Nghiên cứu các chế độ làm việc của hệ thống chỉnh lưu PWM động cơ điện một chiều kích từ độc lập

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BÙI VĂN VŨ

NGHIÊN CỨU CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA
HỆ THỐNG CHỈNH LƯU PWM - ĐỘNG CƠ ĐIỆN
MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP

Chuyên ngành : Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa
Mã số
:
62.52.02.16

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng – Năm 2017


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. ĐOÀN QUANG VINH

Phản biện 1: TS. Phan Văn Hiền
Phản biện 2: TS. Nguyễn Văn Minh Trí

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn
tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật họp tại Trường Đại học Bách khoa
vào ngày 07 tháng 7 năm 2017.

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa
- Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN


1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Hiện nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật,
các quá trình sản xuất phức tạp được thực hiện một cách linh hoạt và
chính xác. Do đó, chất lượng của các hệ thống truyền động điện cũng
cần phải được nâng cao để có thể đáp ứng được các quá trình sản
xuất phức tạp đó.
Các hệ truyền động hiện nay chủ yếu là sử dụng ĐC xoay chiều
kết hợp với thiết bị biến tần với các phương pháp điều khiển như điều
khiển v c tơ v ng ín, điều khiển V/F... có thể cho ph p điều chỉnh
tốc độ ĐC xoay chiều với chất lượng dòng áp khá tốt, phạm vi điều
chỉnh được mở rộng, tạo được đặc tính tốc độ gần giống đặc tính tốc
độ trong hệ thống điều tốc hai mạch vòng điều khiển ĐC điện một
chiều. Tuy nhiên, chất lượng động của hệ thì vẫn không thể bằng
được hệ thống điều tốc hai mạch v ng điều khiển tốc độ ĐC điện một
chiều.
Với ưu điểm vượt trội là có thể điều chỉnh tốc độ trong phạm vi
điều chỉnh rộng, trơn mượt hơn so với ĐC điện xoay chiều. Do đó,
ĐC điện một chiều vẫn c n được sử dụng nhiều ở những nơi cần
được điều chỉnh tốc độ có độ chính xác cao và trơn như máy dệt, máy
in, robot...
Trước đây, tùy vào yêu cầu điều chỉnh tốc độ ĐC mà người ta sử
dụng các hệ truyền động Máy phát – ĐC hay hệ Khuếch đại máy điện
– ĐC,... Sau này, khi công nghệ bán dẫn phát triển mạnh, việc điều

khiển ĐC điện một chiều được thực hiện thông qua các bộ biến đổi
dùng thyristor (bộ băm áp, bộ chỉnh lưu hình tia ba pha, chỉnh lưu
hình cầu 3 pha). Tuy nhiên, các bộ biến đổi dùng thyristor truyền
thống này có những nhược điểm lớn như: Làm biến dạng d ng điện
xoay chiều đầu vào; D ng đầu vào chứa nhiều sóng hài điều hòa bậc
cao; Sự nhấp nhô đỉnh – đỉnh của điện áp đầu ra cao; Chỉ cho dòng
điện chạy theo một chiều dẫn đến hó hăn trong việc trả được năng


2
lượng dư thừa của ĐC điện một chiều về phía xoay chiều hi năng
lượng bên phía một chiều dư thừa; Sự nhấp nhô đỉnh – đỉnh của điện
áp đầu ra cao; Tồn tại trạng thái d ng điện gián đoạn.
Phương pháp chỉnh lưu PWM mà tác giả trình bày có thể khắc
phục được những nhược điểm của các bộ chỉnh lưu, bộ biến đổi
truyền thống nói trên như: Chứa ít sóng hài điều hòa bậc cao trên lưới
tại đầu vào của bộ chỉnh lưu; Không làm biến dạng d ng điện xoay
chiều đầu vào của bộ chỉnh lưu; Sự nhấp nhô đỉnh – đỉnh của điện áp
đầu ra thấp; Bộ chỉnh lưu PWM có thể trao đổi năng lượng giữa tải
và lưới theo 2 chiều mà không cần bất kỳ bộ biến đổi hỗ trợ nào
khác; Không tồn tại trạng thái d ng điện gián đoạn.
Vì vậy tác giả đã chọn đề tài : “Nghiên cứu các chế độ làm việc
của hệ thống chỉnh lƣu PWM – Động cơ điện một chiều kích từ
độc lập” để làm đề tài nghiên cứu. Trong luận án của mình, tác giả sẽ
trình bày các chế độ hoạt động của hệ truyền động điện Chỉnh lưu
thyristor - ĐC điện một chiều (T – Đ) truyền thống và hệ thống sử
dụng chỉnh lưu PWM. Từ đó sẽ tiến hành so sánh và chỉ ra những ưu
điểm của chỉnh lưu PWM so với chỉnh lưu sử dụng thyristor truyền
thống.
2. Mục tiêu nghiên cứu

