Với ưu điểm vượt trội là có thể điều chỉnh tốc độ trong phạm vi điều chỉnh rộng trơn mượt hơn so với ĐC điện xoay chiều ĐC điện một chiều DCM vẫn còn được sử dụng nhiều ở những nơi cần được điều chỉnh tốc độ có độ chính xác cao và trơn như máy dệt máy in robot Kể từ khi công nghệ bán dẫn phát triển mạnh việc điều khiển DCM được thực hiện thông qua các bộ biến đổi điện áp dùng thyristor chỉnh lưu thyristor Tuy nhiên các bộ biến đổi dùng thyristor truyền thống này bộ băm áp bộ chỉnh lưu hình tia ba pha chỉnh lưu hình cầu 3 pha có những nhƣợc điểm nhƣ Làm biến dạng dòng điện xoay chiều đầu vào Dòng đầu vào chứa nhiều sóng hài điều hòa bậc cao Sự nhấp nhô đỉnh – đỉnh của điện áp đầu ra cao Chỉ cho năng lƣợng đi theo một chiều dẫn đến khó khăn trong việc trả năng lượng dư thừa của DCM về phía xoay chiều Tồn tại trạng thái dòng điện gián đoạn trên đặc tính cơ của DCM Tuy nhiên bộ chỉnh lƣu PWM mà tác giả trình bày có thể khắc phục được những nhược điểm của các bộ chỉnh lưu bộ biến đổi truyền thống dùng thyristor nói trên Bên cạnh đó vấn đề giữ giá trị dòng điện trung tính trong bộ chỉnh lưu PWM ở mức thấp cũng được xem xét Tác giả cũng đi phân tích và dẫn giải chi tiết phương pháp khởi động DCM bằng cách thay đổi điện áp phần ứng cái mà có thể khắc phục được những nhược điểm của phương pháp khởi động DCM thông qua điện trở
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - BÙI VĂN VŨ NGHIÊN CỨU CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG CHỈNH LƢU PWM - ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2017 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - BÙI VĂN VŨ NGHIÊN CỨU CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG CHỈNH LƢU PWM - ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP Chuyên ngành : Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa Mã số : 62.52.02.16 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS ĐOÀN QUANG VINH Đà Nẵng – Năm 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Luận văn thực giúp đỡ Thầy hướng dẫn khoa học PGS.TS Đoàn Quang Vinh giảng dạy nhiệt tình Thầy, Cơ giáo Bộ mơn Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa Khoa Điện, Trường Đại Học Bách Khoa, Đại Học Đà Nẵng Tác giả luận văn ký ghi rõ họ tên Bùi Văn Vũ MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC TÓM TẮT LUẬN VĂN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU CHƢƠNG KHÁI QUÁT VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHỈNH LƢU THYRISTOR – ĐC ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.2 CÁC MẠCH CHỈNH LƢU THƢỜNG DÙNG TRONG HỆ T – Đ .4 1.2.1 Chỉnh lƣu hình tia pha 1.2.1.1 Chế độ dòng liên tục 1.2.1.2 Hiện tƣợng chuyển mạch 1.2.1.3 Chế độ dòng điện gián đoạn 1.2.1.4 Chế độ nghịch lƣu phụ thuộc 13 1.2.2 Chỉnh lƣu hình cầu pha 14 1.2.2.1 Chế độ dòng điện liên tục: .14 1.2.2.2 Hiện tƣợng chuyển mạch 16 1.2.2.3 Chế độ dòng điện gián đoạn 17 1.2.2.4 Chế độ nghịch lƣu phụ thuộc 18 1.3 KẾT LUẬN 18 CHƢƠNG HỆ THỐNG CHỈNH LƢU PWM .20 2.1 GIỚI THIỆU VỀ PHƢƠNG PHÁP CHỈNH LƢU PWM SIN – TAM GIÁC 20 2.2 HỆ THỐNG CHỈNH LƢU PWM 21 2.2.1 Xây dựng sơ đồ điều khiển .21 2.2.1.1 Cấu trúc nguyên lý hoạt động 21 2.2.1.2 Sự cân điện áp dẫn chiều 25 2.2.1.3 Hệ số cos chỉnh lƣu 27 2.2.1.4 Thiết kế điều khiển điện áp cho chỉnh lƣu .29 2.2.1.5 Phƣơng pháp điều chế độ rộng xung với ba sóng mang lệch pha 120o 32 2.2.2 Kết mơ chỉnh lƣu PWM 34 2.2.2.1 Kết mô chỉnh lƣu PWM sử dụng phƣơng pháp điều chế độ rộng xung với sóng mang (CSPWM) 34 2.2.2.2 Kết mô chỉnh lƣu PWM sử dụng phƣơng pháp điều chế độ rộng xung với sóng mang (SPWM) 38 2.3 KẾT LUẬN 41 CHƢƠNG CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA ĐC ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP TRONG HỆ T – Đ VÀ HỆ THỐNG CLPWM – Đ 43 3.1 QUÁ TRÌNH KHỞI ĐỘNG ĐC 43 3.1.1 Phƣơng pháp khởi động ĐC điện chiều qua điện trở phụ .43 3.1.2 Phƣơng pháp khởi động ĐC điện chiều cách thay đổi điện áp phần ứng 46 3.1.2.1 Ý tƣởng phƣơng pháp .46 3.1.2.2 Xác định điện áp khởi động .47 3.1.2.3 Ứng dụng phƣơng pháp khởi động ĐC điện chiều cách thay đổi điện áp phần ứng hệ T – Đ .49 3.1.2.4 Ứng dụng phƣơng pháp khởi động ĐC điện chiều cách thay đổi điện áp phần ứng hệ thống CLPWM – Đ 53 3.2 CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA ĐC 55 3.2.1 Hệ truyền động Chỉnh lƣu thyristor - ĐC điện chiều (T - Đ) 55 3.2.1.1 Sơ đồ nguyên lý hệ T - Đ 56 3.2.1.2 Sơ đồ thay hệ T – Đ không đảo chiều 57 3.2.1.3 Đặc tính ĐC hệ T – Đ 59 3.2.1.4 Kết luận 66 3.2.2 Hệ thống chỉnh lƣu PWM – ĐC điện chiều (CLPWM – Đ) 67 3.2.2.1 Sơ đồ thay hệ thống chỉnh lƣu PWM – ĐC điện chiều không đảo chiều 67 3.2.2.2 Đặc tính ĐC hệ thống CLPWM - Đ 68 3.2.3 Kết luận 78 3.3 QUÁ TRÌNH ĐẢO CHIỀU 79 3.3.1 Quá trình đảo chiều hệ T - Đ .79 3.3.1.1 Đảo chiều phƣơng pháp điều khiển riêng .79 3.3.1.2 Đảo chiều phƣơng pháp điều khiển chung 84 3.3.2 Quá trình đảo chiều hệ thống CLPWM – Đ 87 3.4 PHÂN TÍCH SĨNG HÀI BẬC CAO VÀ CHẤT LƢỢNG ĐIỆN ÁP ĐẦU RA CỦA BỘ BIẾN ĐỔI 90 3.4.1 Phân tích sóng hài 90 3.4.1.1 Sóng hài bậc cao ảnh hƣởng chúng 90 3.4.1.2 Phân tích sóng hài bậc cao hệ T – Đ 92 3.4.1.3 Phân tích sóng hài bậc cao hệ thống CLPWM – Đ 94 3.4.2 Chất lƣợng điện áp chiều cấp cho ĐC hệ T – Đ hệ thống CLPWM – Đ 95 3.5 KẾT LUẬN 97 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .99 DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO TÓM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG CHỈNH LƢU PWM - ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP Học viên: Bùi Văn Vũ Mã số: 62 52 02 16 Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa Khóa: 31 Trƣờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt – Với ƣu điểm vƣợt trội điều chỉnh tốc độ phạm vi điều chỉnh rộng, trơn mƣợt so với ĐC điện xoay chiều, ĐC điện chiều (DCM) đƣợc sử dụng nhiều nơi cần đƣợc điều chỉnh tốc độ có độ xác cao trơn nhƣ máy dệt, máy in, robot Kể từ công nghệ bán dẫn phát triển mạnh, việc điều khiển DCM đƣợc thực thông qua biến đổi điện áp dùng thyristor, chỉnh lƣu thyristor Tuy nhiên, biến đổi dùng thyristor truyền thống (bộ băm áp, chỉnh lƣu hình tia ba pha, chỉnh lƣu hình cầu pha) có nhƣợc điểm nhƣ: Làm biến dạng dòng điện xoay chiều đầu vào; Dịng đầu vào chứa nhiều sóng hài điều hịa