ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
*****

TẠ XUÂN TÙNG
NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ ĐIỀU
CHỈNH TỰ ĐỘNG TẦN SỐ MÁY PHÁT DIESEL
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
NGÀNH TỰ ĐỘNG HÓA
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ Thái Nguyên, năm 2013
Luận văn được hoàn thành tại trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái
Nguyên.
Cán bộ HDKH : PGS.TS. Võ Quang Lạp
Chủ tịch : PGS.TS. Bùi Quốc Khánh
Phản biện 1 : PGS.TS Lại Khắc Lãi
Phản biện 2 : PGS. TS. Nguyễn Văn Vỵ
Luận văn đã được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn, họp tại: Phòng cao
học, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên.
Vào 09 giờ 00 phút ngày 28 tháng 07 năm 2013.
Có thể tìm hiểu luận văn tại Trung tâm Học liệu tại Đại học Thái Nguyên và
Thư viện trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên.
2
MỞ ĐẦU
Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng kỹ thuật điện tử, tin học và tự động hóa, nền công nghiệp
nước ta đang từng ngày hội nhập với nền kinh tế thế giới và tiếp nhận những thành tựu mới nhất của khoa
học và công nghệ. Đây là những yêu cầu và thách thức đòi hỏi đội ngũ các nhà khoa học kỹ thuật và công
nhân trong nước phải không ngừng học tập để tiếp cận và làm chủ những công nghệ tiên tiến của thế giới.

Để ổn định tần số máy phát điện có hai phương pháp ổn định thứ cấp và ổn định sơ cấp sau đây
chúng ta sẽ nghiên cứu lần lượt từng phương pháp.
1.2.3 Ổn định tần số thứ cấp
4
Scav limiter
Fule Limiter
PID
CONTR
OL
P/I
DEC
C
IN
C
SCAV.AIR RECEIVER
FUEL PUMP
DIESEL ENGINE
P/U
DEC
IN
C
ENGINE RPM CONTROL UINT
PRM
SIGNAL
SERVO
PANEL
GOV.ACTUATOR
SERVO
MOTOR
DRIVER

U
f
R
1
R
3
R
2
+Ecc
-Ecc
U
1
U
2
U
R
U
L
I
1
I
2
a) b)
Hình 1.4: Sơ đồ cơ cấu đo tần số (a); Biều đồ vectơ điện áp (b)
1.2.3.2 Ổn định tần số sơ cấp
Sơ đồ hệ truyền động máy phát Diesel : Điều chỉnh tần số sơ cấp là điều chỉnh trực tiếp tốc độ quay
của tuabin thông qua bộ điều tốc. Một trong những sơ đồ khối của hệ thống điều tốc máy phát điện Diesel
được thể hiện như hình vẽ. Nhiệm vụ chính của bộ điều tốc là giữa cho tốc độ quay của rotor – máy phát là
không đổi khi có sự thay đổi của phụ tải
ω

Có sơ đồ khối như hình vẽ:
6
MP
M_
Bộ điều
khiển vị
trí
Máy
phát
U
γ
U
ϕ
A
D
A
D
Động
cơ
M_
Bộ
ĐK
tốc
độ
M_
Cơ cấu
điều tốc
Cảm biến vị trí
γn
Hình 1.8: Hệ thống điêu khiển số

R
s
Phương trình







−+−=
++=
sq
p
ssq
sd
sq
sq
sd
sq
sd
s
sd
sd
sq
sd
sq
ssd
sd
L

lại là:
M
m
=
2
3
z
P
.ψ
sd
i
sq

2.2. Giới Động học động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu
Mô hình động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu được minh họa hình 2.1 và hình 2.2 dưới đây:
Hình 2.1. Mô hình động cơ đồng bộ ba pha với rotor có cấu trúc cực lồi

8
Rotor
Cuộn dây pha V
q
u
sv
i
sv
u
sw
i
sw
Stator

d
ω
ϑ
Trục chuẩn
Cuộn dây
pha U

2.3. Phương trình của động cơ trong hệ tọa độ (a,b,c)
Phương pháp điện áp:











cs
bs
as
U
U
U

=



as
i
i
i

+


















dt
d
dt
d
dt
d

mmism
mmmis
LLL
2
1
L
2
1
L
2
1
LLL
2
1
L
2
1
L
2
1
LL















3
2
sin
3
2
sin
sin
i
i
i
r
r
r
cs
bs
as










m
2
ss
3
mm
2
ss
2
ss
1
s
LL4LLL2LLL2
LLL2LL4LLL2
LLL2LLL2LL4
L
4
1
LL
4
3
L
1
L
Phương trình động học của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu
2.4. Phương trình động học của động cơ điện đồng bộ 3 pha trên tọa độ các vecto không gian
9
jq
jβ
d
ϑ



−+−=
++=
sq
p
ssq
sd
sq
sq
sd
sq
sd
s
sd
sd
sq
sd
sq
ssd
sd
L
u
L
i
T
i
L
L
u

Khi chúng ta chọn động cơ ĐB_KTVC nếu là cực ẩn thì có L
sd
≈ L
sq
vì vậy mô men của động cơ còn
lại là:
M
m
=
2
3
z
P
.ψ
sd
i
sq
2.5. Xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển biến tần động cơ ĐB_KTVC
Trong sơ đồ điều khiển vector động cơ ĐB_KTVC các đại lượng điều khiển được thực hiện trong tọa
độ d và q. Sau đó được biến đổi thành các đại lượng điện 3 pha để điều khiển biến tần cung cấp cho động cơ.
Với động cơ ĐB_KTVC sau khi chuyển đổi trục d và q thì thành phần i
d
trên trục d sẽ bằng không.
Từ công thức tính momen và cách đặt vấn đề điều khiển vector của hệ thống này chúng ta có thể xây
dựng sơ đồ truyền động điều khiển vector biến tần động cơ ĐB_KTVC như hình vẽ sau:
10
jωψ
p
L
sdq