3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
6. Cấu trúc của luận văn
Chương 1 - Khái quát về hệ truyền động Chỉnh lưu thyristor – ĐC
điện một chiều.
Chương 2 - Hệ thống chỉnh lưu PWM.
Chương 3 - Các chế độ làm việc của ĐC điện một chiều kích từ
độc lập trong hệ T – Đ và hệ CLPWM – Đ.


3

CHƢƠNG 1. KHÁI QUÁT VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHỈNH
LƢU THYRISTOR – ĐC ĐIỆN MỘT CHIỀU
1.1. CÁC MẠCH CHỈNH LƢU THƢỜNG DÙNG TRONG HỆ
T–Đ
1.1.1. Chỉnh lƣu hình tia 3 pha
1.1.1.1. Chế độ dòng liên tục
1.1.1.2. Hiện tượng chuyển mạch
1.1.1.3. Chế độ dòng điện gián đoạn
1.1.1.4. Chế độ nghịch lưu phụ thuộc
1.1.2. Chỉnh lƣu hình cầu 3 pha
1.1.2.1. Chế độ dòng điện liên tục
1.1.2.2. Hiện tượng chuyển mạch
1.1.2.3. Chế độ dòng điện gián đoạn
1.1.2.4. Chế độ nghịch lưu phụ thuộc
1.2. KẾT LUẬN
- Mạch chỉnh lưu hình tia 3 pha có ưu điểm là gọn nhẹ, giá
thành rẻ hơn so với mạch chỉnh lưu hình cầu 3 pha vì sử dụng số

lượng van ít hơn. Tuy nhiên, điện áp một chiều tại đầu ra của bộ
chỉnh lưu hình tia nhỏ hơn nhiều so với bộ chỉnh lưu cầu 3 pha nếu
cấp cùng giá trị điện áp đầu vào. Do đó, công suất đầu ra cực đại của
bộ chỉnh lưu hình tia 3 pha cũng sẽ b hơn so với công suất đầu ra
cực đại của bộ chỉnh lưu cầu 3 pha nếu cấp cùng giá trị điện áp vào.
Bên cạnh đó, chất lượng điện áp đầu ra của chỉnh lưu hình cầu cũng
tốt hơn so với bộ chỉnh lưu hình tia.
- Cả hai bộ chỉnh lưu (hình tia và hình cầu) đều tồn tại trạng
thái d ng điện gián đoạn, trạng thái mà d ng điện ĐC sẽ không duy
trì được trạng thái liên tục mà sẽ có dạng xung đập mạch rời rạc vì


4
d ng qua van này đã tắt mà chưa tới thời điểm mở van tiếp theo. Lúc
này, đặc tính cơ có dạng rất dốc. Đây là nhược điểm của hệ truyền
động T – Đ.
- Các bộ chỉnh lưu dùng thyristor hông cho d ng điện chạy
theo chiều ngược lại. Điều này dẫn đến hó hăn trong việc trả được
năng lượng dư thừa bên phía một chiều về phía xoay chiều khi ta
thực hiện quá trình giảm điện áp cấp cho phần ứng của ĐC để thay
đổi tốc độ ĐC hay để thực hiện các trạng thái hãm trong quá trình
làm việc của ĐC. Bên cạnh đó, bởi vì chỉ cho d ng điện chạy theo
một chiều nên khi dùng bộ chỉnh lưu thyristor để cấp nguồn cho ĐC
một chiều, ĐC chỉ có thể làm việc được ở hai góc một phần tư.
- Thêm vào đó, vì điện áp đầu ra của bộ chỉnh lưu dùng
thyristor có dạng sóng điện áp chỉnh lưu nhấp nhô. Biên độ của điện
áp nhấp nhô này lớn và phụ thuộc vào góc mở van α nên d ng điện,
mô men của ĐC cũng có dạng nhấp nhô do chứa các thành phần xoay
chiều tương ứng. Điều này sẽ làm cho ĐC hoạt động hông êm. Để
khắc phục tình trạng này, người ta thường dùng cuộn kháng lọc (KL)

mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng của ĐC. Tuy nhiên, việc này sẽ
làm hệ thống trở nên cồng kềnh, giá thành tăng và làm cho d ng
điện, điện áp cấp cho ĐC ở các thời điểm quá độ là lớn.


