Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

LÝ LỊCH KHOA HỌC
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
ĐẶNG VĂN HỒNG

NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG BIẾN TẦN
TRONG MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ

NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN – 605250
Hướng dẫn khoa học:
TS. NGUYỄN BÁCH PHÚC

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2011

I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ & tên:
Đặng Văn Hồng
Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 24/5/1978
Nơi sinh: Tiền Giang
Quê quán:
Thị xã Gò Công – Tiền Giang
Dân tộc:
Kinh
Chức vụ, đơn vị công tác trước khi học tập, nghiên cứu: Giảng Viên
Trường Cao Đẳng Cộng Đồng Vĩnh Long
Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc:
27/21A Hoàng Hoa Thám - Phường 2 – TP Vĩnh Long

Điện thoại cơ quan:
Fax:
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo: Cao Đẳng
Nơi học (trường, thành phố):
Ngành học: Kỹ Thuật Điện

Điện thoại nhà riêng: 0962962196
E-mail:

Thời gian đào tạo từ 9/1996 đến 3/ 2000
Trường Cao Đẳng SPKT Vĩnh Long

2. Đại học:
Hệ đào tạo: Chuyển tiếp
Thời gian đào tạo từ 3/2002 đến 3/ 2004
Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM
Ngành học: Điện khí hóa – Cung cấp điện
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Cung cấp điện
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp:
Người hướng dẫn:
3. Thạc sĩ:
Hệ đào tạo: Chính qui
Thời gian đào tạo từ 02/2009 đến 02/ 2011
Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM
Ngành học: Thiết Bị Mạng & Nhà Máy Điện
Tên luận văn: Nghiên Cứu Và ứng Dụng Biến Tần Trong Máy Phát Điện Gió
Ngày & nơi bảo vệ luận văn: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM
Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Bách Phúc

Chức vụ: Viện trưởng Viện Điện – Điện Tử - Tin Học TPHCM
4. Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ: Đạt TOEFL PBT 453 điểm


III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI
HỌC:
Thời gian
Từ 3/2001
đến 10/2010
Từ 10/2010
đến nay

Nơi công tác

Công việc đảm nhiệm

Trường THKT – LTTP Vĩnh Long

Giáo viên

Trường Cao Đẳng Cộng Đồng
Vĩnh Long

Giảng viên

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố
trong bất kỳ công trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng

năm 2011
( Ký tên và ghi rõ họ tên)

Ngày
tháng năm 200…
Người khai ký tên

ĐẶNG VĂN HỒNG


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Bộ biến tần là một thiết bị có khả năng biến đổi điện áp và tần số nguồn điện.
Thông qua biến tần điện áp và tần số của nguồn được biến đổi theo yêu cầu của người

Lời cảm ơn

sử dụng.

Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, tôi xin chân thành cảm ơn Quý

Thông thường bộ biến tần được sử dụng để điều khiển tốc độ của động cơ lồng

thầy cô trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình

sóc. Nhờ tần số đầu ra của biến tần có thể thay đổi tùy ý nên tốc độ của động cơ lồng

truyền đạt, trang bị những kiến thức khoa học kỹ thuật quý giá cho tôi trong quá

sóc biến đổi tùy ý theo đúng yêu cầu của công việc, mà không cần dùng hộp số hoặc

trình học cao học tại trường.

các bộ biến đổi khác.
Tốc độ quay của máy phát điện gió luôn luôn thay đổi theo tốc độ gió. Vì vậy,

Đặc biệt, tôi xin chân thành cảm ơn đến Thầy TS. NGUYỄN BÁCH PHÚC

nếu không có bộ biến tốc thì tần số của máy phát điện gió sẽ không giữ được ở tần số

Viện trường Viện Điện – Điện Tử - Tin Học Thành Phố Hồ Chí Minh . Mặc dù

cố định. Trước đây người ta phải dùng các bộ biến tốc rất kồng kềnh hoặc các thiết bị

công việc của thầy rất nhiều, nhưng trong quá trình nghiên cứu của tôi gặp khó

điều tốc điện tử phức tạp để giữ cố định tần số máy phát điện gió.

khăn, thầy cũng sẵn sàng sắp xếp thời gian để hai thầy trò gặp nhau giải quyếtvấn

Bộ biến tần có thể đóng vai trò tự động biến tốc cho máy phát điện gió, theo

đề. Thầy đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt kinh nghiệm và giúp đỡ để tôi hoàn

nguyên tắc: tần số đầu vào của biến tần ( là tần số của máy phát điện gió luôn luôn biến

thành tập luận văn này.

đổi theo tốc độ gió) sẽ được biến tần tự động điều khiển thành tần số đầu ra của biến tần

Tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành nhất đến gia đình, cơ quan, đồng nghiệp

và bạn bè đã giúp đỡ cho tôi rất nhiều, đã tạo cho tôi niềm tin và nỗ lực cố gắng
để hoàn thành luận văn này.

luôn phù hợp với tần số lưới điện (50Hz).
Luận văn này nghiên cứu chế độ làm việc của biến tần với máy phát điện gió. Do
hạn chế về mặt thời gian nên trong luận văn chỉ tập trung vào việc nghiên cứu ổn định
điện áp và tần số của đầu ra máy phát điện nam châm vĩnh cửu có công suất nhỏ.

Xin chân thành cảm ơn !
Tp. Hồ Chí Minh, Tháng

/2011

Học viên thực hiện

ĐẶNG VĂN HỒNG


Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

ABSTRACT

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

MỤC LỤC

Inverter is a device capable of variable voltage and frequency power. Through
the inverter voltage and frequency of the source was modified at the request of the user.
Conventional inverter is used to control the speed of the cage motor. Due to the
frequency of the inverter output can be arbitrarily changed the speed of the cage engine

arbitrary changes according to the requirements of the job, without a box number or
other converters.
Rotational speed of the wind generators are always changing as the wind speed.
So, if you do not have the frequency of the variable speed wind generators will not stay
in fixed frequency. Previously we had to use the variable speed kong very cumbersome
equipment or complex electronic speed regulator to keep a fixed frequency of wind
generators.
Inverter can play a role for automatic variable-speed wind generators, according
to the principle of variable frequency inverter input (the frequency of wind generators
was constantly changing as the wind speed) will be variable automatic frequency
control the output frequency of the inverter is always in line with the grid frequency
(50Hz).
This thesis research working mode of the inverter with wind generators. Due to
time restrictions should be in essay focuses on the study of voltage stability and
frequency of the generator output permanent magnet of small capacity.

Trang
PHẦN MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1
Chương 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG BIẾN TẦN
TRONG MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ
I. Tổng quan ................................................................................................................ 3
1. Đặt vấn đề ....................................................................................................... 3
2. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài..................................................................... 4
3. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 4
4. Ứng dụng của đề tài........................................................................................ 4
5. Điểm mới của luận văn................................................................................... 4
II. Mô hình turbin gió .................................................................................................. 4
1. Mật độ phân bố gió ......................................................................................... 4
2. Năng lượng gió ............................................................................................... 6
3. Sự chuyển đổi năng lượng gió........................................................................ 6

III. Giới thiệu máy phát điện gió sử dụng biến tần ..................................................... 8
Chương 2: TỔNG QUAN VỀ MÁY PHÁT ĐIỆN NAM CHÂM VĨNH CỬU
I. Cấu tạo ................................................................................................................... 11
II. Mô hình đơn giản của máy điện đồng bộ ba pha ................................................. 12
III. Các phương trình cơ bản ..................................................................................... 12
IV. Mô hình toán học của máy điện kích thích nam châm vĩnh cửu ........................ 17
V. Mô hình trạng thái của máy điện trên hệ tọa độ từ thong rotor (d-q) ................. 19
VI. Xây dựng bộ biến đổi (BBĐ) .............................................................................. 21
6.1.Các phương trình chuyển đổi hệ tọa........................................................... 21
6.2 Phương trình chuyển đổi hệ tọa độ abc →  và ngược lại ...................... 21
6.2.1 Phương trình chuyển hệ tọa độ abc →  ........................................ 21
6.2.2 Phương trình chuyển hệ tọa độ  → abc ........................................ 22

HVTH: Đặng Văn Hồng 

i 


Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

6.3 Phương trình chuyển đổi hệ tọa độ  → dq và ngược lại ........................ 23

Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

3.1 Mô hình máy phát điện gió nam châm vĩnh cửu làm việc với biến tần .... 48

6.3.1 Phương trình chuyển đổi hệ tọa độ  → dq .................................. 23

3.2 Nguyên lý làm việc của máy phát điện gió nam châm vĩnh cửu làm việc

6.3.2 Phương trình chuyển đổi hệ tọa độ dq →  ................................... 23

với biến tần ....................................................................................................... 49
3.3. Điện áp ngõ ra của máy phát điện gió nam châm vĩnh cửu ..................... 49