bậc cao; Sự nhấp nhơ đỉnh – đỉnh điện áp đầu cao; Chỉ cho lƣợng theo chiều dẫn đến khó khăn việc trả lƣợng dƣ thừa DCM phía xoay chiều; Tồn trạng thái dòng điện gián đoạn đặc tính DCM Tuy nhiên, chỉnh lƣu PWM mà tác giả trình bày khắc phục đƣợc nhƣợc điểm chỉnh lƣu, biến đổi truyền thống dùng thyristor nói Bên cạnh đó, vấn đề giữ giá trị dịng điện trung tính chỉnh lƣu PWM mức thấp đƣợc xem xét Tác giả phân tích dẫn giải chi tiết phƣơng pháp khởi động DCM cách thay đổi điện áp phần ứng, mà khắc phục đƣợc nhƣợc điểm phƣơng pháp khởi động DCM thơng qua điện trở Từ khóa - Động điện chiều (DCM); Chỉnh lƣu thyristor; Chỉnh lƣu PWM; Sóng hài bậc cao; Sự nhấp nhơ điện áp đầu ra; Dịng điện trung tính; Phƣơng pháp khởi động RESEARCHING WORKING MODES OF PWM RECTIFIER SYSTEM – SEPARATELY EXCITED DIRECT CURRENT MOTOR Abstract - Because direct current motors’s adjustment range is wider and smoother than alternating current motors’s is, direct current motors (DCM) are still used in places where high speed precision and smooth speed control are required such as weaving machines, printers, robots Since semiconductor technology developed, DCM control has been performed through voltage converters, rectifiers that use thyristors However, these traditional thyristor converters have following major disadvantages such as input alternating current is deformed; A lot of high order harmonics are generated in grid; Power factor is low; Peak-to-peak ripple in output direct voltage is high; Energy only flows in one direction; DCM’s mechanical characteristic exists area where motor’s current is not continous However, PWM rectifier is presented can overcome the disadvantages of conventional thyristor rectifiers or thyristor converters that were above mentioned In addition, the issue of keeping the neutral currents in the PWM rectifier low is also considered In this thesis, the author also presents, analyzes and explains the DCM start-up method by varying the armature voltage, which can overcome the disadvantages of the DCM start-up method through resistances Key words - Direct current motor (DCM); Thyristor rectifier; PWM rectifier; High order harmonic; Peak-to-peak ripple in output voltage; Neutral current; Start-up method DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT CÁC KÝ HIỆU: a Co Số đôi mạch nhánh song song cuộn dây phần ứng ĐC Điện dung tụ phân áp dẫn chiều (F) Dj Hệ số thời gian mở van van chu kỳ sóng mang (%) Ed E’ d Eu f Suất điện động đầu chỉnh lƣu thyristor (V) Suất điện động đầu chỉnh lƣu PWM (V) Suất điện động phần ứng ĐC (V) Tần số lƣới điện (Hz) fc Tần số sóng mang (Hz) icb Id Idc iN In Io Dòng điện cân chạy mạch chỉnh lƣu (A) Dòng điện tải chỉnh lƣu (A) Dòng điện dẫn chiều chỉnh lƣu PWM (A) Dòng điện dây trung tính chỉnh lƣu PWM (A) Biên độ thành phần sóng hài bậc n dịng điện (A) Dòng điện tải chiều đầu chỉnh lƣu PWM (A) Io1(ss) Ioff Dòng điện sai lệch xác lập (A) Dòng sai lệch sai số cảm biến dòng gây (A) iu Iu Iudm I1 Ij Giá trị tức thời dòng điện phần ứng ĐC (A) Giá trị hiệu dụng dòng điện phần ứng ĐC (A) Dòng điện phần ứng định