5

CHƢƠNG 2. HỆ THỐNG CHỈNH LƢU PWM
2.1. GIỚI THIỆU VỀ PHƢƠNG PHÁP CHỈNH LƢU PWM SIN
– TAM GIÁC
2.2. HỆ THỐNG CHỈNH LƢU PWM
2.2.1. Xây dựng sơ đồ điều khiển
2.2.1.1. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động
idc
s1R
vR
vY
vB

N

iR

L

AC

iY

L

AC

iB

L

AC

s1Y

s1B

i0

Co +
v
- o1

vPR
vPY

Ro

vdc

vPB
s2R

s2Y

s2B

Co +v
o2
-

iN = -( iR + iY + iB)

Hình 2.1. Sơ đồ mạch lực của bộ chỉnh lưu PWM.

ioj

Djij
Co

s1j

ij

N

R0

|

+
AC

+

-

vLj

vj

s2j
j = (R, Y, B)

mj
0

VCj

vpj

L

1

+
- vo1

Co

+
- vo2

vdc

-1
D jT S
s1j

(1- Dj)ij

TS
mj = (2Dj - 1)

(a)

(b)
Hình 2.2. (a) Bộ chỉnh lưu nửa cầu 1 pha và (b) Phương pháp PWM

Sin – Tam giác.
Để phân tích, bộ chỉnh lưu PWM 3 pha (Hình 2.1) được tách thành 3
bộ chỉnh lưu nửa cầu một pha độc lập như thể hiện trong Hình 2.2(a).


6
Trong phương pháp chỉnh lưu PWM này, ta sử dụng hai bộ điều
khiển. Một bộ điều khiển điện áp được sử dụng để điều khiển điện áp
ra Vdc bám theo tín hiệu điện áp đặt, ta gọi nó là bộ điều khiển điện
áp chính (Main voltage controller) và một bộ khác làm nhiệm vụ giữ
cho điện áp trên hai nửa của thanh dẫn một chiều (Vo1 và Vo2) cân
bằng nhau, ta gọi là bộ điều khiển cân bằng điện áp (Voltage
balancing controller).
vo1

++

-

vo2

Main Voltage
Controller

Vdc*

vo1

Vm

+

+-

S1R

I R Rs  Vm mR
Vm

S2R

S1Y

IY Rs  Vm mY
Vm

S2Y

-+

vo2
Vd*=0

S1B

I B Rs  Vm mB
Vm

Voltage
Balancing
Controller

S2B

Hình 2.3. Sơ đồ điều khiển của bộ chỉnh lưu PWM.
2.2.1.2. Sự mất cân bằng điện áp trên thanh dẫn một chiều
Imbalancing Voltage
220
215

Voltage (V)

210
205
200
195

190
185

Vo1

180
175
0.4

Vo2
0.41

0.42

0.43

0.44

0.45

0.46

0.47

0.48

0.49

0.5

Time (s)

Hình 2.3. Kết quả mô phỏng sự mất cân bằng điện áp trên thanh
dẫn một chiều.


7
2.2.1.3. Hệ số cos của bộ chỉnh lưu
2.2.1.4. Thiết kế bộ điều khiển điện áp cho bộ chỉnh lưu
R1 (p)  K P (1+

K
1
+TD p) = K P + I
TI p
p

(2.37)

K IB
p

(2.40)

R B (p)  K PB (1+

1
TIB p

) = K PB +

2.2.1.5. Phương pháp điều chế độ rộng xung với ba sóng
mang lệch pha 120o
TS = fSW

1

mB
VC

TS = fSW
1 VCR

mR

-1

0.5Vdc

VPY
VPB

-0.5Vdc
-0.5Vdc

0.5Vdc
0.5Vdc

mY
-1

0.5Vdc

VPR
VPY
VPB

-0.5Vdc

0.5Vdc

0.5Vdc

-0.5Vdc

-0.5Vdc

%iR

%iR

%iY

%iY

%iB

%iB

%

-iN

%
-iN

(a)

mB

mR

mY
VPR

VCB

VCY

0.5Vdc

(b)

Hình 2.11. (a) Sơ đồ điều chế động rộng xung Sin – Tam giác truyền
thống và (b) Sơ đồ điều chế độ rộng xung Sin – Tam giác được đề xuất.


