ĐIỀU KHIỂN tốc độ ĐỘNG cơ KHÔNG ĐỒNG bộ BA PHA BẰNG BIẾN tần

Các kỹ thuật đư không ngừng thay đổi và phát triển cho đến những năm 90 c a thế kỷ XX, kỹ thuật điện tử đư ng dụng khá rộng rưi và thành công trong việc thay thế các khí cụ điện từ dùng

Xác nhận c a cán b h ớng dẫn

Quyết định giao đề tài

Lý lịch khoa học i

L i cam đoan ii

L i c m t iii

Tóm tắt iv

M c l c vi

Danh sách các chữ viết tắt ix

Danh sách các hình x

Danh sách các b ng .xiii

Ch ng 1 T NG QUAN 1

1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên c u, các kết qu nghiên c u trong và ngoài n ớc 1

1.1.1Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên c u 1

1.1.2 M t số kết qu nghiên c u trong và ngoài n ớc 2

1.2 M c đích c a đề tài nghiên c u 4

1.3 Nhi m v và giới h n c a đề tài 3

1.4 Ph ơng pháp nghiên c u 4

Ch ng 2: C S LÝ THUY T C A Đ NG C KHÔNG Đ NG B BA PHA RÔTO L NG SÓC 5

2.1 Tổng quan về đ ng cơ không đồng b ba pha 5

2.1.1 C u t o 5

2.1.2 Nguyên lý ho t đ ng 5

2.1.3 M máy đ ng cơ không đồng b ba pha 7

2.1.4 Đặc tính cơ c a đ ng cơ đi n không đồng b ba pha 8

2.2.1 Các yêu cầu đặt ra đối với vi c điều khiển đ ng cơ không đồng b ba

pha 12

2.2.2 Các ph ơng pháp điều khiển tốc đ đ ng cơ không đồng b ba pha 14

2.2.3 Điều khiển tốc đ đ ng cơ bằng ph ơng pháp thay đổi tần số nguồn 14

2.2.4 Ph ơng pháp điều khiển U/f = const 15

2.3 Biến tần 18

2.3.1 Phân lo i biến tần 18

2.3.1.1 Biến tần trực tiếp 19

2.3.1.2 Biến tần gián tiếp 19

2.3.2 C u trúc cơ b n c a m t biến tần 20

2.3.3 Ph ơng th c điều khiển đ r ng xung (PWM) 22

Ch ng 3: ĐI U KHI N Đ NG C KHÔNG Đ NG B BA PHA B NG BI N T N D A TRÊN C S PH NG PHÁP ĐI U CH VECTOR KHÔNG GIAN 28

3.1 Ph ơng pháp điều chế vector không gian (SVPWM) 28

3.2 Thành lập vector không gian 28

3.2.1 Tính toán th i gian đóng ngắt 32

3.2.2 Kỹ thuật điều chế vector không gian 35

3.2.3 Gian đồ đóng cắt các khóa để t o ra vector Vs trong từng sector 35

Ch ng 4: MÔ PH NG H TH NG BI N T N ĐI U KHI N Đ NG C KHÔNG Đ NG B 3 PHA 38

4.1 Sơ đồ tổng quan h thống biến tần điều khiển tốc đ đ ng cơ không đồng b 3 pha 38

4.2 Sơ đồ tổng quan m ch công su t 40

4.3 Sơ đồ triển khai m ch xung kích 43

4.4 Sơ đồ m ch encoder 47

4.5 Sơ đồ m ch c m biến dòng 48

Ch ng 5: TH C NGHI M H TH NG BI N T N ĐI U KHI N Đ NG C KHÔNG Đ NG B 3 PHA 50

5.1 Mô phỏng biến tần điều khiểu tốc đ đ ng cơ không đồng b 3 pha 50

5.1.1 Mô hình mô phỏng c a biến tần 50

5.1.1.1 Khối điều khiển 50

5.1.1.2 Khối công su t 54

5.1.1.3 Khối t i 57

5.1.2 Kết qu mô phỏng c a biến tần 58

5.2 Thực nghi m biến tần điều khiểu tốc đ đ ng cơ không đồng b 3 pha 61

5.2.1 Mô hình nhúng c a biến tần 61

Ch ng 6: K T LU N 73

6.1 Kết luận 73

6.2 H ớng phát triển c a đề tài 73

TÀI LI U THAM KH O 74

DC Direct Current

ADC Analog-to-Digital Converter

DSP Digital Signal Processor

I/O Input/Output

IGBT Insulated-Gate Bipolar Transistor

GTO Gate-Turn-Off thyristor

PI Proportional-Integral

PWM Pulse Width Modulation

SVPWM Space Vector Pulse Width Modulation

THD Total Harmonic Distortion

CPWM Carrier Based Pulse Width Modulation

IEC International Electrotechnical Commission

Hình 2.2: Sơ đồ thay thế m t pha đ ng cơ không đ ng b ba pha 8

Hình 2.3: Đ ng đặc tính cơ c a đ ng cơ không đồng b ba pha 9

Hình 2.4: Đặc tính cơ c a đ ng cơ KDB khi thay đổi tần số nguồn kết h p với thay đổi đi n áp 11

Hình 2.5: Đồ thị biểu thị mối quan h giữa momen và đi n áp theo tần số theo luật điều khiển U/f=const 18

