7
Hội nghị toàn quốc về Điều khiển và Tự động hoá - VCCA-2011 VCCA-2011 Điều khiển trực tiếp momen động cơ không đồng bộ cấp nguồn bằng bộ biến tần ba bậc NPC với kỹ thuật triệt tiêu điện áp common mode Direct Torque Control of Induction Motor Drive Fed by Three-Level NPC Inverter with Common Mode Voltage Elimination Phan Thành Minh Trường Cao Đẳng Công Nghiệp Tuy Hòa e-Mail: [email protected] Nguyễn Văn Nhờ Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM e-Mail: [email protected] Tóm tắt Bài báo trình bày một phương pháp điều khiển trực tiếp momen (DTC) với kỹ thuật sóng mang điều chế độ rộng xung (CPWM) cho bộ nghịch lưu biến tần ba bậc dạng đi-ốt kẹp (NPC) điều khiển động cơ không đồng bộ (IM). Ứng dụng CPWM thực hiện triệt tiêu điện áp common mode (CM). Dựa vào các trạng thái đóng ngắt của bộ nghịch lưu NPC ba bậc để xác định điện áp CM bằng không. Phương pháp CPWM này đã triệt tiêu điện áp CM và điều khiển đáp ứng momen nhanh. Tất cả các kết quả mô phỏng trong bài báo thực hiện trên phần mềm Matlab/Simulink. Abstract This paper presents a method of direct torque control (DTC) technique carrier pulse width modulation (CPWM) for three-level Neutral Point Clamped (NPC) inverter controlled induction motor (IM). The CPWM is applied to eliminate the Common Mode (CM) voltage. Based on switching the states of the three-level NPC inverter for defining zero CM voltage. This CPWM method has been eliminated the CM voltage and controlled the fast response torque. All of the simulative results are performed by Matlab/Simulink. Ký hiệu Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa 2 d V V Điện áp nguồn một chiều , e L T T Nm Momen điện từ, momen tải , s r R R Điện trở stato, điện trở roto , , s r m L L L H Điện cảm stato, điện cảm roto và hỗ cảm giữa stato và roto , , s r sl w w w rad/s Tốc độ stato, tốc độ roto, tốc độ trượt , f f s r Wb Từ thông stato, từ thông roto trên hệ trục định hướng từ thông roto *, ^ Giá trị đặt, giá trị ước lượng Chữ viết tắt CPWM Carrier Pulse Width Modulation NPC Neutral Point Clamped IM Induction Motor CM Common Mode DTC Direct Torque Control SVM Space Vector Pulse Width Modulation PS Phase Shifted 1. Giới thiệu Điều khiển trực tiếp momen (DTC) động cơ không đồng bộ trong truyền động công nghiệp trở nên phổ biến bởi vì nó điều khiển đơn giản và hiệu quả. Trong một số sơ đồ DTC dạng thông thường [1-2] tồn tại nhiều nhược điểm như độ gơn momen cao, tần số đóng ngắt thay đổi, xuất hiện sóng hài bậc cao… Để khắc phục giảm những hạn chế đó có thể điều khiển DTC bằng chiến lược điều chế độ rộng xung CPWM hoặc điều chế độ rộng xung bằng véc-tơ không gian (SVM) [3-4]. Trong ứng dụng truyền động điện điều khiển động cơ không đồng bộ, các bộ nghịch lưu hai bậc truyền thống và các bộ nghịch lưu đa bậc đều gặp phải hạn chế là xuất hiện điện áp CM giữa điểm trung tính nguồn một chiều và trung tính tải. Từ điện áp CM này, sinh ra hiện tượng dòng rò, nhiễu điện từ làm ảnh hưởng đến chất lượng điều khiển của hệ thống [58]. Chính điện áp CM gây ra sự hư hỏng bề mặt ổ bi của động cơ, làm ảnh hưởng quá trình hoạt động lâu dài của ổ bi. Đề xuất bài báo này đưa ra phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu áp NPC ba bậc với kỹ thuật CPWM cho triệt tiêu điện áp CM [9] và đồng thời điều khiển trực tiếp momen động cơ không đồng bộ. 2. Phương pháp CPWM triệt tiêu điện áp common mode 709