8
2.2.2. Kết quả mô phỏng bộ chỉnh lƣu PWM
2.2.2.1. Kết quả mô phỏng bộ chỉnh lưu PWM khi sử dụng
phương pháp điều chế độ DC

rộng
xung với một sóng mang (CSPWM)
Voltage with 1 Carrier
500

DC Voltage (V)

400
300
200
100
0
0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5
Time (s)

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Hình 2.14. Điện áp một chiều tại đầu ra của bộ chỉnh lưu PWM hi
sử dụngLine
phương
pháp CSPWM.
Current With 1 Carrier
8
6

iY

Line Current (A)

4

iR

2

iB

0
-2
-4

iY

-6

iR

-8
0.2

iB
0.205

0.21

0.215

0.22

0.225

0.23

0.235

Time (s)

Hình 2.16. D ng điện xoay chiều ba pha tại đầu vào của bộ chỉnh lưu
PWM khi sử dụng phương pháp CSPWM.
Neutral Current With 1 Carrier

Neutral Current (A)

6

4

2

0

-2

-4
0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Time (s)

Hình 2.18. D ng điện trong dây trung tính khi sử dụng phương pháp
CSPWM.


9
2.2.2.2. Kết quả mô phỏng bộ chỉnh lưu PWM khi sử dụng
phương pháp điều chế độ rộng xung với 3 một sóng mang (SPWM)
NeuT ral Current With 3 Carriers
6
5

Neutral Current (A)

4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Time (s)

Hình 2.25. D ng điện chạy trong dây trung tính của bộ chỉnh lưu
PWM khi sử dụng phương pháp SPWM.
2.3. KẾT LUẬN
Điện áp một chiều ở đầu ra của bộ chỉnh lưu PWM rất bằng phẳng
chứ không bị nhấp nhô như các bộ chỉnh lưu có điều khiển dùng
thyristor. Nên có thể nói, chất lượng điện áp một chiều tại đầu ra của

bộ chỉnh lưu PWM tốt hơn chất lượng điện áp đầu ra của bộ chỉnh
lưu điều khiển dùng thyristor.
Bên cạnh đó, bộ chỉnh lưu PWM này ít làm biến dạng d ng điện
xoay chiều tại đầu của bộ chỉnh lưu nên d ng điện xoay chiều tại đầu
vào của bộ chỉnh lưu luôn sin và lượng sóng hài điều hòa bậc cao trả
về lưới thấp. Điều này sẽ không gây ảnh hưởng xấu đến lưới điện,
nơi có dùng bộ chỉnh lưu. Thêm vào đó, do hệ số biến dạng sóng hài
THD của d ng điện là bé nên hệ số công suất của bộ biến đổi cao.
Ngoài ra, tác giả cũng đã ứng dụng thành công phương pháp điều
chế độ rộng xung Sin – Tam giác với ba sóng mang lệch pha nhau
120o cho bộ chỉnh lưu PWM và chứng minh được phương pháp này
làm giảm đáng ể độ lớn và sự nhấp nhô của d ng điện trong dây
trung tính của bộ chỉnh lưu PWM so với phương pháp điều chế độ
rộng xung với một sóng mang truyền thống. Điều này sẽ làm cho dây
trung tính không bị phát nóng và giảm tổn thất trong hệ thống.


10

CHƢƠNG 3. CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA ĐC ĐIỆN
MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP TRONG HỆ
T – Đ VÀ HỆ CLPWM – Đ
3.1. QUÁ TRÌNH KHỞI ĐỘNG ĐC
3.1.1. Phƣơng pháp khởi động ĐC điện một chiều qua điện trở
50
160

40

Current (A)

140
120

30

100
80

20

60
40

10
Angular velocity
0

Current
0

1

2

3

4

5

6

7

8

Angular velocity (Rad/s)

180

20

0
10

9

Time (s)

Hình 3.2. Đặc tính d ng điện và tốc độ của ĐC trong trường hợp mở
máy qua điện trở.
Using Resistor

Angular velocity (Rad/s)

200

150

100

50

0

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Momen (Nm)

Hình 3.3. Đặc tính cơ của ĐC trong trường hợp mở máy qua điện trở.


