Luận văn Nghiên cứu hệ truyền động điện biến tần, động cơ xoay chiều sử dụng biến tần 4 góc phần tư

c yêu cầu điện áp một chiều cao mà không cần phải dùng máy biến 
áp tăng áp. 
Hình 4.5, 4.6 biểu diễn điện áp và dòng điện một pha nguồn xoay chiều (pha 
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 
0 
100 
200 
300 
400 
500 
600 
700 
800 
t(s) 
Udc(V) 
Hình 4.4: Điện áp một chiều sau 
chỉnh lưu PWM điều khiển theo VOC 
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 
-400 
-300 
-200 
-100 
0 
100 
200 
300 
400 
t(s) 
ua(V), ia(A) 
Hình 4.5: Điện áp và dòng điện pha A của 
chỉnh lưu PWM điều khiển theo VOC 
Hình 4.3: Chi tiết khối “PLECS circuit” của mô hình hình 4.1 
100 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
A). Các đồ thị cho thấy, dòng điện nguồn có dạng rất gần với hình sin; trong các chế 
độ khác nhau luôn đạt đƣợc hệ số công suất cos =1 (dòng điện trùng pha với điện 
áp). 
4.2. MÔ PHỎNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN 4Q-ĐỘNG CƠ KHÔNG 
ĐỒNG BỘ BA PHA 
4.2.1. Xây dựng sơ đồ mô phỏng hệ truyền động trong phần mềm Matlab 
Để đánh giá đầy đủ về hệ truyền động cũng nhƣ về biến tần bốn góc phần tƣ 
sử dụng chỉnh lƣu PWM, ta tiến hành mô phỏng sự làm việc của hệ truyền động 
biến tần 4Q - động cơ xoay chiều không đồng bộ ba pha rotor lòng xóc. Trong hệ 
thống này, phần điều khiển chỉnh lƣu PWM cũng vẫn áp dụng phƣơng pháp điều 
khiển VOC, còn phần nghịch lƣu sử dụng phƣơng pháp điều khiển vector định 
hƣớng theo từ thông rotor. Phần điều khiển nghịch lƣu đƣợc xây dựng cơ bản dựa 
trên cấu trúc đƣợc mô tả trên hình 3.14 có sửa đổi chút ít trên quan điểm chỉ thực 
hiện mô phỏng sự làm việc của hệ trong vùng tần số ra của biến tần nằm trong 
khoảng từ tần số định mức của động cơ trở xuống. Với vùng tần số dƣới tần số cơ 
bản thì yêu cầu thực hiện duy trì từ thông rotor bằng hằng số, do vậy trong cấu trúc 
điều khiển chọn giá trị đặt thành phần sinh từ thông của dòng stator bằng hằng số 
0 
5 
10 
15 
20 
25 
30 
35 
0.400 0.433 0.417 
t(s) 
idc(A) 
Hình 4.7: Dòng một chiều sau chỉnh lưu 
của PWM điều khiển theo VOC trong 
thời gian 1/6 chu kỳ nguồn 
0.4 0.42 0.44 0.46 0.48 0.5 
-400 
-300 
-200 
-100 
0 
100 
200 
300 
400 
t(s) 
ua(V), ia(A) 
Hình 4.6: Điện áp và dòng điện pha A 
của chỉnh lưu PWM điều khiển theo 
VOC trong thời gian 5 chu kỳ nguồn 
ua 
ia 
101 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
(
*
M1
i const ) và giá trị này đƣợc lựa chọn theo dòng từ hóa của động cơ. Cấu trúc 
điều khiển nghịch lƣu trong trƣờng hợp này đƣợc mô tả trên hình 4.8. Sử dụng phần 
mềm PLECS chạy trong môi trƣờng MATLAB có thể xây dựng đƣợc sơ đồ 
(chƣơng trình) mô phỏng hệ truyền động nhƣ trên hình 4.9, 4.10, 4.11. 
Tham số động cơ đƣợc lựa chọn để thực hiện quá trình mô phỏng hệ truyền 
động: Công suất định mức Pđm=1.5KW; số đôi cực từ np=3; điện áp định mức một 
pha stator U1đm=220V; dòng điện định mức một pha stator I1đm=4.5A; điện trở một 
pha stator R1=3.5; điện trở một pha rotor quy đổi về stator R2=4.0; điện cảm tản 
một pha stator Lt1=10mH; điện cảm tản một pha rotor quy đổi về stator Lt2=9mH; 
điện cảm hỗ cảm cực đại Lm1=200mH; 
ĐCD CTĐu 
MHTT 
ĐCTĐQ 
 