Hình 2.6: Sơ đồ c u trúc c a biến tần gián tiếp 19

Hình 2.7: C u trúc cơ b n c a m t biến tần 21

Hình 2.8: D ng sóng đầu ra theo ph ơng pháp điều chế đ r ng xung 23

Hình 2.9: Nguyên lý điều chế SPWM m t pha 24

Hình 2.10: Nghịch l u áp ba pha 24

Hình 2.11: Nguyên lý điều chế SPWM ba pha 25

Hình 3.1: biểu di n vectơ không gian trong h tọa đ oxy 28

Hình 3.2: Các vectơ không gian từ 1 đến 6 31

Hình 3.3: Tr ng thái đóng ngắt c a các van 32

Hình 3.4: Vectơ không gian Vr trong vùng 1 32

Hình 3.5: Vectơ không gian Vr trong vùng b t kỳ 34

Hình 3.6: Gi n đồ đóng cắt linh ki n 35

Hình 3.7: Vectơ Vs trong các vùng từ 0-6 36

Hình 4.1: Sơ đồ b biến đổi công su t 38

Hình 4.2: sơ đồ và d ng sóng đi n áp chính l u cầu1 pha 39

Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý m ch công su t 41

Hình 4.4: Sơ đồ nguyên lý IGBT FGA15N120ANTD 41

Hình 4.5: Sơ đồ nguyên lý m ch nghịch l u 42

Hình 4.6: Thi công m ch nghịch l u 43

Hình 4.9: Thi công m ch nguồn 45

Hình 4.10: Sơ đồ nguyên lý m ch lái 46

Hình 4.11: Thi công m ch lái 46

Hình 4.12: Encoder 256 xung/vòng 47

Hình 4.13 : Sơ đồ nguyên lý m ch xử lý tín hi u encoder 48

Hình 4.14 : Sơ đồ nguyên lý m ch c m biến dòng 48

Hình 4.15: Thi công m ch c m biến dòng 49

Hình 5.1:Mô hình mô phỏng tổng quan c a biến tần 50

Hình 5.2: Sơ đồ tổng quan khối điểu khiển vòng h 51

Hình 5.3: Sơ đồ khối SVPWM 2_level và cửa sổ thông số 52

Hình 5.4: Sơ đồ tổng quan khối điều khiển vòng kín 53

Hình 5.5: Sơ đồ tổng quan khối PID 54

Hình 5.6: Sơ đồ tổng quan khối công su t 54

Hình 5.7: Cài đặt thông số cho khối nguồn AC 55

Hình 5.8: Cài đặt thông số cho khối chỉnh l u 56

Hình 5.9: Cài đặt thông số cho t C 56

Hình 5.10: Cài đặt thông số cho khối IGBT inverter 57

Hình 5.11: Sơ đồ khối đ ng cơ không đồng b 3 pha 57

Hình 5.12: Cài đặt thông số cho khối đ ng cơ không đồng b 3 pha 58

Hình 5.13: Tốc đ , moment và dòng đi n c a đ ng cơ chế đ vòng h 59

Hình 5.14: D ng sóng mô phỏng tốc đ , moment và dòng đi n chế đ vòng h 60

Hình 5.15: Phân tích phổ dòng đi n 60

Hình 5.16: D ng sóng mô phỏng đi n áp dây 61

Hình 5.17: Mô hình lập trình nhúng c a biến tần 61

Hình 5.18: Sơ đồ bên trong khối rpm_rampUp 62

Hình 5.21: Sơ đồ bên trong khối SVPWM 66

Hình 5.22: Cửa sổ khai báo ePWM 66

Hình 5.23: Khối giao tiếp Matlab – DSP TMS320F28335 và cửa sổ thông số 67

Hình 5.24: Kết qu thực nghi m Tốc đ đặt n = 150 vòng/ phút 68

Hình 5.25: Kết qu thực nghi m Tốc đ đặt n = 500 vòng/ phút 69

Hình 5.26: Kết qu thực nghi m Tốc đ đặt n = 1450 vòng/ phút 70

Hình 5.27: Đồ thị đáp ng đi n áp và tần số 71 Hình 5.28: Dòng đi n stator c a đ ng cơ khi đặt tốc đ n = 1450 vòng/phút 72

B ng 3.1: Giá trị đi n áp các tr ng thái đóng ngắt và vectơ không gian

t ơng ng 32

B ng 5.1: B ng số li u mô phỏng c a b biến tần 58

B ng 5.2: Kết qu mô phỏng vòng h và vòng kín c a b biến tần 59

B ng 5.3: B ng số li u thực nghi m c a b biến tần 71

B ng 5.4: Kết qu thực nghi m vòng h và vòng kín c a b biến tần 71

CH NG 1: T NG QUAN

1.1 T ng quan chung v lĩnh v c nghiên c u và k t qu nghiên c u trong và ngoài

n ớc

1.1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu

Kỹ thuật điện tử chỉ đ ợc ng dụng trong những mạch điều khiển, đo l ng, khống chế, bảo vệ…hệ thống điện công nghiệp gọi là điện tử công nghiệp vào khoảng những năm 70 – 80 c a thế kỷ XX Các kỹ thuật đư không ngừng thay đổi và phát triển cho đến những năm 90 c a thế kỷ XX, kỹ thuật điện tử đư ng dụng khá rộng rưi và thành công trong việc thay thế các khí cụ điện từ dùng để đóng ngắt cung cấp nguồn cho những phụ tải, làm các bộ nguồn công suất lớn trong công nghiệp…Với u điểm là kích th ớc nhỏ gọn, dễ điều khiển và thuận tiện, khả năng về công suất, điện áp, dòng điện và độ tin cậy ngày càng đ ợc cải tiến dần Và Các thiết bị biến đổi công suất đư giúp nâng cao hiệu quả quá trình biến đổi năng l ợng điện đồng th i luôn đ ợc cải tiến và hoàn thiện để đáp ng yêu cầu về chất l ợng điện năng Ngoài các ng dụng truyền thống nh điều khiển động cơ điện, các bộ nguồn công suất, phạm vi ng dụng c a bộ biến đổi công suất ngày càng đ ợc m rộng nh trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp, l u trữ năng l ợng, và còn đ ợc ng dụng trong truyền tải điện

Để khắc phục các vấn đề sự hiệu chỉnh hệ số công suất, méo dạng sóng hài… thì đư

có nhiều giải pháp đ ợc để ra bao gồm: Các bộ lọc thụ động, tích cực, các bộ tụ bù… nhằm cưi thiện chất l ợng điện năng Các nghiên c u bộ biến đổi tr ớc đây cho thấy bên cạnh các ch c năng cơ bản c a sự chuyển đổi công suất thì có một số nh ợc điểm

nh hệ số công suất thấp, năng l ợng chỉ chảy theo một chiều và có nhiều sóng hài bậc cao Do đó các bộ biến đổi DC/AC PWM (pulse width modulation) có thể khắc phục

đ ợc đ ợc các nh ợc điểm trên để bắt kiệp với các yêu cầu đặt ra trong tình hình mới,

nó có nhiều ph ơng pháp điều khiển Các ph ơng pháp điều khiển cũ và mới bao hàm một sự thay đổi nhỏ trong cấu trúc c a l ợc đồ điều khiển c a các bộ biến đổi các bộ biến đổi năng l ợng điện này các van chuyển mạch nguồn đ ợc điều khiển nh

các transistor l ỡng cực có cực cửa cách ly (IGBT), các thyristor tắt m bằng cực cửa (GTO), hoặc các thyristor điều khiển có cực cửa kết hợp (IGCT) đ ợc ch a trong 2 mạch công suất c a bộ chỉnh l u và nghịch để tích cực thay đổi dạng sóng c a dòng điện ngõ vào, làm giảm độ méo, giảm sóng hài và do đó chúng cải thiện đ ợc hệ số công suất