Điều khiển trực tiếp momen động cơ không đồng bộ cấp nguồn bằng bộ biến tần ba bậc NPC với kỹ thuật triệt tiêu điện áp common mode

  • Upload
    pvdai

  • View
    429

  • Download
    12

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Hội nghị toàn quốc về Điều khiển và Tự động hoá - VCCA-2011Điều khiển trực tiếp momen động cơ không đồng bộ cấp nguồn bằng bộ biến tần ba bậc NPC với kỹ thuật triệt tiêu điện áp common mode Direct Torque Control of Induction Motor Drive Fed by Three-Level NPC Inverter with Common Mode Voltage EliminationPhan Thành Minh Trường Cao Đẳng Công Nghiệp Tuy Hòa e-Mail: [email protected] Nguyễn Văn Nhờ Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM e-Mail: [email protected] Tóm tắtBài báo trình bày một ph

Citation preview

Page 1: Điều khiển trực tiếp momen động cơ không đồng bộ cấp nguồn bằng bộ biến tần ba bậc NPC với kỹ thuật triệt tiêu điện áp common mode

Hội nghị toàn quốc về Điều khiển và Tự động hoá - VCCA-2011

VCCA-2011

Điều khiển trực tiếp momen động cơ không đồng bộ cấp nguồn bằng bộ

biến tần ba bậc NPC với kỹ thuật triệt tiêu điện áp common mode

Direct Torque Control of Induction Motor Drive Fed by Three-Level NPC

Inverter with Common Mode Voltage Elimination

Phan Thành Minh

Trường Cao Đẳng Công Nghiệp Tuy Hòa

e-Mail: [email protected]

Nguyễn Văn Nhờ

Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM

e-Mail: [email protected]

Tóm tắt Bài báo trình bày một phương pháp điều khiển trực

tiếp momen (DTC) với kỹ thuật sóng mang điều chế

độ rộng xung (CPWM) cho bộ nghịch lưu biến tần ba

bậc dạng đi-ốt kẹp (NPC) điều khiển động cơ không

đồng bộ (IM). Ứng dụng CPWM thực hiện triệt tiêu

điện áp common mode (CM). Dựa vào các trạng thái

đóng ngắt của bộ nghịch lưu NPC ba bậc để xác định

điện áp CM bằng không. Phương pháp CPWM này đã

triệt tiêu điện áp CM và điều khiển đáp ứng momen

nhanh. Tất cả các kết quả mô phỏng trong bài báo

thực hiện trên phần mềm Matlab/Simulink.

Abstract This paper presents a method of direct torque control

(DTC) technique carrier pulse width modulation

(CPWM) for three-level Neutral Point Clamped

(NPC) inverter controlled induction motor (IM). The

CPWM is applied to eliminate the Common Mode

(CM) voltage. Based on switching the states of the

three-level NPC inverter for defining zero CM

voltage. This CPWM method has been eliminated the

CM voltage and controlled the fast response torque.

All of the simulative results are performed by

Matlab/Simulink.

