1

Mô phỏng hệ thống truyền động điện nạp từ
bộ biến tần PWM
pgstskh thân ngọc hoàn
đại học hàng hải
1. Mở đầu
Những năm gần đây do sự phát triển của công nghệ điện tử, đã xuất hiện nhiều loại van bán
dẫn công suất mới có những u điểm hơn các van cũ. Một trong loại van mới đó là IGBT. Sự ra
đời của loại van này giúp cho ta chế tạo các bộ biến tần loại PWM một cách dễ dàng, chính vì thế
các hệ thống truyền động điện nạp từ bộ biến tần PWM đang đợc nghiên cứu rộng rãi. Dới đây
trình bày phơng pháp nghiên cứu mô phỏng hệ thống truyền động điện động cơ dị bộ rô to lồng
sóc nạp từ bộ biến tần PWM giúp cho ta nghiên cứu hệ thống ở chế độ quá độ.
2. Mô phỏng bộ biến tần PWM
2.1.Mô phỏng transistor
Trên hình 1 biểu diễn mạch điện gồm một transistor IGBT đợc nạp từ nguồn điện một
chiều U
d
, transistor cấp điện cho một tổng trở R và cảm kháng L.
Ta biết rằng transistor IGBT dẫn điện phải thoả mãn các điều kiện sau:
- Khi có điện áp dơng đặt lên cực colectơ của transistor (tức là điện áp đặt lên hai cực
colectơ và emitơ của transistor là U
CE
phải lớn hơn 0) và có xung điện áp điều khiển U
GE
đa vào
cực cửa của transistor thì transistor sẽ cho dòng điện chạy qua, nếu không thoả mãn các điều kiện
trên thì transistor sẽ tắc.
Để mô phỏng các transistor ta giả thiết rằng: transistor là một khóa lý tởng nghĩa là khi
dẫn điện thì điện trở của nó bằng không còn khi không dẫn điện thì điện trở của nó vô cùng lớn.

U
c
=
0 - khi điện áp trên cực colectơ của transistor IGBT âm
1- khi có tín hiệu điều khiển đa vào cực điều khiển của transistor IGT
X =
0- khi không có tín hiệu điều khiển đa vào cực điều khiển của IGBT
1- khi transistor dẫn điện
T =
0- khi transistor không dẫn điện

RL
2
Theo nguyên lý hoạt động của transistor IGBT, phơng trình trạng thái của tran-si-to
IGBT có thể biểu diễn nh sau:
T = U
c
. X (1)
Điện áp ra của transistor IGBT có thể biểu diễn:
U
r
= U
d
.T (2)
H.2 Thuật giải mô phỏng tran-si-to
Hoạt động của thuật giải nh sau:
Nhập giá trị điện áp nạp U
d
, giá trị diện trở R, điện cảm L, giá trị đầu của
dòng điện tải i và đạo hàm của nó. Sau đó kiểm tra trạng thái dẫn của transistor IGBT bằng tín
hiệu điều khiển X. Khi có điện áp điều khiển trên cực điều khiển của transistor thì tín hiệu X = 1
làm cho transistor dẫn (T = 1). Khi đã có trạng thái logic T, ta tính điện áp trên tải U
r
theo
phơng trình (1.7) rồi giải phơng trình vi phân (1.8) bằng phơng pháp Rung Kutte bậc 4, in kết
quả rồi dừng máy.
1.2.1 Mô phỏng tín hiệu điều khiển tran-si-to

In kết
q
u
ả
Đ
S
Đ

3
chu kỳ, u
r
- xung điện áp điều khiển , U
rmc
biên độ của xung. Để có chuỗi xung ta lại thấy rằng
khi thời gian nhỏ hơn số nguyên chu kỳ thì thời gian t=t nhng khi t lớn hơn số nguyên chu kỳ thì
thời gian bằng 0 ( t=0) rồi lặp lại. Ta có thuật giải sau đây để mô phỏng điện áp điều khiển tran-
si-to


t>kT
k:=k+1
k:=k
t:=t-(k-1).T
u
r
=U
mrc
t >T/2
u
r
=0
B
Đ
U
rmc

^

4
transistor mắc chung colectơ sẽ tạo nửa chu kỳ điện áp ra dơng. Nhóm transistor mắc chung
emitơ sẽ tạo nửa chu kỳ điện áp ra âm

)
U
c
= U
đk
.sin(t + 120

)
U
đk
là giá trị biên độ của điện áp hình sinus,

= 2

f - tần số góc của điện áp chuẩn hình sinus.
Khoảng điện áp mang nằm dới điện áp điều biên hình sin xác định độ dài tồn tại các xung điều
khiển cũng là khoảng mở của tran-si to. Trên H.5 biểu diễn cách xác định điện áp điều khiển
tran-si-to theo nguyên lý điều khiển độ rộng xung cho một pha.
Để có đợc tín hiệu điều khiển Xi, ta thực hiện nh sau: Đa vào thiết bị so sánh 3 điện áp điều
khiển transistor của các pha a, b, c có dạng xung hình chữ nhật mà ta vừa mô phỏng trên và 3

U
~3,f1
B

C
Usc
A
T4

a
>u
c
và U
đkb
>0 thì X3 =1 suy ra T3=1
Cho T5: u
c
>u
b
>u
a
và U
đkc
>0 thì X5 =1 suy ra T5=1
Cho T4: u
a
<u
b
<u
c
và U
đka
<0 thì X4 =1 suy ra T4=1
Cho T6: u
b
<u
c
>u
a

ab
:=u
a
-u
b
; u
bc
:=u
b
-u
c
u
ca
:=u
c
-u
a

Kết quả mô phỏng biểu diễn trên H.7 (từ ct.BBT_DGT.PAS)

H.6. Kết quả mô phỏng bộ biến tần tran-si-to IGBT

u
a

u
ab

+


s
b
L
r
(L
s
i
qs
+Mi
qr
) +MR
r
i
dr
-(



sr
b

)M

(Mi
qs
+ L
r

) + R
r
Mi
qr
+(



sr
b

)M

(Mi
ds
+L
r
i
dr
)}
pi
dr
= a
1
{-Mu
ds
+MR
s
i
ds

i
qr
)}
pi
qr
= a
1
{-Mu
qs
+L
s
Mi
qs
+


s
b
M(L
s
i
ds
+Mi
dr
) -R
r
L
s
i
qr

,R
r
là độ tự cảm cuộn stato, cuộn rô to, cảm ứng tơng hỗ,
điện trở stato, điện trở rô to của động cơ.
Mô men quay của động cơ có dạng:
m
e
= M(i
qs
i
dr
- i
ds
i
qr
) (2.13)
Phơng trình cân bằng truyền động điện nh sau
T
m
d
d
t
r

= m
e
- m
0
(2.14)
4.


H.2.10 Đặc tính tốc độ và mô men của hệ thống TĐĐ [MDB-BBT.PAS]

M
e
,