Nghich l u 2 bậc đư đ ợc nghiên c u rộng rưi Nó đ ợc ng dụng trong các hệ truyền động c a các dây chuyền sản suất hiện đại, động cơ không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc đang đ ợc sử dụng rộng rưi b i có nhiều u điểm nh cấu trúc đơn giản, dễ chế tạo, giá thành rẻ, vận hành tin cậy và an toàn Với sự phát triển c a lý thuyết điều khiển và các ngành liên quan làm cho động cơ không đồng bộ 3 pha đang chiếm u

thế trong các ngành truyền động nên đề tài luận văn tốt nghiệp ắ Đi u khi n t c đ

đ ng c không đ ng b 3 pha b ng bi n t nẰ đ ợc chọn để thay thế cho các mạch

điều khiển cổ điển gây ra nhiều tổn thất trên mạch điều chỉnh Và Matlab cũng đư

đ ợc ng dụng để nghiên c u phát triển thêm các kỹ thuật nghịch l u nhằm cải thiện các khuyết điểm hiện tại Kết hợp với card DSP F28355 để lập trình nhúng thì DSP có hiệu suất rất cao, ít tổn thất công suất không phụ thuộc hoạt động c a hệ thống và nó rất t ơng thích với Matlab

1.1.2 M t s k t qu nghiên c u trong vƠ ngoƠi n ớc

Các bộ nghịch l u là thành phần ch yếu trong bộ biến tần ng dụng c a chúng khá quan trọng và t ơng đối rộng rưi, ch yếu nhằm vào lĩnh vực truyền động điện động cơ xoay chiều với độ chính xác cao Trong lĩnh vực tần số cao, bộ nghich l u

đ ợc dùng trong các lò cảm ng trung tần, bộ nghịch l u còn đ ợc dùng làm nguồn xoay chiều cho các nhu cầu trong gia đình, làm nguồn điện liên tục UPS, điều khiển chiếu sáng và còn ng dụng trong lĩnh vực bù nhuyễn công suất phản kháng

Đối với trong n ớc:

- Luận văn thạc sĩ c a Nguyễn Thế Anh – Đà Nẵng “ Điều khiển m động cơ không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc”

- Luận văn thạc sĩ c a Nguyễn Thị Trung Tín – Đà Nẵng “ Điều khiển tốc độ động

cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha dùng mạng nowrron thích nghi”

- Luận văn thạc sĩ c a Phan Thanh Hoàng Anh về “điều khiển PWM cho bộ nghịch

l u ghép 2 bậc” (http://www.thuvienspkt.edu.vn)

Đối với n ớc ngoài:

- “Speed Control 3 Induction Motor Using Volts Hertz Control Method”

M.S.Aspalli1, Sunil Klshetti1 & P.V.Hunagund2 Tạp Chí Quốc Tế Về Kỹ Thuật Điện

không đổi thì thông l ợng từ thông khe h không khí không đổi Kết quả đạt đ ợc là mô-men xoắn tối đa c a động cơ vẫn không đổi trong phạm vi d ới tốc độ định m c

- Tổng hợp, đánh giá kết quả mô phỏng và thực nghiệm

1.3 Nhi m v và gi ới h n c a đ tài

- Tìm hiểu bộ nghich l u 3 pha 2 bậc sử dụng ph ơng pháp PWM

- Xây dựng mô hình toán học cho động cơ không đồng bộ 3 pha rô to lồng sóc

- Nghiên c u và phân tích giải thuật đư chọn

- Chọn ph ơng án tốt nhất nằm trong khả năng thực hiện

- Viết ch ơng trình mô phỏng bằng phần mềm Matlab

- Lập trình điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc dựa vào Card DSP TMS320F28335

- Nhận xét kết quả và đ a ra kết luận

CH NG 2: C S Lụ THUY T C A Đ NG C KHÔNG Đ NG B 3 PHA RÔTO L NG SÓC

2.1 T ng quan v đ ng c không đ ng b ba pha

2.1.1 C u t o

Động cơ không đồng bộ 3 pha là loại máy điện xoay chiều hai dây quấn: Dây quấn

sơ cấp nhận điện áp l ới với tần số f1, dây quấn th cấp đ ợc khép kín Dây quấn th cấp sinh ra dòng điện nh hiện t ợng cảm ng điện từ với tần số f2 và nó là hàm c a

tr ợt, đấu với mạch ngoài bằng chổi than Nh cơ cấu này mà ta có thể nối thêm điện

tr phụ vào mạch rôto để cải thiện tính năng m máy và điều chỉnh tốc độ

Động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc thì trên rôto ng i ta đặt các thanh dẫn bằng đồng hay bằng nhôm và nối tắt chúng hai đầu vòng ngắn mạch

Cấu tạo gồm hai phần chính:

- Phần cảm gồm 3 cuộn dây đặt lệch nhau 1200 và đ ợc cấp điện xoay chiều 3 pha

để tạo từ tr ng quay Phần cảm đặt stator và đ ợc nối sao hoặc nối tam giác

- Phần ng cũng gồm 3 cuộn dây (đối với rôto dây quấn) và bằng sắt từ có các thanh dẫn và vòng ngắn mạch hai đầu đối với rôto lồng sóc

Vì động cơ không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc có cấu tạo đơn giản và hoạt động với

độ tin cậy cao nên th ng đ ợc sử dụng rộng rưi hơn so với động cơ không đồng bộ 3 pha rôto dây quấn

2.1.2 Nguyên lý ho t đ ng

Nh đư biết trong vật lý, khi cho dòng điện ba pha vào ba cuộn dây đặt lệch nhau

1200 trong không gian thì từ tr ng tổng mà ba cuộn dây tạo ra trong là một từ tr ng quay Nếu trong từ tr ng quay này có đặt các thanh dẫn điện thì từ tr ng quay sẽ quét qua các thanh dẫn điện và làm xuất hiện một s c điện động cảm ng trong các thanh dẫn

Nối các thanh dẫn với nhau và làm một trục quay thì trong các thanh dẫn sẽ có dòng điện (ngắn mạch) có chiều xác định theo quy tắc ban tay phải Từ tr ng quay lại tác dụng vào chính dòng điện cảm ng này một lực từ có chiều xác định theo quy tắc ban tay trái và tạo ra momen làm quay roto theo chiều quay c a từ tr ng quay

Tốc độ quay c a roto luôn nhỏ hơn tốc độ quay c a từ tr ng qua Nếu roto quay với tốc độ bằng tốc độ c a từ tr ng quay thì từ tr ng sẽ quét qua các dây quấn phần cảm nữa nên sdd cảm ng và dòng điện cảm ng sẽ không còn, momen quay cũng không còn Do momen cản roto sẽ quay chậm lại sau từ tr ng và các dây dẫn roto lại

bị từ tr ng quét qua, dòng điện cảm ng lại xuất hiện và do đó lại có momen quay làm roto tiếp tục quay theo từ tr ng nh ng với tốc độ luôn nhỏ hơn tốc độ từ tr ng Đồng cơ làm việc theo nguyên lý này gọi là động cơ không đồng bộ (KDB) hay động cơ xoay chiều