Ký hiệu Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa

2 dV V Điện áp nguồn một chiều

,e LT T Nm Momen điện từ, momen

tải

,s rR R Điện trở stato, điện trở

roto

, ,s r mL L L H Điện cảm stato, điện cảm

roto và hỗ cảm giữa stato

và roto

, ,s r slw w w rad/s Tốc độ stato, tốc độ roto,

tốc độ trượt

,f f

s r Wb Từ thông stato, từ thông

roto trên hệ trục định

hướng từ thông roto

*, ^ Giá trị đặt, giá trị ước

lượng

Chữ viết tắt CPWM Carrier Pulse Width Modulation

NPC Neutral Point Clamped

IM Induction Motor

CM Common Mode

DTC Direct Torque Control

SVM Space Vector Pulse Width

Modulation

PS Phase Shifted

1. Giới thiệu Điều khiển trực tiếp momen (DTC) động cơ không

đồng bộ trong truyền động công nghiệp trở nên phổ

biến bởi vì nó điều khiển đơn giản và hiệu quả. Trong

một số sơ đồ DTC dạng thông thường [1-2] tồn tại

nhiều nhược điểm như độ gơn momen cao, tần số

đóng ngắt thay đổi, xuất hiện sóng hài bậc cao… Để

khắc phục giảm những hạn chế đó có thể điều khiển

DTC bằng chiến lược điều chế độ rộng xung CPWM

hoặc điều chế độ rộng xung bằng véc-tơ không gian

(SVM) [3-4].

Trong ứng dụng truyền động điện điều khiển động cơ

không đồng bộ, các bộ nghịch lưu hai bậc truyền

thống và các bộ nghịch lưu đa bậc đều gặp phải hạn

chế là xuất hiện điện áp CM giữa điểm trung tính

nguồn một chiều và trung tính tải. Từ điện áp CM

này, sinh ra hiện tượng dòng rò, nhiễu điện từ làm ảnh

hưởng đến chất lượng điều khiển của hệ thống [5−8].

Chính điện áp CM gây ra sự hư hỏng bề mặt ổ bi của

động cơ, làm ảnh hưởng quá trình hoạt động lâu dài

của ổ bi.

Đề xuất bài báo này đưa ra phương pháp điều khiển

bộ nghịch lưu áp NPC ba bậc với kỹ thuật CPWM cho

triệt tiêu điện áp CM [9] và đồng thời điều khiển trực

tiếp momen động cơ không đồng bộ.

2. Phương pháp CPWM triệt tiêu điện áp

common mode

709

Page 2: Điều khiển trực tiếp momen động cơ không đồng bộ cấp nguồn bằng bộ biến tần ba bậc NPC với kỹ thuật triệt tiêu điện áp common mode

Hội nghị toàn quốc về Điều khiển và Tự động hoá - VCCA-2011

VCCA-2011

Theo sơ đồ H. 1 điện áp CM xác định như sau:

0' 0 00' 0N N N du u u u V (1)

0 0 00

3

a b cN

u u uu (2)

0 0 0 3a b c du u u V (3)

Từ phương trình (1), (2) và (3) để cho điện áp CM

bằng không thì tổng các trạng thái H. 2.a bằng ba.

Vậy ta suy ra được các trạng thái điện áp CM bằng

không xem H. 2.b. Từ suy luận này, ta có thể điều

khiển bộ nghịch lưu ba bậc qua bảy trạng thái ở H. 2.b

để điện áp CM bằng không.

H. 1 Sơ đồ bộ nghịch lưu áp NPC ba bậc

a) b)

H. 2 a) Giản đồ các trạng thái véc-tơ điện áp nghịch lưu 3 bậc, b) Giản đồ các trạng thái véc-tơ điện áp CM bằng không.

3. Thuật toán triệt tiêu điện áp CM Giả sử ta có điện áp tham chiếu [9-10]:

12 0

12 0

12 0

1 2( cos 1)

2 3

1 2( cos( 2 / 3) 1)

2 3

1 2( cos( 4 / 3) 1)

2 3

aref

a

bref

b

cref

c

n mu

u u

n mu

u u

n mu

u u

q

q p

q p

(4)

Trong đó: 0 ( 1) / 2 1u n điện áp offset.

= 3n là số bậc điện áp nghịch lưu, m chỉ số điều chế,

q góc quay của véc-tơ điện áp.

