Luận văn Nghiên cứu hệ truyền động biến tần. Động cơ không đồng bộ cho thang máy

cosUL 
sinUL 
- 
uL uL 
Hình 3.13: Cấu trúc khối điều khiển chỉnh lưu PWM theo VOC 
Udc 
Udc 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
65 
- Khâu biến đổi d-q  - làm nhiệm vụ biến đổi hệ toạ độ vector điện 
áp tải qui đổi, đầu ra nhận được các thành phần của vector điện áp tải trên hệ 
toạ độ - (us, us) dùng để điều khiển khâu điều chế độ rộng xung PWM. 
- Khâu điều chế độ rộng xung PWM: Thực hiện tạo các xung điều khiển 
các khoá đóng cắt của mạch lực, khâu hoạt động theo nguyên lý điều chế 
vector không gian. 
- Các bộ điều chỉnh dòng và áp được lựa chọn là các bộ PI, tín hiệu đặt 
của các bộ điều chỉnh dòng là 
*
di được lấy từ đầu ra bộ điều chỉnh điện áp và 
* qi 0 (được lấy bằng không theo điều kiện hệ số công suất bằng 1). Như vậy, 
trên thực tế, hệ chỉ có một tín hiệu điều khiển chung cho bộ chỉnh lưu là tín 
hiệu đặt điện áp một chiều 
*
dcU . 
b. Điều khiển nghịch lưu: 
 Trên hình 3.14 giới thiệu khối điều khiển nghịch lưu bao gồm bộ điều 
chỉnh tốc độ quay (ĐCTĐQ) theo luật tỷ lệ tích phân (PI), các khâu chuyển 
đổi tọa độ không gian, khâu tính góc quay, các bộ điều chỉnh dòng ba pha 
(RIa, RIb, RIc), khối điều chế độ rộng xung PWM. Để có tín hiệu dòng điện và 
tốc độ phục vụ cho điều khiển của hệ thống ta sử dụng các sensor đo dòng 
xoay chiều hai pha của động cơ và máy đo tốc độ quay (encoder). Các tín hiệu 
vào của hệ thống điều khiển nghịch lưu gồm có: Tín hiệu đặt dòng trục d (i*d) 
và tín hiệu tốc độ góc (*r). Tín hiệu đặt dòng trục d được chọn theo điều kiện 
từ thông rotor không đổi (i*d = const) và tín hiệu đặt dòng trục q (i
*
q) được lấy 
từ đầu ra bộ điều chỉnh tốc độ quay, được đưa đến khâu chuyển đổi tọa độ d-q 
 -, tiếp sau là khâu chuyển đổi -  abc cho ta giá trị cần của dòng 
điện ba pha vào động cơ i*a, i
*
b, i
*
c. Các giá trị cần của dòng điện được so sánh 
với giá trị thực của dòng động cơ, sau khi xử lý bởi các bộ điều chỉnh dòng và 
sau đó được dùng để điều khiển khối điều chế độ rộng xung PWM, tạo các 
xung điều khiển phù hợp khống chế các khóa đóng cắt mạch lực. 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
66 
Thuật toán điều khiển chỉnh lưu PWM theo VOC, thuật toán điều khiển 
vector phần nghịch lưu đều được xây dựng bằng các phần mềm. Các phần 
mềm có thể được viết bằng một số ngôn ngữ lập trình khác nhau như bằng 
ngôn ngữ C hoặc bằng Matlab. 
- Viết chương trình bằng ngôn ngữ lập trình C: Một số thuật toán điều 
khiển của hệ truyền động như chương trình tính toán thời gian đóng cắt các van 
của phần chỉnh lưu PWM và phần nghịch lưu cơ bản giống nhau (khâu điều 
chế PWM) và được lập bằng ngôn ngữ lập trình C. 
- Viết chương trình bằng ngôn ngữ Matlab: Ngoài chương trình tính toán 
được viết bằng ngôn ngữ C, các bộ điều chỉnh trong phần điều khiển chỉnh lưu 
PWM và nghịch lưu, các khâu biến đổi toạ độ, một số thuật toán tính toán được 
lập trình bằng Matlab-Simulink. 
Hình 3.14: Cấu trúc khối điều khiển nghịch lưu của hệ truyền động 
 biến tần – động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc 
Khâu tích 
phân I 
 
ia 
ib 
 
ĐCTĐQ: PI 
Điều 
chế 
PWM 
e/2 
 ia 
ic ib 
=const 
ej

2 
3 
RIb 
RIc 
RIa 
ia 
 
Xung 
ĐK 
các 
van 
*
di
*
*
ai
*
bi
*
ci
*
qi
mp
2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
67 
3.4. Các thông số chủ yếu của hệ truyền động biến tần 4Q – ASM 
3.4.1. Động cơ ASM 
Công suất P (KW) 4,0 
Điện áp (V) 220/380 
Tần số (Hz) 50 
Tốc độ (vg/ph) 1435 
Điện trở stato Rs () 0,5866 
Điện trở rotor Rr () 0,5066 
Điện cảm tản stato LIS (H) 0,0044 
Điện cảm tản rotor LIr (H) 0,00401 
Điện cảm từ hoá Lm (H) 0,016 
Số đôi cực (p) 2 
Mô men quán tính J (kg-m2) 0.059 
Số vòng dây nối tiếp một pha 1 pha W(vòng) 174 
3.4.2. 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: Udc = 650V, Idc = 15A 
Thông số đầu ra của biến tần: Umax = 311(V).2202U2  , 
 f = (5  50) Hz 
3.5. Sơ đồ mô phỏng và các kết quả 
 3.5.1. Sơ đồ mô phỏng hệ thống và sơ đồ minh họa chi tiết: 
Trong hệ thống này sử dụng điều khiển chỉnh lưu PWM là phương 
pháp VOC, còn phần nghịch lưu sử dụng phương pháp điều khiển trực tiếp 
mô men (DTC). Sơ đồ mô phỏng toàn hệ thống dùng phần mềm PLECS chạy 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
68 
trong MATLAB, được biểu diễn trên hình 3-15, và các sơ đồ biểu diễn các 
khối trong hình 3-15 được minh họa trên các hình vẽ từ 3-16 đến 3-25. 
Hình 3-15: Sơ đồ mô phỏng hệ biến tần 4Q - Động cơ không đồng 
bộ ba pha rotor lồng sóc điều khiển theo VOC - DTC 
750
v_dc_ref
t1
t
i_vsi
100
i_ref
reactive
v _ref
v _dc
i_ref
Voltage
control
U/i_in
RRF->3ph
Phi
enable
m
v _dc
pulses
PWM
In1
In2
In3
Out1
Out2
Out3
Out4
Inv_motor
-K-
Gain
In1Out1
Fan_model
Enable
control1
Enable
control
0
Display1
0
Display
Demux
i_ref
i
m
Current
control
pulses
s_abc
T_m
s_BC
i_v si
i_s
m
v _dc
u_in
PLECS
Circuit
Circuit
3ph->RRF
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
69 
pulses
a
b
c
+
-
phase
+
-
g
a
te
phase
+
-
g
a
te
phase
+
-
g
a
te
phase
+
-
gate
g(u)
g(u): u>0
g(u)
g(u): u<0
IGBT1
IGBT2
Hình 3-17: Triển khai chi tiết khối IGBT Converter 
Hình 3-16: Triển khai chi tiết khối PLECS Circuit 
V: 325
w : 2*pi*50
pulses
1
A
A
A
i_vsi
1
L: 0.01
2-Level
IGBT
Converter
C1
V
A
A
A
s_abc
2
T_m
3
i_s
2
m 3
v_dc
4
R: 5
s_BC
4
Tm m
ASM
V
u_in
5
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
70 
Hình 3-18: Thông số động cơ ASM 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
71 
Hình 3-19: Mô tả toán học động cơ ASM 
Tm
m
Llsa
Llsb
Llsc
Rsa
Rsb
Rsc
Lma
A
isa
A
isb
Lmb Lmc
Llra'
Llrb'
Llrc'
Rra'
Rrb'
Rrc'
A
ira'
A
irb'
vra'
vrb'
vrc'
ira
Vvrab
Vvrbc
irb
f(u)
sin(th)
f(u)
cos(th)
f(u)
cos(th-2/3*pi)
f(u)
cos(th+2/3*pi)
A
irb'1
cos 0-+
v rab
v rbc
c
o
s
 t
h
v ra'
v rb'
v rc'
vrabc'<-vrab,vrbc
ira'
irb'
irc'
c
o
s
 t
h
ira
irb
subsystem
A
isc
vxa
vxb
vxc
isa
isb
isc
ira
irb
irc
wm
v
x
a
v
x
b
v
x
c
subsystem1
f(u)
ids
f(u)
iqs
f(u)
idr
f(u)
iqr
ira,irb,sin,cos
isa,isb
ids,iqs,idr,iqr
f(u)
Te<-
T
J F
A->w m w m->
1
Athetamf(u)
Te-TmTe,Tm
f(u)
p*thetam
f(u)
->phid
f(u)
->phiq
w m,th,Te,phids,phiqs
1
pulses
m s
Symmetrical PWM
Scale
Modulation
Index
Product1
1
Minimum
max
MinMax
1/2
Gain
m m'
3-Phase
Overmodulation
3
v_dc
2
m
1
enable
Hình 3-20: Khối điều khiển PWM 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
72 
1
m
-C-
v_N
10
P
1
s
Integrator
1000
I
K*u
Decoupling
Enable
2
i
1
i_ref
Hình 3-21: Khối Current Control 
1
i_ref
Saturation
1
P
1
s
Integrator
20
I
Enable
2
v_dc
1
v_ref
Hình 3-22: Khối Voltage Control 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
73 
Hình 3-23: Khối Inv_Motor 
4
Out4
3
Out3
2
Out2
1
Out1
Step
delta_wT_ref
Speed Control
Mechanical
Magnetic
Electrical
T_ref
i_s
v _dc
s_abc
Direct Torque Control
Demux
Break Chopper Control
Enable
3 In3
2
In2
1
In1
Hình 3-24: Khối Inv_Motor/ Direct Torque Control 
1
s_abcZ-Tab
Torque Control
f(u)
Torque
0.5866
Stator
Resistance
Phase Voltages
NOT
[2*4.02]
IC
Psi Sector(Psi)
Flux Sector
Flux Reference
Flux Control
1
s
Flux
0.5
f(u)
Abs
3
v_dc
2
i_s
1
T_ref
Hình 3-25: Khối Inv_Motor/ Speed Control 
1
T_ref
Torque
Limiter
Sum
Product
100
P
1
s
Integrator
1000
I
In1
In2
Out
Anti Reset-Windup
1
delta_w
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
74 
3.5.2. Các kết quả mô phỏng 
Thực hiện mô phỏng hệ thống với giả thiết tại t = 0 bắt đầu cấp nguồn 
xoay chiều vào bộ biến tần và kích hoạt sự hoạt động của chỉnh lưu PWM. 
Tại t = 1,25s tác động giảm tốc độ đặt một lượng 10rad/s. Các kết quả mô 
phỏng được biểu diễn trên các hình 3-26, đến 3-27. 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
75 
Hình 3-26a. Đồ thị tốc độ của Cabin thang máy 
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
x 10
6
-5
0
5
10
15
20
25
30
Hình 3-26b. Đồ thị tốc độ của Cabin thang máy 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
76 
Hình 3-27a. Đồ thị mô men của Cabin thang máy 
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
x 10
6
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
Hình 3-27b. Đồ thị mô men của Cabin thang máy 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
77 
3.4. Kết luận: 
 Hệ truyền động biến tần - động cơ không đồng bộ 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 thang máy, máy bơm, 
quạt gió, là rất phù hợp. 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
78 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1 
Trần Khánh Hà (1997), Máy điện tập 1, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ 
thuật, Hà Nội 
2 
Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn 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 
Vũ Gia Hanh, Phan Tử Thụ (1992 – Biên dịch), Máy điện, Nhà xuất bản 
Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 
4 
Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn (2007), Cơ sở truyền động điện, Nhà 
xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 
5 
Nguyễn Phùng Quang (1969), 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.