Hình 2.1: Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ ba pha

Nếu gọi tốc độ từ tr ng quay là ωo (rad/s) hay no (vòng/phút) thì tốc độ quay c a roto là ω ( hay n ) luôn nhỏ hơn ( ω < ωo ; n < no ) Sai lệch t ơng tối giữa hai tốc độ gọi là độ tr ợt s:

Từ đó ta có:

Với

f1 tần số điện áp đặt lên cuộn dây stator

Tốc độ ωo là tốc độ lớn nhất mà roto có thể đạt đ ợc nếu không có lực cản nào

Tốc độ này gọi là tốc độ không tải lý t ng hay tốc độ đồng bộ

chế độ động cơ, độ tr ợt s có giá trị 0 ≤ s ≤ 1

Dòng điện cảm ng trong cuộn dây phần ng roto cũng là dòng điện xoay chiều với tần số xác định b i tốc độ t ơng đối c a roto đối với từ tr ng quay:

2.1.3 M máy đ ng c không đ ng b 3 pha

Theo yêu cầu c a sản xuất, động cơ không đồng bộ 3 pha lúc làm việc bình th ng phải m máy và ngừng máy nhiều lần Tùy theo tính chất tải và tình hình c a l ới điện

mà yêu cầu về m máy đối với động cơ cũng khác nhau Có khi yêu cầu môment m máy lớn có khi yêu cầu hạn dòng điện m máy và có khi cần cả hai Những yêu cầu trên đỏi hỏi động cơ điện phải có tính năng m máy thích hợp

Trong nhiều tr ng hợp, do ph ơng pháp m máy hay do chọn động cơ điện có tính năng m máy không thích hợp nên th ng gây hỏng động cơ Nên khi m máy cần chú

ý các yêu cầu sau:

- Phải có môment đ lớn để thích ng với đặc tính cơ c a tải

- Dòng điện m máy càng nhỏ càng tốt

- Ph ơng pháp m máy và thiết bị cần dùng phải đơn giản, tốn ít chi phí và chắc chắn

- Tổn hao trong quá trình m máy càng thấp càng tốt

2.1.4 Đặc tính c c a đ ng c đi n không đ ng b ba pha

 Ph ng trình đặc tính c

Theo lý thuyết máy điện, khi coi động cơ và l ới điện là lý t ng, nghĩa là ba pha

c a động cơ đối x ng, các thông số dây quấn nh điện tr và điện kháng không đổi, tổng tr mạch từ hóa không đổi, bỏ qua tổn thất ma sát và tổn thất trong lõi thép và điện áp l ới hoàn toàn đối x ng, thì sơ đồ thay thế một pha c a động cơ nh hình vẽ (2.2)

Hình 2.2: Sơ đồ thay thế một pha động cơ không động bộ ba pha

Trong đó:

- U1 – trị số hiệu dụng c a điện áp pha stato (V)

- Iµ, I1, I’2 – dòng điện từ hóa, dòng điện stato và dòng điện roto đư quy đổi về stato (A)

- Xµ, X1, X’2 – điện kháng mạch từ hóa, điện kháng stato và điện kháng roto đư quy đổi về stato (Ω)

- Rµ, R1, R2 – điện tr tác dụng mạch từ hóa, mạch stato và mạch roto đư quy đổi về stato (Ω)

Ph ơng trình đặc tính cơ c a động cơ không đồng bộ biểu diễn mối quan hệ giữa mômen quay và tốc độ c a động cơ có dạng:

⌊ ⌋ [ ] Trong đó:

Xnm– điện kháng ngắn mạch, Xnm = X1 + X’2

 Đ ng đặc tính c

Với những giá trị khác nhau c a s (0 ≤ s ≤ 1), ph ơng trình cho những giá trị c a M

Đ ng biều diễn M = f(s) trên trục tọa độ sOM nh hình vẽ 1-4, đó là đ ng đặc tính

cơ c a động cơ điện xoay chiều không đồng bộ ba pha

Hình 2.3: Đường đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha

Đ ng đặc tính cơ có điểm cực trị gọi là điểm tới hạn K Tại điểm đó:

Giải ph ơng trình ta có:

Vì ta đang xem xét trong giới hạn 0 ≤ s ≤ 1 ( chế độ động cơ ) nên giá trị sth

và Mthc a đặc tính cơ trên hình ng với dấu (+)

Đặc tính cơ c a động cơ điện xoay chiều KDB là một đ ng cong ph c tạp có hai đoạn AK và BK, phân b i điểm tới hạn K Đoạn AK gần thẳng và c ng Trên đoạn này momen động cơ tăng khi tốc độ giảm và ng ợc lại Do vậy động cơ làm việc trên đoạn này sẽ ổn định Đoạn BK cong với độ dốc d ơng Trên đoạn này động cơ làm việc không ổn định

Trên đ ng đặc tính cơ tự nhiên, điểm B ng với tốc độ ω = 0 ( s = 1 ) và momen

m máy:

( ) Điểm A ng với momen cản bằng 0 ( Mc = 0 ) và tốc độ đồng bộ:

2.1.5 nh h ng c a t n s ngu n đ n đặc tính c

Khi thay đổi f1 thì theo (2.4) tốc độ đồng bộ ωo thay đổi, đồng th i X1, X2 cũng bị thay đổi ( vì X = 2πfL ), kéo theo sự thay đổi c a cả độ tr ợt tới hạn sth và momen tới hạn Mth

Khi giảm tần số f1 xuống d ới tần số định m c f1dm thì tổng tr c a các cuộn dây giảm nên nếu giữ nguyên điện áp cấp cho động cơ sẽ dẫn đến dòng điện động cơ tăng

mạnh Vì vậy khi giảm tần số nguồn xuống d ới giá trị định m c cần phải đồng th i giảm điện áp cấp cho động cơ theo quan hệ:

để giữ cho động cơ không bị quá tải về công suất

Hình 2.4: Đặc tính cơ của động cơ KDB khi thay đổi tần số nguồn kết hợp với

thay đổi điện áp

2.1.6 ng d ng c a đ ng c không đ ng b ba pha

Ngày nay các hệ thống truyền động điện đ ợc sử dụng rất rộng rưi trong các thiết

bị hoặc dây truyền sản xuất công nghiệp, trong giao thông vận tải và trong các thiết bị điện dân dụng… ớc tính có khoảng 50% điện năng sản xuất ra đ ợc tiêu thụ b i các

hệ thống truyền động điện

Hệ thống điện có thể hoạt động với tốc độ không đổi hoặc tốc độ thay đổi đ ợc Hiện nay có khoảng 75 – 80% các hệ truyền động là loại hoạt động với tốc độ không đổi Với các hệ thống này, tốc độ c a động cơ hầu nh không cần điều khiển trừ các

quá trình kh i động và hưm Phần còn lại là các hệ thống có thể điều chỉnh đ ợc tốc độ

để phối hợp đặc tính động cơ với đặc tính tải theo yêu cầu Với sự phát triển mạnh mẽ

c a kỹ thuật bán dẫn công suất lớn và kỹ thuật vi xử lý, các hệ thống điều tốc sử dụng

kỹ thuật điện tử ngày càng đ ợc sử dụng rộng rưi và công cụ không thể thiếu trong quá trình tự động hóa

Động cơ không đồng bộ có nhiều u điểm nh sau: kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ, có khả năng làm việc trong môi tr ng độc hại hoặc nơi có khả năng cháy nổ cao Vì những u điểm này nên động cơ không đồng bộ đ ợc

sử dụng rất rộng rưi trong các ngành kinh tế quốc dân với công suất từ vài chục đến hàng nghìn KW Trong công nghiệp, động cơ không đồng bộ th ng đ ợc dùng làm nguồn động lực cho các máy cán thép loại vừa và nhỏ, cho các máy công cụ các nhà máy công nghiệp nhẹ… Trong nông nghiệp, đ ợc dùng làm máy bơm hay máy gia công nông sản phẩm Trong đ i sống hàng ngày, động cơ không đồng bộ ngày càng chiếm một vị trí quan trọng với nhiều ng dụng nh : quạt gió, động cơ trong t lạnh, trong máy điều hòa… Tóm lại cùng với sự phát triển c a nền sản xuất điện khí hóa và

tự động hóa, phạm vi ng dụng c a động cơ không đồng bộ ngày càng rộng rưi

Bên cạnh đó thì nh ợc điểm c a động cơ không động bộ là so với máy điện một chiều, việc điều khiển máy điện xoay chiều gặp nhiều khó khăn b i vì các thông số

c a máy điện xoay chiều là các thông số biến đổi theo th i gian cũng nh bản chất

ph c tạp về mặt cấu trúc c a động cơ điện xoay chiều

Để có thể điều khiển độc lập từ thông và momen c a động cơ điện xoay chiều đòi hỏi một hệ thống tính toán cực nhanh và chính xác trong việc quy đổi các giá trị xoay chiều về các biến đơn giản Vì vậy cho đến gần đây, phần lớn động cơ xoay chiều làm việc với các ng dụng có tốc độ không đổi do các ph ơng pháp điều khiển tr ớc đây

dùng cho máy điện th ng đắt và có hiệu suất kém

2.2 Các v n đ liên quan đ n đi u khi n đ ng c

2.2.1 Các yêu c u đặt ra đ i với vi c đi u khi n đ ng c không đ ng b ba pha

Những động cơ tr ớc đây th ng đ ợc chế tạo để làm việc với tải không đổi trong suốt quá trình làm việc Điều này làm cho hiệu suất làm việc c a hệ thống thấp, một phần đáng kể công suất đầu vào không đ ợc sử dụng hiệu quả Hầu hết th i gian momen động cơ sinh ra đều lớn hơn momen yêu cầu c a tải

Khi kh i động trực tiếp từ l ới nguồn, dòng kh i động rất lớn Điều này làm tổn thất công suất lớn trên đ ng truyền và trong roto, làm nóng động cơ, thậm chí có thể làm hỏng lớp cách điện Dòng kh i động lớn có thể làm sụt điện áp nguồn, ảnh h ng đến các thiết bị khác dùng chung nguồn với động cơ

Khi chạy không tải, dòng điện chạy trong động cơ ch yếu là dòng từ hóa, tải hầu

nh chỉ có tính cảm Kết quả là hệ số công suất ( PF: Power Factor ) rất thấp, khoảng 0,1 Khi tải tăng lên dòng điện làm việc bắt đầu tăng Dòng điện từ hóa duy trì hầu nh không đổi trong suốt quá trình hoạt động từ không tải đến đầy tải Vì vậy khi tải tăng

hệ số công suất cũng lên Khi động cơ làm việc với hệ số công suất nh hơn 1, dòng điện trong động cơ không hoàn toàn sin Điều này cũng làm giảm chất l ợng công suất nguồn, ảnh h ng đến các thiết bị khác dùng chung nguồn với động cơ

Trong quá trình làm việc, nhiều lúc cần dừng khẩn cấp hoặc đảo chiều động cơ Độ chính xác trong tốc độ, khả năng dừng chính xác, đảo chiều tốt làm tăng năng suất lao động cũng nh chất l ợng sản phẩm Trong các ng dụng tr ớc đây các ph ơng pháp hưm cơ đ ợc sử dụng Lực ma sat giữa phần cơ và má phanh có tác dụng hãm Tuy nhiên việc hưm này rất kém hiệu quả và tổn hao nhiệt lớn

Trong nhiều ng dụng, công suất đầu vào là một hàm phụ thuộc vào tốc độ nh quạt, máy bơm những tải loại này, momen cản tỷ lệ với bình ph ơng tốc đô, công suất tỷ lệ với lập ph ơng c a tốc độ Do đó việc điều chỉnh tốc độ, điều này phụ thuộc vào tải, có thể tiết kiệm điện năng Tính toán cho thấy việc giảm 20% tốc độ động cơ

có thể tiết kiệm đ ợc 50% công suất đầu vào Mà điều này là không thể thực hiện

đ ợc đối với những động cơ sử dụng trực tiếp điện áp l ới

Khi l ới điện cấp cho động cơ có hệ số công suất nhỏ hơn đơn vị, dòng điện trong động cơ ch a nhiều thành phần điều hòa bậc cao Điều này làm tăng tổn thất trong động cơ dẫn đến giảm tuổi thọ c a động cơ Momen sinh ra b i động cơ bị gợn sóng Các thành phần điều hòa bậc cao có thể loại bỏ khi hoạt động tần số cao b i tính chất cảm c a động cơ Nh ng tần số thấp động cơ chạy sẽ bị rung, làm ảnh h ng đến các vòng đồng c a roto Động cơ làm việc l ới nguồn không ổn định nếu không