Từ các trạng thái đóng ngắt, điện áp xrefu thay đổi giữa

hai mức thấp ( )xL và mức cao ( )xH . Từ đó ta có mối

quan hệ như sau:

( )

( )

( )

êú 0 ( 1)

1 êú ( 1)

x xref

x

x xref

n n u nL

n n u n (5)

( ) ( ) 1x xH L (6)

Mà ( )x xrefn Int u , với , ,x a b c ta lấy phần

nguyên. Trên H. 2.b ta xác định được véc-tơ

( ) ( ) ( )[ , , ]T

a b cL L L L . Từ các biểu thức (4), (5) và (6)

ta xác định được tín hiệu điều chế như sau:

( )xref xref xu Lx (7)

Trong H. 2.b hình lục giác véc-tơ không gian có các

trạng thái đóng ngắt ta chỉ ra được điện áp CM bằng

không. Ta xét trong vùng tam giác có các trạng thái

(111, 201, 210), các trạng thái này tương ứng ABC

trong bảng 1, nếu trạng thái tăng thì đặt x , trạng

thái giảm thì đặt x và trạng thái không đổi thì đặt

0x , xem H. 3.

H. 3 Giản đồ chuyển trạng thái (111, 201, 210)

Trạng thái

tăng ( x )

Trạng thái

không đổi ( 0x ) Trạng thái giảm

( x )

0’

Vd

Vd

0

N

IM

a b c 2Vd +

-

710

Page 3: Điều khiển trực tiếp momen động cơ không đồng bộ cấp nguồn bằng bộ biến tần ba bậc NPC với kỹ thuật triệt tiêu điện áp common mode

Hội nghị toàn quốc về Điều khiển và Tự động hoá - VCCA-2011

VCCA-2011

Bảng 1: Phân tích chuỗi trạng thái trong vùng tam

giác (111, 201, 210).

Chuỗi trạng

thái đóng ngắt

Pha dương

( x )

Pha âm

( x )

Pha phụ thuộc

( 0x )

111, 201, 210 A C B

111, 210, 201 A B C

201, 111, 210 B C A

201, 210, 111 B A C

210, 111, 201 C B A

210, 201, 111 C A B

Theo H. 4 ta chọn ,x x và 0x như sau:

0,Max MIDx x x x và MINx x

Với giá trị điện áp tức thời 12 ,xu trong đó , ,x A B C .

Trong H. 5 sơ đồ dạng sóng mang PS (Phase Shifted

carrier waveform) có thể tạo ra trạng thái đóng ngắt

S , S , và 0S tạo ra bộ nghịch lưu hai bậc ảo.

H. 4 Dạng sóng điện áp pha x và x

Trạng thái đóng ngắt jS , 1,2,3j trên H. 5 được mô

tả như sau:

0

3( 1)

2

x

S cho x x

S S cho x x

nS S cho x x

(8)

Pha x và x lần lượt tương ứng các biến S và S

như sau:

êú

êú

x x ref c

x x ref c

L n u uS

H n u u (9)

êú

êú

x x ref c

x x ref c

L n u uS

H n u u (10)

H. 5 Sơ đồ trạng thái đóng ngắt dạng sóng PS

Trong H. 5 ta suy ra được các pha ,x x và 0x . Từ

các pha này, thông qua H. 4 ta xác định lại được các

điện áp ba pha (a, b, c) cho bộ nghịch lưu ba bậc.

4. Phương pháp điều rộng xung – điều

khiển trực tiếp momen (CPWM-DTC) với

kỹ thuật triệt tiêu điện áp CM Theo phương pháp điều khiển DTC [11-12] xem H. 6

hệ thống điều khiển gồm các khâu chính sau: Các bộ

điều khiển PI của tốc độ, momen và từ thông; Các

khâu chuyển hệ trục tọa độ dq, αβ và abc; khâu ước

lượng từ thông và momen; Khâu điều chế độ rông

xung (CPWM) cho bộ nghịch lưu NPC 3 bậc. Trong

khâu CPWM này thực hiện triệt tiêu điện áp CM [9]

như đã trình bày ở mục 3. Các khâu trong sơ đồ H. 6

được mô tả như sau:

4.1 Mô hình trạng thái động cơ động cơ

không đồng bộ Các phương trình trạng thái trên hệ tọa độ dq [13]:

(11 )

0 ( ) (11 )

(11 )