11
3.1.2. Phƣơng pháp khởi động ĐC điện một chiều bằng
cách thay đổi điện áp phần ứng
3.1.2.1. Ý tưởng của phương pháp
3.1.2.2. Xác định điện áp khởi động
(K)2 K kd Iudm  KMc )
u u (t) 
t  R u K kd Iudm  Lu K kd Iudm (t)
J
Hay : u u (t)  at  b
(3.12)
Công thức (3.12) biểu diễn dạng điện áp cần cấp cho ĐC lúc
khởi động để giữ cho d ng điện khởi động của ĐC ít biến thiên và
nằm trong giới hạn cho phép trong quá trình khởi động.
3.1.2.3. Ứng dụng phương pháp khởi động ĐC điện một
chiều bằng cách thay đổi điện áp phần ứng trong hệ T – Đ
3.1.2.4. Ứng dụng phương pháp khởi động ĐC điện một
chiều bằng cách thay đổi điện áp phần ứng trong hệ CLPWM – Đ

Hình 3.10. Sơ đồ mô phỏng các chế độ làm việc của ĐC điện một
chiều trong hệ CLPWM – Đ.


250

50

200

40

150

30

100

20

50

Voltage 10

0

Current (A)

Voltage (V)

12

Current
0

1

2

3

4

5

6

7

8

6

7

8

0
10

9

Angular Velocity (Rad/s)

Time (s)
200
150
100

50
0
0

Angular Velocity
1

2

3

4

5

9

10

Time (s)

Hình 3.11. Đặc tính điện áp, d ng điện và tốc độ của ĐC hi hởi
động bằng phương pháp thay đổi điện áp phần ứng trong hệ
CLPWM – Đ.

Varying Armarture Voltage - CLPW M

Angular Velocity (Rad/s)

200

150

100

50

0

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Momen (Nm)

Hình 3.12. Đặc tính cơ của ĐC hi hởi động bằng phương pháp thay
đổi điện áp phần ứng trong hệ CLPWM – Đ.


13
3.2. CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA ĐC
3.2.1. Hệ truyền động Chỉnh lƣu thyristor - ĐC điện một
chiều (T - Đ)
3.2.1.1. Sơ đồ nguyên lý của hệ T - Đ
3.2.1.2. Sơ đồ thay thế của hệ T – Đ không đảo chiều
3.2.1.3. Đặc tính cơ của ĐC trong hệ T – Đ
a) Trạng thái ĐC:
b) Trạng thái hãm ngược (HN):
45

200

Current

40

150

Current (A)

30
100

25
20

50

15
10

0

Angular Velocity (Rad/s)

Angular Velocity

35

5
0

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

-50
10

Time (s)

Hình 3.17. Đặc tính d ng điện và tốc độ của ĐC hi ĐC làm việc ở
trạng tháiTrang
hãmThai
ngược
trong hệ T - Đ.
Ham Nguoc - Bridge
200
180

Angular Velocity (s)

160
140
120
100
80

60
40
20
0
-20

0

10

20

30

40

50

Momen (Nm)

Hình 3.18. Đặc tính cơ của ĐC hi ĐC làm việc ở trạng thái hãm
ngược trong hệ T - Đ.

60


14
c) Trạng thái hãm động năng (HĐN):
45

150

30
100

25
20

50
15
10

0

Angular Velocity (Rad/s)

Angular Velocity

35

Current (A)

200

Current

40

5
0

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

-50
10

Time (s)

Hình 3.19. Đặc tính d ng điện và vận tốc của ĐC hi ĐC làm việc ở
trạng tháiTrang
hãmThai
động

trong
hệ T - Đ.
Hamnăng
Dong Nang
- Bridge
Angular Velocity (Rad/s)

200

150

100

50

0

-50

0

10

20

30

40

50

60

Momen (Nm)

Hình 3.20. Đặc tính cơ của ĐC hi ĐC làm việc ở trạng thái hãm
động năng trong hệ T - Đ.
d) Hãm tái sinh (HTS):
Current
40

Angular Velocity

200
150

Current (A)

35
30

100

25
50
20
15

0

10
-50

Angular Velocity (Rad/s)

45

5
0

0

1

2

3

4

5

Time (s)

6

7

8

9

-100
10

Hình 3.21. Đặc tính d ng điện và tốc độ của ĐC hi ĐC làm việc ở
trạng thái hãm tái sinh trong hệ T - Đ.


15
Trang Thai Ham Tai Sinh - Bridge

Angular Velocity (Rad/s)

200
150
100
50
0
-50
-100

0

10

20

30

40

50

60

Momen (Nm)

Hình 3.22. Đặc tính cơ của ĐC hi ĐC làm việc ở trạng thái hãm tái
sinh trong hệ T - Đ.
3.2.1.4. Kết luận
3.2.2. Hệ thống chỉnh lƣu PWM – ĐC điện một chiều
(CLPWM - Đ)
3.2.2.1. Sơ đồ thay thế của hệ thống chỉnh lưu PWM – ĐC
điện một chiều không đảo chiều.
3.2.2.2. Đặc tính cơ của ĐC trong hệ thống CLPWM - Đ
a) Trạng thái ĐC:
b) Hãm tái sinh:
250

60
40

200

0
-20

100

Current (A)

Voltage (V)

20
150

-40
50
Current -60
0

Voltage
0

1

2

3

4

5

Time (s)

6

7

8

9

-80
10

Hình 3.27. Đặc tính điện áp và d ng điện của ĐC hi ĐC làm việc ở
trạng thái hãm tái sinh trong hệ thống CLPWM – Đ.


16
Vấn đề đặt ra ở đây là giá trị d ng điện hãm tái sinh chảy từ phía
một chiều về phía xoay chiều lớn hơn 2.5Idm của ĐC rất nhiều (xem
Hình 3.27). Do đó, ta phải tính toán để hạn chế d ng điện hãm:
Voltage (V)

250

Voltage (V)

200
150
100
50
0

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Time (s)

Current (A)

20

150

0

100

-20
50
Current

-40

Angular velocity
0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Angular velocity (Rads)

200

40

0
10

Time (s)

Hình 3.28. Đặc tính điện áp, d ng điện và tốc độ của ĐC hi ĐC làm
việc ở trạng thái hãm tái sinh trong hệ thống CLPWM – Đ trong
trường hợp có tính toán hạn chế dòng hãm.
Angular Velocity (Rad/s)

200

150

100

50

0
-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

Momen (Nm)

Hình 3.29. Đặc tính cơ của ĐC hi ĐC làm việc ở trạng thái hãm tái
sinh trong hệ thống CLPWM - Đ.


17
c) Trạng thái hãm ngược:
250

Voltage

Voltage (V)

200
150
100
50
0

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Time (s)
200

Angular velocity (Rad/s)

Current

40

Current (A)

Angular velocity 150
20
100
0
50
-20

0

-40
0

1

2

3

4

5

6

7

8

-50
10

9

Time (s)

Hình 3.30. Đặc tính điện áp, d ng điện và tốc độ của ĐC hi ĐC làm
việc ở trạng thái hãm ngược trong hệ thống CLPWM – Đ.
Angular Velocity (Rad/s)

200

150

100

50

0
-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

Momen (Nm)

Hình 3.31. Đặc tính cơ của ĐC hi ĐC làm việc ở trạng thái hãm
ngược trong hệ thống CLPWM - Đ.


18
d) Trạng thái hãm động năng:
Voltage (V)

250

Voltage

200
150
100
50
0

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

200

40

Current (A)

150
20
100
Current

0

Angular Velocity 50
-20
0
-40
0

1

2

3

4

5

6

7

8

Angular velocity (Rad/s)

Time (s)

-50
10

9

Time (s)

Hình 3.32. Đặc tính điện áp, d ng điện và tốc độ của ĐC hi ĐC làm
việc ở trạng thái hãm động năng trong hệ thống CLPWM – Đ.

Angular Velocity (Rad/s)

200

150

100

50

0

-50
-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

Momen (Nm)

Hình 3.33. Đặc tính cơ của ĐC hi ĐC làm việc ở trạng thái hãm
động năng trong hệ thống CLPWM - Đ.
3.2.3. Kết luận
3.3. QUÁ TRÌNH ĐẢO CHIỀU

3.3.1. Quá trình đảo chiều ở hệ T - Đ
3.3.1.1. Đảo chiều bằng phương pháp điều khiển riêng
3.3.1.2. Đảo chiều bằng phương pháp điều khiển chung