đ ợc bảo vệ sẽ làm giảm tuổi thọ c a động cơ

Từ những phân tích trên ta thấy rằng cần phải có một hệ điều khiển thông minh Sự phát triển c a các van công suất, công nghệ sản xuất IC tích hợp cao cho ra đ i những

bộ vi xử lý có tốc độ xử lý ngày càng nhanh và sự phát triển c a kỹ thuật tính toán đư

dẫn đến việc điều khiển động cơ không đồng bộ có thể đạt đ ợc chất l ợng cao

2.2.2 Các ph ng pháp đi u khi n t c đ đ ng c không đ ng b ba pha

Có nhiều ph ơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ nh :

- Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện tr phụ trong mạch roto Rf

- Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp stato

- Điều chỉnh bằng cách thay đổi số đôi cực từ

- Điều chỉnh bằng cuộn kháng bưo hòa

- Điều chỉnh bằng ph ơng pháp nói tầng

- Điều chỉnh bằng cách thay đổi tần số nguồn f1

Trong các phuơng pháp trên thì ph ơng pháp điều chỉnh bằng cách thay đổi tần số cho phép điều chỉnh cả momen và tốc độ với chất l ợng cao nhất, đạt đến m c độ

t ơng đ ơng nh điều chỉnh động cơ điện một chiều bằng cách thay đổi điện áp phần

ng Ngày nay các hệ truyền động sử dụng động cơ không đồng bộ điều chỉnh tần số đang ngày càng phát triển Sau đây xin trình bày ph ơng pháp điều chỉnh động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi tần số nguồn f1

2.2.3 Đi u khi n t c đ đ ng c b ng ph ng pháp thay đ i t n s ngu n

Nh đư biết tốc độ đồng bộ c a động cơ phụ thuộc và tần số nguồn và số đôi cực

từ theo công th c:

Mà ta lại có, tốc độ roto động cơ quan hệ với tốc độ đồng bộ theo công th c:

Do đó bằng việc thay đổi tần số nguồn f1 hoặc thay đổi số đôi cực từ có thể điều chỉnh đ ợc tốc độ c a động cơ không đồng bộ Khi động cơ đư đ ợc chế tạo thì số đôi cực từ không thể thay đổi đ ợc do đó chỉ có thể thay đổi tần số nguồn f1 Bằng cách thay đổi tần số nguồn có thể điều chỉnh đ ợc tốc độ c a động cơ Nh ng khi tần số giảm, tr kháng c a động cơ giảm theo ( X=2πfL ) Kết quả là làm cho dòng điện và từ thông c a động cơ tăng lên Nếu điện áp nguồn cấp không giảm sẽ làm cho mạch từ bị bưo hòa và động cơ không làm việc chế độ tối u, không phát huy đuợc hết công suất Vì vậy ng i ta đặt ra vấn đề là khi thay đổi tần số cần có một luật điều khiển nào đó sao cho từ thông c a động cơ không đổi Từ thông này có thế là từ thông stato

Φ1, từ thông c a roto Φ2, hoặc từ thông tổng c a mạch từ hóa Φµ

Vì momen động cơ tỉ lệ với từ thông trong khe h từ tr ng nên việc giữ cho từ thông không đổi cũng làm giữ cho momen không đổi Có thể kể ra các luật điều khiển

nh sau:

- Luật U/f không đổi: U/f = const

- Luật hệ số quá tải không đổi: λ = Mth/Mc = const

- Luật dòng điện không tải không đổi: Io = const

Luật điều khiển dòng stato theo hàm số c a độ sụt tốc: I1 = f(Δω)

2.2.4 Ph ng pháp đi u khi n U/f = const

Sđđ c a cuộn dây stator E1 tỷ lệ với từ thông Φ và tần số f1theo biểu th c:

̇ ̇ ̇ ̇

Từ (2.14) nếu bỏ qua sụt áp trên tổng tr stato Z1, ta có E1=U1, do đó :

Nh vậy để giữ từ thông không đổi ta cần giữ tỷ số U1/f1 không đổi Trong

ph ơng pháp U/f = const thì tỷ số U1/f1 đ ợc giữ không đổi và bằng tỷ số này định

m c Cần l u ý khi momen tải tăng, dòng động cơ tăng làm tăng sụt áp trên điện tr stato dẫn đến E1 giảm, nghĩa là từ thông động cơ giảm Do dó động cơ không hoàn toàn làm việc chế độ từ thông không đổi

Ta có công th c tính momen cơ c a động cơ nh sau:

⌊ ⌋ Với momen tới hạn:

Với f1 là tần số làm việc c a động cơ, f1dm là tần số định m c

Theo luật U/f = const:

Dựa theo công th c trên ta thấy, các giá trị X1 và X’2 phụ thuộc vào tần số trong khi

R1 lại là hằng số Nh vậy khi hoạt động tần số cao, giá trị (X1 + X’2) >> R1/a, sụt áp trên R1 rất nhỏ nên giá trị E suy giảm rất ít dẫn đến từ thông đ ợc giữ gần nh không đổi Momen cực đại c a động cơ gần nh không đổi

Tuy nhiên khi hoạt động tần số thấp thì giá trị điện tr R1/a sẽ t ơng đối lớn so với giá trị c a (X1 + X’2) dẫn đến sụt áp nhiều trên điện tr stato khi momen tải lớn Điều này làm cho E bị giảm, dẫn đến suy giảm từ thông momen cực đại Để bù lại sự suy giảm từ thông tần số thấp, ta sẽ cung cấp thêm cho động cơ điện một điện áp Uo

để từ thông c a động cơ định m c khi f = 0 Từ đó ta có quan hệ sau:

Với K là một hằng số đ ợc chọn sao cho giá trị U1 cấp cho động cơ U=Udm tại f =

fdm. Khi a > 1 (f > fdm), điện áp đ ợc giữ không đổi và bằng định m c Khi đó động cơ hoạt động chế độ suy giảm từ thông Sau đây là đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa momen và điện áp theo tần số trong ph ơng pháp điều khiển U/f=const:

Hình 2.5: Đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa momen và điện áp theo tần số theo

luật điều khiển U/f=const

Từ (hình 2.5) ta có nhận xét sau:

- Dòng điện kh i động yêu cầu thấp hơn

- Vùng làm việc ổn định c a động cơ tăng lên Thay vì chỉ làm việc tốc độ định

m c, động cơ có thể làm việc từ 5% c a tốc độ đồng bộ đến tốc độ định m c Momen tạo ra b i động cơ có thể duy trì trong vùng làm việc này

- Chúng ta có thể điều khiển động cơ tần số lớn hơn tần số định m c bằng cách tiếp tục tăng tần số Tuy nhiên do điện áp đặt không thể tăng trên điện áp định m c