(11 )

ff f fs

s s s s s

ff fr

r r s r r

f f f

s s s r m

f f f

r s m r r

du R i j a

dt

dR i j b

dt

i L i L c

i L i L d

w

w w

Phương trình chuyển động hệ điện-cơ:

/ /e L rT T J p d dtw (12)

Phương trình momen trên hệ trục dq:

(3 / 2)( )e sd sq sq sdT p i i (13)

Trong đó:

f : đại lượng quan sát trên hệ qui chiếu từ thông roto

(hệ tọa độ dq), f

su : điện áp stato, sR : điện trở stato,

f

si : dòng điện stato,f

s : từ thông

stato, sw , rw , s r slw w w : lần lượt là tốc độ stato,

tốc độ roto, tốc độ trượt, rR :điện trở roto, f

ri : dòng

, ,a b cH H H

cu cu

arefu

crefu arefx

crefx

2

1

1

0

2

1

Ha

La

Hc

Lc

Hb

Lb

S

S

0S

, ,a b cL L L

711

Page 4: Điều khiển trực tiếp momen động cơ không đồng bộ cấp nguồn bằng bộ biến tần ba bậc NPC với kỹ thuật triệt tiêu điện áp common mode

Hội nghị toàn quốc về Điều khiển và Tự động hoá - VCCA-2011

VCCA-2011

điện roto, f

r : từ thông roto, sL : điện cảm stato, mL :

hỗ cảm giữa stato và roto, rL : điện cảm roto, J :

momen quán tính, p : số đôi cực, eT : momen điện

từ, LT : momen tải, j : toán tử phức.

H. 6 Mô hình điều khiển DTC cho biến tần ba bậc

4.2 Phương pháp điều khiển DTC Phương trình điện áp stato động cơ không đồng bộ:

ss s s

du i R

dt (14)

Từ phương trình (17) ta suy ra được:

s s s su R i dt (15)

Với động cơ không đồng bộ ảnh hưởng của cảm

kháng lớn hơn rất nhiều so với ảnh hưởng điện trở. Bỏ

qua điện áp rơi trên thành phần điện trở của mạch

stato, ta lấy sai phân (15) được như sau:

ssu

tsuy ra s su t (16)

Từ biểu thức (16) ta có véc-tơ điện áp ngõ ra của bộ

nghịch lưu liên quan với véc-tơ từ thông stato trong

khoảng thời gian biến đổi t .

Momen điện từ được xác định theo công thức [14]

như sau:

'

'

3

2

me r s

r s

LpT

L L (17)

Trong đó:

' (1 )ms s s

r s

LL L L

L Ls : điện cảm tản stato

2

1 m

s r

L

L Ls : hệ số tiêu tản tổng

' '( )rr s s s

m

LL i

L: từ thông quy đổi roto về stato

q : góc tạo bởi từ thông stato và roto.

Biểu thức momen dưới dạng biên độ như sau:

'

'

3sin

2

me r s

r s

LpT

L Lq (18)

Từ biểu thức (18) ta nhận xét để thay đổi momen điện

từ thì thay đổi góc q với điều kiện biên độ từ thông

roto và stato không đổi. Bởi vì hằng số thời gian cơ

lớn hơn rất nhiều hằng số thời gian điện từ [15].

4.3 Phương pháp điều khiển DTC với kỹ

thuật triệt tiêu điện áp CM Chuyển đổi ma trận điện áp và dòng điện từ abc

sang α như sau:

1 1/ 2 1/ 22

3 0 3 / 2 3 / 2

sa

s

sb

ssa sb

uu

uu

u u

a

b

(19)

1 1/ 2 1/ 22

3 0 3 / 2 3 / 2

sa

s

sb

ssa sb

ii

ii

i i

a

b

(20)

Từ biểu thức (15) và (18) ta có thể ước lượng từ

thông stato và momen điện từ như sau:

ˆ

ˆ

s s s s

s s s s

u R i dt

u R i dt

a a a

b b b

(21)

ˆ ˆˆ (3 / 2)( )e s s s sT p i ia b b ay y (22)