mức ĐC (A) Biên độ thành phần sóng hài dòng điện (A) Dòng điện đầu vào pha j ( j R, Y, B pha) (A) iR , iY , iB Thành phần dòng điện nhấp nhơ việc đóng cắt van Kh Kkd LC Lk Lu LBA L1 L2 m M Mc pha R, Y, B gây (A) Hệ số dòng điện hãm ĐC Hệ số dòng điện khởi động ĐC Giá trị điện cảm cuộn cảm mạch chỉnh lƣu PWM (H) Điện cảm tản dây quấn thứ cấp máy biến áp (H) Điện cảm cuộn dây phần ứng ĐC (H) Điện cảm máy biến áp nguồn (H) Điện cảm cuộn dây sơ cấp máy biến áp nguồn (H) Điện cảm cuộn dây thứ cấp máy biến áp nguồn (H) Số xung đập mạch tính chu kỳ điện áp lƣới Mô men điện từ ĐC (Nm) Mô men cản ĐC (Nm) N p P PF R Mô men cản định mức ĐC (Nm) Giá trị điện áp điều chế pha j (V) Số dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng ĐC Số đơi cực từ ĐC Cơng suất tác dụng (W) Hệ số công suất Điện trở mạch chiều () RBA Điện trở máy biến áp nguồn () RC Giá trị điện trở tƣơng đƣơng tụ Co () Re Giá trị điện trở tƣơng đƣơng chỉnh lƣu () Rf Giá trị điện trở phụ lúc khởi động ĐC () RL Rs Điện trở cuộn cảm L chỉnh lƣu PWM () Hệ số khuếch đại cảm biến dòng Ru Điện trở cuộn dây phần ứng ĐC () Rut Điện trở tổng mạch điện phần ứng ĐC hệ truyền động Chỉnh lƣu thyristor – ĐC điện chiều () R’ut Điện trở tổng mạch điện phần ứng ĐC hệ thống chỉnh lƣu PWM – ĐC điện chiều () Ro Điện trở tải chỉnh lƣu PWM () R1 Điện trở cuộn dây sơ cấp máy biến áp nguồn () R2 Điện trở cuộn dây thứ cấp máy biến áp nguồn () S THD Công suất biểu kiến (VA) Hệ số méo dạng sóng hài (%) TS Chu kỳ sóng mang (s) Ud uu Uu Uudm Điện áp đầu chỉnh lƣu dùng thyristor (V) Giá trị tức thời điện áp cấp cho phần ứng ĐC (V) Giá trị hiệu dụng điện áp cấp cho phần ứng ĐC (V) Điện áp phần ứng định mức ĐC (V) Udo U2 u2a, u2b, u2c U2m Vcj Điện áp chỉnh lƣu lớn ứng với trƣờng hợp 0o (V) Giá trị điện áp pha hiệu dụng (V) Các điện áp pha thứ cấp máy biến áp nguồn (V) Giá trị cực đại điện áp thứ cấp máy biến áp nguồn (V) Điện áp sóng mang pha j ( j R, Y, B pha) (V) Vd Vd* Vdc Điện áp sai lệch hai nửa dẫn chiều (V) Điện áp đặt điều khiển cân điện áp (V) Điện áp chiều chỉnh lƣu PWM (V) Mcdm mj Vdc* Điện áp đặt chỉnh lƣu PWM (V) Vd(dc) Giá trị trung bình điện áp sai lệch vd (V) Tín hiệu đầu điều khiển điện áp Vm VPj Điện áp cực trung bình pha j chu kỳ chuyển mạch TS (V) VR Giá trị trung bình điện áp pha R lƣới điện (V) Vo1, Vo2 vj Lần lƣợt điện áp đầu hai nửa dẫn chiều (V) Giá trị điện áp tức thời pha j (V) Vj Giá trị trung bình điện áp pha j ( v j ) (V) Vm Tín hiệu đầu điều khiển cân điện áp XL Điện kháng cuộn dây L chỉnh lƣu PWM () W1 W2 J dm Số vòng dây cuộn dây sơ cấp máy biến áp nguồn (Vòng) Số vòng dây cuộn dây thứ cấp máy biến áp nguồn (Vịng) Mơ men quán tính quy đổi trục ĐC (Kg.m2) Từ thơng kích từ dƣới cực từ ĐC (Wb) Tốc độ góc ĐC (Rad/s) Tốc độ góc định mức ĐC (Rad/s) o Tốc độ góc khơng tải lý tƣởng ĐC (Rad/s) e Tần số góc điện áp lƣới (Rad/s) o Góc mở van tính từ thời điểm chuyển mạch tự nhiên (Rad) Góc điều khiển tính từ thời điểm suất điện động xoay chiều bắt đầu dƣơng (Rad) Độ cứng đặc tính ĐC Góc lệch pha điện áp dòng điện đầu vào (Rad) CÁC CHỮ VIẾT TẮT: BBĐ_1 BBĐ_2 CLPWM – Đ CSPWM ĐC FX