Do đó chỉ có thể tăng tần số dẫn đến momen giảm vùng trên vận tốc cơ bản các

- Biến tần gián tiếp

Hình 2.6: Sơ đồ cấu trúc của biến tần gián tiếp

Nh vậy để biến đổi tần số cần thông qua một khâu trung gian một chiều vì vậy

có tên gọi là biến tần gián tiếp Ch c năng c a các khối nh sau:

- Chỉnh l u: Ch c năng c a khâu chỉnh l u là biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều Chỉnh l u có thể là không điều chỉnh hoặc có điều chỉnh Ngày nay

đa số chỉnh l u là không điều chỉnh, vì điều chỉnh điện áp một chiều trong phạm vi rộng sẽ làm tăng kích th ớc c a bộ lọc và làm giảm hiệu suất bộ biến đổi Nói chung

ch c năng biến đổi điện áp và tần số đ ợc thực hiện b i nghịch l u thông qua luật điều khiển Trong các bộ biến đổi công suất lớn, ng i ta th ng dùng chỉnh l u bán điều khiển với ch c năng làm nhiệm vụ bảo vệ cho toàn hệ thống khi quá tải Tùy theo tầng nghịch l u yêu cầu nguồn dòng hay nguồn áp mà bộ chỉnh l u sẽ tạo ra dòng điện hay điện áp t ơng đối ổn định

- Lọc: Bộ lọc có nhiệm vụ san phẳng điện áp sau chỉnh l u

- Nghịch l u: Ch c năng c a khâu nghịch l u là biến đổi dòng một chiều thành dòng xoay chiều có tần số có thể thay đổi đ ợc và làm việc với phụ tải độc lập Nghịch l u có thể là một trong ba loại sau:

Nghịch l u nguồn áp: trong dạng này, dạng điện áp ra tải đ ợc định dạng tr ớc (th ng có dạng xung chữ nhật) còn dạng dòng điện phụ thuộc vào tính chất tải Nguồn điện áp cung cấp phải là nguồn s c điện động có nội tr nhỏ Trong các ng dụng điều kiển động cơ, th ng sử dụng nghịch l u nguồn áp

Nghịch l u nguồn dòng: Ng ợc với dạng trên, dạng dòng điện ra tải đ ợc định hình

tr ớc, còn dạng điện áp phụ thuộc vào tải Nguồn cung cấp phải là nguồn dòng để đảm bảo giữ dòng một chiều ổn định, vì vậy nếu nguồn là s c điện động thì phải có điện cảm đầu vào đ lớn hoặc đảm bảo điều kiện trên theo nguyên tắc điều khiển ổn định dòng điện

Nghịch l u cộng h ng: Loại này dùng nguyên tắc cộng h ng khi mạch hoạt động,

do đó dạng dòng điện (hoặc điện áp) th ng có dạng hình sin Cả điện áp và dòng điện

ra tải phụ thuộc vào tính chất tải

2.3.2 C u trúc c b n c a m t bi n t n

Cấu trúc cơ bản c a một bộ biến tần nh hình (2.7)

Hình 2.7: Cấu trúc cơ bản của một biến tần

Tín hiệu vào là điện áp xoay chiều một pha hoặc ba pha Bộ chỉnh l u có nhiệm biến đổi điện áp xoay chiều thành một chiều

Bộ lọc có nhiệm vụ san phẳng điện áp một chiều sau chỉnh l u

Nghịch l u có nhiệm vụ biến đổi điện áp một chiều thành điện áp xoay chiều có tần

số có thể thay đổi đ ợc Điện áp một chiều đ ợc biến thành điện áp xoay chiều nh việc điều khiển m hoặc khóa các van công suất theo một quy luật nhất định

Bộ điều khiển có nhiệm vụ tạo tín hiệu điều khiển theo một luật điều khiển nào đó

đ a đến các van công suất trong bộ nghịch l u Ngoài ra nó còn có ch c năng sau:

- Theo dõi sự cố lúc vận hành

- Xử lý thông tin từ ng i sử dụng

- Xác định th i gian tăng tốc, giảm tốc hay hưm

- Xác định đặc tính – momen tốc độ - Xử lý thông tin từ các mạch thu thập dữ liệu

- Kết nối với máy tính

Mạch kích là bộ phận tạo tín hiệu phù hợp để điều khiển trực tiếp các van công suất trong mạch nghịch l u Mạch cách ly có nhiệm vụ cách ly giữa mạch công suất với mạch điều khiển để bảo vệ mạch điều khiển

Màn hình hiển thị và điều khiển có nhiệm vụ hiển thị thông tin hệ thống nh tần số, dòng điện, điện áp,… và để ng i sử dụng có thể đặt lại thông số cho hệ thống

Các mạch thu thập tín hiệu nh dòng điện, điện áp nhiệt độ,… biến đổi chúng thành tín hiệu thích hợp để mạch điều khiển có thể xử lý đ ợc Ngài ra còn có các mạch làm nhiệm vụ bảo vệ khác nh bảo vệ chống quá áp hay thấp áp đầu vào…

Các mạch điều khiển, thu thập tín hiệu đều cần cấp nguồn, các nguồn này th ng là nguồn điện một chiều 5, 12, 15VDC yêu cầu điện áp cấp phải ổn định Bộ nguồn có nhiệm vụ tạo ra nguồn điện thích hợp đó

Sự ra đ i c a các bộ vi xử lý có tốc độ tính toán nhanh có thể thực hiện các thuật toán ph c tạp th i gian thực, sự phát triển c a các lý thuyết điều khiển, công nghệ sản xuất IC có m c độ tích hợp ngày càng cao cùng với giá thành c a các linh kiện ngày càng giảm dẫn đến sự ra đ i c a các bộ biến tần ngày càng thông minh có khả năng

điều khiển chính xác, đáp ng nhanh và giá thành rẻ

2.3.3 Ph ng th c đi u khi n đ r ng xung (PWM)

Nội dung c a ph ơng pháp điều chế độ rộng xung là tạo ra một tín hiệu sin chuẩn

có tần số bằng tần số ra và biên độ tỷ lệ với biên độ điện ra nghịch l u Tín hiệu này sẽ

đ ợc so sánh với một tín hiệu răng c a có tần số lớn hơn rất nhiều tần số c a tín hiệu sin chuẩn Giao điểm c a hai tín hiệu này xác định th i điểm đóng m van công suất Điện áp ra có dạng xung với độ rộng thay đổi theo từng chu kỳ

Hình 2.8: Dạng sóng đầu ra theo phương pháp điều chế độ rộng xung

(v o1 - thành phần sin cơ bản, v i - điện một chiều vào bộ nghịch lưu, v o - điện áp

ra)

