Tính toán và điều khiển nghịch lưu đa mức cho truyền động trung áp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
----------------------------------------------ĐÀO THỊ MỸ LINH
ĐỀ TÀI:
TÍNH TOÁN VÀ ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU ĐA MỨC CHO TRUYỀN
ĐỘNG TRUNG ÁP

LUẬN VĂN THẠC SỸ
NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
NGUYỄN VĂN LIỄN

HÀ NỘI – 2009


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung trong bản luận văn hoàn toàn đúng theo nội
dung đề cương cũng như nội dung mà Giáo viên hướng dẫn đã giao.
Bản luận văn hoàn toàn chính xác về các nội dung trích lục các tài liệu. Nếu có
gì sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Hà Nội ngày 30 tháng 10 năm 2009
Học viên

Đào Thị Mỹ Linh


MỤC LỤC
Lời nói đầu: ................................................................................................

1

Chương 1: Động cơ không đồng bộ và phương pháp điều khiển tần số....

3

1.1 Mô tả chung về động cơ không đồng bộ ba pha.........................................

3

1.2 Phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ..............................

3

1.3 Mô hình của động cơ không đồng bộ.........................................................

6

1.3.1.Mô hình động cơ KĐB trong không gian ba pha.............................

6

1.3.2. Phép biến đổi tuyến tính không gian vectơ......................................

8

1.4. Điều khiển tần số động cơ không đồng bộ................................................

12

1.4.1. Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ.........

12

1.4.1.1Điều khiển điện áp stator....................................................

13

1.4.1.2 Điều khiển điện trở rôto.....................................................

13

1.4.1.3 Điều chỉnh công suất trượt................................................

13

1.4.1.4 Điều khiển tần số nguồn cấp stator....................................

13

1.4.2. Điều khiển vectơ động cơ không đồng bộ.......................................

16

1.4.3. Luật điều chỉnh giữ khả năng quá tải không đổi..............................

17

1.4.4. Điều khiển điện áp - tần số giữ từ thông động cơ không đổi..........

19

Chương 2: Bộ nghịch lưu áp đa mức.................................................................

20

2.1. Khái niệm...........................................................................................

20

2.2. Phân loại bộ nghịch lưu áp....................................................................

20

2.3. Nghịch lưu áp đa mức...........................................................................

20

2.4. Các cấu trúc cơ bản của bộ nghịch lưu áp đa mức................................

20

2.4.1. Bộ nghịch lưu điôt kẹp ..............................................................

21

2.4.1.1. Cấu trúc..........................................................................

21

2.4.1.2. Trạng thái của các khóa chuyển mạch............................

21

2.4.1.3. Quá trình chuyển mạch................................................

23

2.4.2. Bộ nghịch lưu dạng flying capacitor ..........................................

26

2.4.2.1. Cấu trúc......................................................................

26

2.4.2.2. Trạng thái của các khóa chuyển mạch.......................

26

2.4.2.3. Quá trình chuyển mạch.........................................

27

2.4.3. Bộ nghịch lưu nhiều mức kiểu cầu H nối tầng .............................
2.4.3.1. Cấu trúc........................................................................

29
29

2.4.3.2. Trạng thái của các khóa chuyển mạch............................

29

2.4.3.3. Quá trình chuyển mạch..................................................

30

2.5 Kết luận..............................................
Chương 3: Phương pháp điều chế cho bộ nghịch lưu áp đa mức điôt kẹp...

33
34

3.1. Khái niệm..............................................................................................
3.2. Phương pháp điều chế cho bộ nghịch lưu áp ba mức NPC...................

34

3.2.1. Vectơ không gian của bộ nghịch lưu áp ba mức NPC............

34

3.2.2. Phương pháp điều chế vectơ không gian ..............................

37

3.2.3. Hiện tượng mất cân bằng điện áp trên tụ điện........................

38

3.2.4. Trình tự chuyển mạch của các khóa bán dẫn........................

40

Chương 4: Điều khiển hệ truyền động sử dụng biến tần đa mức..................

51

34

4.1. Thuật toán khối điều chế vectơ không gian..........................................

51

4.2. Chương trình mô phỏng khối điều chế vectơ không gian.....................

51

Tài liệu tham khảo.............................................................................................

88


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
e

j

2π
3

toán tử quay

αβ: hệ toạ độ stato
d,q: hệ toạ độ từ thông rôto
isα, isβ , usα, usβ : Dòng điện điện áp stato trong hệ toạ độ α,β
isd, isq , usd, usq : Dòng điện điện áp stato trong hệ toạ độ d,q
iss ; uss ; ψ ss Các véctơ dòng điện, điện áp, từ thông stato khi quan sát ở hệ toạ độ α,β

DZ1 , DZ2 , DZ3 , DZ4 : Các điôt kẹp
Cd1 , Cd2 : Các tụ điện một chiều
A, B, C các pha của bộ nghịch lưu
S1 , S2, S3, S4 : Các khoá bán dẫn
D1, D2, D3, D4 Các điốt mắc song song ngược
Vd : Điện áp nguồn một chiều đặt vào bộ nghịch lưu
E = 1/2Vd: điện áp đặt lên mỗi tụ điện một chiều
Z : Điểm trung tính ảo
P trạng thái tương ứng với khoá S1, S2 đóng
N trạng thái tương ứng với khóa S3, S4 đóng
O trạng thái tương ứng với khoá S2, S3 đóng
VZ độ lệch điện áp.
iA, iB, iC : các dòng điện tải
UAZ, UBZ, UCZ các điện áp pha
r r
V1 ÷ V6 Các véc tơ nhỏ (chỉ chứa trạng thái P - 0 hoặc N - 0)
r r
V7 ÷ V12 Các véctơ trung bình (chứa trạng thái P - 0 - N)
r

r
V13 ÷ V18 Các véctơ lớn (chỉ chứa trạng thái P- N)
r
V0 Véctơ không PPP, 000, NNN
r
Vref Véctơ tham chiếu
1a , 1b, 2, 3a, 3b, 4 : Các tam giác con trong mỗi vùng sector
Tpulse: Chu kỳ điều chế