19
3.3.2. Quá trình đảo chiều ở hệ CLPWM – Đ
3.4. PHÂN TÍCH SÓNG HÀI BẬC CAO VÀ CHẤT LƢỢNG
ĐIỆN ÁP ĐẦU RA CỦA BỘ BIẾN ĐỔI
3.4.1. Phân tích sóng hài
3.4.1.1. Sóng hài bậc cao và ảnh hưởng của chúng
3.4.1.2. Phân tích sóng hài bậc cao trong hệ T – Đ
o

Current (A)

Alpha = 0

Mag (% of Fundamental)

5.15

5.155

5.16

5.165

5.17
Time (s)

5.175

5.18

5.185

Fundamental (50Hz) = 22.69 , THD= 31.11%
100

50

0

0

2

4

6

8
10
12
Harmonic Order

14

16

18

20

Hình 3.52. Dạng d ng điện và hệ số biến dạng sóng hài THD của
d ng điện trong hệ T – Đ ứng với góc mở van α = 0o.
o

Current (A)

Alpha = 60

Mag (% of Fundamental)

5.15

5.155

5.16

5.165

5.17
Time (s)

5.175

5.18

5.185

Fundamental (50Hz) = 22.35 , THD= 31.92%
120
100
80
60
40
20
0

0

2

4

6

8

10
12
Harmonic Order

14

16

18

20

Hình 3.53. Dạng d ng điện và hệ số biến dạng sóng hài THD của
d ng điện trong hệ T – Đ ứng với góc mở van α = 60o.


20
3.4.1.3. Phân tích sóng hài bậc cao trong hệ CLPWM – Đ
Current (A)

PW M

5.15

5.155

5.16

5.165

5.17
Time (s)

5.175

5.18

5.185

Mag (% of Fundamental)

Fundamental (50Hz) = 19.4 , THD= 1.02%
120
100
80
60
40
20
0

0

2

4

6

8
10
12
Harmonic Order

14

16

18

20

Hình 3.55. Dạng d ng điện và hệ số biến dạng sóng hài THD của
d ng điện trong hệ CLPWM – Đ.
3.4.2. Chất lƣợng điện áp một chiều cấp cho ĐC trong hệ T –
Đ và hệ CLPWM – Đ
Thyristor Rectifier

290
280

Voltage (V)

270
260
250
240
230
220

1

1.002

1.004

1.006

1.008

1.01 1.012
Time (s)

1.014

1.016

1.018

1.02

Hình 3.56. Chất lượng điện áp một chiều tại đầu ra của bộ chỉnh lưu
cầu 3 pha ứng với góc mở van α = 0o trong hệ T – Đ.


21
Thyristor Rectifier W ith Alpha = 80

o

200

Voltage (V)

150
100
50
0
-50
-100

1

1.002

1.004

1.006

1.008

1.01

1.012

1.014

1.016

1.018

1.02

Time (s)

Hình 3.57. Chất lượng điện áp một chiều tại đầu ra của bộ chỉnh lưu
cầu 3 pha ứng với góc mở van α = 80o trong hệ T – Đ.
PW M Rectifier

250

248
246

Voltage (V)

244
242
240
238
236
234
232
230

2

2.002

2.004

2.006

2.008

2.01 2.012
Time (s)

2.014

2.016

2.018

2.02

Hình 3.58. Chất lượng điện áp một chiều tại đầu ra của bộ chỉnh lưu
PWM trong hệ CLPWM – Đ (Khi được phóng lớn).
3.5. KẾT LUẬN
Trong chương 3, tác giả đã đi dẫn giải và phân tích chi tiết
phương pháp hởi động ĐC điện một chiều bằng cách thay đổi điện
áp phần ứng. Các kết quả mô đã thể hiện phương pháp hởi động này
hiệu quả và có nhiều ưu điểm hơn phương pháp hởi động ĐC qua
điện trở như: Độ tin cậy cao; Hệ thống ít cồng kềnh; Thời gian khởi
động b ; ĐC ít rung lắc lúc khởi động; Tổn hao năng lượng lúc khởi