PWM SPWM T–Đ THD Bộ biến đổi Bộ biến đổi Chỉnh lƣu PWM – Động điện chiều Điều chế độ rộng xung với sóng mang Động Phát xung Điều chế độ rộng xung Điều chế độ rộng xung với sóng mang lệch pha 120o Truyền động Chỉnh lƣu thyristor – Động điện chiều Hệ số méo dạng sóng hài 94 Trƣờng hợp 3: α = 90o - o Current (A) Alpha = 90 Mag (% of Fundamental) 5.15 5.155 5.16 5.165 5.17 Time (s) 5.175 5.18 5.185 Fundamental (50Hz) = 19.82 , THD= 33.09% 120 100 80 60 40 20 0 10 12 Harmonic Order 14 16 18 20 Hình 3.54 Dạng dịng điện hệ số biến dạng sóng hài THD dịng điện hệ T – Đ ứng với góc mở van α = 90o Hình 3.52, Hình 3.53 Hình 3.54 thể dòng điện xoay chiều đầu vào chỉnh lƣu hệ có dạng khơng cịn sin hệ số méo dạng THD dịng điện có giá trị lớn Ta thấy rằng, góc mở van α lớn dịng điện đầu vào khơng sin hệ số méo dạng THD dịng điện lớn Cụ thể nhƣ sau: Khi α = 0o THD = 31.11(%) (xem Hình 3.52); Khi α = 60o THD = 31.92(%) (xem Hình 3.53); Khi α = 90o THD = 33.09(%) (xem Hình 3.54) 3.4.1.3 Phân tích sóng hài bậc cao hệ thống CLPWM – Đ Để biết đƣợc biến dạng dòng điện xoay chiều trƣớc chỉnh lƣu hệ thống CLPWM – Đ, ta dùng công cụ phân tích Fourier phần mềm Matlab để phân tích phổ dòng điện xoay chiều Bằng cách ta thu đƣợc hình dạng dịng điện xoay chiều trƣớc chỉnh lƣu hệ số méo dạng THD dịng điện Các thơng số mơ hệ thống đƣợc lấy Bảng 3.1 Bảng 3.2 Hình 3.55 thể kết mơ dạng dịng điện hệ số biến dạng sóng hài THD dịng điện xoay chiều trƣớc đầu vào chỉnh lƣu PWM Nhìn hình ta thấy chỉnh lƣu PWM hệ thống CLPWM – Đ làm biến dạng dòng điện xoay chiều đầu vào chỉnh lƣu Hay nói cách khác, dịng điện xoay chiều đầu vào có dạng gần nhƣ sóng sin lý tƣởng, hệ số méo dạng THD dòng điện bé (THD = 1.02%) So sánh dạng dòng điện xoay chiều trƣớc đầu vào chỉnh lƣu hệ thống CLPWM – Đ hệ T – Đ với ta thấy dịng điện xoay chiều trƣớc 95 đầu vào chỉnh lƣu dùng thyristor hệ T – Đ bị biến dạng lớn nhiều so với dòng điện xoay chiều trƣớc đầu vào chỉnh lƣu PWM hệ thống CLPWM – Đ Điều đƣợc thể rõ so sánh kết Hình 3.52, Hình 3.53, Hình 3.54 với Hình 3.55 Current (A) PW M 5.15 5.155 5.16 5.165 5.17 Time (s) 5.175 5.18 5.185 Mag (% of Fundamental) Fundamental (50Hz) = 19.4 , THD= 1.02% 120 100 80 60 40 20 0 10 12 Harmonic Order 14 16 18 20 Hình 3.55 Dạng dịng điện hệ số biến dạng sóng hài THD dịng điện hệ thống CLPWM – Đ Bên cạnh đó, lƣợng sóng hài trả lƣới chỉnh lƣu dùng thyristor hệ T – Đ lớn nhiều so lƣợng sóng hài trả lƣới chỉnh lƣu PWM hệ thống CLPWM – Đ Cụ thể, hệ số méo dạng sóng hài THD dịng điện xoay chiều hệ T – Đ bé góc mở van α = 0o, tƣơng ứng với THD = 31.11% (xem Hình 3.52) Dễ dàng nhận ra, giá trị lớn nhiều so với hệ số méo dạng sóng hài THD dịng điện xoay chiều hệ thống CLPWM – Đ, THD = 1.02% (xem Hình 3.55) Đối với biến đổi, hệ số méo dạng THD dòng điện trƣớc biến đổi lớn ảnh hƣởng xấu đến lƣới điện nhƣ thiết bị đƣợc cấp nguồn từ lƣới điện làm giảm hệ số công suất chỉnh lƣu Những ảnh hƣởng đƣợc phân tích chi tiết mục 3.4.1.1 luận văn Đối với hệ thống CLPWM – Đ, hệ số méo dạng THD dòng điện xoay chiều bé góp phần nâng cao hệ số công suất chỉnh lƣu PWM 3.4.2 Chất lƣợng