hệ tọa độ  -
 theo vector từ thông ảo:

 
 
L L L L
L L L L
p i i
q i i

   
   

    


   


(2.30)
Từ giá trị dòng điện i
L
và i
L
, theo (2.21) và (2.22) tính đƣợc 
L
và 
L
. Từ
giá trị từ thông 
L
và i
L
, dựa vào (2.30) tính đƣợc p và q. Cấu trúc khâu ƣớc lƣợng p,
q theo đại lƣợng vector từ thông ảo đƣợc trình bày trên hình 2.20.

2.8.3. Đặc điểm cơ bản của điều khiển trực tiếp công suất DPC cho chỉnh lƣu PWM
2.8.4. Bộ điều khiển công suất
Bộ điều khiển công suất có đặc tính trễ có ảnh hƣởng lớn đến chất lƣợng của
hệ: sóng hài bậc cao dòng điện, tần số đóng cắt, dao động đập mạch công suất và
tổn thất công suất.
Do vậy, việc lựa chọn tham số băng trễ và cấu trúc điều khiển rất quan trọng.
Thông thƣờng bộ điều khiển sử dụng so sánh hai mức hoặc ba mức. Có 3 phƣơng
án cho bộ điều khiển trình bày trên hình 2.22a, b, c.
Bộ điều khiển hai mức có bốn trạng thái, ví dụ bộ điều chỉnh công suất phản
kháng:
- Nếu q > H
q
thì d
q
= 1,
- Nếu -H
q
 q H
q
và
0

dt
q
d
thì d
q
= 0,
- Nếu -H
q

 q H
q
và
0

dt
q
d
thì d
q
= 1,
- Nếu q < H
q
thì d
q
= 0.
p
d
p
a)
q
d
q
d
p
d
p
p
q
d

q
d
q
q
b)
c)
H×nh 2.22: Bé ®iÒu khiÓn c«ng suÊt
a) hai møc, b) hai - ba møc, c) ba møc
p



Đối với bộ điều chỉnh ba mức ta có 6 trạng thái:
- Nếu q > H
q
thì d
q
= 1,
Chọn bộ điều khiển so sánh ba mức theo đặc tính tốt hơn hai mức. Tần số
đóng cắt phụ thuộc độ rộng băng trễ và số phân vùng vector.
2.8.5. Lựa chọn phân vùng vector và bảng đóng cắt
2.8.6. Tổ hợp vector điện áp
2.9. MÔ PHỎNG ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA CHỈNH LƢU TÍCH CỰC PWM
2.9.1. Xây dựng chƣơng trình mô phỏng chỉnh lƣu PWM
chọn: nguồn xoay chiều ba pha có tần số 50Hz, điện áp pha là 220V; giá trị đặt
của điện áp chỉnh lƣu đầu ra Udc khi bắt đầu mô phỏng (t=0) là 700V và tải là điện
trở 50Ω và điện cảm 0,1H ; tại t =0.6s tăng tải bằng cách nối song song thêm vào
điện trở tải một điện trở khác có giá trị là 50.

700
v_dc_ref
iabc_v
i_d
Vd
U_Ia
Terminator1
Terminator
Step
Udc*
Udc
iabc_v
Rectif ier
RECTIFIER
KD

-K-
Gain
Rectif ier
KCtac
i_v si
i_d
v _d
ua
PLECS
Circuit
Circuit
Hình 2.25: Sơ đồ mô phỏng chỉnh lưu PWM tải điện trở điều khiển theo DPC















2.9.2. Kết quả mô phỏng chỉnh lƣu PWM
Từ đồ thị U
dc

cho thấy, quá trình khởi động của bộ chỉnh lƣu diễn ra trong thời
gian rất ngắn, sự thay đổi giá trị điện áp ra khi thay đổi giá trị đặt cũng diễn ra rất
nhanh, điện áp ra bám sát giá trị đặt với sai lệch không đáng kể, một điểm cần quan
tâm là giá trị điện áp một chiều đầu ra cao hơn giá trị điện áp ra của chỉnh lƣu đi ốt
thông thƣờng, điều này đáp ứng đƣợc yêu cầu điện áp một chiều cao mà không cần
phải dùng máy biến áp tăng áp.












V: 325
w : 2*pi*50
Rectifier
1
A
A
A
i_vsi
1
L: 0.015
A
i_d

2
2-Level
IGBT
Converter
V
v_d
3
C1
V
ua
4
R1
L4
R2
S1
KCtac
2
Hình 2.26: Chi tiết khối “PLECS circuit” của mô hình hình 2.25

0 0.5 1 1.5 2
300
400
500
600
700
800
900
Time(s)
Udc
Hình 2.27: Điện áp một chiều sau chỉnh lưu PWM điều khiển theo

DPC



























Kết luận: Từ các đồ thị cho thấy, dòng điện nguồn có dạng rất gần với hình sin
trong các chế độ khác nhau luôn đạt đƣợc hệ số công suất cos =1 (dòng điện trùng

pha với điện áp).
Chỉnh lƣu PWM đáp ứng đƣợc yêu cầu trao đổi công suất hai chiều giữa lƣới
điện xoay chiều và phía một chiều đầu ra bộ chỉnh lƣu. Ngoài ra sử dụng chỉnh lƣu
0.5 0.55 0.6 0.65
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
time(s)
Hình 2.28: Điện áp và dòng điện pha a của lưới tương tứng với tải điện trở và
điện cảm. Tại thời điểm (t=0.6) thay đổi tải

Ua(V), ia(A)
Ua
ia
0.5 0.55 0.6 0.65
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400

time(s)
Hình 2.28: Điện áp và dòng điện pha a của lưới tương tứng với tải điện
trở.Tại thời điểm (t=0.6) thay đổi tải.

Ua(V), ia(A)
Ua
ia