ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

CHÂU TÂN ĐỨC
NGHIÊN CỨU HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN
BỐN GÓC PHẦN TƯ- ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
Chuyên ngành : Tự Động Hóa
Mã số : 605260
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
THÁI NGUYÊN - 2010
Luận văn được hoàn thành tại trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái
Nguyên.
Cán bộ HDKH : TS Trần Xuân Minh
Phản biện 1 : TS. Nguyễn Văn Vỵ
Phản biện 2 : PGS.TS. Nguyễn Hữu Công
Luận văn đã được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn, họp tại: Phòng cao
học số 02, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên.
Vào 10 giờ 30 phút ngày 06 tháng 11 năm 2010.
Có thể tìm hiển luận văn tại Trung tâm Học liệu tại Đại học Thái Nguyên và
Thư viện trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên.
1
MỞ ĐẦU
Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật nói chung và kỹ thuật bán
dẫn, điện tử công suất nói riêng (như chế tạo được các van bán dẫn công suất chịu
được dòng điện lớn, điện áp cao, đặc tính chuyển mạch tốt hơn, chế tạo được các bộ
xử lý tín hiệu số mạnh, sự cải tiến các phương pháp điều khiển bộ biến đổi…) đã
dẫn tới sự phát triển mạnh mẽ của các hệ thống truyền động điện xoay chiều.
Hệ truyền động điện điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều bằng phương
pháp thay đổi tần số nguồn cấp cho mạch stator so với hệ truyền động điện dùng
động cơ một chiều có các ưu điểm nổi bật như: kích thước nhỏ gọn, bền bỉ, giá
thành lắp đặt và bảo dưỡng thấp. Do đó trong thực tế nó đang dần thay thế một phần

Thái Nguyên, ngày 07 tháng 10 năm 2010
Người thực hiện
Châu Tân Đức
3
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN – ĐỘNG CƠ
KHÔNG ĐỒNG BỘ
1.1 Các hệ thống truyền động điện dùng động cơ xoay chiều
1.1.1 Giới thiệu chung
1.1.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ
1.1.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ đồng bộ
1.1.4 Hệ thống điều tốc biến tần - động cơ xoay chiều
1.2 Sơ lược về các bộ biến tần dùng dụng cụ bán dẫn công suất
1.2.1 Biến tần trực tiếp (xoay chiều - xoay chiều)
1.2.2 Bộ biến tần gián tiếp
1.2.2.1 Biến tần gián tiếp dùng chỉnh lưu điều khiển
1.2.2.2 Biến tần dùng chỉnh lưu không điều khiển có thêm bộ biến đổi xung
điện áp
1.2.2.3 Biến tần dùng chỉnh lưu không điều khiển với bộ nghịch lưu PWM
1.2.2.4 Biến tần điều khiển vector
1.3 Biến tần bốn góc phần tư
1.3.1 Các tồn tại của các bộ biến tần thông thường
1.3.2 Biến tần bốn góc phần tư (biến tần 4Q)
CHƯƠNG 2
TÌM HIỂU VỀ CHỈNH LƯU TÍCH CỰC PWM
2.1 Đặt vấn đề
2.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của biến tần nguồn áp bốn góc phần tư
dùng chỉnh lưu PWM
4
Hình 2.1: Sơ đồ biến tần bốn góc phần tư dùng chỉnh lưu PWM







q
ii
ii
ii
u
u
LL
LL
LL
L
L
0
1
22
22
22
αβ
βα
βα
β
α
(2.36)
2.5.2 Ước lượng vector từ thông ảo
Hình 2.11: Mô hình động cơ ảo và đồ thị vector từ thông ảo với chỉnh lưu





+=
β
ββ
ψ
(2.38b)
2.6 Phương pháp điều khiển chỉnh lưu PWM
Các cấu trúc điều khiển chỉnh lưu PWM về cơ bản đều có các mục tiêu
chung như hệ số công suất cao, dạng sóng dòng điện gần sin nhưng lại dựa trên các
7
nguyên tắc khác nhau. Các cấu trúc điều khiển chỉnh lưu PWM được minh họa trên
hình 2.14.
Hình 2.14: Phân loại các phương pháp điều khiển chỉnh lưu PWM
2.6.1 Cấu trúc điều khiển chỉnh lưu PWM theo phương pháp VOC
Hình 2.16: Cấu trúc điều khiển chỉnh lưu PWM theo VOC
8
2.6.2 Cấu trúc điều khiển chỉnh lưu PWM theo phương pháp VFOC
Cấu trúc điều khiển này có sự khác biệt so với cấu trúc theo VOC, trục d ở
đây được chọn trùng với vector
L
ψ
do vậy vector điện áp
L
u
sẽ trùng với trục q,
vector dòng điện
L