điện áp chiều cấp cho ĐC hệ T – Đ hệ thống CLPWM – Đ Để so sánh đƣợc chất lƣợng điện áp đầu chỉnh lƣu (Thyristor PWM) hệ T – Đ hệ thống CLPWP – Đ Ta tiến hành mơ phân tích nhấp nhô đỉnh - đỉnh điện áp chiều đầu chỉnh lƣu 96 Thyristor Rectifier 290 280 Voltage (V) 270 260 250 240 230 220 1.002 1.004 1.006 1.008 1.01 1.012 Time (s) 1.014 1.016 1.018 1.02 Hình 3.56 Chất lƣợng điện áp chiều đầu chỉnh lƣu cầu pha ứng với góc mở van α = 0o hệ T – Đ Thyristor Rectifier W ith Alpha = 80 o 200 Voltage (V) 150 100 50 -50 -100 1.002 1.004 1.006 1.008 1.01 1.012 1.014 1.016 1.018 1.02 Time (s) Hình 3.57 Chất lƣợng điện áp chiều đầu chỉnh lƣu cầu pha ứng với góc mở van α = 80o hệ T – Đ PW M Rectifier 250 248 246 Voltage (V) 244 242 240 238 236 234 232 230 2.002 2.004 2.006 2.008 2.01 2.012 Time (s) 2.014 2.016 2.018 2.02 Hình 3.58 Chất lƣợng điện áp chiều đầu chỉnh lƣu PWM hệ thống CLPWM – Đ (Khi đƣợc phóng lớn) Đối với chỉnh lƣu có điều khiển dùng thyristor, điện áp chiều đầu chỉnh lƣu có chất lƣợng tốt phẳng góc mở van α = 0o Nếu giá trị điện áp nguồn cấp cho chỉnh lƣu khơng thay đổi điện áp chiều đầu 97 chỉnh lƣu có độ nhấp nhơ lớn dần góc mở van α tăng dần Điều đƣợc thể rõ Hình 3.56 Hình 3.57 Hình 3.56 dạng điện áp chiều đầu chỉnh lƣu cầu pha với thông số đƣợc cho Bảng 3.1 góc mở van α = 0o Sự nhấp nhơ đỉnh – đỉnh điện áp chiều khoảng 38(V), khoảng 15(%) giá trị trung bình điện áp chiều Sự nhấp nhô tƣơng đối lớn Nếu giá trị điện áp nguồn cấp cho chỉnh lƣu không thay đổi, nhấp nhô đỉnh – đỉnh điện áp đầu lớn ta tăng độ lớn góc mở van Cụ thể, với thông số đƣợc cho Bảng 3.1, ta tăng góc mở van lên = 800 nhấp nhơ đỉnh – đỉnh điện áp chiều có giá trị cao nhiều, khoảng 250(V) (xem Hình 3.57), khoảng 559(%) giá trị trung bình điện áp chiều Điện áp nhấp nhơ lớn chất lƣợng điện áp chiều đầu thấp Điều dẫn đến, dịng điện mơ men ĐC hệ T – Đ có dạng nhấp nhô, ĐC hoạt động không êm Để khắc phục tình trạng này, ngƣời ta thƣờng dùng cuộn kháng lọc mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng ĐC hệ T – Đ Tuy nhiên, điều dẫn đến điện áp dòng điện ĐC lúc độ lớn, hệ thống cồng kềnh chi phí tăng Hình 3.58 thể nhấp nhơ đỉnh - đỉnh điện áp chiều đầu chỉnh lƣu PWM hệ thống CLPWM – Đ khoảng 3(V), khoảng 1.25(%) giá trị trung bình điện áp chiều Trong đó, nhấp nhô đỉnh – đỉnh điện áp chiều đầu chỉnh lƣu cầu pha dùng thyristor hệ T – Đ ứng với trƣờng hợp chất lƣợng điện áp đầu hệ tốt (α = 0o) khoảng 38(V) (xem Hình 3.56), khoảng 15(%) giá trị trung bình điện áp chiều Do đó, nói chất lƣợng điện áp đầu chỉnh lƣu PWM hệ thống CLPWM – Đ tốt chất lƣợng điện áp đầu chỉnh lƣu thyristor hệ T – Đ Điều giúp cho ĐC hệ thống CLPWM – Đ làm việc êm hơn, hệ thống dùng thêm cuộn kháng lọc nhƣ hệ T – Đ 3.5 KẾT LUẬN Trong chƣơng 3, tác giả dẫn giải phân tích chi tiết phƣơng pháp khởi động ĐC điện chiều cách thay đổi điện áp phần ứng Các kết mô thể phƣơng pháp khởi động hiệu có nhiều ƣu điểm phƣơng pháp khởi động ĐC qua điện trở nhƣ: Độ tin cậy cao; Hệ thống cồng kềnh; Thời gian khởi động bé; ĐC rung lắc lúc khởi động; Tổn hao lƣợng lúc khởi động bé Bên cạnh đó, tác giả tìm đƣợc biểu thức xác định tốc độ điều chỉnh điện áp để dòng điện chạy ĐC ĐC làm việc trạng thái hãm tái sinh không vƣợt giới hạn cho ph p Các kết mô cho thấy hệ T - Đ tồn nhƣợc điểm lớn nhƣ: Làm biến dạng dịng điện xoay chiều đầu vào; Lƣợng sóng hài điều hòa bậc cao trả lƣới lớn; Bộ chỉnh lƣu cho dòng điện chạy theo chiều nên dẫn đến khó 98 khăn việc trả đƣợc lƣợng dƣ thừa bên phía chiều phía xoay chiều; Điện áp đầu chỉnh lƣu có độ nhấp nhơ lớn Các kết mơ thể hệ thống CLPWM – Đ khắc phục đƣợc nhƣợc điểm hệ T – Đ truyền thống nhƣ: Khơng làm biến dạng dịng điện xoay chiều đầu vào; Khơng gây nhiều sóng hài bậc cao lƣới; Có thể trao đổi lƣợng tải lƣới theo chiều cách dễ dàng; Chất lƣợng điện áp chiều đầu cao Bên cạnh đó, hệ thống T – Đ, vùng phụ tải nhỏ M 0, Iu dịng điện ĐC khơng trì đƣợc trạng thái liên tục mà có dạng xung đập mạch rời rạc Ở trạng thái dòng điện gián đoạn này, đặc tính ĐC có dạng dốc Do đó, ta khó điều khiển đƣợc tốc độ ĐC vùng đặc tính Đây nhƣợc điểm hệ thống T – Đ Hệ thống CLPWM – Đ khắc phục đƣợc nhƣợc điểm hệ thống T – Đ Hay nói cách khác, đƣờng đặc tính ĐC chế độ làm việc khác (ĐC, hãm tái sinh, hãm ngƣợc, hãm động năng) hệ thống CLPWM – Đ không tồn vùng dịng điện gián đoạn Do đó, đƣờng đặc tính ĐC hệ thống CLPWM – Đ đƣờng thẳng song song khơng có vùng đặc tính có độ dốc lớn 99 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Trong trình thực đề tài “Nghiên cứu chế độ làm việc hệ thống chỉnh lƣu PWM – Động điện chiều kích từ độc lập” tác giả đạt đƣợc kết sau: - Phân tích, dẫn giải xây dựng thành cơng phƣơng pháp khởi động ĐC điện chiều cách thay đổi điện áp phần ứng Các kết mô cho thấy phƣơng pháp khởi động có nhiều ƣu điểm phƣơng pháp khởi động ĐC qua điện trở nhƣ: Độ tin cậy cao; Hệ thống cồng kềnh; Thời gian khởi động bé; ĐC rung lắc lúc khởi động; Tổn hao lƣợng lúc khởi động bé Bên cạnh đó, tác giả tìm đƣợc biểu thức xác định tốc độ điều chỉnh điện áp để dòng điện chạy ĐC ĐC làm việc trạng thái hãm tái sinh không vƣợt giới hạn cho ph p - Phân tích, dẫn giải xây dựng thành công hệ thống chỉnh lƣu PWM Trong đó, vấn đề điều khiển điện áp đầu chỉnh lƣu độ lớn dòng điện dây trung tính chỉnh lƣu PWM đƣợc đƣa xem x t giải Trên sở đó, tác giả xây dựng hệ thống CLPWM – Đ - Tiến hành mơ phỏng, phân tích hệ thống CLPWM – Đ hệ thống T – Đ phần mềm Matlab để thấy đƣợc ƣu điểm hệ thống CLPWM – Đ so với hệ T – Đ nhƣ: Khơng làm biến dạng dịng điện xoay chiều đầu vào; Khơng gây nhiều sóng hài bậc cao lƣới; Có thể trao đổi lƣợng tải lƣới theo chiều cách dễ dàng; Chất lƣợng điện áp chiều đầu cao Bên cạnh đó, kết mơ chứng minh hệ T – Đ có tồn trạng thái dòng điện gián đoạn Ở trạng thái dịng điện gián đoạn này, đặc tính ĐC có độ dốc lớn dẫn đến khó điều khiển đƣợc tốc độ ĐC vùng Hệ thống CLPWM – Đ khắc phục đƣợc nhƣợc điểm hệ T – Đ Cụ thể, hệ thống CLPWM – Đ khơng tồn trạng thái dịng điện gián đoạn tất chế độ làm việc ĐC Do đó, đặc tính ĐC hệ thống CLPWM – Đ đƣờng thẳng song song khơng có vùng có độ dốc lớn Điều giúp cho việc điều khiển ĐC đƣợc dễ dàng - Điều hạn chế luận văn tác giả chƣa thể xây dựng đƣợc hệ thống chỉnh lƣu