22
động bé. Bên cạnh đó, tác giả cũng đã tìm ra được biểu thức xác định
tốc độ điều chỉnh điện áp để d ng điện chạy trong ĐC hi ĐC làm
việc ở trạng thái hãm tái sinh hông vượt quá giới hạn cho phép.
Các kết quả mô phỏng cũng cho thấy hệ T - Đ c n tồn tại những
nhược điểm lớn như: Làm biến dạng d ng điện xoay chiều đầu vào;
Lượng sóng hài điều hòa bậc cao trả về lưới là lớn; Bộ chỉnh lưu chỉ
cho d ng điện chạy theo 1 chiều nên dẫn đến hó hăn trong việc trả
được năng lượng dư thừa bên phía 1 chiều về phía xoay chiều; Điện
áp đầu ra của bộ chỉnh lưu có độ nhấp nhô lớn. Các kết quả mô
phỏng cũng thể hiện hệ thống CLPWM – Đ có thể khắc phục được
các nhược điểm của hệ T – Đ truyền thống như: Không làm biến
dạng d ng điện xoay chiều đầu vào; Không gây ra nhiều sóng hài bậc
cao trên lưới; Có thể trao đổi năng lượng giữa tải và lưới theo 2 chiều

một cách dễ dàng; Chất lượng điện áp một chiều ở đầu ra cao.
Bên cạnh đó, đối với hệ thống T – Đ, trong vùng phụ tải nhỏ M 
0, Iu  0 d ng điện ĐC sẽ hông duy trì được trạng thái liên tục mà
sẽ có dạng xung đập mạch rời rạc. Ở trạng thái d ng điện gián đoạn
này, đặc tính cơ của ĐC có dạng rất dốc. Do đó, ta rất hó điều khiển
được tốc độ ĐC trong vùng đặc tính này. Đây là nhược điểm của hệ
thống T – Đ. Hệ thống CLPWM – Đ có thể khắc phục được nhược
điểm này của hệ thống T – Đ. Hay nói cách hác, trong các đường
đặc tính của ĐC ở các chế độ làm việc khác nhau (ĐC, hãm tái sinh,
hãm ngược, hãm động năng) trong hệ thống CLPWM – Đ hông tồn
tại vùng d ng điện gián đoạn. Do đó, các đường đặc tính của ĐC
trong hệ thống CLPWM – Đ là những đường thẳng song song và
hông có vùng nào trên các đặc tính cơ này có độ dốc lớn.


23

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Trong quá trình thực hiện đề tài “Nghiên cứu các chế độ làm việc
của hệ thống chỉnh lưu PWM – Động cơ điện một chiều kích từ độc
lập” , tác giả đã đạt được những kết quả sau:
- Phân tích, dẫn giải và xây dựng thành công phương pháp hởi
động ĐC điện một chiều bằng cách thay đổi điện áp phần ứng. Các
ết quả mô phỏng đã cho thấy phương pháp hởi động này có nhiều
ưu điểm hơn phương pháp hởi động ĐC qua điện trở như: Độ tin
cậy cao; Hệ thống ít cồng kềnh; Thời gian khởi động b ; ĐC ít rung
lắc lúc khởi động; Tổn hao năng lượng lúc khởi động bé. Bên cạnh
đó, tác giả cũng đã tìm ra được biểu thức xác định tốc độ điều chỉnh
điện áp để d ng điện chạy trong ĐC hi ĐC làm việc ở trạng thái
hãm tái sinh hông vượt quá giới hạn cho ph p.

- Phân tích, dẫn giải và xây dựng thành công hệ thống chỉnh lưu
PWM. Trong đó, những vấn đề về điều hiển điện áp đầu ra của bộ
chỉnh lưu và độ lớn của d ng điện trong dây trung tính của bộ chỉnh
lưu PWM cũng được đưa ra xem x t và giải quyết. Trên cơ sở đó, tác
giả xây dựng hệ thống CLPWM – Đ.
- Tiến hành mô phỏng, phân tích hệ thống CLPWM – Đ và hệ
thống T – Đ trên phần mềm Matlab để có thể thấy được ưu điểm hệ
thống CLPWM – Đ so với hệ T – Đ như: Không làm biến dạng d ng
điện xoay chiều đầu vào; Không gây ra nhiều sóng hài bậc cao trên
lưới; Có thể trao đổi năng lượng giữa tải và lưới theo 2 chiều một
cách dễ dàng; Chất lượng điện áp một chiều ở đầu ra cao. Bên cạnh
đó, các ết quả mô phỏng cũng chứng minh rằng trong hệ T – Đ có
tồn tại trạng thái d ng điện gián đoạn. Ở trạng thái d ng điện gián
đoạn này, đặc tính cơ của ĐC có độ dốc lớn dẫn đến hó điều hiển