6
12
6
32
π
γ
π
−<≤− nn
n
với n = 1, 2, …, 6 (2.78)
( ) ( )
6
1
6
2
π
γ
π
−<≤− nn
n
với n = 1, 2, …, 12 (2.79)
Trên bảng 2.1 trình bày bảng đóng cắt cho DPC với bộ điều khiển hai mức
và 12 phân vùng vector.
Bảng 2.1: Bảng đóng cắt cho DPC với bộ điều khiển 2 mức, 12 vùng vector
11
2.6.3.6 Tổ hợp vector điện áp
Đối với công suất tác dụng tăng khi chọn U
k+2
, U
k+3

Kết luận: Chỉnh lưu PWM đáp ứng được yêu cầu trao đổi công suất hai
chiều giữa lưới điện xoay chiều và phía một chiều đầu ra bộ chỉnh lưu. Ngoài ra sử
dụng chỉnh lưu PWM cho phép giảm đáng kể sóng hài bậc cao trong dòng điện
lưới, tăng hiệu suất, có khả năng điều chỉnh được hệ số công suất. Như vậy, việc sử
dụng chỉnh lưu PWM trong bộ biến tần gián tiếp có thể cho phép hệ truyền động
điện biến tần - động cơ không đồng bộ có thể làm việc ở cả bốn góc phần tư của hệ
tọa độ đặc tính cơ và nâng cao đáng kể chất lượng của hệ truyền động. Vì vậy, mặc
dù giá thành của loại biến tần này cao hơn so với biến tần thông thường nhưng sẽ
tiết kiệm đáng kể về điện năng, giảm nhỏ ảnh hưởng của hệ truyền động đến lưới
điện xoay chiều.
CHƯƠNG 3
XÂY DỰNG CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU VÀ CẤU TRÚC HỆ
TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN 4Q - ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
3.1 Cấu trúc điều khiển nghịch lưu
3.1.1 Các vấn đề điều khiển nghịch lưu
3.1.2 Điều khiển DTC cho nghịch lưu nguồn áp động cơ không đồng bộ
3.1.2.1 Các nguyên tắc chung cho việc tạo đáp ứng mô men nhanh
12
Trong một hệ truyền động động cơ cảm ứng điều khiển trực tiếp mô men
(DTC) có thể điều khiển trực tiếp từ thông stator (hoặc từ thông rotor, hoặc từ thông
từ hóa) và mô men điện từ bằng cách chọn trạng thái chuyển mạch tối ưu cho bộ
nghịch lưu. Sự lựa chọn được tạo ra để hạn chế sai lệch từ thông và mô men bên
trong các dải trễ từ thông và mô men tương ứng, nhằm đạt được đáp ứng mô men
nhanh, tần số chuyển mạch bộ nghịch lưu thấp, tổn hao do các hàm điều hòa thấp.
DTC cho phép đáp ứng mô men rất nhanh và điều khiển linh hoạt động cơ cảm ứng.
Trong máy điện cảm ứng 3 pha đối xứng, mô men điện từ tức thời được tính
theo công thức:
s
s
e

là góc của vector
không gian từ thông móc vòng rotor với trục
α
của hệ tọa độ tĩnh
),(
βα
.
Hình 3.2: Vector không gian từ thông móc vòng stator, từ thông móc vòng rotor, và
dòng điện stator.
3.1.2.2 Chọn vector chuyển tối ưu
13
ψ
s
ψ
sd
ψ
sq
d
q
α
β
γ
'
r
r
m
L
L
ψ
i

ū
7
ū
0
ū
7
ū
0
-1 ū
6
ū
1
ū
2
ū
3
ū
4
ū
5
0
1 ū
3
ū
4
ū
5
ū
6
ū

s
ρ
có thể được xác định:
)/(tan
1
αβ
ψψρ
sss
−
=
(3.16)
Góc
s
ρ
sau đó có thể được sử dụng để xác định các góc α(1), α(2), …
3.1.2.3 Sự ước tính từ thông stator
Trong hệ truyền động động cơ cảm ứng DTC, các thành phần từ thông stator
phải được được ước tính theo phương trình điện áp stator ở hệ tọa độ (α, β):
∫
−= dtiRu
ssss
)(
ααα
ψ
(3.19)
∫
−= dtiRu
ssss
)(
βββ

và
e
T∆2
. Dải trễ từ thông ảnh hưởng
chính đến sự méo dòng stator với các thành phần điều hòa bậc thấp, và dải trễ mô
men ảnh hưởng đến tần số chuyển mạch và vì thế gây tổn hao chuyển mạch. Mô
men điện từ có thể được ước tính bằng cách sử dụng phương trình (3.1), vì thế:
( )
αββα
ψψ
sssse
iiPT −=
2
3
(3.29)
3.1.2.5 Đặc điểm chính, thuận lợi, và bất lợi của DTC
a. Các đặc điểm chính của DTC:
b. Các thuận lợi chính của DTC:
c. Các bất lợi chính của một hệ truyền động DTC thông thường:
3.2 Cấu trúc hệ truyền động điện biến tần 4Q - động cơ không đồng bộ
3.2.1 Sơ đồ khối hệ truyền động điện biến tần 4Q - động cơ không đồng bộ
15
Khâu ước tính mô
men và từ thông
Bảng chuyển mạch
tối ưu cho bộ nghịch
lưu
Khâu so sánh
từ thông
Khâu so sánh