Trong quá trình điều chế, ng i ta có thể tạo xung hai cực hoặc một cực, điều biến theo độ rộng xung đơn cực và điều biến theo độ rộng xung l ỡng cực Trong đề tài này em sử dụng ph ơng điều chế độ rộng xung đơn cực

Có hai ph ơng pháp điều chế cơ bản là:

- Điều chế theo ph ơng pháp sin PWM (SPWM)

- Điều chế vectơ

 Đi u ch theo ph ng pháp sin PWM (SPWM)

Để tạo ra điện áp xoay chiều bằng ph ơng pháp SPWM, ta sử dụng một tín hiệu

xung tam giác v tri (gọi là sóng mang) đem so sánh với một tín hiệu sin chuẩn v c(gọi là tín hiệu điều khiển) Nếu đem xung điều khiển này cấp cho bộ nghich l u một pha, thì ngõ ra sẽ thu đ ợc dạng xung điện áp mà thành phần điều hòa cơ bản có tần số bằng

tần số tín hiệu điều khiển v c và biên độ phụ thuộc vào nguồn điện một chiều cấp cho

bộ nghịch l u và tỷ số giữa biên độ sóng sin mẫu và biên độ sóng mang Tần số sóng mang lớn hơn rất nhiều tần số tín hiệu điều khiển Hình 2.9 miêu tả nguyên lý c a c a

ph ơng pháp điều chế SPWM một pha:

Hình 2.9: Nguyên lý điều chế SPWM một pha

Hình 2.11: Nguyên lý điều chế SPWM ba pha

Hệ số điều chế biên độ ma đ ợc định nghĩa là tỷ số giữa biên độ c a tín hiệu điều khiển với biên độ c a sóng mang:

ma - hệ số điều biến

Vc - biên độ sóng điều khiển

Vtri - biên độ sóng mang

Trong vùng tuyến tính (0 < ma < 1), biên độ c a thành phần sin cơ bản VA01 (điện

áp pha) trong dạng sóng đầu ra tỷ lệ với hệ số điều biến theo công th c:

Đối với điện áp dây là:

Nh vậy, nếu điện áp một chiều đầu vào không đổi, để điều chỉnh biên độ và tần

số c a điện áp đầu ra ta chỉ việc điều chỉnh biên độ và tần số c a tín hiệu sin chuẩn v c Đặc tr ng cơ bản c a ph ơng pháp này là thành phần sóng điều hòa c a điện áp ra Muốn giảm các sóng điều hòa bậc cao cần phải tăng tần số sóng mang hay tần số PWM Tuy nhiên càng tăng tần số PWM thì tổn hao chuyển mạch lại tăng lên

 Ph ng pháp đi u ch vecto không gian (Space Vector Modulation)

Ph ơng pháp điều chế vector không gian xuất phát từ các ng dụng c a vector không gian trong máy điện xoay chiều, sau đó đ ợc m rộng triển khai trong các hệ số điện ba pha Ph ơng pháp điều chế vector không gian và các dạng cải biến cuả nó có

tính hiện đại, giải thuật dựa ch yếu vào kỹ thuật số và các ph ơng pháp đ ợc sử dụng phổ biến nhất hiện nay trong lảnh vực điện tử công suất liên quan đến điều khiển các đại l ợng xoay chiều ba pha nh điều khiển truyền động điện xoay chiều, điều khiển các mạch lọc tích cực, điều khiển các thiết bị công suất trên hệ thống truyền tải điện

Khái niệm vector không gian và phép biến hình vector không gian: Cho đại l ợng

ba pha va, vb, vccân bằng, t c thoả mưn hệ th c:

v k

Trong đó:

2

32

1

3 / 2

j e

CH NG 3: ĐI U KHI N Đ NG C KHÔNG Đ NG

B 3 PHA B NG BI N T N D A TRểN C S

3.1 Ph ng pháp đi u ch vector không gian (SVPWM)

Ph ơng pháp điều chế vectơ không gian khác với các ph ơng pháp điều chế độ rộng xung khác Với ph ơng pháp điều chế PWM khác, bộ nghịch l u đ ợc xem nh ba bộ biến đổi đẩy kéo riêng biệt với ba điện áp pha độc lập nhau Đối với ph ơng pháp điều chế vectơ không gian, bộ nghịch l u đ ợc xem nh một khối duy nhất với 8 trạng thái

đóng ngắt từ 0 đến 7

3.2 Thành l p vector không gian

Đối với nguồn áp ba pha cân bằng, ta luôn có ph ơng trình sau:

a (t) u (t) u ( ) 0 b c

Và bất kỳ ba hàm số nào thỏa mưn ph ơng trình trên đều có thể chuyển sang hệ tọa

độ hai chiều vuông góc Ta có thể biểu diễn ph ơng trình trên d ới dạng ba vectơ gồm [ua 0 0]T, trùng với trục x, vectơ [0 ub 0]T lệch một góc 120o và vectơ [0 0 ua]T lệch một góc 240oso với trục x, nh hình vẽ sau:

Hình 3.1: biểu diễn vectơ không gian trong hệ tọa độ oxy

Từ đó ta xây dựng đ ợc ph ơng trình c a vectơ không gian trong hệ tọa độ ph c

Ta xây dựng đ ợc công th c chuyển đổi hệ tọa độ từ ba pha abc sang hệ tọa độ

ph c x-y bằng cách cân bằng phần thực và phần ảo trong ph ơng trình (3.2), ta có:

c

c

b y

a b m c

m m

sin( t)sin( t 2 / 3)

Thể hiện vectơ không gian có biên độ Vr quay với vận tốc góc ωt quanh gốc tọa độ

0 Ph ơng trình điện áp dây theo ph ơng trình (3-8) nh sau:

V

qV

q0

Hình 3.2: Các vectơ không gian từ 1 đến 6

Hình 3.3: Trạng thái đóng ngắt của các van

B ng 3.1: Giá trị điện áp các trạng thái đóng ngắt và vectơ không gian t ơng ng

(Ghi chú: độ lớn điện áp phải nhân với Vdc)

3.2.1 Tính toán th i gian đóng ng t

Xét tr ng hợp vectơ Vr nằm trong vùng 1 nh hình 3.4:

Hình 3.4: Vectơ không gian V r trong vùng 1

Giả sử tần số băm xung fPWM đ cao để trong suốt chu kỳ điều rộng xung Ts, vectơ

Vr không thay đổi vị trí Nh đó ta có thể phân tích Vr theo các vectơ V1, V2 và vectơ

V0 hoặc V7 nh ph ơng trình sau: