Các ký hiệu xt, x Giá trị tức thời X*, x* Giá trị đặt α Góc pha của vector chuẩn λ Hệ số công suất ϕ Góc pha dòng điện ω Vận tốc góc ψ Góc pha ε Góc pha điều khiển cos ϕ Hệ số công suất
Bộ giáo dục đào tạo trờng đại học bách khoa hµ néi - luận văn thạc sĩ khoa học nghiên cứu chế độ làm việc biến tần có khả truyền công suất hai chiều ngành : tự động hoá xncn m số : chu thành công Ngời hớng dẫn khoa học : PGS.TS Nguyễn Văn Liễn hà néi - 2008 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205049291000000 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan luận văn đợc thực thân dới hớng dẫn PGS.TS Nguyễn Văn Liễn với tài liệu đ đợc trích dẫn phần tài liệu tham khảo phần cuối luận văn Chu Thành Công Lời cam đoan Lời cảm ơn Để hoàn thành đợc Luận văn này, nỗ lực thân, nhận đợc giúp đỡ quý báu thầy cô giáo Bộ môn Tự động hoá XNCN, trờng ĐHBK Hà Nội đặc biệt hớng dẫn bảo tận tình thầy giáo, PGS.TS Nguyễn Văn Liễn Vì vậy, xin chân thành cảm ơn thầy, giáo môn Tự động hoá XNCN trờng ĐHBK Hà Nội Xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Văn Liễn đ dành nhiều thời gian công sức để hớng dẫn, giúp đỡ trình thu thập tài liệu, số liệu, hớng nghiên cứu, thiết kế để hoàn thành đợc đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình tôi, bạn bè, đồng nghiệp ngời thân đ hết lòng động viên, ủng hộ, giúp đỡ tinh thần vật chất, kinh nghiệm để chuyên tâm nghiên cứu Do thời gian có hạn, có nhiều khó khăn tài liệu thiết bị thực nghiệm trình độ thân hạn chế nên luận văn có nhiều thiếu sót Tôi mong nhận đợc ý kiến góp ý quý báu thầy cô giáo, đồng nghiệp để luận văn đợc hoàn thiện thêm Hà Nội, tháng 10 năm 2008 Học Viên Chu Thành Công Lời cảm ơn Mục Lục Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục Danh mục ký hiệu chữ viết tắt Lời mở đầu Chơng 1: Tổng quan biến tần 4Q 1.1 Biến tần bán dÉn 1.1.1 BiÕn tÇn trùc tiÕp 1.1.2 BiÕn tần gián tiếp 1.2 Vấn đề ảnh hởng BBĐ lên lới cung cấp 1.2.1 Sóng điều hoà dòng điện lới 1.2.2 Hệ số công suất chỉnh lu có điều khiển 1.2.3 Hiệu suất chỉnh lu 1.2.4 Các phơng pháp giảm ảnh hởng biến đổi lên lới cung cÊp 1.3 BiÕn tÇn gãc phÇn t− 1.3.1 Vấn đề hm tái sinh loại biến tần công nghiệp 1.3.2 Khái niệm, cấu trúc biến tần 4Q 12 1.3.3 Đặc điểm biến tần 4Q 13 1.4 Lý ln hƯ thèng trun ®éng xoay chiỊu ba pha gãc phÇn t− 14 1.5 Tãm tắt chơng 17 Chơng 2: Chỉnh lu tích cực biÕn tÇn 4Q 2.1 Giíi thiƯu chung 20 2.2 Một số sơ đồ chỉnh lu 21 2.2.1 Chỉnh lu dùng điốt thyristor 21 2.2.2 Các sơ đồ chỉnh lu dùng IGBT 22 2.3 Lựa chọn sơ đồ chỉnh l−u tÝch cùc sư dơng biÕn tÇn 4Q 23 2.4 Mô hình toán học chỉnh lu PWM 25 2.4.1 Mô hình lọc 26 2.4.2 Mô hình mạch cầu nghịch lu PWM 27 Mục lục 2.4.3 Mô hình mạch trung gian chiều 33 2.5 Vấn đề chuyển mạch chỉnh lu tích cực chế độ động 34 chế độ hÃm tái sinh 2.5.1 Mạch chỉnh lu chế độ thuận (công suất từ nguồn > tải) 34 2.5.2 Mạch chỉnh lu chế độ ngợc (công suất từ tải > nguồn) 39 2.6 Tóm tắt chơng 43 Chơng 3: Nghịch lu độc lập biến tần 4Q 3.1 Giới thiệu nghịch lu độc lập 45 3.2 Nguyên lý mạch nghịch lu 45 3.3 Một số sơ đồ nghịch lu độc lập ba pha 46 3.3.1 Nghịch lu độc lập nguồn dòng pha 46 3.3.2 Nghịch lu độc lập nguồn điện áp pha 48 3.4 So sánh tơng đối phần tử bán dẫn công suất lựa chọn sơ 49 đồ mạch nghịch lu biến tần 4Q 3.5 Vấn đề chuyển mạch nghịch lu áp chế độ làm 51 việc biến tần 4Q 3.5.1 Mạch nghịch lu chế độ động 51 3.5.2 Mạch nghịch lu chế độ tái sinh 3.6 Tóm tắt chơng 59 62 Chơng 4: Mô kiểm nghiệm chế độ làm việc hệ biến tần - ĐKB 4.1 Mô hình động không đồng rô to lồng sóc qui đổi stator 64 4.2 Mô hệ biến tần ĐKB chế độ động 66 4.2.1 Nguyên lý làm việc máy điện KĐB chế độ động 66 4.2.2 Sơ đồ mô 67 4.2.3 Kết mô 68 4.2.4 Phân tích, nhận xét 69 4.3 Mô hệ biến tần ĐKB chế độ hÃm tái sinh 69 4.3.1 Nguyên lý làm việc máy điện KĐB chế độ hm tái sinh 69 4.3.2 Sơ đồ mô 71 4.3.3 Kết mô 71 Mục lục 4.3.4 Phân tích, nhận xét 4.4 Tóm tắt chơng 73 74 Chơng 5: Điều khiển biến tần 4Q 5.1 Phơng pháp ®iỊu khiĨn bé biÕn ®ỉi phÝa ®éng c¬ 76 5.1.1 Tổng quan phơng pháp điều khiển BĐPĐC 76 5.1.2 Phơng pháp điều khiển trực tiếp mômen (DTC) 80 5.2 Phơng pháp điều khiển biến đổi phía lới 5.2.1 Khái quát phơng pháp điều khiển biến đổi phía lới 86 86 5.2.2 Các phơng pháp điều khiển tựa theo vectơ điện áp lới (VOC) 90 vectơ từ thông ảo (VFOC) 5.2.3 Các phơng pháp điều khiển công suất trực tiếp dựa theo vectơ 93 điện áp (DPC) dựa theo vectơ từ thông ảo VF-DPC 5.2.4 So sánh phơng pháp điều khiển BĐPL 96 5.2.5 Phơng pháp DPC điều khiển biến đổi phía lới 5.3 Tóm tắt chơng 98 103 Chơng 6: Mô phơng pháp ĐK biến tần 4Q 6.1 Mô phơng pháp DTC điều khiển biến đổi phía động 105 6.1.1 Mô hình mô 105 6.1.2 CÊu tróc chi tiÕt c¸c khèi 105 6.1.3 Kết mô 110 6.2 Mô phơng pháp DPC ®iỊu khiĨn bé biÕn ®ỉi phÝa l−íi 113 6.2.1 Mô hình mô 113 6.2.2 Cấu trúc khối sơ đồ 114 6.2.3 Kết mô 117 6.3 Mô hệ thống chế độ hÃm tái sinh 118 6.3.1 Mô hình mô hệ thống 118 6.3.2 Kết mô 118 6.4 Tóm tắt chơng Kết luận Tài liệu tham khảo Mục lục 123 DANH MụC CáC Ký HIệU Và CHữ VIếT TắT Các ký hiệu x(t), x Giá trị tức thời X* , x* Giá trị đặt Góc pha vector chuẩn Hệ số công suất Góc pha dòng ®iÖn ω VËn tèc gãc ψ Gãc pha ε Gãc pha điều khiển cos Hệ số công suất f Tần số i(t), i Giá trị dòng điện tức thời j Đơn vị ảo X, x Sai lệch kP, kI Hệ số khuyếch đại, hệ số tích phân p(t), p Công suất tác dụng tức thời q(t), q Công suất phản kháng tức thời t Giá trị thời gian tức thời v(t), v Giá trị điện áp tức thời L Vector từ thông ảo L Thành phần vector từ thông ảo hệ trục toạ độ - L Thành phần vector từ thông ảo hệ trục toạ độ - Ld Thành phần vector từ thông ảo hệ trục toạ độ d - q Lq Thành phần vector từ thông ảo hệ trục toạ độ d - q uL Vector điện áp lới uL Thành phần vector điện áp lới hệ trục toạ độ a - b uL Thành phần vector điện áp lới hệ trục toạ độ a - b uLd Thành phần vector điện áp lới hệ trục toạ độ d - q Danh mục ký hiệu chữ viết tắt uLq Thành phần vector điện áp lới hệ trục toạ độ d - q iL Vector dòng điện lới iL Thành phần vector dòng điện lới hệ trục toạ độ a - b iL Thành phần vector dòng điện lới hệ trục toạ độ a - b iLd Thành phần vector dòng điện lới hệ trục toạ độ d - q iLq Thành phần vector dòng điện lới hệ trục toạ ®é d - q uS , uconv Vector ®iƯn ¸p vào chỉnh lu uS Thành phần vector điện áp vào chỉnh lu hệ trục toạ độ a - b uS Thành phần vector điện áp vào chỉnh lu hệ trục toạ độ a - b uSd Thành phần vector điện áp vào chỉnh lu hệ trục toạ độ d - q uSq Thành phần vector điện áp vào chỉnh lu hệ trục toạ độ d - q udc Giá trị điện áp chiều idc Giá trị dòng điện chiều Sa,Sb ,Sc, Trạng thái đóng cắt biến đổi Các chữ viết tắt ĐKB Động không đồng rô to lồng sóc BĐPĐC Bộ biến đổi phía động BĐPL Bộ biến đổi phía lới VTTTA Vectơ từ thông ảo C Giá trị tụ điện I Giá trị hiệu dụng dòng điện L Giá trị điện cảm R Giá trị điện trở S Công suất biểu kiến T Chu kỳ P Công suất tác dụng Q Công suất phản kháng Z Tổng trở kháng M Mô men IGBT Transistor trờng cực cửa cách ly (viÕt t¾t cđa Insulated Gate Bipolar Transistor) Danh mơc ký hiệu chữ viết tắt DSP Vi xử lý tín hiƯu sè (viÕt t¾t cđa Digital Signal Processor) 4Q Bèn góc phần t (viết tắt Four(4) Quater) DTC Điều khiển trực tiếp mômen (viết tắt Direct Toque Control) FOC Điều khiển tựa từ trờng (viết tắt Field Oriented Control) PF Hệ số công suất (viết tắt Power Factor) PWM Điều chế độ rộng xung (viết tắt cña Pulse Width Modulation) VOC ðiều khiển tựa theo ñiện ¸p lưới (viết tắt Voltage Oriented Control) VFOC §iỊu khiển tựa theo vectơ từ thông ảo (viết tắt Virtual Flux Oriented Control) DPC Điều khiển trực tiếp công suất (viết tắt Direct Power Control) VF- Điểu khiển trực tiếp công suất tựa vectơ từ thông ảo (viết tắt DPC Virtual Flux based Direct Power Control) Danh mục ký hiệu chữ viết tắt abstract In almost inverters, there is a DC bus with rectifiers using diodes or thyristors Those rectifier types are the source of harmonic pollution into the power system They are causes of line voltage distortion, lower power factor and undirectional power flow 4Q inverter is researched and developed to reduce all these drawbacks of traditional inverters The main advantage of this inverter is using the active rectifier with PWM technique and Direct power control (DPC) control algorithm, to be able to satisfy about sinusoidal input currents, controllable power factor, bidirectional power flow and high quality DC output voltage This thesis considers the operating in two modes of inverter (motor mode and regen mode) The focus is analysis the status of semiconductor switches in rectifier and inverter circuit Then, researching the best control algorithm This thesis consist of six chapters: Chapter is an introduction of 4Q inverter Chapter is to be focus PWM rectifier Chapter analyses the inverter Chapter simulates status of semiconductor switches Chapter introduces control algorithm Chapter simulates system control Keywords: PWM rectifier, frequency converter, inverter, DTC, DPC,