van để giữ ổn định giá trị điện áp một chiều đầu ra theo giá trị đặt, khống chế hệ số
công suất theo yêu cầu, đảm bảo dạng dòng điện lưới gần với hình sin và cho phép
thực hiện trao đổi công suất hai chiều giữa tải và nguồn. Để nghiên cứu sự làm việc
16
của hệ truyền động biến tần bốn góc phần tư - động cơ không đồng bộ ta chọn
phương pháp điều khiển chỉnh lưu là phương pháp VOC.
Hình 3.10: Cấu trúc điều khiển chỉnh lưu PWM theo VOC
3.2.4 Khối điều khiển nghịch lưu
Cấu trúc phần điều khiển nghịch lưu theo nguyên lý trực tiếp mô men DTC
trên được mô tả trên hình 3.11.
Hình 3.11: Cấu trúc điều khiển nghịch lưu PWM theo DTC
17
3.3 Mô phỏng hệ truyền động điện biến tần 4Q - động cơ không đồng bộ
3.3.1 Xây dựng sơ đồ mô phỏng
i_a
i_c
i_b
iL_abc
-C-
Udc_ref
U-I in
Tm
Udc
Udc*
iL_abc
u_ab
u_bc
pulses-re
Subsystem
0

Hình 3.12: Mô hình mô phỏng hệ truyền động điện biến tần 4Q – động cơ không
đồng bộ ba pha
Hình 3.13: Mô hình mạch lực (khối PLECS Circuit)
18
Hình 3.14: Mô hình mạch điều khiển chỉnh lưu theo VOC
1
s_abc
Z-Tab
Torque Control
f(u)
Torque
Rs
Stator
Resistance
Phase Voltages
NOT
[2*delta_T]
IC
Psi Sector(Psi)
Flux Sector
? ? ?
Flux Reference
Flux Control
1
s
Flux
0.5
f(u)
Abs
3

0
50
100
150
Thoi gian (s)
Mô men dong co (Nm)
Hình 3.18: Mô men động cơ trong quá trình khởi động và giảm tốc
Từ các đồ thị ta thấy từ thông được duy trì trong dải trễ theo giá trị từ thông
đặt bằng 0.6Wb (hình 3.16); quá trình khởi động diễn ra nhanh, tốc độ động cơ đạt
giá trị đặt 180rad/s sau khoảng 0.11s, mô men động cơ thay đổi nhanh chóng, và
bám sát giá trị đặt (hình 3.17 và 3.18); dòng điện đầu vào chỉnh lưu có dạng gần
hình sin (hình 3.19); hệ số công suất bằng 1, khi hãm tái sinh thì bằng -1 (hình
3.20).
20
1.05 1.1 1.15 1.2
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
Thoi gian (s)
Dong dien va dien ap dau vao chinh luu (A-V)
Hình 3.19: Dòng điện và điện áp đầu vào chỉnh lưu PWM khi ổn định
0.45 0.5 0.55 0.6 0.65
-400
-300

-200
-100
0
100
200
300
400
Thoi gian (s)
Dong dien va dien ap dau vao chinh luu (A-V)
Hình 3.22: Dòng điện và điện áp đầu vào chỉnh lưu khi mô men tải đổi dấu
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7
80
85
90
95
100
105
110
115
120
Thoi gian (s)
Toc do dong co (rad/s)
Hình 3.23: Tốc độ động cơ trong quá trình mô men tải đổi dấu
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7
400
450
500
550
600
650

dòng điện lưới là không đáng kể.
- Có khả năng đạt được hệ số công suất lưới điện theo yêu cầu.
- Điện áp một chiều sau chỉnh lưu tích cực có thể được điều chỉnh và ổn định
tốt, giảm bớt ảnh hưởng của sự dao động điện áp lưới đến bộ biến tần.
- Biến tần có khả năng hoàn trả năng lượng về lưới, khi đó điện áp và dòng
điện lưới lệch pha nhau 180
0
, như vậy hệ thống cho phép tiết kiệm năng lượng trong
một số trường hợp như điều chỉnh giảm tốc, làm việc với tải thế năng,
2. Kiến nghị.
- Tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện để có thể áp dụng vào thực tế.
- Nghiên cứu tìm thêm ứng dụng khác đối với chỉnh lưu PWM.
23
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Trần Khánh Hà (1997), Máy điện tập 1, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật,
Hà Nội.
2. Bùi Quốc Khánh, NguyễnVăn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi (2002),
Tự động điều chỉnh truyền động điện, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật,
Hà Nội.
3. Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn (2007), Cơ sở truyền động điện, Nhà xuất
bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
4. Trần Thọ, Võ Quang Lạp (biên khảo) (2004), Cơ sở điều khiển tự động truyền
động điện, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
5. Nguyễn Phùng Quang (1996), Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều
ba pha, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội.
6. Nguyễn Phùng Quang, (2003) MATLAB & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển
tự động, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
Tiếng Anh
7. ABB (2002), ABB Technical Guide No.1: Direct Torque Control