VII. Bộ BTU
7.1 Nguyên lý hiệu chỉnh P, PI, PD, PID ......................................................... 24

IV. Hoạt động của biến tần với máy phát điện gió ................................................... 50

7.1.1 Khái niệm ......................................................................................... 24

4.1. Bộ chỉnh lưu .............................................................................................. 50

7.1.2 Khâu hiệu chỉnh tích phân tỉ lệ PI .................................................... 25

4.1.1. Bộ tụ bù ......................................................................................... 50

7.2 Áp dụng phương pháp PID vào điều khiển máy phát đồng bộ .................. 25

4.1.2 Dòng điện điều khiển điện áp ngõ ra máy phát .............................. 51
4.1.3 Dòng điều khiển bộ chỉnh lưu ........................................................ 51

Chương 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BIẾN TẦN
I. Sơ lược về biến tần ............................................................................................... 27
1. Định nghĩa .................................................................................................... 27

2. Phân loại biến tần ......................................................................................... 27
2.1. Biến tần trực tiếp ................................................................................. 27
2.2. Biến tần gián tiếp ................................................................................ 27
3. Cấu trúc cơ bản của biến tần ........................................................................ 29
II. Phương Pháp điều khiển ....................................................................................... 30
2.1. Phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM)............................................ 30
2.1.1. Điều chế theo phương pháp SPWM ................................................ 30
2.1.2. Điều chế theo phương pháp vector không gian ............................... 35
2.1.2.1. Thành lập vector không gian ........................................................ 35
2.1.2.2. Tính toán thời gian đóng cắt ......................................................... 39
2.1.2.3. Kỹ thuật thực hiện vector không gian........................................... 41
2.1.2.4. Giản đồ đóng cắt các khóa để tạo ra vector Vs trong từng sector 42
2.2 Phương pháp điều khiển trực tiếp .............................................................. 43
Chương 4: MÔ HÌNH TOÁN HỌC MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ LÀM VIỆC VỚI
BIẾN TẦN
I. Cấu trúc chung của máy phát điện gió làm việc với biến tần ................................ 45
II. Momen ngõ ra của turbin gió ............................................................................... 46
III. Máy phát điện gió nam châm vĩnh cửu .............................................................. 48

HVTH: Đặng Văn Hồng 

ii 

4.2. Bộ nghịch lưu ........................................................................................... 54
4.2.1. Biên độ áp hài cơ bản cực đại ....................................................... 54
4.2.2. Điện áp pha cực đại ở chế độ quá điều chế ................................... 54
4.2.3. Điện áp ngõ ra bộ nghịch lưu ....................................................... 54
4.2.4. Tần số ngõ ra của bộ nghịch lưu.................................................... 55
Chương 5: MÔ PHỎNG MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ NAM CHÂM VĨNH CỬU
LÀM VIỆC VỚI BIẾN TẦN TRONG MATLAB

I. Xác định momen của turbin .................................................................................. 57
II. Xác định điện áp và tần số ngõ ra của máy phát điện gió nam châm vĩnh cửu ... 58
III. Tính toán các thông số biến tần .......................................................................... 62
3.1. Xác định điện áp DC trên tụ lọc ................................................................ 62
3.2. Biên độ điện áp hài cơ bản cực đại............................................................ 62
3.3. Điện áp pha tải cực đại ở chế độ quá điều chế ......................................... 62
3.4. Điện áp ngõ ra của bộ nghịch lưu.............................................................. 63
IV. Kết quả mô phỏng của máy phát điện gió làm việc với biến tần trong Matlab .. 65
4.1. Mô hình tổng quát ..................................................................................... 65
4.2. Các khối công suất trong máy phát điện gió làm việc với biến tần .......... 66
4.2.1. Khối turbin gió ................................................................................. 66
4.2.2. Khối máy phát .................................................................................. 66
4.2.3. Khối chỉnh lưu ................................................................................. 67

HVTH: Đặng Văn Hồng 

iii 


Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

4.2.4. Khối nghịch lưu ............................................................................... 67

PHẦN MỞ ĐẦU

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

4.3. Các khối điều khiển ................................................................................... 68
4.3.1. Khối điều khiển chỉnh lưu ............................................................... 68
4.3.2. Khối điều khiển nghịch lưu ............................................................. 68
4.4. Kết quả mô phỏng ..................................................................................... 69
Chương 6: KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG CỦA ĐẾ TÀI
I. Kết luận .................................................................................................................. 72
II. Hướng phát triển của đề tài .................................................................................. 72
Tài liệu tham khảo .................................................................................................. 73

Cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp, năng lượng có thể là yếu
tố quan trọng nhất tác động đến phát triển chung của xã hội. Con người đã biết đến
dầu mỏ cả ngàn năm, nhưng dầu mỏ chỉ sử dụng nhiều ở thế kỷ XIX. Từ đó đến nay
chỉ gần 200 năm con người đã dùng phần lớn năng lượng hóa thạch như dầu mỏ và
than đã tích tụ cả chục triệu năm mới có được.
Để giảm bớt tình trạng phụ thuộc vào năng lượng hóa thạch, con người đã
tiến hành khai thác thêm nguồn năng lượng mới như: năng lượng hạt nhân và các
nguồn năng lượng tái tạo. Hiện nay ở các nước phát triển như Châu Âu, Châu Mỹ
đang quan tâm nghiên cứu nguồn năng lượng tái tạo như gió, mặt trời v.v… vì
nguồn năng lượng này gần như không gây ô nhiễm đến môi trường và có trữ lượng
vô hạn. Đây cũng là vấn đề để giải quyết nguồn năng lượng sắp cạn kiệt trong tương
lai.
Tuy nhiên nguồn năng lượng tái tạo thường không tập trung, nó phụ thuộc
rất nhiều vào kỹ thuật mới. Do đó giá thành sản xuất ra được 1KW rất cao. Theo xu
hướng phát triển của thế giới, các ngành kỹ thuật cao đã phát triển và ứng dụng
ngày càng nhiều hơn thì giá thành để sản xuất ra 1KW sẽ giảm đến một lúc nào đó
giá thành để sản xuất năng lượng tái tạo sẽ giảm ngang bằng với năng lượng hóa
thạch và có xu hướng thấp hơn trong trong tương lai.
Ngày nay tính với tính năng kỹ thuật cao kết hợp với công nghệ kỹ thuật hiện
đại, con người đã chế tạo ra bộ biến tần. Bộ biến tần thực hiện biến đổi tần số, điện

áp đầu vào để ổn định được tần số, điện áp đầu ra đúng với yêu cầu của người sử
dụng. Với tính năng này, từ trước tới nay bộ biến tần thường được sử dụng nhiều
trong điều khiển động cơ, tốc độ động cơ được thay đổi tuyến tính đáp ứng được
mọi dây chuyền sản xuất.
Ngoài tính năng trên trong luận văn này bộ biến tần sẽ được sử dụng trong
Máy phát điện gió.Vì máy phát điện gió phụ thuộc vào vận tốc của gió, mà tốc độ
gió luôn luôn thay đổi sẽ làm cho tần số và điện áp biến động thường xuyên theo tốc

HVTH: Đặng Văn Hồng 

iv 

HVTH: Đặng Văn Hồng 

Trang 1 


Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

độ gió. Do hạn chế về mặt thời gian nên trong luận văn chỉ tập trung vào việc

Chương 1

nghiên cứu ổn định điện áp và tần số của đầu ra máy phát điện gió có công suất nhỏ

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG BIẾN TẦN

khi gắn trực tiếp biến tần vào máy phát điện gió.

TRONG MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ
I Tổng quan
1 Đặt vấn đề
Công suất phát điện gió là một trong những nguồn năng lượng mới hấp dẫn
nhất, nó không gây ra sự ô nhiễm. Nhiều quốc gia có mức độ gió cao, cho nên các
quốc gia này sử dụng rộng rãi hệ thống máy phát điện bằng turbin gió. Ngày nay có
nhiều turbin gió sản xuất trên thế giới với nhiều loại máy phát khác nhau sử dụng bộ
biến đổi bằng điện tử công suất. Hầu hết các máy phát điện bằng turbin gió có đặc
điểm chung là ổn định tốc độ máy phát, Các loại máy phát điện bao gồm máy phát
điện cảm ứng roto lồng sóc, máy phát điện cảm ứng cung cấp nguồn đôi (DFIG) và
kỹ thuật điều khiển trực tiếp dùng trong máy phát đồng bộ sử dụng nam châm vĩnh
cữu (PMSG). Điều quan trọng nữa là loại bỏ hộp số và sử dụng máy phát đồng bộ
nam châm vĩnh cữu đa cực. Lợi ích của việc loại bỏ hộp số là tiết kiệm về mặt kinh
tế như không cần dầu bôi trơn hộp số, bảo dưỡng và lắp đặt dễ dàng. Thêm vào đó
cấu trúc điều khiển trực tiếp có thể vận hành với bất cứ lượng công suất phản kháng
nào và chất lượng điện năng của nó hòa vào lưới điện được nâng cao khi các nhà
máy phát điện khác nhau. Ngày nay với kỹ thuật ứng dụng biến tần trong công
nghiệp turbin gió là giảm chi phí lắp đặt và vận hành an toàn. Nguyên tắc chung của
việc sử dụng biến tần là tăng giá trị công suất phát ra của turbin gió. Vì thế, việc
thiết kế là nâng cao công suất phát lớn hơn của turbin gió thường dẫn đến nâng cao
giá trị của điện áp thanh cái DC. Các giá trị này có thể được cung cấp bởi điện áp
các tụ điện trên thiết bị công suất, Ngoài ra cấu trúc điều khiển trực tiếp là chuyển
đổi công suất hoàn toàn. Ngay cả nếu công suất phát ra cao các chất bán dẫn này có
thể được sử dụng nạp điện vào bình acquy, Các linh kiện điện tử này có đặc tính là
khả năng dẫn điện cao và tổn thất công suất nhỏ. Vì vậy với kỹ thuật tích hợp bộ

biến tần đa bậc cho turbin gió cũng sẽ làm giảm sóng hài ngõ ra, bảo toàn biên độ

HVTH: Đặng Văn Hồng 

Trang 2 

HVTH: Đặng Văn Hồng 

Trang 3 


Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

ngỏ ra dv/dt và cải thiện tất cả các đặc tính của điện từ trường.

Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

II. Mô hình turbin gió

Trong đề tài này ứng dụng biến tần hai bậc để ổn định tần số và điện áp ngõ
ra của máy phát điện gió

1. Mật độ phân bố gió
Gió là sự di chuyển của khối không khí trong khí quyển, chủ yếu bắt nguồn
do khác nhau về nhiệt độ giữa các vùng của trái đất.

2 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu bộ nghịch lưu áp 3 pha hai bậc và ứng
dụng vào máy phát phát điện gió sử dụng máy phát điện một chiều.

Hàm mật độ xác suất thong thường nhất để mô tả tốc độ gió là hàm phân bố
Weibull, được biểu diễn bởi công thức:

Các nhiệm vụ chính:

P (Vm ) 

-

Khảo sát đặc tính công suất turbin gió.

-

Khảo sát máy phát điện nam châm vĩnh cửu

-

Khảo sát dạng nghịch lưu áp 3 pha hai bậc

-

Mô phỏng máy phát điện gió sử dụng bộ nghịch lưu áp 3 pha hai bậc

k  Vm 
 
C C 

k 1

e (Vm / C )

k

(1.1)

Trong đó k và C là hệ số hình dạng và hệ số tỷ lệ tương ứng. Hệ số này được
điều chỉnh để phù hợp với dữ liệu gió tại vị trí thích hợp.
Hàm xác suất phân bố Weibull cho thấy tốc độ gió trung bình hiếm khí xảy

trong Matlab.

ra ở mức gió thường xuyên hơn. Xác suất phân bố lớn nhất xảy ra tương ứng với

-

Đánh giá kết quả trong mô phỏng.

vận tốc gió 5,5m/s trong khi tốc độ gió trung bình 7m/s.

-

Kết luận.

Tốc độ gió trung bình cũng là một hàm theo chiều cao. Mô hình toán được

3 Phương pháp nghiên cứu

-

Khảo sát, phân tích tổng hợp.

-

Mô phỏng trên máy tính.

-

đưa ra là một luật Prandtl logagrithmic, được mô tả bởi phương trình:
Vm ( z )
ln( z / z 0 )

Vm ( z ref ) ln( z ref / z 0 )

(1.2)

Trong đó z là chiều cao mặt đất và zref là chiều cao tham khảo ( thường là

Đánh giá kết quả dưa trên mô phỏng.

10m) và z0 là chiều cao do bề mặt địa hình, các giá trị tiêu biểu của thông số này

4 Ứng dụng của đề tài
- Máy phát điện gió dược ứng dụng trong cung cấp điện cho gia, hệ thống

theo địa hình được liêt kê trong bảng 2.1. Môt công thức thực nghiệm khác mô tả
ảnh hưởng của tốc độ gió đến địa hình và tuân thủ theo hàm mũ như sau:

điện khu vực, lớn hơn nữa là hòa vào lưới điện quốc gia.
- Ứng dụng quan trọng nhất của máy phát điện gió điện là cung cấp điện cho
các vùng hải đảo, vùng xa mà lưới điện quốc không thể cung cấp được.
5 Điểm mới của luận văn

 z
Vm ( z )  Vm ( z ref )
z
 ref








(1.3)

Trong đó, thông số  phụ thuộc vào bề mặt địa hình và giá trị  tương ứng

Sử dụng bộ nghịch lưu áp để ổn định tần số và điện ngõ ra của máy phát điện

các loại đại hình khác nhau thể hiện cột cuối trong bảng 2.1

gió, thay vì sử dụng hộp số hoặc thay đổi góc pitch để ổn định.
Sử dụng phương pháp này có thể nâng cao công suất phát ra that dễ dàng.

HVTH: Đặng Văn Hồng 

Trang 4 

HVTH: Đặng Văn Hồng 

Trang 5 


Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

Bảng 2.1 Giá trị điển hình chiều cao z0 và thành phần  theo từng loại địa hình

Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

tuabin chính bằng sự khác nhau giữa động năng tích trữ trong gió ở phía trước cánh
quạt có vận tốc  và động năng của gió đằng sau cánh quạt có vận tốc d

Z0(mm)



0,2 đến 0,3

0,1

Vùng cỏ thấp

1 đến 10

0,13

Vùng cỏ cao

40 đến 100

0,19

Vùng ngoại ô

1000 đến 2000

0,32

Loại bề mặt
Bãi cát

PR 

1
 . A. 3 .c p [ w]
2

(1.7)

Trong đó
- A: Diện tích cánh quạt gió (m2)
- Cp được gọi là hiệu suất của cánh quạt tuabin (hay còn gọi ngắn gọn hơn là

hiệu suất rotor), được tính:

Sự tin cậy của công thức Weibull phụ thuộc vào ước lượng chính xác thong

C P ( ,  )  C1 (

số k và C. Để tính toán chính xác k và C, dữ liệu gió phải thu thập tương đối đầy đủ.
Trong nhiều trường hợp những thông tin như vậy không có sẵn. Dưới tình huống
K bằng 2 và C  2V /  với V là vận tốc gió trung bình, thế vào (2.1) ta được hàm
mật độ xác suất gọi là Rayleigh



Và
1

(1.4)

C5



 C6 

(1.8)



R
v

1

  0.08

(1.9)


0.035

 3 1

(1.10)

: Vận tốc của rotor (v/p)

Thể hiện mật độ xác suất tốc độ gió của phân bố Rayleigh, tương ứng tốc độ

R: Bán kính cánh quạt (m)
V: Vận tốc gió (m/s)
: Góc quay cánh (độ)

2. Năng lượng gió
2

3

Động năng gió trong một đơn vị thể tích Ek = (1/2)..v , trong đó  (kg/m )
là mật độ không khí. Công suất gió xuyên qua khu vực diện tích A với tốc độ gió

Hệ số công suất cực đại C p max 

16
 59,3%
27

Giá trị lý thuyết Cmax chỉ ra rằng tuabin không thể lấy nhiều hơn 59,3% năng

trung bình V là:
1
 . A.v 3
2

lượng từ gió, đây còn được biết đến như một giới hạn Betz (Albert Betz ’s Law).

(1.5)

Đường công suất hiệu rotor được cho ở hình 2.5.

Năng lượng gió được tính trong khoảng thời gian Tp thường là một năm:
Tp

W 



Mà Các giá trị của hệ số C1 đến C6 là: C1 = 0.5176, C2 = 116, C3 = 0.4, C4 =

i

gió trung bình bình là 5,4m/s và 8,2m/s.

Pv 

i

 C 3   C 4 )e

5, C5 = 21, C6 = 0.0068.

như vậy, một trường hợp đơn giản hóa mô hình Weibull được đưa ra, xấp xỉ

   V 2 
2V
P (Vm )  m2 exp  m  
4 V  
V



C2

1
 . A  v 3 dt
2
o

Một thuận lợi của công thức (2.9) là chỉ ra giới hạn công suất có thể nhận
được từ gió. Tuy nhiên, công thức này chưa nêu ra được mối quan hệ giữa hiệu suất

(1.6)

rotor với cấu trúc hình học của từng loại tuabin gió cụ thể, cũng như mối quan hệ
giữa hiệu suất rotor với tốc độ quay của máy phát.

3. Sự chuyển đổi năng lượng gió
Năng lượng thực tế (hay công suất cơ) lấy được từ gió Pr bởi cánh quạt

HVTH: Đặng Văn Hồng 

Trang 6 

HVTH: Đặng Văn Hồng 

Trang 7 


Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

Ưu điểm của phương pháp này là dễ điều khiển chỉ cần sử dụng một động cơ điều
khiển cánh quạt khi tốc độ gió thay đổi. Nhược điểm của phương pháp này là các cơ
cấu khiều khiển sẽ làm việc liện tục, dẫn đến tổn hao năng lượng lớn, thiết bị mau
hỏng, …
Thứ hai, khi tốc độ gió thay đổi thì tốc độ turbin thay đổi, nhờ bộ phận hộp

số mà tốc độ Máy phát có thể tăng giảm sao cho gần với tốc độ đồng bộ. Nếu chế
tạo một bộ hộp số mà đáp ứng hầu hết thay đổi của tốc độ gió thì rất phức tạp, khó
có khả năng thực hiện được, ngược lại nếu hộp số đơn giản thì tốc độ turbin sẽ thay
đổi dạng bậc thang, Vì vậy phải kết hợp Hộp số với phương pháp thứ nhất.
Ngày nay với tính năng kỹ thuật cao với công nghệ kỹ thuật hiện đại, con

Hình 1.1. Đường cong hiệu suất rotor

người đã chế tạo ra bộ biến tần. Bộ biến tần thực hiện biến đổi tần số, điện áp đầu
Ta rút ra nhận xét, nếu như rotor quay quá chậm thì gió sẽ dễ dàng đi xuyên

vào để được tần số, điện áp đầu ra đúng với yêu cầu của người sử dụng. Với tính

qua mà không tác động nhiều lên cánh quạt. Ngược lại, nếu rotor quay quá nhanh

năng này, từ trước tới nay bộ biến tần thường được sử dụng nhiều trong điều khiển

thì cánh quạt sẽ giống như một bức tường chắn và vận tốc gió phía sau cánh quạt

động cơ, tốc độ động cơ được thay đổi tuyến tính đáp ứng được mọi dây chuyền sản

gần như bằng không, hệ quả là hiệu suất gần bằng không. Như vậy, với một vận tốc

xuất. Ngoài tính năng trên bộ biến tần sẽ được sử dụng trong Máy phát điện gió.

gió cho trước thì hiệu suất rotor còn phụ thuộc vào tốc độ máy phát.

Máy phát điện gắn trực tiếp với động cơ gió sẽ cho tần số và điện áp biến động

Momen turbin gió được tính theo công thức sau:

Tm 

Pr





1

 . A. .c p
2

3

(N/m)

thường xuyên theo tốc độ gió, Bộ biến tần sẽ cung cấp tại đầu ra một nguồn điện có
tần số ổn định đồng bộ và điện áp ổn định ở trị số định mức.

(1.11)

III. Giới thiệu máy phát điện gió làm việc với biến tần
Nhược điểm của máy phát điện sử dụng năng lượng gió là khi tốc độ gió thay
đổi thì tốc độ turbin sẽ thay đổi, tần số đầu ra của máy phát cũng thay đổi.
Có nhiều cách để ổn định tốc độ quay của turbin như:
Thứ nhất thay đổi bề mặt hứng gió của cánh quạt, phương pháp này là đặt
cho trục turbin gió với một giới hạn tốc độ cho phép, khi tốc độ gió lớn hơn tốc độ
gió qui định, trục turbin gió sẽ quay nhanh hơn, bộ cảm biến sẽ nhận tín hiệu,
chuyển đến bộ phận điều khiển, bộ phận điều khiển sẽ so sánh với tốc độ quay đã

qui định. Cơ cấu chấp hành sẽ xoay cánh quạt để thay đổi bề mặt hứng gió. Bằng
cách này, tốc độ của turbin sẽ thay đổi kịp thời, để ổn định tần số ra của máy phát.
Hình 1.2. Sơ đồ kết nối máy phát điện gió với lưới điện

HVTH: Đặng Văn Hồng 

Trang 8 

HVTH: Đặng Văn Hồng 

Trang 9 


Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

Khi gió thổi vào cánh quạt turbin gió biến động năng thành cơ năng, Cơ năng sẽ

Chương 2

biến đổi thành điện năng do turbin được nối vào máy phát điện. Điện áp ngõ ra của

TỔNG QUAN VỀ PHÁT MÁY ĐIỆN

máy phát biến thành điện áp một chiều, sau đó qua bộ nghịch lưu áp để được điện

NAM CHÂM VĨNH CỬU

áp và tần số đạt yêu cầu sử dụng cho hộ gia đình hoặc hòa vào lưới điện khu vực
hay quốc gia. Trong đề tài này sử dụng máy phát điện xoay chiều ba pha nam châm
vĩnh cửu.

I. Cấu tạo:
Máy điện nam châm vĩnh cửu (PMSM) là một máy điện có một Stator 3 pha
cổ điển giống như một động cơ không đồng bộ, Rotor có các nam châm vĩnh cửu
được lắp đặt trên bề mặt, xem hình 1-1.

Hình 2.1. Mặt cắt của một động cơ đồng bộ PM
Đặc biệt, PMSM là tương đương với một động cơ không đồng bộ, ở đó có từ
trường khe hở không khí được tạo bởi một nam châm vĩnh cửu, vì vậy từ trường
Rotor là không đổi. Các động cơ đồng bộ PM đưa ra một số thuận lợi trong thiết kế
các hệ thống điều khiển chuyển động hiện đại. Sử dụng của một nam châm vĩnh cửu
để phát ra đường từ thông khe hở không khí thực chất làm cho nó có khả năng thiết
kế các động cơ PM hiệu quả cao.

HVTH: Đặng Văn Hồng 

Trang 10 

HVTH: Đặng Văn Hồng 

Trang 11 


Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

Với:

II. Mô hình đơn giản của máy điện đồng bộ ba pha

uf: điện áp ngoài đặt vào mạch kích từ

Máy điện đồng bộ kích thích nam châm vĩnh cửu:

rf: điện trở của dây quấn kích từ
rs: điện trở của dây quấn stator
rs = diag [rs rs rs)

(2.3)

Xét máy có dây quấn đệm:
Hình 2.2. Mô hình đơn giản của máy điện đồng bộ ba pha rotor cực lồi

Mô hình máy điện đồng bộ có dây quấn đệm:

Hình 2.4. Mô hình máy điện đồng bộ có dây quấn đệm
Trong đó:
Hình 2.3. Mô hình đơn giản của máy điện đồng bộ ba pha rotor cực ẩn

ikd: dòng thanh do từ trước dọc trục d cảm ứng ra.

III. Các phương trình cơ bản:

ikd: dòng thanh do từ trường ngang trục q cảm ứng ra.

Hệ phương trình cân bằng áp trong hệ toạ độ pha:

if: dòng chạy trong cuộn dây kích từ.

Stator: uabcs  rs iabcs 

Rotor: u f  rf i f 

HVTH: Đặng Văn Hồng 

d abcs
dt

d f
dt

id: dòng chạy trong cuộn dây ngang trục.

(2.1)

iq: dòng chạy trong cuộn dây ngang trục.
Phương trình điện áp trong hệ toạ độ pha:

(2.2)

Trang 12 

HVTH: Đặng Văn Hồng 

Trang 13 


Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió







d a
dt
d
ub  rsib  b
dt
d
uc rsic  c
dt
d
ud rsid  d
dt

ua  rsia 

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

Phương trình từ cảm và hỗ cảm của động cơ:

( 2.4.1)
( 2.4.2)
( 2.4.3)

Laa  Ls  LA  LB .cos 2

(2.9)

Lbb  Ls  LA  LB .cos 2(  1200 )

(2.10)

Lcc  Ls  LA  LB .cos 2(  1200 )

(2.11)

L ff  L f  Lm

( 2.4.4 )

(2.12)

Lab  Lba  1 / 2 LA  LB .cos(2  120 )
0

Trong đó:
ua, ub, uc: lần lượt là điện áp của các cuộn dây pha a, b, c.
ia, ib, ic: lần lượt là điện áp của các cuộn dây pha a, b, c.
a, b, c: lần lượt là điện áp của các cuộn dây pha a, b, c.
f: từ thông móc vòng của cuộn dây kích từ.

(2.13)

Lac  Lca  1/ 2 LA  LB .cos(2  1200 )

(2.14)

Lbc  Lcb  1 / 2 LA  LB .cos(2  3600 )

(2.15)

Laf  L fa  Lsf .cos 

(2.16)

Lbf  L fb  Lsf .cos(  1200 )

(2.17)

Lcf  L fc  Lsf .cos(  1200 )

(2.18)

LA  ( Lmd  Lmq ) / 3

(2.19)

LB  ( Lmd  Lmq ) / 3

(2.20)

Trong đó:

Phöông trình töø thoâng:

 a  Laa ia  Labib  Lac ic  Laf i f

(2.5)

 b  Lba ia  Lbb ib  Lbc ic  Lbf i f

(2.6)

 c  Lca ia  Lcb ib  Lcc ic  Lcf i f

(2.7)

 f  L fa ia  L fbib  L fc ic  L ff i f

(2.8)

  = s, t là góc hợp bởi dây quấn stator và dây quấn rotor (góc giữa

pha a và trục d).
 s = r =  là tốc độ góc của động cơ.
 Lmd: điện kháng từ hoá dọc trục d.

Với:

 Lmd: điện kháng từ hoá ngang trục q.
 Laa, Lbb, Lcc; lần lượt là từ cảm của các cuộn dây pha a, b, c.
 Lff: từ cảm của cuộn dây kích từ.

Từ trường của dây quấn kích từ:

 f  L ff i f  L f ,kd ikd  Lsf [ia cos   ib cos(  1200 )  ic cos(  1200 )

 Lab, Lac, Lba, Lca, Lcb: lần lượt là hỗ cảm giữa các pha.
 Laf, Lbf, Lcf: lần lượt là hỗ cảm của các cuộn dây pha a,b,c qua

 L ff i f  L f ,kd ikd 

cuộn dây kích từ.
 Lfa, Lfb, Lfc: lần lượt là hỗ cảm của cuộn dây kích từ qua các cuộn

(2.21)

Từ trường của dây quấn nệm dọc trục:

 kd  Lkd , kd ikd  Lkd , f i f  Lkd , a ia  Lkd ,b ib  Lkd ,c ic

dây pha a, b, c.

HVTH: Đặng Văn Hồng 

3
Lsf id
2

Trang 14 

HVTH: Đặng Văn Hồng 

Trang 15 


Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

 Lkd , kd ikd  Lkd , f i f 

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

3
Ls , kd id
2

Lkd,a = La,kd = Ls,kd cos

Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

2

(2.22)

(2.23)

Lkd,b = Lb,kd = Ls,kdcos (-1200)

(2.24)

Lkd,c = Lc,kd = Lc,kdcos (+1200)

(2.25)

= Lkq,kqikq – Ls,kq [ iasin+ibsin (-1200) + icsin ( + 1200)]
Lkq,a = La,kq = La,kd = Ls,kqcos ( + /2) = -Ls,kqsin

(2.26)
(2.27)

(2.28)

(2.4.1)

( 2.29)

cực từ của dây quấn kq thì ta có từ cảm và hỗ cảm giữa các pha dây quấn là:

W  2
Ls , f   f  . .Lmd
 Ws  3
 Wkq  2
Lm,kq  
 . .Lmq

 Ws  3

Với

U sa  t  , U sb  t  , U sc  t 
isa  t  , isb  t  , isc  t 

: điện áp trên 3 dây pha stator
: dòng điện trên dây 3 pha stator

(2.30.1)

 sa  t  , sb  t  , sc  t  : từ thông móc vòng của 3 cuộn dây stator
(2.30.2)

Rs

(2.30.3)

: điện trở dây quấn stator

Nếu dùng cách biểu diễn vectơ thì:
(2.4.2)

(2.30.4)

Từ (3.2.1) ta được :

2

 Wkq  2
Lm,kq  
 . .Lmd
 Ws  3

(2.30.7)

tả bởi hệ phương trình:

Nếu trục d là trục cực từ của dây quấn kích từ f và dây quấn kq, trục q là trục

 Wkq  2
Ls ,kq  
 . .Lmq
 Ws  3
W  2
Ls ,kd   kd  . .Lmd
 Ws  3

W 
W 
L f ,kd   kd  .Lm, f   f  .Lm, kd
W
 s 
 Wkd 

Đặc tính động của động cơ đồng bộ kích thích nam châm vĩnh cửu được mô

= Lkq,kqikq + Ls,kq [-ia sin - ibsin ( - 1200) – icsin ( + 1200)]

Lkq,c = Lc,kq = -Lc,kq (sin  + 120 )

(2.30.6)

Các phương trình cơ bản:

kd = Lkq,kqikq + Lkq,aia + Lkq,bib + Lkq,cic

0

 Wf  2
Lm, f  
 . .Lmd
 Ws  3

IV. Mô hình toán học của máy điện kích thích nam châm vĩnh cửu

Từ trường của dây quấn nệm ngang trục:

Lkq,b = Lb,kq = -Ls,kqsin ( - 1200)

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

(2.30.5)

(2.4.3)
Trong đó :

HVTH: Đặng Văn Hồng 

Trang 16 

HVTH: Đặng Văn Hồng 

Trang 17 


Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

0
0
2
is  t   isa  t   isb  t  e j120  isc  t  e j 240 

3

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

là vectơ dòng stator

0
0
2
 s  t    sa  t   sb  t  e j120  sc  t  e j 240 
3

là vectơ từ thông stator

Số “s” ở trên chỉ hệ quy chiếu stator

J

: moment quán tính

Pc

: số đôi cực



: tốc độ của động cơ

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

V. Mô hình trạng thái của động cơ trên hệ tọa độ từ thông rotor (d-q)

Từ thông stator  sf viết thành 2 thành phần theo trục d và q có dạng:
Nếu quan sát trên hệ tọa độ rotor (d-q) – có trục d trùng với trục từ thông

(2.5.1)

vĩnh cửu thì (3.2.3) trở thành:

(2.5.2)

Với

(2.4.5)

(2.5.3)

Số chỉ “ f ” ở trên hệ quy chiếu rotor
Vectơ từ thông stator  sf gồm có 2 thành phần : một thành phần do dòng
stator tự cảm ứng trong các cuộn dây stator, một thành phần do từ thông rotor
 sf cảm ứng sang.

(2.4.6)
Vectơ từ thông rotor 

f
p

chỉ có thành phần thực  p do trục thực d đi qua trục

của chính vectơ  :
f
p

Trong đó :
Lsd

: điện cảm stator dọc trục d

Lsq

: điện cảm stator dọc trục q

isd

: thành phần trục d của dòng điện stator

isq

: thành phần trục q của dòng điện stator

Phương trình (3.2.4) chuyển sang các thành phần của vectơ trên 2 trục tọa độ :
(2.4.7)

(2.5.4)

Phương trình chuyển động của động cơ đồng bộ có dạng :
(2.4.8)

(2.5.5)

Với moment điện từ  M e 

Hay :
(2.4.9)

(2.5.6)

Trong đó :
MT

HVTH: Đặng Văn Hồng 

: moment tải

(2.5.7)

Trang 18 

HVTH: Đặng Văn Hồng 

Trang 19 


Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

Tsd 

Trong đó :

Tsq 

Lsd
Rs

Lsq

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

(2.5.13)

: hằng số thời gian trục d

(2.5.14)

: hằng số thời gian trục q

Rs

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

VI. XÂY DỰNG BỘ BIẾN ĐỔI (BBĐ)

Thay các thành phần của is và  s vào (3.2.8) ta được :

6. 1. Các phương trình chuyển đổi hệ toạ độ

(2.5.8)
Thay (3.3.2)và (3.3.3) vào (3.3.6)
(2.5.9)

Vậy (3.2.7) có dạng :
(2.5.10)
Để đơn giản mô hình ta đặt:

Lsq

a1 

1
Tsd

;

as 

a4 

Lsd
Lsq

;

a5 

;