δ
i
α

i
β

R
ω
• Nguyên lý làm việc
Trong sơ đồ này thành phần i
d
= 0 và thành phần này tương ứng để tạo ra từ thông rotor nhưng vì
động cơ được dùng là động cơ ĐB_KTVC cho nên thành phần từ thông ψ
p
không đổi cho nên ta không xét.
Coi như mạch vòng đã được ổn định.
Vậy với lượng đặt ω
*
thì ta có(với một tần số đặt là f xác định) khi tốc độ thay đổi thì đầu vào của
Rω

= k(ω
*
- ω) thay đổi dẫn tới đầu vào của R
i2
sẽ thay đổi làm cho U
q
thay đổi. Như vậy kết luận của
chương II là với hệ thống thiết kế như trên khi tốc độ động cơ thay đổi dẫn tới tần số biến tần và momen

3∼
NL
U
PMSM
FT
u
Sα
u
Sβ
u
Sd
u
Sq
S
e
ϑ
S
e
ϑ
S
ϑ
i
Sd
u
cđ
ĐCVTKG
a b c
i
Sa
i

L
C
∼ 3 pha
U
dc
S
cla,b,c
S
Nla,b,c
Điều khiển
chỉnh lưu
PWM
Điều khiển
nghịch lưu
ĐKNLĐKCL
FT
BD
• Số đôi cực: Zp = 1
• Tần số: fs = 50 Hz
• Tốc độ quay danh định: n_N = 3000 vong/phut
• Tốc độ quay tối đa: n_max = 4500 vong/phut
• Momen quán tính: J = 0,0069 kgm2
• Momen danh định: m_M = 26,5 Nm
Dòng danh định: I_N = 10,9 A
3.2.2 Số liệu về biến tần 4Q
- Thông số nguồn vào khối chỉnh lưu: U
∼
= 220/380V, f = 50Hz;
- Phần một chiều của biến tần PWM: U
dc

dc
= 650V), ta chọn
g
V∆
=50V
I
n
=15A là dòng một chiều
Vậy C
dc
= 0.00023F
- Tính chọn cuộn cảm L : Cuộn cảm lọc đầu vào được tính theo công thức: L<
LD
mdc
i
Eu
.
22
ω
−
trong đó U
dc
chọn
là 650V, E
m
=
2400x
, ω = 100π và i
LD
= 15A. Lúc đó L<0,0067H. Chọn giá trị cuộn cảm đầu vào là

Udc*
iabc_L
u_ab
u_bc
pulses-re
Subsystem
Speed
Reference1
Speed
Reference
M
Isd*
w*
Iabc
w
Udc
Inverter
INVERTER
-K-
Gain
Rectifier
Inverter
Tm
i_vsi
i_d
v_d
is_abc
m
uLa
u_ab

x 10
5
400
450
500
550
600
650
700
1.1 1.12 1.14 1.16 1.18 1.2 1.22 1.24 1.26 1.28 1.3
x 10
5
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
Hình 3.16: Đồ thị dòng điện và điện áp khi xảy ra hãm tái sinh n
đc
>
n
đb
(dòng và áp ngược pha)
Hình 3.17: Đồ thị dòng điện ba pha cấp cho động cơ khi tốc độ thay đổi
Hình 3.18: Đồ thị dòng điện ba pha cấp cho động cơ khi tốc độ không đổi

20
30
40
Hình 3.19: Đồ thị dòng điện i
sq

Nhận xét kết quả
Hệ truyền động biến tần - động cơ đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu sử dụng biến tần 4Q
với chỉnh lưu PWM đáp ứng được đòi hỏi về điện áp một chiều đầu ra theo yêu cầu. Ngoài ra sử
dụng chỉnh lưu PWM cho phép thực hiện được quá trình trao đổi năng lượng hai chiều giữa tải và
nguồn, giảm đáng kể sóng hài bậc cao trong dòng điện lưới, tăng hiệu suất. Vì vậy, mặc dù giá
thành của loại biến tần này cao gấp đôi so với biến tần thông thường nhưng với hệ truyền động này,
đặc biệt là khi ứng dụng vào các hệ thống ổn định tần số máy phát Diezen,… là rất phù hợp.
KẾT LUẬN
Sau một thời gian nghiên cứu, thực hiện đề tài, luận văn đã hoàn thành và đạt được mục tiêu sau:
- Luận văn đã bước đầu tìm hiểu về điều chỉnh tần số trong máy phát điện. Để ổn định tần số máy
phát tác giả đã đưa ra hai phương pháp ổn định đó là ổn định sơ cấp và ổn định thứ cấp. Cụ thể, nghiên cứu
nghiên cứu phương pháp ổn định tần số sơ cấp hay chính là quá trình tự động điều chỉnh tốc độ quay của
động cơ.
- Luận văn đã hoàn thành những yêu cầu đặt ra là xây dựng hệ thống truyền động và dùng bộ điều
khiển trực tiếp mô men để đánh giá chất lượng cho hệ thống ổn định tần số máy phát. bộ điều khiển đảm bảo
thoả mãn yêu cầu và đã được sử dụng trong thực tế.
- Căn cứ vào kết quả mô phỏng ta thấy: Chất lượng điều khiển tốt.
17
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
-1.5
-1
-0.5
0
0.5