* 
 
 
*
M1
i const *
1
u

 *
1
u

 *
Cu 
iA 
 3 
2 
i1 
i1 
SPWM 
iM1 
iT1 
*
T1
i
*
T1
u 
*
M1
u 
 
 
CTĐi 
VR
-1 
VR 
2 
 3 
*
Bu 
*
Au 
iB 
iC 
 
H×nh 4.8: CÊu tróc ®iÒu khiÓn vector trong vïng tÇn sè f ≤ f®m 
102 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
 Hình 4.10: Sơ đồ mô phỏng chi tiết phần điều khiển nghịch lưu theo FOC (khối 
“INVERTER” trên mô hình hình 4.9 
Hình 4.9: Sơ đồ mô phỏng hệ truyền động điện biến tần 4Q-động cơ không đồng 
bộ ba pha 
103 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
4.2.2. Kết quả mô phỏng 
4.2.2.1. Mô phỏng quá trình khởi động và chế độ hãm tái sinh của động cơ 
Thực hiện mô phỏng quá trình khởi động động cơ từ tốc độ bằng không đến 
tốc độ góc 100 rad/s với mô men tải thay đổi. Tại t=1s (khi đã kết thúc khởi động, 
thay đổi mô men tải sang âm (tức là tác động một mô men cơ cùng chiều với chiều 
quay của rotor) để kiểm tra khả năng làm việc của động cơ ở trạng thái hãm tái sinh. 
Các kết quả mô phỏng đƣợc mô tả trên các hình 4.12 đến 4.14. Từ các kết quả mô 
phỏng cho thấy, tốc độ động cơ vẫn đƣợc duy trì theo giá trị đặt mặc dù mô men tải 
đổi dấu (hình 4.12); còn dòng điện nguồn xoay chiều cấp cho chỉnh lƣu PWM thì 
thay đổi pha một góc bằng 1800, tức là bộ chỉnh lƣu làm việc ở chế độ nghịch lƣu, 
thực hiện chuyển công suất từ phía động cơ về lƣới điện (hình 4.14) với giá trị hệ số 
công suất bằng 1 (cos = -1). Kết quả mô phỏng đã chứng minh khả năng làm việc 
ở chế độ hãm tái sinh trong chế độ ổn định của hệ thống. 
Hình 4.11: Chi tiết khối “PLECS circuit” của mô hình hình 4.9 
104 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 
-10 
-8 
-6 
-4 
-2 
0 
2 
4 
6 
8 
10 
1.5 
Mc (Nm) 
t (s) 
Hình 4.13: Sự điều chỉnh mô men tải của động cơ khi khởi động và khi chuyển động 
cơ sang trạng thái hãm tái sinh ở chế độ tốc độ ổn định (tại t=1s) 
0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 
0 
20 
40 
60 
80 
100 
 (rad/s) 
t (s) 
Hình 4.12: Tốc độ góc động cơ khi khởi động và điều chỉnh tải để chuyển chế 
độ làm việc, với giá trị đặt tốc độ là 100 rad/s 
105 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
4.2.2.2. Mô phỏng quá trình khởi động và điều chỉnh tốc độ 
Hình 4.14: Điện áp và dòng điện lưới pha A cấp cho chỉnh lưu PWM trước và sau 
thời điểm điều chỉnh mô men tải (tại t=1s) để chuyểnchế độ làm việc của động cơ từ 
trạng thái động cơ sang hãm tái sinh 
0.9 0.95 1.0 1.05 1.1 1.15 1.2 1.25 1.3 
-200 
-150 
-100 
-50 
0 
50 
100 
150 
200 
 uLa (V), iLa (A) 
t (s) 
uLa (V) 
iLa (A) 
Thời điểm chuyển chế độ 
0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 
0 
20 
40 
60 
80 
100 
 (rad/s) 
 t (s) 
Hình 4.15: Tốc độ góc động cơ khi khởi động và điều chỉnh giảm tốc từ 100 
rad/s xuống 80 rad/s 
106 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
Cũng mô phỏng quá trình khởi động động cơ từ tốc độ bằng không đến tốc độ 
góc 100 rad/s với mô men tải không đổi. Tại t=1.2s, thực hiện giảm tốc độ một 
lƣợng bằng 20 rad/s để kiểm tra tình trạng làm việc của hệ thống khi điều chỉnh 
giảm tốc 