PWM nhƣ hệ thống CLPWM – Đ thực tế để thấy đƣợc ƣu nhƣợc điểm hệ thống đƣợc đƣa vào ứng dụng thực tế Đây hƣớng phát triển đề tài DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ Đồn Quang Vinh, Đoàn Đức Tùng, Bùi Văn Vũ, “Khởi động động chiều kích từ độc lập phƣơng pháp thay đổi điện áp phần ứng,” Tạp chí Khoa học Công nghệ Đại học Đà Nẵng, 1, số 3(112), tr.73-78, 2017 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Đặng Văn Đào, Trần Khánh Hà Nguyễn Hồng Thanh (2003), Giáo trình máy điện Hà Nội: NXB Giáo dục [2] Bùi Đức Hùng Triệu Việt Linh (2007), Máy điện (Tập 2) Hà Nội: NXB Giáo dục [3] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn Nguyễn Thị Hiền (2004), Truyền Động Điện Hà Nội: Nhà xuất khoa học kỹ thuật [4] Nguyễn Phùng Quang (2006), Matlab Simulink Hà Nội: NXB khoa học kỹ thuật [5] Bùi Đình Tiếu (2007), Giáo trình truyền động điện Hà Nội: NXB Giáo dục Tiếng Anh [6] A Bouafia, J-P Gaubert, and F.Krim (2010), “Predictive Direct Power Control of Three-Phase Pulsewidth Modulation (PWM) Rectifier Using SpaceVector Modulation (SVM),” IEEE Trans Power Electron., vol.25, no.1, pp 228-236, Jan [7] A G Cerrada, O P Ardila, V F Batlle, P R Sánchez, and P G.González (2007), “Application of a repetitive controller for a three-phase active power filter,” IEEE Trans Power Electron., vol 22, no 1, pp 237–246 [8] Z Chen, “Three-phase four-wire system power distribution using a power electronic converter,” IEEE Power Eng Rev., pp 47–49, Oct 2000 [9] R Ghosh, and G Narayanan (2007), “A simple analog controller for singlephase half-bridge rectifier,” IEEE Trans Power Electron., vol 22, no 1, pp 186–198 [10] R Ghosh, and G Narayanan (2008), “Control of three-phase, four-wire PWM rectifier,” IEEE Trans Power Electron., vol 23, no 1, pp 96-106 [11] M Malinowski, M Kazmierkowski, S Hansen, F Blaabjerg, and G D Marques (2001), “Virtual-flux-based direct power control of three-phase PWM rectifiers,” IEEE Trans Ind., vol 37, no 4, pp 1019–1027 [12] N Mohan (2012), Power electronics: a first course Hoboken, NJ: Wiley [13] C Qiao, and K M Smedley (2003), “Unified constant-frequency integration control of three-phase standard bridge boost rectifiers with power-factor correction,” IEEE Trans Ind Electron., vol 50, no 1, pp 100–107 [14] P Rodríguez, J Pou, J Bergas, J I Candela, R P Burgos, and D Boroyevich (2007), “Decoupled double synchronous reference frame PLL for power converters control,” IEEE Trans Power Electron., vol 22, no 2, pp 584– 592 ... chỉnh lƣu PWM sử dụng phƣơng pháp CSPWM Sóng mang sóng điều chế ba pha sử dụng phƣơng pháp CSPWM Điện áp chiều đầu chỉnh lƣu PWM sử dụng phƣơng pháp CSPWM Dòng điện tải chiều đầu chỉnh lƣu PWM sử... lƣu PWM sử dụng phƣơng pháp SPWM Hệ số biến dạng sóng hài dịng điện xoay chiều đầu vào chỉnh lƣu PWM sử dụng phƣơng pháp SPWM Dòng điện chạy dây trung tính chỉnh lƣu PWM sử dụng phƣơng pháp SPWM... điện áp dòng điện đầu vào (Rad) CÁC CHỮ VIẾT TẮT: BBĐ_1 BBĐ_2 CLPWM – Đ CSPWM ĐC FX PWM SPWM T–Đ THD Bộ biến đổi Bộ biến đổi Chỉnh lƣu PWM – Động điện chiều Điều chế độ rộng xung với sóng mang Động