Luận văn cao học

Đại học Bách khoa Hà Nội

Lời nói đầu
Khoa học ngày càng phát triển các bộ điều khiển tốc độ động cơ ngày càng được
ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Trong đó hầu hết sử dụng các động cơ trung áp
với dải điện áp 3,3÷6,6 kV và công suất 1÷4 MW. Với bộ nghịch lưu hai mức trước
đây tuy có nhiều sự phát triển nhưng chỉ phù hợp với các truyền động công suất nhỏ.
Hơn nữa dạng sóng điện áp đầu ra của bộ nghịch lưu hai mức có thành phần hài bậc
cao khá lớn.
Vì vậy trong những năm gần đây, bộ nghịch lưu đa mức đã được nhiều chú ý và
được xem như là sự lựa chọn tốt nhất cho các ứng dụng truyền động trung áp. Ưu điểm
chính của bộ nghịch lưu đa mức: điện áp đặt lên các linh kiện giảm xuống nên công
suất của bộ nghịch lưu tăng lên, đồng thời công suất tổn hao do quá trình đóng cắt linh
kiện cũng giảm theo, với cùng tần số đóng cắt các thành phần sóng hài bậc cao của
điện áp ra nhỏ hơn so với trường hợp bộ nghịch lưu hai mức nên chất lượng điện áp ra
tốt hơn.
Sau thời gian học tập và nghiên cứu tại trường em đã được giao đề tài tốt nghiệp
“Tính toán và điều khiển nghịch lưu đa mức cho truyền động trung áp”

Mục đích của đề tài:
Mục đích của đề tài là nghiên cứu, phân tích các trạng thái và quá trình chuyển
mạch của các khóa bán dẫn trong các bộ nghịch lưu áp đa mức; phân tích hai phương
pháp điều chế vectơ không gian cho bộ nghịch lưu áp 3 mức cấu trúc NPC. Trên cơ sở
đó xây dựng thuật toán và viết chương trình mô phỏng cho phương pháp điều chế
vectơ không gian cho bộ nghịch lưu 3 mức. Đánh giá chất lượng phương pháp điều
chế cho các trường hợp khác nhau của tải.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
Nội dung của luận văn nhằm phân tích trạng thái, quá trình chuyển mạch của các
khóa bán dẫn và hai phương pháp điều chế vectơ không gian cho bộ nghịch lưu áp 3
mức cấu trúc điốt kẹp (Three level Neutral Point Clamped Inverters: 3L-NPC).
Phương pháp nghiên cứu:
Trên cơ sở phân tích, xây dựng thuật toán và tiến hành mô phỏng trên phần
mềm Matlab để phân tích, đánh giá về đặc tính điều chỉnh, dạng sóng ngõ ra và độ
méo sóng hài cũng như phân tích hài ở một số chỉ số điều chế quan trọng.

Học viên: Đào Thị Mỹ Linh

1

Chuyên ngành TĐH 07 - 09


Luận văn cao học

Đại học Bách khoa Hà Nội

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
Thông qua việc nghiên cứu phương pháp điều chế vectơ không gian cho bộ
nghịch lưu áp 3 mức cho thấy tổn hao đóng ngắt, tỉ lệ sóng hài xuống thấp, chất lượng

dòng điện và điện áp ra tốt chứng minh phạm vi ứng dụng trong điều khiển truyền
động là thực tế.
Cấu trúc luận văn: Gồm 4 chương
- CHƯƠNG I: Động cơ không đồng bộ và phương pháp điều khiển tần số
- CHƯƠNG II: Bộ nghịch lưu áp đa mức
- CHƯƠNG III: Phương pháp điều chế cho bộ nghịch lưu áp đa mức điôt kẹp
- CHƯƠNG: Điều khiển hệ truyền động sử dụng biến tần đa mức.
Được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Văn Liễn và các
Thầy cô trong bộ môn TĐH XNCN em đã hoàn thành luận văn đúng tiến độ. Em xin
gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo PGS.TS Nguyễn Văn Liễn và các Thầy cô
trong bộ môn TĐH XNCN . Kính mong được các Thầy cô và các bạn đồng nghiệp
đóng góp ý kiến để bản luận văn được hoàn thiện hơn.

Học viên: Đào Thị Mỹ Linh

2

Chuyên ngành TĐH 07 - 09


Luận văn cao học

Đại học Bách khoa Hà Nội

CHƯƠNG 1: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ PHƯƠNG PHÁP
ĐIỀU KHIỂN TẦN SỐ
1.1 Mô tả chung về động cơ không đồng bộ ba pha
Động cơ không đồng bộ 3pha cấu tạo gồm hai bộ phận chính là stato và rôto
Stato là phần tĩnh gồm 2 thành phần chủ yếu là lõi thép và dây quấn. Lõi thép
stato hình trụ , do các lá thép kỹ thuật điện ghép lại với nhau tạo thành các rãnh theo

hướng dọc trục và được đặt vào trong vỏ máy. Dây quấn của stato làm bằng dây dẫn
bọc cách điện, thường gồm 3 cuộn dây đặt lệch nhau 1200 trong không gian. Dòng
điện xoay chiều 3 pha chạy trong 3 dây quấn stato sẽ tạo ra từ trường quay.
Roto là phần quay gồm 2 phần chính là lõi thép và dây quấn. Lõi thép gồm các
lá thép KTĐ ghép lại, được dập rãnh mặt ngoài tạo thành các rãnh theo hướng dọc
trục. Dây quấn của rôto có hai loại : Rôto lồng sóc và rôto dây quấn. Rôto dây quấn là
kiểu rôto có dây quấn giống như ở stato và được đặt vào trong các rãnh của rôto. Rôto
lồng sóc là kiểu rôto không có dây quấn mà dùng các thanh dẫn bằng đồng hay nhôm
và hai đầu được nối ngắn mạch bằng hai vòng ngắn mạch tạo thành lồng sóc.

a

b

a

c

Động cơ KĐB rôto lồng sóc

b

c

Động cơ KĐB rôto dây quấn

Nguyên lý làm việc của động cơ KĐB là khi ta cho dòng điện 3pha chạy vào
trong 3dây quấn stato sẽ tạo ra từ trường quay, từ trường quay cắt các thanh dẫn của
rôto và cảm ứng trong đó các sức điện động. Vì dây quấn rôto nối ngắn mạch nên sức
điện động cảm ứng sẽ sinh ra dòng điện cảm ứng trong các thanh dẫn, lực tác dụng

tương hỗ giữa từ trường quay của máy với thanh dẫn mang dòng điện rôto sẽ kéo rôto
quay cùng chiều quay với từ trường với tốc độ n.
Động cơ không đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong thực tế sản xuất với những
ưu điểm nổi bật là cấu tạo đơn giản đặc biệt là động cơ lồng sóc. So với động cơ một
chiều thì động cơ không đồng bộ có giá thành thấp, vận hành tin cậy, chắc chắn. Ngoài
ra có thể dùng trực tiếp lưới điện xoay chiều ba pha nên không cần thiết phải sử dụng
bộ biến đổi như động cơ một chiều.
Học viên: Đào Thị Mỹ Linh

3

Chuyên ngành TĐH 07 - 09


Luận văn cao học

Đại học Bách khoa Hà Nội

Nhược điểm của động cơ không đồng bộ là điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá
trình quá độ khó khăn. Riêng với động cơ lồng sóc thì các chỉ tiêu khởi động xấu hơn.
1.2 Phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ.
Xuất phát từ sơ đồ thay thế gần đúng của động cơ không đồng bộ.
Giả thiết:
-

Ba pha động cơ là đối xứng, khe hở không khí đồng đều.

-

Các thông số của động cơ không đổi (không phụ thuộc vào nhiệt độ, tần số, dòng

điện rôto, mạch từ không bão hoà nên điện kháng X1, X2 không đổi)

-

Dòng điện từ hoá không phụ thuộc vào tải mà chỉ phụ thuộc vào điện áp đặt vào
stato động cơ

-

Bỏ qua tổn thất ma sát và tổn thất trong lõi thép

-

Điện áp lưới hoàn toàn Sin và đối xứng ba pha
I1

X1σ

X’2

I’2

X0
U

R1

I0

R’2/s

R0

+) U1 : Trị số hiệu dụng điện áp pha stato
+) I0, I1, I’2 là dòng điện từ hoá, dòng stato và dòng rôto đã quy đổi về stato
+) X0, X1σ, X’2σ là điện kháng mạch từ hoá, điện kháng tản stato và điện kháng
tản rôto đã quy đổi về stato
+) s : Độ trượct tốc độ s =

n1 − n ω1 − ω
ω
=
= 1−
ω1
ω1
n1

+) ω : Tốc độ động cơ
+) ω1: Tốc độ từ trường quay ω1 =

2π f1
P

+) f1: Tần số điện áp lưới đặt vào stato
+) P số đôi cực của động cơ
⎡
⎢
⎢
1
1

Từ sơ đồ thay thế ta có dòng stato: I1 = U1 ⎢ 2
+
2
2
⎢ R0 + X 0
⎛
R2' ⎞
2
⎢
⎜ R1 + ⎟ + X nm
S
⎝
⎠
⎣

Học viên: Đào Thị Mỹ Linh

4

⎤
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎦

(1)

Chuyên ngành TĐH 07 - 09

Luận văn cao học

Đại học Bách khoa Hà Nội

Trong đó Xnm = X1σ + X’2σ là điện kháng ngắn mạch
Biểu thức (1) là phương trình đặc tính của dòng điện stato
-

Khi ω = 0 thì s = 1 nên I1 = I1nm

-

Khi ω = ω1 thì s = 0 nên I1 = U1 ⎢

-

Inm là dòng điện ngắn mạch stato

⎡

⎤
⎥ = I0
⎢⎣ R02 + X 02 ⎥⎦
1

Từ đó ta có dòng rôto quy đổ về stato là: I '2 = I1 − I 0 =

U1

2

⎛
R ⎞
2
⎜ R1 + ⎟ + X nm
S
⎝
⎠
'
2

(1)

Để tìm được phương trình đặc tính cơ của động cơ ta phải dựa vào điều kiện cân bằng
công suất động cơ
Ta có công suất điện từ chuyển từ stato sang rôto là P12 = M dt .ω1
Với Mdt là mô men điện từ của động cơ. Nếu bỏ qua các tổn thất phụ: Mdt = Mcơ = M
Công suất điện từ P12 lại được chia làm hai phần : P12 = Pcơ +∆P2
Pcơ: Công suất cơ đưa ra trên trục động cơ
∆P2 :Công suất tổn hao đồng trong rôto
Vậy P12 = M dt .ω1 = Pco + ∆P2 = M .ω + ∆P2
∆P2 = M (ω1 − ω ) = M .ω1.s

Mặt khác ∆P2 = 3I 2'2 .R2' suy ra M .ω1.s = 3I 2'2 .R2'
Thay (1) vào ta được ⇒ M =

⇒ M=

3U1.R2'

2
⎡⎛
⎤
R' ⎞
2
ω1 ⎢⎜ R1 + 2 ⎟ + X nm
⎥ .s
s ⎠
⎢⎣⎝
⎥⎦

3I 2'2 .R2'
=
ω1.s

3I 2'2 .

ω1

R2'
s

(2)

Để tìm được độ trượt tới hạn và mô men tới hạn của động cơ KĐB ta đạo hàm biểu
thức (2) theo S và cho bằng 0 ta tìm được
Sth = ±

R2'
2

R12 + X nm

M th = ±

(

U12

2
2ω1. R1 ± R12 + X nm

)

Trong biểu thức trên thì dấu (+) ứng với trạng thái động cơ, dấu (-) tương ứng
với trạng thái máy phát. Do đó Mth ở chế độ động cơ nhỏ hơn ở chế độ máy phát
Ở đây ta nghiên cứu hệ truyền động với động cơ không đồng bộ nên ta quan
tâm nhiều tới trạng thái làm việc của động cơ, đoạn đặn tính nằm trong khoảng 0 < s <
sth gọi là đoạn đặc tính làm việc của động cơ.
Học viên: Đào Thị Mỹ Linh

5

Chuyên ngành TĐH 07 - 09


Luận văn cao học

Đại học Bách khoa Hà Nội

Để có phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ta thực hiện lập tỷ số

M/Mth và biến đổi ta được M =

2 M th (1 + a.sth )
s sth
+ + a.sth
sth s

trong đó a =

R1
R2'

ω

Sđm
Sth

M

Mđm

Mkđ

Mth

Đặc tính cơ của động cơ KĐB

Từ phương trình đặc tính cơ của động cơ KĐB ta thấy các thông số ảnh hưởng
đến đặc tính cơ bao gồm:
o Ảnh hưởng của điện trở, điện kháng mạch stato

o Ảnh hưởng của điện trở mạch rôto
o Ảnh hưởng của sự suy giảm điện áp lưới cấp cho động cơ
o Ảnh hưởng của thay đổi tần số lưới cấp cho độngc cơ f1
o Ảnh hưởng của số đôi cực của động cơ P
1.3 .Mô hình của động cơ không đồng bộ
1.3.1.Mô hình động cơ KĐB trong không gian ba pha
Một số quy ước và giả thiết khi sử dụng:
- a, b, c là thứ tự pha các cuộn dây stato
- A, B, C là thứ tự pha các cuộn dây Rôto
- Dây quấn stato được bố trí sao cho từ thông khe hở có phân bố dạng sin dọc
theo chu vi khe hở không khí
- Giả thiết các cuộn dây stato và rôto là đối xứng
- Các tham số là không đổi
- Mạch từ chưa bão hoà
- Khe hở không khí đồng đều
- Nguồn 3pha sin đối xứng
Học viên: Đào Thị Mỹ Linh

6

Chuyên ngành TĐH 07 - 09


Luận văn cao học

Đại học Bách khoa Hà Nội

Phương trình cân bằng điện áp của mỗi cuộn dây k như sau
U k = I k .Rk +

d Ψk
dt

Trong đó k là thứ tự cuộn dây A, B, C rôto và a, b, c stato
ψk : từ thông móc vòng của mỗi cuộn dây thứ k Ψ k = ∑ L jk .i j
Nếu j = k ta có điện cảm tự cảm
j ≠ k ta có điện cảm hỗ cảm
Lσ s Ls
= −1
L
L
2
L .N
L
σ r = σ r 2r = r − 1
L.N s
L

σs =

L là điện cảm chính của dây quấn pha động cơ không đồng bộ.
Lσ là điện cảm tản
Ns là số vòng dây quấn stato
Nr là dây quấn roto
Từ thông móc vòng của mỗi cuộn dây stato và rôto
⎡ψ a ⎤
ψ s = ⎢⎢ψ b ⎥⎥
⎢⎣ψ c ⎥⎦

⎡ψ A ⎤

ψ r = ⎢⎢ψ B ⎥⎥
⎢⎣ψ C ⎥⎦

⎡ψ a ⎤
⎢ψ ⎥
⎢ b⎥
⎢ψ ⎥
ψ =⎢ c⎥
⎢ψ A ⎥
⎢ψ ⎥
⎢ B⎥
⎢⎣ψ C ⎥⎦

Dòng điện và điện áp stato và rôto
⎡ia ⎤
is = ⎢⎢ib ⎥⎥
⎢⎣ic ⎥⎦
⎡ Rs
[ Rs ] = ⎢⎢ 0
⎢⎣ 0

0
Rs
0

⎡i A ⎤
ir = ⎢⎢iB ⎥⎥
⎢⎣iC ⎥⎦

⎡ ua ⎤

us = ⎢⎢ub ⎥⎥
⎢⎣uc ⎥⎦

0⎤
0 ⎥⎥
Rs ⎥⎦

⎡ Rr
[ Rr ] = ⎢⎢ 0
⎢⎣ 0

1
1 ⎤
⎡
− ⎥
⎢1 + σ s − 2
2
⎢
⎥
1
1
1+ σ s − ⎥
[ Ls ] = ⎢⎢ −
2
2 ⎥
⎢ 1
⎥
1
⎢ −
1+ σ s ⎥

−
2
⎣⎢ 2
⎦⎥

Học viên: Đào Thị Mỹ Linh

⎡u A ⎤
ur = ⎢⎢uB ⎥⎥
⎢⎣uC ⎥⎦

0
Rr
0

0⎤
0 ⎥⎥
Rr ⎥⎦

1
1 ⎤
⎡
−
− ⎥
⎢1 + σ r
2
2
⎢
⎥
N r2 ⎢ 1

1 ⎥
−
1+ σ r
[ Lr ] = 2 ⎢ −
2
2 ⎥
Ns
⎢ 1
⎥
1
⎢ −
1+ σ r ⎥
−
2
⎣⎢ 2
⎦⎥

7

Chuyên ngành TĐH 07 - 09


Luận văn cao học

Đại học Bách khoa Hà Nội
cos (θ + 2π / 3)

cosθ
⎡
⎢

⎡⎣ Lm (θ ) ⎤⎦ = M . ⎢ cos (θ − 2π / 3)
⎢
⎢
⎣⎢ cos (θ + 2π / 3)

cosθ
cos (θ − 2π / 3)

⎡ψ s ⎤ ⎡ [ Ls ]
⎢ψ ⎥ = ⎢
t
⎣ r ⎦ ⎢⎣ ⎡⎣ Lm (θ ) ⎤⎦

⎡⎣ Lm (θ ) ⎤⎦ ⎤ ⎡i ⎤
⎥×⎢ s⎥
[ Lr ] ⎥⎦ ⎣ir ⎦

d
⎡
Rs + Ls
⎢
u
⎡ s⎤
dt
⎢u ⎥ = ⎢ d
⎣ r ⎦ ⎢ L (ϑ )'
⎢⎣ dt m

d
⎤

Lm (ϑ ) ⎥
⎡is ⎤
dt
⎥×⎢ ⎥
d
i
Rr + Lr ⎥ ⎣ r ⎦
⎥
dt ⎦

m = is'

cos (θ − 2π / 3) ⎤
⎥
cos (θ + 2π / 3) ⎥
⎥
⎥
cosθ
⎦⎥

{

}

d
Lm (θ ) iØ
dθ

Các hệ phương trình trên là các hệ phương trình vi phân phi tuyến có hệ số biến
thiên theo thời gian vì góc quay θ phụ thuộc thời gian :

θ = θ 0 + ∫ ω ( t )dt

Kết luận : nếu mô tả toán học như trên thì rất phức tạp, cần đơn giản bớt đi. Tới năm
1959 Kôvacs (Liên Xô) đề xuất phép biến đổi tuyến tính không gian vectơ và Park
(Mỹ) đưa ra phép biến đổi d, q.
1.3.2. Phép biến đổi tuyến tính không gian vectơ.
Trong máy điện ba pha thường dùng cách chuyển các giá trị tức thời của điện
áp thành các vectơ không gian. Lấy một mặt phẳng cắt động cơ theo hướng vuông góc
với trục và biểu diễn từ không gian thành mặt phẳng. Chọn trục thực của mặt phẳng
phức trùng với trục pha a.
+1(α)
i si s

ia
isα

+j(β)
isβ
a2.ic

a.ib

Tương quan giữa hệ toạ độ αβ và toạ độ ba pha a, b, c
Học viên: Đào Thị Mỹ Linh

8

Chuyên ngành TĐH 07 - 09

Luận văn cao học

Đại học Bách khoa Hà Nội

Ba vectơ dòng điện stator ia, ib, ic tổng hợp lại và đại diện bởi một vectơ quay
tròn is. Vectơ không gian của dòng điện stator:
2
is = ( ia + aib + a 2ic )
3

a=e

i

2π
3

Muốn biết is cần biết các hình chiếu của nó lên các trục toạ độ: isα, isβ.
is = isα + jisβ
1
( 2ia − ib − ic )
3
3
isβ = Im {is } =
( ib − ic )
3

isα = Re {is } =

Theo cách thức trên có thể chuyển vị từ 6 phương trình (3 rôto, 3 stato) thành

nghiên cứu 4 phương trình.
Phép biến đổi từ 3 pha (a,b,c) thành 2 pha (α,β) được gọi là phép biến đổi
thuận. Còn phép biến đổi 2 pha thành 3 pha gọi là phép biến đổi ngược.
Đơn giản hơn khi chiếu is lên một hệ trục x,y bất kỳ quay với tốc độ ωk :
θk = θ0 + ωkt
+ Nếu ωk = 0, θ0 = 0 : đó là phép biến đổi với hệ trục α, β (phép biến đổi tĩnh).
+ Nếu ωk = ω1, θ0 tự chọn bất kỳ (để đơn giản một phương trình cho x trùng ψr để
'

ψ ry = 0 ) : phép biến đổi d, q.

Chuyển sang hệ toạ độ bất kỳ :
Các hệ toạ độ được mô tả như sau :
x
ia

ω

θ
is
a2

a.ib
y

Hệ toạ độ quay bất kỳ

Học viên: Đào Thị Mỹ Linh

9

Chuyên ngành TĐH 07 - 09


Luận văn cao học

Đại học Bách khoa Hà Nội

β
d

Pha B
is

isβ

q

hướng trục rôto
isd

ψr

isq

θs

Pha A

α

isα

Pha C
Các đại lượng is, ψr của động cơ trên các hệ toạ độ

-

Các phương trình chuyển đổi hệ toạ độ:
a,b,c

→

α,β:
isα = ia
isβ =

α,β

→

1
( ia + ib )
3

a,b,c:
ia = isα

(

)

(

)

1
−isα + 3.isβ
2
1
ic = −isα − 3.isβ
2
ib =

α,β

→

d,q:
isd = isα cosθ + isβ sin θ
isq = isβ cosθ − isα sin θ

d,q

→

α,β:
isα = isd cosθ − isq sin θ
isβ = isd sin θ + isq cosθ

Học viên: Đào Thị Mỹ Linh

10

Chuyên ngành TĐH 07 - 09


Luận văn cao học

Đại học Bách khoa Hà Nội

Hệ phương trình cơ bản của động cơ trong không gian vectơ:
Để dễ theo dõi ta ký hiệu:
Chỉ số trên

s: xét trong hệ toạ độ stato (toạ độ α,β)
f: trong hệ toạ độ trường (field) từ thông roto (toạ độ d,q)
r: toạ độ gắn với trục roto.

Chỉ số dưới: s: đại lượng mạch stato
r: đại lượng mạch roto
+ Phương trình momen:

2
3
mM = . p. (ψ r ∧ is ) = − . p. (ψ r ∧ ir )
3
2
+ Phương trình chuyển động:

mM = mc +

J dω
P dt

+ Phương trình điện áp cho 3 cuộn dây stato:
usa (t ) = Rs .isa .(t ) + d

ψ sa (t )

dt
ψ (t )
usb (t ) = Rs .isb .(t ) + d sb
dt
ψ (t )
usc (t ) = Rs .isc .(t ) + d sc
dt

Tương tự như vectơ dòng điện ta có vectơ điện áp:
us(t) = 2/3.[usa(t) + usb(t).ej120 + usc(t).ej240 ]
Sử dụng khái niệm vectơ tổng ta nhận được phương trình vectơ:
uss = Rs .iss + d

ψ ss
dt

Trong đó u , i ,ψ là các vectơ điện áp, dòng điện, từ thông stato.
s
s

s
s

s
s

- Khi quan sát ở hệ toạ độ α,β:
- Đối với mạch rôto ta cũng có được phương trình như trên, chỉ khác là do cấu tạo
các lồng sóc là ngắn mạch nên ur = 0 (quan sát trên hệ toạ độ gắn với trục rôto)
Từ thông rôto và stato được tính như sau :
0 = R .i + d
r
i r

ψ rr

dt
ψ s = is .Ls + ir .Lm

ψ r = is .Lm + ir .Lr
Trong đó :

Ls là điện cảm stato Ls = Lσs + Lm (Lσs điện cảm tiêu tán phía stato)

Học viên: Đào Thị Mỹ Linh

11

Chuyên ngành TĐH 07 - 09

Luận văn cao học

Đại học Bách khoa Hà Nội

Lr điện cảm rôto Lr = Lσr + Lm (Lσr điện cảm tiêu tán phía rôto)
Ls hỗ cảm giữa rôto và stato
(Phương trình từ thông không cần đến chỉ số hệ toạ độ vì các cuộn dây stato và rôto có
cấu tạo đối xứng nên điện cảm không đổi trong mọi hệ toạ độ).
1.4. Điều khiển tần số động cơ không đồng bộ
1.4.1. Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ
R2'
s
Từ phương trình đặc tính cơ của động cơ : M =
ta có thể
2
'
⎡⎛
⎤
R ⎞
2
ω1 ⎢⎜ R1 + 2 ⎟ + X nm
⎥
s ⎠
⎣⎢⎝
⎦⎥
3U12

dựa vào đó để điều khiển momen bằng cách thay đổi các thông số như điện áp cung
cấp, điện trở phụ, tốc độ trượt và tần số nguồn.

Tới nay đã có các phương pháp điều khiển chủ yếu sau :
Tổn thất

Kinh tế

=

Điều chỉnh
điện áp stato

Stato

∼

∼
Điều chỉnh
tần số nguồn
cấp stato
=

Điều chỉnh công
suất trượt

Điều chỉnh
bằng phương
pháp xung
điện trở rôto

P∞
P1

Rôto
P1

K

Học viên: Đào Thị Mỹ Linh

12

CL

NL

Chuyên ngành TĐH 07 - 09


Luận văn cao học

Đại học Bách khoa Hà Nội

1.4.1.1Điều khiển điện áp stator.
Do momen động cơ không đồng bộ tỷ lệ với bình phương điện áp stato, do đó có
thể điều chỉnh được momen và tốc độ không đồng bộ bằng cách điều chỉnh điện áp
stato trong khi giữ nguyên tần số. Đây là phương pháp đơn giản nhất, chỉ sử dụng
một bộ biến đổi điện năng (biến áp, Thyristor) để điều chỉnh điện áp đặt vào các
cuộn stator. Phương pháp này kinh tế nhưng họ đặc tính cơ không tốt, thích hợp
với phụ tải máy bơm, quạt gió.

1.4.1.2 Điều khiển điện trở rôto

Sử dụng trong cơ cấu dịch chuyển cầu trục, quạt gió, bơm nước : bằng việc điều
khiển tiếp điểm hoặc Thyristor làm ngắn mạch/ hở mạch điện trở phụ của rôto ta
điều khiển được tốc độ động cơ, phương pháp này có ưu điểm mạch điện an toàn,
giá thành rẻ.
Nhược điểm : đặc tính cơ không tốt, hiệu suất thấp, vùng điều chỉnh không rộng.

1.4.1.3 Điều chỉnh công suất trượt
Trong các trường hợp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách làm
mềm đặc tính và để nguyên tốc độ không tải lý tưởng thì công suất trượt ∆Ps = sPđt
được tiêu tán trên điện trở mạch rôto. Ở các hệ truyền động điện công suất lớn, tổn
hao này là đáng kể, vì thế để vừa điều chỉnh được tốc độ truyền động, vừa tận dụng
được công suất trượt người ta sử sụng các sơ đồ công suất trượt (sơ đồ nối tầng/ nối
cấp).
P1 = Pcơ +Ps = P1(1- s) + s.P1 = const
Nếu lấy Ps trả lại lưới thì tiết kiệm được năng lượng.
-

Khi điều chỉnh với ω < ω1: được gọi là điều chỉnh nối cấp dưới đồng bộ (lấy

năng lượng Ps ra phát lên lưới).
-

Khi điều chỉnh với ω > ω1 (s < 0): điều chỉnh công suất trượt trên đồng bộ

(nhận năng lượng Ps vào) hay còn gọi là điều chỉnh nối cấp trên đồng bộ hoặc truyền
động động cơ hai nguồn cung cấp.
-

Nếu tái sử dụng năng lượng Ps để tạo Pcơ: được gọi là truyền động nối cấp cơ.

Phương pháp này không có ý nghĩa nhiều vì khi ω giảm còn 1/3.ω1thì Ps = 2/3.P1 tức
là công suất động cơ 1 chiều dùng để tận dụng Ps phải bằng động cơ chính (xoay
chiều), nếu không thì lại nên điều chỉnh sâu ω xuống. trong thực tế không sử dụng
phương pháp này.

1.4.1.4 Điều khiển tần số nguồn cấp stator.
Nguyên lý chung của điều khiển tần số:
Học viên: Đào Thị Mỹ Linh

13

Chuyên ngành TĐH 07 - 09


Luận văn cao học

Đại học Bách khoa Hà Nội

Xuất phát từ công thức: ω1 =

2π f
Pp

; ω = ω1(1-s)

Trong đó: ω1: tốc độ đồng bộ
f: tần số nguồn

ω

p: số đôi cực

s: hệ số trượt

f>fdm

f=fdm
fM
Đặc tính cơ động cơ không đồng bộ khi điều chỉnh tần số

Với một động cơ khi đã chế tạo thì số đôi cực (pp) cố định, do đó khi thây đổi
tần số f thì dẫn đến tốc độ đồng bộ thay đổi và sẽ dẫn đến tốc độ động cơ thay đổi.
Khi điều chỉnh tần số động cơ không đồng bộ thường phải điều chỉnh cả điện
áp, dòng điện hoặc từ thông trong mạch stato do trở kháng, từ thông, dòng điện … của
động cơ bị thay đổi.
-

Khi điều chỉnh tần số, giả sử điện áp là định mức (Udm):

+ Nếu giảm tần số f < fdm (trong khi giữ U = Udm) thì từ thông ψ tăng lên, dẫn đến
dòng từ hoá tăng lên, lúc này lõi thép bị bão hoà làm cho máy nóng, làm việc sẽ kém
đi, dẫn đến hiệu suất thấp, nóng mạch từ. Vì vậy để đảm bảo một chỉ tiêu mà không
làm động cơ bị quá dòng, cần phải điều chỉnh cả điện áp động cơ, cụ thể là giảm điện
áp cùng với việc giảm tần số theo quy luật nhất định.
+ Nếu tăng tần số f > fdm vì điện áp U1 = Udm (điện áp định mức là lớn nhất). Lúc
này từ thông Φ động cơ sẽ giảm xuống làm cho momen động cơ giảm, dẫn đến tốc độ
động cơ giảm rất nhiều. Trường hợp momen động cơ yếu có thể làm cho động cơ
không quay được.
Khi tần số tăng (f > fdm) thì momen tới hạn giảm Mth ≈ 1/f21

Điều chỉnh tần số động cơ không đồng bộ là phương pháp điều chỉnh kinh tế,
tuy vậy nó đòi hỏi kỹ thuật cao và phức tạp. Điều này xuất phát từ bản chất và nguyên
lý làm việc của động cơ là phần cảm và phần ứng không tách biệt. Có hai tiếp cận là:
+ Hướng thứ nhất coi stato là phần cảm tạo ra từ thông ψs, còn mômen là do tác động
của từ thông ψs và dòng điện Ir.
Học viên: Đào Thị Mỹ Linh

14

Chuyên ngành TĐH 07 - 09


Luận văn cao học

Đại học Bách khoa Hà Nội

+ Hướng thứ hai coi rôto là phần cảm tạo ra từ thông ψr, còn mômen là do tác động
của từ thông ψr và dòng điện Is.
Lịc sử điều khiển tần số động cơ không đồng bộ xuất phát từ thông số ψs thông qua
các giá trị biên độ của đại lượng điện áp và dòng điện stato, ngày nay gọi là điều khiển
vô hướng.
Luật điều chỉnh giữ khả năng quá tải không đổi:
Để đảm bảo một số chỉ tiêu điều chỉnh mà không làm động cơ bị quá dòng cần phải
điều chỉnh cả điện áp. Đối với biến tần nguồn áp thường có yêu cầu giữ cho khả năng
quá tải về momen là không đổi trong suốt dải điều chỉnh tốc độ. Luật điều chỉnh là:
us = f s(

1+ x /2 )

với x phụ thuộc tải. Khi x = 0 (Mc = const, ví dụ cơ cấu nâng hàng) thì luật

điều chỉnh là us/fs = const.
-

Luật điều chỉnh tần số - điện áp giữ từ thông không đổi:

Ở hệ thống điều khiển điện áp / tần số, sức điện động stato động cơ được điều
chỉnh tỉ lệ với tần số đảm bảo duy trì từ thông khe hở không đổi. Động cơ có khả năng
sinh momen như nhau ở mọi tần số định mức. Có thể điều chỉnh tốc độ ở hai vùng:
+ Vùng dưới tốc độ cơ bản: giữ từ thông không đổi thông qua điều khiển tỉ số ssức
điện động khe hở/ tần số là hằng số.
+ Vùng trên tốc độ cơ bản: giữ công suất động cơ không đổi thông, điện áp được
duy trì không đổi, từ thông động cơ giảm theo tốc độ.
-

Điều chỉnh từ thông:

Trong chế độ định mức, từ thông là định mức và mạch từ có công suất tối đa. Luật
điều chỉnh tần số - điện áp là luật giữ gần đúng từ thông không đổi trên toàn dải điều
chỉnh. Tuy nhiên từ thông động cơ, trên mỗi đặc tính còn phụ thuộc rất nhiều vào độ
trượt s, tức là phụ thuộc momen tải trên trục động cơ. Vì thế trong các hệ điều chỉnh
yêu cầu chất lượng cao cần tìm cách bù từ thông.
Do I s =

ψr
Lm

1 + (T1ωr ) nên nếu muốn giữ từ thông ψr không đổi thì dòng điện phải
2

được điều chỉnh theo tốc độ trượt. Phương pháp này có nhược điểm là mỗi động cơ
phải cài đặt một sensor đo từ thông không thích hợp cho sản suất đại trà và cơ cấu đo
gắn trong đó bị ảnh hưởng của nhiệt độ và nhiễu.
Nếu điều chỉnh cả biên độ và pha của dòng điện thì có thể điều chỉnh được từ thông
roto mà không cần cảm biến tốc độ.
-

Điều chỉnh tần số nguồn dòng điện.

Học viên: Đào Thị Mỹ Linh

15

Chuyên ngành TĐH 07 - 09


Luận văn cao học

Đại học Bách khoa Hà Nội

Phương pháp điều chỉnh này sử dụng biến tần nguồn dòng. Biến tần nguồn dòng cớ
ưu điểm là tăng được công suất đơn vị máy, mạch lực đơn giản mà vẫn thực hiện hãm
tái sinh động cơ. Nguồn điện một chiều cấp cho nghịch lưu phải là nguồn dòng điện,
tức là dòng điện không phụ thuộc vào tải mà chỉ phụ thuộc vào tín hiệu điều khiển.
Để tạo nguồn điện một chiều thường dùng chỉnh lưu điều khiển hoặc băm xung áp
một chiều có bộ điều chỉnh dòng điện có cấu trúc tỷ lệ - tích phân (PI), mạch lọc là
điện kháng tuyến tính có trị số điện cảm đủ lớn.
1.4.2. Điều khiển vectơ động cơ không đồng bộ

Một số hệ thống yêu cầu chất lượng điều chỉnh động cao thì các phương pháp

điều khiển kinh điển khó đáp ứng được. Hệ thống điều khiển định hướng theo từ
trường còn gọi là điều khiển véctơ, có thể đáp ứng được các yêu cầu điều chỉnh trong
chế độ tĩnh và động. Nguyên lý điều khiển véctơ dựa trên ý tưởng điều khiển véctơ
động cơ không đồng bộ tương tự như điều khiển động cơ một chiều. Phương pháp này
đáp ứng được yêu cầu điều chỉnh của hệ thống trong quá trình quá độ cũng như chất
lượng điều khiển tối ưu mômen. Việc điều khiển véctơ dựa trên đinh hướng véctơ từ
thông rôto có thể cho phép điều khiển tách rời hai thành phần dòng stato. từ đó có thể
điều khiển độc lập từ thông và mômen động cơ. Kênh điều khiển mômen thường gồm
một mạch vòng điều chỉnh tốc độ và một mạch vòng điều chỉnh thành phần dòng điện
sinh mômen. Kênh điều chỉnh từ thông gồm một mạch vòng điều chỉnh dòng điện sinh
từ thông. Do vậy hệ thống truyền động động cơ điện không đồng bộ có thể tạo ra được
các đặc tính tĩnh và động cao, có thể so sánh được với động cơ một chiều.

Nguyên lý điều khiển véctơ
Dựa trên ý tưởng điều khiển động cơ KĐB tương tự như điều khiển động cơ một
chiều.
Ikt

Iư
Uư

ĐM

I*ds

CKT
I*qs

Mạch điều
khiển và

nghịch lưu

ĐK

Động cơ một chiều có thể điều chỉnh độc lập dòng điện kích từ và dòng điện phần ứng
để đạt được mômen tối ưu theo công thức tính toán: M = K.Φ.Iư = K.C.Ikt.Iư
Trong đó : Ikt và Iư là dòng điện kích từ và dòng điện phần ứng động cơ

Φ là từ thông động cơ

Học viên: Đào Thị Mỹ Linh

16

Chuyên ngành TĐH 07 - 09


Luận văn cao học

Đại học Bách khoa Hà Nội

Tương tự ở điều khiển động cơ không đòng bộ nếu sử dụng công thức:
M = K mψ r I qs = K m I ds I qs

(khi chọn trục d trùng với chiều vectơ từ thông rôto)

Thì có thể điều khiển M bằng cách điều chỉnh độc lập các thành phần dòng điện trên
hai trục vuông góc của hệ toạ độ quay đồng bộ với vectơ từ thông rôto. Lúc này vấn đề
điều khiển động cơ KĐB tương tự như điều khiển động cơ một chiều. Ở đây thành
phần dòng điện Ids đóng vai trò tương tự như dòng kích từ động cơ một chiều Iư. Các

thành phần có thể tính được nhờ sử dụng khái niệm vectơ không gian. Với ý tưởng
định nghĩa vectơ không gian dòng điện của dộng cơ được mô tả ở hệ toạ độ quay với
tốc độ ωs, các đại lượng dòng điện, điện áp, từ thông sẽ là các đại lượng một chiều.
q

q
Iqs2

Is2

Is1

Is2

Iqs
Is1
Iqs1

θs1

θs1
θs2

θs2

d
Ids
ψr

Ids1

d
Ids2

ψr

Điều khiển độc lập hai thành phần dòng điện: mômen và kích từ
-

Điều khiển trực tiếp momen:

Phương pháp này thực hiện được đáp ứng nhanh. Vì ψr có quán tính cơ nên không
biến đổi nhanh được do đó ta chú trọng thay đổi ψs không thay đổi ψr. Phương
pháp này không điều khiển theo quá trình mà theo điểm làm việc, nó khắc phục
nhược điểm của điều khiển định hướng trường vectơ rôto ψr là phức tạp, đắt tiền,
độ tin cậy thấp, việc đo dòng điện qua cảm biến gây chậm trế, đáp ứng mômen của
hệ điều khiển vectơ chậm (cỡ 10ms) và ảnh hưởng của bão hào mạch từ tới Rs lớn.
1.4.3. Luật điều chỉnh giữ khả năng quá tải không đổi

Luật điều chỉnh giữ khả năng quá tải không đổi hay điều chỉnh điện áp - tần số
với từ thông là hàm của mômen tải thuộc phương pháp điều chỉnh vô hướng. Phương
pháp này sử dụng hệ biến tần - động cơ KĐB rôto lồng sóc. Giả thiết điện áp và dòng
điện đầu ra của biến tần là sin có biên độ và tần số thay đổi được. Từ sơ đồ thay thế và
các biểu thức tính toán mômen, dòng điện ta thấy khi điều chỉnh tần số thì trở kháng
Học viên: Đào Thị Mỹ Linh

17

Chuyên ngành TĐH 07 - 09

Luận văn cao học

Đại học Bách khoa Hà Nội

của động cơ thay đổi do đó phải kết hợp điều chỉnh cả điện áp để động cơ không bị
quá dòng và đảm bảo khả năng sinh mômen theo yêu cầu đặc tính tải. Mômen lớn nhất
mà động cơ KĐB sinh ra được với tần số điện áp nhất định chính là mômen tới hạn,
như vậy khả năng quá tải về mômen sẽ là λ =

M th
, nếu bỏ qua điện trở dây quấn stato
Mc

2

⎛U ⎞
thì biểu thức mômen tới hạn là M th = kth ⎜ ⎟ , trong đó kth là hằng số phụ thuộc thông
⎝ f ⎠

số động cơ.
Điều kiện để giữ hệ số quá tải mômen không đổi là: λ =

M th M thdm
=
M c M cdm

ω
ω1
ω1dm

ω
ωdm

Mc

Mcdm

Mth

M

Đặc tính cơ điều chỉnh tần số theo luật giữ khả năng quá tải không đổi
Us

Từ hai biểu thức trên có thể tính được:

ω0

=

U sdm

ω0 dm

.

M
M thdm

Do đặc tính cơ thống kê của các máy sản xuất có dạng gần đúng:

⎛ ω ⎞
M c = M cdm . ⎜ 0 ⎟
⎝ ω0 dm ⎠

x

Khi hệ ổn định thì M = Mc và động cơ KĐB rôto lồng sóc có đặc tính cơ cứng nên
có thể xem ω = ω1, từ đó ta có:
1± x /2

⎛ ω ⎞
=⎜ 1 ⎟
ω0 ⎝ ω1dm ⎠

Us

1+ x /2

⎛ f ⎞
=⎜
⎟
⎝ f dm ⎠

Hay ở dạng đơn vị tương đối: U* = f*(1+x/2)
Nếu gần đúng thì ta có
hàm của mômen tải:
Học viên: Đào Thị Mỹ Linh

U1
≈ ψ s nên có thể coi luật điều khiển này là luật từ thông là

f1

ψ * = M c*
s

18

Chuyên ngành TĐH 07 - 09


Luận văn cao học

Đại học Bách khoa Hà Nội

1.4.4. Điều khiển điện áp - tần số giữ từ thông động cơ không đổi

Từ thông móc vòng qua khe hở không khí ψδ được tính:
ψδ =

Trong đó:

1
C1 f1dm

⎡ U1
⎛
R1 ⎞ ⎤
⎢ * − I1 ⎜ jX 1σ + * ⎟ ⎥
f1 ⎠ ⎦
⎝

⎣ f1

C1: hệ số phụ thuộc vào kết cấu máy điện
F1dm: tần số định mức; f1* : tần số đơn vị tương đối

Nếu bỏ qua thành phần sụt áp trên điện trở stato ta có ψ σ* :

U1*
tương ứng với
f1*

quy luật U1/f1 = hằng số đã nêu ở trên, bị suy giảm ở vùng tần số thấp khi sụt áp trên
điện trở stato có thể so sánh với điện áp stato U1. Điều này dẫn đến mômen động cơ
suy giảm theo tần số. Để đảm bảo từ thông ψσ không đổi ta cần bù điện áp rơi trên
điện trở stato.
Giải pháp thực hiện trong thực tế hay dùng là phát hàm U1(f1) với dòng điẹn
không tải I10. Khi động cơ mang tải ta bù thêm lượng điện áp tỷ lệ với sụt áp trên điện
trở stato ∆ = U R1 I1 R1 . Như vạy tại giá trị tần số đầu vào f1 giá trị điện áp sẽ có hai thành
phần: thành phần thứ nhất U11 lấy từ hàm quan hệ U1(f1), thành phần thứ hai tỷ lệ với
dòng điện tải U12 ∼ I1.
Dạng đặc tính cơ theo luật điều khiển điện áp tần số giữ từ thông động cơ
không đổi được vẽ như sau:

ω
ω1

M
0

Mth

Đặc tính cơ điều khiển điện áp - tần số giữ từ thông động cơ không đổi

Nhận xét: phương pháp điều khiển U1(f1) giữ từ thông không đổi đơn giản, dễ
thực hiện. Vì vậy phần lớn biến tần công nghiệp thường sử dụng giải pháp này.

Học viên: Đào Thị Mỹ Linh

19

Chuyên ngành TĐH 07 - 09


Luận văn cao học

Đại học Bách khoa Hà Nội

CHƯƠNG 2: BỘ NGHỊCH LƯU ÁP ĐA MỨC
2.1. Khái niệm

Bộ nghịch lưu có nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng từ nguồn điện một chiều sang
dạng năng lượng điện xoay chiều để cung cấp cho tải xoay chiều. Bộ nghịch lưu áp là
một bộ nghịch lưu có nguồn một chiều cung cấp là nguồn áp và đối tượng điều khiển ở
ngõ ra là điện áp.
Linh kiện trong bộ nghịch lưu áp có vai trò như một khóa dùng để đóng, ngắt
dòng điện qua nó. Trong các ứng dụng với công suất vừa và nhỏ, có thể sử dụng
transitor BJT, MOSFET, IGBT làm khóa và ở phạm vi công suất lớn có thể sử dụng
GTO, IGCT …
2.2. Phân loại bộ nghịch lưu áp

Bộ nghịch lưu áp dựa theo các tiêu chí khác nhau có thể phân loại như sau:
- Theo số pha điện áp đầu ra: một pha, ba pha.
- Theo số bậc điện áp giữa một đầu pha tải và một điểm điện thế chuẩn trên mạch
có nghịch lưu hai mức (two level), đa mức (multilevel).
- Theo cấu trúc của bộ nghịch lưu: dạng nối tầng (cascade inverter), dạng điôt kẹp
(diode clamped inverter), dạng flying capacitor …
- Theo phương pháp điều chế:
+ Phương pháp điều rộng.
+ Phương pháp điều biên.
+ Phương pháp điều chế độ rộng xung dùng sóng mang (CBPWM).
+ Phương pháp điều chế độ rộng xung cải biến (SFO-PWM).
+ Phương pháp điều chế vectơ không gian (SWM).
2.3. Nghịch lưu áp đa mức

Sự tiến bộ gần đây trong việc nâng cao tính năng dòng, áp của các thiết bị chuyển
mạch như IGBT, IGCT, GTO đã thúc đẩy việc sử dụng các bộ nghịch lưu nguồn áp
trong lĩnh vực công suất lớn. Các bộ nghịch lưu với dòng điện lớn và điện áp cao ngày
càng ứng dụng rộng rãi trong truyền động xoay chiều, trong truyền tải điện xoay chiều
như bộ bù tĩnh.
Cấu trúc chung của bộ nghịch lưu áp đa mức là có nhiều bộ, gồm sáu chuyển
mạch thông thường trong nghịch lưu ba pha để tổng hợp điện áp hình sin từ một số
mức điện áp từ nguồn áp của tụ điện. Lý do sử dụng các khóa chuyển mạch này là
dòng điện bị phân chia trong các khóa chuyển mạch và cho phép làm việc với công
suất định mức lớn hơn công suất từng khóa riêng rẽ.
2.4. Các cấu trúc cơ bản của bộ nghịch lưu áp đa mức
Học viên: Đào Thị Mỹ Linh

20

Chuyên ngành TĐH 07 - 09