3
a8  Pc 2
2

;

a11 

a7 

p

a10 

Lsq

Lsd  Lsq
J

Lsd
1
Tsq

Pc
J

;

a3 

1
Lsd

;

a6 

1
Lsq

Hình 2.5 . Hệ toạ độ đồng bộ dq và đứng n  
6.2 Phương trình chuyển đổi hệ toạ độ abc ->  và ngược lại

p

;

a9 

;

a12 

6.2.1 Phương trình chuyển độ hệ toạ độ abc -> 

J
3
Pc
2

(2.6.1)

Từ hệ phương trình (3.4.1) , (3.4.2), (3.4.3) và (3.4.4) trở thành:

Viết theo dạng ma trận:

(2.5.11)

 1 1  ias 
1 
ias s   2 2   
 ibs 
 s  
i s  0 3  3  i 
 2 2   cs 
 

(2.5.12)

HVTH: Đặng Văn Hồng 

Trang 20 

HVTH: Đặng Văn Hồng 

(2.6.2)

Trang 21 


Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

6.3. Phương trình chuyển đổi hệ toạ độ  -> dq và ngược lại

Do ias + ibs + ics = 0 (dòng cân bằng)

Mối quan hệ giữa vectơ điện áp trong hệ toạ độ  và dq:

ias s  1  1  1  ias 
   2 2  

 ibs 
 i s s   
0  0 3  3  i 
   2
2   cs 

(2.6.3)

uss  usr e j

(2.6.5)

usr  uss e j
Trong đó   s t (góc giữa pha a và trục d)

6.2.2 Phương trình chuyển đổi hệ toạ độ từ  -> abc

2
1 
0

 s
3  ias 
ias   3
   1
1 1  s
i s
ibs     
3
3 3   

i  

0 
 cs   1
1 1  
 


 3
3 3 

2

ias   3
   1
ibs   
i   3
 cs   1
 3


6.3.1 Phương trình chuyển đổi hệ toạ độ -> dq

uds r  cos st 
 r 
uqs   sin st 

sin st   uas r 
 
cos st   u s r 

(2.6.6)

(2.6.4)

6.3.2 Phương trình chuyển đổi hệ toạ độ dq->

usr  cos st 
 r 
u s   sin st 


 ias s 
 
1
 s
i s

3  
 
1  
 

3 
0

sin st   uds r 
 
cos st   uqs r 

(2.6.7)

Dòng stator trong hệ toạ độ stator:

2
is s  (ia  aib  a2ic )
3

(2.6.8)

Mơ hình chuyển đổi hệ tọa độ từ  -> abc
với

a  e j120

0

Add 3

Viết phương trình theo 2 trục dq

1
Usc

Gain 2
-K-

Add 2
Gain 1

2
Usb

1/3

1
anpha
2
Beta

Gain
3
Usa

(2.6.9)

2/3

Hình 2.6. Mơ ình chuyển đổi hệ tọa độ  -> abc

HVTH: Đặng Văn Hồng 

Trang 22 

HVTH: Đặng Văn Hồng 

Trang 23 


Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

Mô hình chuyển đổi hệ tọa độ dq → 

Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

Phương trình vi tích phân mô tả mối tương quan giữa tín hiệu ra u (t) với tín
hiệu vào e (t) của bộ điều khiển PID là:

Product 3

(2.7.2)

Add
Product
1
anpha

sinu
sin

2
beta

1
s

Usd

Add 1

Trong đó e(t) là sai lệch trong hệ thống e(t) = r(t) – c(t). Với r(t) là tín hiệu

Integrator

1

Product 1

vào và c(t) đáp ứng ngõ ra của hệ thống.

2
w

cosu
Product 2

Vấn đề thiết kế là cần xác định giá trị KP, KD, và KI sao cho hệ thoả mãn các

cos

yêu cầu về chất lượng của hệ thống
3

7.1.2. Khâu hiệu chỉnh tích phân tỉ lệ (PI)

Usq

Hình 2.7. Mô hình chuyển đổi hệ tọa độ dq → 

Hàm truyền của khâu PI có dạng:
Gc ( S )  K P 

VII. BỘ MTU
7.1 NGUYÊN LÝ HIỆU CHỈNH P, PI, PD, PID

KI
S

(2.7.3)

Hình 3.6.1 thay hiệu chỉnh là khâu PI, hàm truyền vòng hở của hệ là:

7.1.1 Khái niệm

2
n
G ( S ).GC ( S )  2
S ( S  2 .n )

 ( K P.S  K I )

Khâu hiệu chỉnh khuếch đại tỉ lệ (P) được vào hệ thống nhằm làm giảm sai
số xác lập, với đầu vào hàm nấc sẽ gây ra độ vọt lố và trong một số trường hợp là
không chấp nhận được với mạch động lực. Sự có mặt của khâu vi phân tỉ lệ (PD)

(2.7.4)

Bộ điều chỉnh PI tương đương với việc thêm nghiệm zero 

làm giảm vọt lốt, đáp ứng ra bớt nhấp nhô và hệ thống sẽ đáp ứng nhanh hơn. Khâu

KI
và nghiệm
KP

tỉ lệ (PI) có mặt trong hệ thống sẽ dẫn đến sai lệch tĩnh triệt tiêu. Khâu hiệu chỉnh vi

s=0 vào hàm truyền vòng hở. Sai số xác lập của hệ có khâu PI sẽ bằng 0 với tín hiệu

tích phân (PID) kết hợp những ưu điểm của khâu PI và PD, có khả năng tăng độ dự

vào là hàm nấc, và bằng hằng số tỉ lệ nghịch với giá trị KP nếu tín hiệu vào là hàm

trữ pha ở tần số cắt, khử chậm pha.

RAMP. Khi đó vấn đề đặt ra là chọn KP và KI sao cho hệ thoả mãn yêu cầu thiết kế.

Các bộ hiệu chỉnh PID được ứng dụng nhiều trong công nghiệp dưới dạng
thiết bị điều khiển hay thuật toán phần mềm. Hàm truyền của bộ điều khiển PID có
dạng:

7.2 ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP PID VÀO ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT

ĐỒNG BỘ

Máy điện đồng bộ là một hệ phi tuyến nhiều biến, việc tính toán xác định các

hệ số tỉ lệ KP, KI, KD của bộ điều khiển rất khó khăn. Do đó, bằng thực nghiệm trên

(2.7.1)

phần mềm Matlab, sử dụng phương pháp thử – sai để xác định các hệ số KP, KI, KD
Với các giá trị KP, KD và KI là các hằng số thực, s là toán tử Laplace.

HVTH: Đặng Văn Hồng 

Trang 24 

cho các bộ điều khiển.

HVTH: Đặng Văn Hồng 

Trang 25 


Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

Chöông 3

Bộ điều khiển PID để điều chỉnh tốc độ được trình bày trên hình 7.3 :

CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BIẾN TẦN
I. Sơ lược về biến tần
1. Định nghĩa

Bộ biến tần là thay đổi tần số nguồn cung cấp dùng mạch điện tử
Bộ nghịch lưu có nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng từ nguồn điện một chiều
không đổi sang dạng năng lượng điện xoay chiều cung cấp cho tải xoay chiều.
Đại lượng được điều khiển ở ngõ ra là điện áp hoặc dòng điện. Nếu đại
lượng được điều khiển ở ngõ ra là điện áp, bộ nghịch lưu được gọi là bộ nghịch lưu
áp, ngược lại là bộ nghịch lưu dòng.

Hình 2.8 Mô hình bộ điều chỉnh PID

2. Phân loại biến tần

Biến tần thường được chia làm hai loại:
-

Biến tần trực tiếp

-

Biến tần gián tiếp
2.1. Biến tần trực tiếp

Biến tần trực tiếp là bộ biến đổi tần số trực tiếp từ lưới điện xoay chiều
không thông qua khâu trung gian một chiều. Tần số ra được điều chỉnh nhảy cấp và
nhỏ hơn tần số lưới ( f1 < flưới ). Loại biến tần này hiện nay ít được sử dụng.
2.2. Biến tần gián tiếp

Các bộ biến tần gián tiếp có cấu trúc như sau:

Hình 3.1. Sơ đồ cấu trúc của biến tần gián tiếp

Như vậy để biến đổi tần số cần thông qua một khâu trung gian một chiều vì vậy
có tên gọi là biến tần gián tiếp. Chức năng của các khối như sau:

HVTH: Đặng Văn Hồng 

Trang 26 

HVTH: Đặng Văn Hồng 

Trang 27 


Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

a) Chỉnh lưu: Chức năng của khâu chỉnh lưu là biến đổi điện áp xoay chiều

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

3. Cấu trúc cơ bản của một bộ biến tần

thành điện áp một chiều. Chỉnh lưu có thể là không điều chỉnh hoặc có điều chỉnh.

Cấu trúc cơ bản của một bộ biến tần như hình vẽ

Ngày nay đa số chỉnh lưu là không điều chỉnh, vì điều chỉnh điện áp một chiều
trong phạm vi rộng sẽ làm tăng kích thước của bộ lọc và làm giảm hiệu suất bộ biến
đổi. Nói chung chức năng biến đổi điện áp và tần số được thực hiện bởi nghịch lưu
thông qua luật điều khiển. Trong các bộ biến đổi công suất lớn, người ta thường
dùng chỉnh lưu bán điều khiển với chức năng làm nhiệm vụ bảo vệ cho toàn hệ
thống khi quá tải. Tùy theo tầng nghịch lưu yêu cầu nguồn dòng hay nguồn áp mà
bộ chỉnh lưu sẽ tạo ra dòng điện hay điện áp tương đối ổn định.
b) Lọc: Bộ lọc có nhiệm vụ san phẳng điện áp sau chỉnh lưu.
c) Nghịch lưu: Chức năng của khâu nghịch lưu là biến đổi dòng một chiều thành
dòng xoay chiều có tần số có thể thay đổi được và làm việc với phụ tải độc lập
Nghịch lưu có thể là một trong ba loại sau:
- Nghịch lưu nguồn áp: trong dạng này, dạng điện áp ra tải được định dạng trước
(thường có dạng xung chữ nhật) còn dạng dòng điện phụ thuộc vào tính chất tải.
Nguồn điện áp cung cấp phải là nguồn sức điện động có nội trở nhỏ. Trong các ứng
dụng điều kiển động cơ, thường sử dụng nghịch lưu nguồn áp.

Hình 3.2. Cấu trúc cơ bản của một bộ biến tần

- Nghịch lưu nguồn dòng: Ngược với dạng trên, dạng dòng điện ra tải được định
hình trước, còn dạng điện áp phụ thuộc vào tải. Nguồn cung cấp phải là nguồn dòng
để đảm bảo giữ dòng một chiều ổn định, vì vậy nếu nguồn là sức điện động thì phải
có điện cảm đầu vào đủ lớn hoặc đảm bảo điều kiện trên theo nguyên tắc điều khiển
ổn định dòng điện.
Nghịch lưu cộng hưởng: Loại này dùng nguyên tắc cộng hưởng khi mạch hoạt
động, do đó dạng dòng điện (hoặc điện áp) thường có dạng hình sin. Cả điện áp và
dòng điện ra tải phụ thuộc vào tính chất tải.

Tín hiệu vào là điện áp xoay chiều một pha hoặc ba pha. Bộ chỉnh lưu có nhiệm

biến đổi điện áp xoay chiều thành một chiều.
Bộ lọc có nhiệm vụ san phẳng điện áp một chiều sau chỉnh lưu.
Nghịch lưu có nhiệm vụ biến đổi điện áp một chiều thành điện áp xoay chiều
có tần số có thể thay đổi được. Điện áp một chiều được biến thành điện áp xoay
chiều nhờ việc điều khiển mở hoặc khóa các van công suất theo một quy luật nhất
định.
Bộ điều khiển có nhiệm vụ tạo tín hiệu điều khiển theo một luật điều khiển
nào đó đưa đến các van công suất trong bộ nghịch lưu. Ngoài ra nó còn có chức
năng sau:

HVTH: Đặng Văn Hồng 

Trang 28 

-

Theo dõi sự cố lúc vận hành

-

Xử lý thông tin từ người sử dụng

HVTH: Đặng Văn Hồng 

Trang 29 


Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

-

Xác định thời gian tăng tốc, giảm tốc hay hãm

-

Xác định đặc tính – momen tốc độ

-

Xử lý thông tin từ các mạch thu thập dữ liệu

-

Kết nối với máy tính.

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

Mạch kích là bộ phận tạo tín hiệu phù hợp để điều khiển trực tiếp các van công
suất trong mạch nghịch lưu. Mạch cách ly có nhiệm vụ cách ly giữa mạch công suất
với mạch điều khiển để bảo vệ mạch điều khiển.
Màn hình hiển thị và điều khiển có nhiệm vụ hiển thị thông tin hệ thống như tần
số, dòng điện, điện áp,… và để người sử dụng có thể đặt lại thông số cho hệ thống.
Các mạch thu thập tín hiệu như dòng điện, điện áp nhiệt độ,… biến đổi chúng
thành tín hiệu thích hợp để mạch điều khiển có thể xử lý được. Ngài ra còn có các
mạch làm nhiệm vụ bảo vệ khác như bảo vệ chống quá áp hay thấp áp đầu vào…
Các mạch điều khiển, thu thập tín hiệu đều cần cấp nguồn, các nguồn này
thường là nguồn điện một chiều 5, 12, 15VDC yêu cầu điện áp cấp phải ổn định. Bộ
nguồn có nhiệm vụ tạo ra nguồn điện thích hợp đó.

Sự ra đời của các bộ vi xử lý có tốc độ tính toán nhanh có thể thực hiện các thuật
toán phức tạp thời gian thực, sự phát triển của các lý thuyết điều khiển, công nghệ
sản xuất IC có mức độ tích hợp ngày càng cao cùng với giá thành của các linh kiện
ngày càng giảm dẫn đến sự ra đời của các bộ biến tần ngày càng thông minh có khả
năng điều khiển chính xác, đáp ứng nhanh và giá thành rẻ.

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

Hình 3.3. Dạng sóng đầu ra theo phương pháp điều chế độ rộng xung
(vo1 là thành phần sin cơ bản, v ilà điện một chiều vào bộ nghịch lưu, vo là điện áp ra )

Trong quá trình điều chế, người ta có thể tạo xung hai cực hoặc một cực,
điều biến theo độ rộng xung đơn cực và điều biến theo độ rộng xung lưỡng cực.
Trong đề tài này em sử dụng phương điều chế độ rộng xung đơn cực.
Có hai phương pháp điều chế cơ bản là:
-

Điều chế theo phương pháp sin PWM (SPWM)

-

Điều chế vectơ

Điều chế theo phương pháp SPWM

Để tạo ra điện áp xoay chiều bằng phương pháp SPWM, ta sử dụng một tín hiệu
xung tam giác vtri (gọi là sóng mang) đem so sánh với một tín hiệu sin chuẩn vc (gọi
là tín hiệu điều khiển). Nếu đem xung điều khiển này cấp cho bộ nghich lưu một
pha, thì ở ngõ ra sẽ thu được dạng xung điện áp mà thành phần điều hòa cơ bản có
tần số bằng tần số tín hiệu điều khiển vc và biên độ phụ thuộc vào nguồn điện một

chiều cấp cho bộ nghịch lưu và tỷ số giữa biên độ sóng sin mẫu và biên độ sóng
mang. Tần số sóng mang lớn hơn rất nhiều tần số tín hiệu điều khiển. Hình 3-3 miêu

II. Các phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu áp

tả nguyên lý của của phương pháp điều chế SPWM một pha:

2.1. Phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM)

Nội dung của phương pháp điều chế độ rộng xung là tạo ra một tín hiệu sin
chuẩn có tần số bằng tần số ra và biên độ tỷ lệ với biên độ điện ra nghịch lưu. Tín
hiệu này sẽ được so sánh với một tín hiệu răng cưa có tần số lớn hơn rất nhiều tần
số của tín hiệu sin chuẩn. Giao điểm của hai tín hiệu này xác định thời điểm đóng
mở van công suất. Điện áp ra có dạng xung với độ rộng thay đổi theo từng chu kỳ.

HVTH: Đặng Văn Hồng 

Trang 30 

HVTH: Đặng Văn Hồng 

Trang 31 


Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

Nguyên lý điều chế và dạng sóng như sau:

Hình 3.4 Nguyên lý điều chế SPWM một pha

Khi:
vc > vtri , VA0 = Vdc/2
vc < ttri , VA0 = -Vdc/2

Đối với nghịch lưu áp ba pha có sơ đồ như hình 3-4. Để tạo ra điện áp sin ba
pha dạng điều rộng xung, ta cần ba tín hiệu sin mẫu.