Kết luận: Từ các kết quả mô phỏng một số chế độ đặc trƣng của chỉnh lƣu 
PWM và hệ truyền động biến tần 4Q-động cơ không đồng bộ cho thấy, sử dụng 
chỉnh lƣu PWM để xây dựng bộ biến tần bốn góc phần tƣ đáp tốt các yêu cầu mà 
mục tiêu đề tài đặt ra. Hệ truyền động có khả năng đảm bảo sự làm việc tốt của 
động cơ trên cả bốn góc phần tƣ của hệ tọa độ. 
0.9 0.95 1.0 1.05 1.1 1.15 1.2 
-200 
-150 
-100 
-50 
0 
50 
100 
150 
200 
Hình 4.16: Điện áp và dòng điện lưới pha A cấp cho chỉnh lưu PWM trước và 
sau thời điểm điều chỉnh giảm tốc từ 100 rad/s xuống 80 rad/s (tại t=1s) 
t (s) 
uLa (V), iLa (A) 
uLa (V) 
iLa (A) 
107 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 
1. KẾT LUẬN 
 Việc sử dụng bộ chỉnh lƣu tích cực PWM làm khối chỉnh lƣu của bộ biến tần 
cho phep bộ biến tần và hệ truyền động động cơ xoay chiều ứng dụng loại biến tần 
này đạt đƣợc nhiều tính năng ƣu việt mà các bộ biến tần thông thƣờng khác không 
có: 
- Giảm đến mức rất thấp các sóng hài bậc cao trong dòng điện lƣới. 
- Có khả năng tạo đƣợc hệ số công suất lƣới điện theo yêu cầu. 
- Có khả năng điều chỉnh và ổn định tốt điện pá phần một chiều, giảm bớt 
ảnh hƣởng của sự dao động điện áp lƣới điện đến bộ biến tần. 
- Động cơ có thể làm việc đƣợc mọi chế độ, đặc biệt là chế độ hãm tái sinh 
kể cả trong chế độ ổn định và quá độ, cho phép có thể áp dụng hệ truyền động biến 
tần 4Q-động cơ xoay chiều với nhiều loại tải khác nhau, tiết kiệm năng lƣợng trong 
nhiều trƣờng hợp. 
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 lƣu PWM. 
108 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
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, Dƣơng 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); Cơ sở điều khiển tự động truyền động 
điện; Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội,2004. 
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. 
TiÕng Anh 
7. C. Daoshen and B. K. Bose (1992), “Expert system based automated selection 
of industrial AC drives”, IEE IAS Annu. Meet. Conf. Rec., pp 387-392. 
8. S. M. Chhaya and B. K. Bose (1992), “Expert system based automated design 
technique of a voltage-fed inverter for induction motor drive”, IEE IAS 
Annu. Meet. Conf. Rec., pp 770-778. 
9. S. M. Chhaya and B. K. Bose (1992), “Expert system based automated design 
technique of a voltage-fed inverter for induction motor drive”, IEE IAS 
Annu. Meet. Conf. Rec., pp 770-778. 
10. S. M. Chhaya and B. K. Bose (1995), “Expert system aided automated design, 
simulation and controller tuning of ac drive system”, IEE IECON Conf. 
Rec., pp 712-718. 
11. Mariusz Malinowski (2001), Sensorless Control Strategies for Three Phase 
PWM Rectifiers, Warsaw, Poland. 
12 P. Barrass, M. Cade (1999), PWM rectifier using indirect voltage sensing, 
Proc.IEE-Elect. Power Applicat., 146 (5), 539-544. 
13. Plexim GmbH, PLECS - Piece-wise Linear Electrical Circuit Simulation for 
109 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
Simulink, User Manual, ver 1.2. 
14. The Mathworks, Simulink-Dynamic System Simulation for Matlab, Help file in 
Matlab7.01 R14.