Hình 3.6. Nguyên lý điều chế SPWM ba pha

Hệ số điều chế biên độ ma được định nghĩa là tỷ số giữa biên độ của tín hiệu
điều khiển với biên độ của sóng mang:
ma 

Hình 3.5. Cấu trúc nghịch lưu áp ba pha

HVTH: Đặng Văn Hồng 

Trang 32 

ma

-

hệ số điều biến

Vc

-

biên độ sóng điều khiển

Vtri

-

biên độ sóng mang

HVTH: Đặng Văn Hồng 

Vc
Vtri

(3.1)

Trang 33 


Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

Trong vùng tuyến tính (0 < ma < 1), biên độ của thành phần sin cơ bản VA01
(điện áp pha) trong dạng sóng đầu ra tỷ lệ với hệ số điều biến theo công thức:
VA01  m a

Vdc
2

Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

2.1.2. Phương pháp điều chế vectơ không gian (SVPWM)

Phương pháp điều chế vectơ không gian khác với các phương pháp điều chế
(3.2)

Đối với điện áp dây là:

độ rộng xung khác. Với phương pháp điều chế PWM khác, bộ nghịch lưu được xem
như ba bộ biến đổi đẩy kéo riêng biệt với ba điện áp pha độc lập nhau. Đối với
phương pháp điều chế vectơ không gian, bộ nghịch lưu được xem như một khối duy

VAB1  m a

3Vdc
2

(3.3)

nhất với 8 trạng thái đóng ngắt từ 0 đến 7.
2.1.2.1. Thành lập vectơ không gian

Như vậy trong phương pháp này biên độ điện áp dây đầu ra bộ nghịch lưu

Đối với nguồn áp ba pha cân bằng, ta luôn có phương trình sau:

chỉ có thể đạt 86,67% điện áp một chiều đầu vào trong vùng tuyến tính (0 < ma < 1).

u a (t)  u b (t)  u c ( t )  0

(3.5)

Hệ số điều chế tỷ số mf là tỷ số giữa tần số sóng mang và tần số tín hiệu điều
khiển:

Và bất kỳ ba hàm số nào thỏa mãn phương trình trên đều có thể chuyển sang hệ
mf 

f tri
fc

mf

-

hệ số điều chế tỷ số

ftri

-

tần số sóng mang, bằng tần số PWM

fc

-

tấn số tín hiệu điều khiển

(3.4)

tọa độ hai chiều vuông góc. Ta có thể biểu diễn phương trình trên dưới dạng ba
vectơ gồm [ua 0 0]T, trùng với trục x, vectơ [0 ub 0]T lệch một góc 120o và vectơ [0 0
ua]T lệch một góc 240o so với trục x, như hình vẽ sau:

Giá trị của mf được chọn sao cho nên có giá trị dương và lẻ. Nếu mf là một giá
trị không nguyên thì trong dạng sóng đầu ra sẽ có các thành phần điều hòa phụ
(subharmonic). Nếu mf không phải là một số lẻ, trong dạng sóng đầu ra sẽ tồn tại
thành phần một chiều và các hài bậc chẵn. Giá trị của mf nên là bội số của 3 đối
nghịch lưu áp ba pha vì trong điện áp dây đầu ra sẽ triệt tiêu các hài bậc chẵn và hài
là bội số của ba.
Như vậy, nếu điện áp một chiều đầu vào không đổi, để điều chỉnh biên độ và tần
số của điện áp đầu ra ta chỉ việc điều chỉnh biên độ và tần số của tín hiệu sin chuẩn
vc. Đặc trưng cơ bản của phương pháp này là thành phần sóng điều hòa của điện áp

ra. Muốn giảm các sóng điều hòa bậc cao cần phải tăng tần số sóng mang hay tần số
PWM. Tuy nhiên càng tăng tần số PWM thì tổn hao chuyển mạch lại tăng lên.

Hình 3.7. Biểu diễn vectơ không gian trong hệ tọa độ xy

Từ đó ta xây dựng được phương trình của vectơ không gian trong hệ tọa độ phức
như sau:

HVTH: Đặng Văn Hồng 

Trang 34 

HVTH: Đặng Văn Hồng 

Trang 35 


Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

2
2
j 
j  
2
u(t)   u a  u b .e 3  u c .e 3 
3


(3.6)

Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

độ 0. Phương trình điện áp dây theo phương trình (3-8) như sau:
1

1 

 VL  2 3 
2
Vs 


V
3
2
3

 L 
0
2


Trong đó 2/3 là hệ số biến hình. Phân tích u(t) trong phương trình trên thành
phần thực và phần ảo.
u t  u x  ju y

(3.7)

Ta xây dựng được công thức chuyển đổi hệ tọa độ từ ba pha abc sang hệ tọa độ
phức x-y bằng cách cân bằng phần thực và phần ảo trong phương trình (3-6), ta có:
2
 u a  u b  cos(2 / 3)  jsin(2 / 3)   u c  cos(2 / 3)  jsin(2 / 3)  
3
2

u x  3  u a  u b cos(2 / 3)  u c cos(2 / 3) 
(3.8)


u  2  u sin(2 / 3)  u sin(2 / 3) 
c
 y 3 b
1
1 

1 
   ua 
 ux  2 
2
2  
 ub
  
u
3
3
3   

y
 

0

  uc 
2
2 

u(t) 

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

Trong đó

1 
 q1 
2  
 q3
3   

  q5 
2 


2 để chuyền từ giá trị biên độ sang giá trị hiệu dụng,

(3.12)

3 để chuyển

giá trị điện áp pha thành điện áp dây. Vectơ điện áp dây sẽ sớm pha hơn vectơ điện
áp pha một góc π/6. Nếu lồng ghép các trạng thái có thể có của q1, q3 và q5 vào

phương trình (3-11) ta thu được phương trình điện áp dây (trị biên độ) theo các
trạng thái của các khóa.
2. 2 j(2n 1) /6
2   (2n  1) 
 (2n  1)  

e

  jsin 
  (3.13)
cos 
6
6
3
3 




Vn 

Với n = 0,1,2,…,6 ta thành lập được 6 vectơ không gian V1 – V6 và hai vectơ 0
là V0 và V7 như hình sau:

Tiếp theo hình thành tọa độ quay α-β bằng cách cho hệ tọa độ x-y quay với vận
tốc góc ωt. Ta có công thức chuyển đổi hệ tọa độ như sau:



cos(t) cos(  t)  u
 u  
 x   cos(t)  sin(t)   u x 
2

   
  
 
u



   sin(t) cos(  t)   u y   sin(t) cos(t)   u y 
2



(3.9)

Nguồn áp ba pha tạo ra là cân bằng và sin nên ta có thể viết lại phương trình
điện áp pha như sau:
u a  Vmsin(t)
u b  Vmsin(t  2 / 3)

(3.10)

u c  Vmsin(t  2 / 3)

Từ phương trình (3-9) ta xây dựng được phương trình sau:
j

u(t)  Vr e  Vr e

jt

Hình 3.8. Các vectơ không gian từ 1 đến 6
(3.11)

Thể hiện vectơ không gian có biên độ Vr quay với vận tốc góc ωt quanh gốc tọa

HVTH: Đặng Văn Hồng 

Trang 36 

HVTH: Đặng Văn Hồng 

Trang 37 


Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió

2.1.2.2.

GVHD: TS. Nguyễn Bách Phúc

Tính toán thời gian đóng ngắt

Xét trường hợp vectơ Vr nằm trong vùng 1 như hình sau:

Hình 3.10. Vectơ không gian Vr trong vùng 1

Giả sử tần số băm xung fPWM đủ cao để trong suốt chu kỳ điều rộng xung Ts,
Hình 3.9. Trạng thái đóng ngắt của các van

vectơ Vr không thay đổi vị trí. Nhờ đó ta có thể phân tích Vr theo các vectơ V1, V2
và vectơ V0 hoặc V7 như phương trình sau:

Vr  Ts  V1  T1  V2  T2  V07  T07
Ts  T1  T2  T07

Với:

(3.14)

Ts là chu kỳ điều rộng xung

Tn là thời gian duy trì ở trạng thái Vn
Chuyển sang hệ tọa độ vuông góc, ta có phương trình sau – suy ra từ phương
trình (3-11) và (3-12):
Bảng 3.1: Giá trị điện áp các trạng thái đóng ngắt và vectơ không gian tương ứng
(Ghi chú: độ lớn điện áp phải nhân với Vdc)








cos 
cos 
 cos  6    
2 
2 


6

2  T .0

Ts m
 T1

  T1

 0 7
 


3
3

 sin 
 sin 
 sin     
6
2



 6

(3.15)

Cân bằng phần thực và phần ảo, ta có:

HVTH: Đặng Văn Hồng 

Trang 38 

HVTH: Đặng Văn Hồng 

Trang 39