Mô-đun từ thông stato ước lượng như sau:

PI PI

PI

*w

rw

*

eT

ˆeT

ˆeT

ˆs

ˆsq

*

ước lượng

từ thông

và momen

Cảm biến tốc độ

biến tần

ba bậc

Chỉnh lưu

sai

sbi

sau

abc

IM

si a

si b

su a

su b

*

sdu

ˆs

rw

dq

abc

C

P

W

M

*

sau

*

sbu

*

scu

ˆs

*

squ

*

su a

*

su b *

slw *

sw

sbu

712

Page 5: Điều khiển trực tiếp momen động cơ không đồng bộ cấp nguồn bằng bộ biến tần ba bậc NPC với kỹ thuật triệt tiêu điện áp common mode

Hội nghị toàn quốc về Điều khiển và Tự động hoá - VCCA-2011

VCCA-2011

2 2ˆ ˆ ˆs s sa b (23)

Góc lệch ước lượng giữa từ thông stato và trục

thực a như sau: 1ˆ ˆ ˆ( )s s sarctg b aq (24)

Chuyển đổi ma trận điện áp dq α: * *

**

ˆ ˆcos sin

ˆ ˆsin cos

s s s sd

sqs s s

u u

uu

a

b

q q

q q (25)

Chuyển đổi ma trận điện áp α abc: *

*

*

*

*

1 0

1/ 2 3 / 2

1/ 2 3 / 2

sa

s

sb

s

sc

uu

uu

u

a

b

(26)

Bộ điều khiển PI:

( ) 1( ) 1

( )

1

R P

i

iP

i

U sG s K

E s sT

sTK

sT

(27)

PK : hệ số khuếch đại, iT : hằng số thời gian khâu

tích phân.

Theo phương pháp tiêu chuẩn đối xứng [15], [18]

các hệ số của bộ điều khiển PI được tính như sau:

Hệ số điều khiển PI của từ thông:

1

2P

s

KT

, 4i sT T , sT : chu kỳ lấy mẫu

Hệ số điều khiển PI của momen được chọn

như sau: đầu tiên chọn 1PTK , 4iT sT T sau

đó tăng dần KPT để chọn hệ số làm cho đáp

ứng momen nhanh nhất ví dụ ta chọn được

bảng 2.

Bảng 2: Thông số điều khiển momen

Ts = 1/fs PTK iTT

10,0kHz 24 0,0004

5,0kHz 17 0,0008

Hệ số điều khiển PI của tốc độ:

2P

FB

JK

Cw t

, 4i FBT Cw t

FBt : hằng số thời gian trễ của khâu phản hồi

tốc độ, C: hệ số bù hiệu chỉnh để đáp ứng tốc

độ nhanh nhất.

Từ điện áp ba pha tham chiếu *

sau , *

sbu và *

scu sơ

đồ H. 6 điều khiển CPWM cho bộ nghịch lưu ba

bậc NPC tạo ra điện áp tham chiếu ba pha là: *

12

*

12

*

12

.

.

.

a sa

b sb

c sc

u Au

u Au

u Au

(28)

Với ( 1) / 3A m n (29)

Từ biểu thức (4) và (28) ta xác định được điện áp ba

pha tham chiếu đưa đến thuật toán triệt tiêu điện áp

CM như đã trình bày ở mục 3.

5. Kết quả mô phỏng Kết quả tính toán và đồ thị được thực hiện trên phần

mềm Matlab/Simulink. Các thông số dùng trong điều

khiển CPWM-DTC với kỹ thuật triệt tiêu điện áp CM

có liên quan như sau:

Tần số sóng mang: cwf = 6 kHz, điện áp nguồn một

chiều DC: 2 dV = 600 V, chỉ số điều chế: m = 0,86.

Thông số động cơ không đồng bộ ba pha như sau:

Công suất động cơ: P = 4 kW, điện áp (/Y): 220/380

V, tốc độ động cơ: 1440 vòng/phút (150,8 rad/s), số

đôi cực p = 2, điện trở stato Rs = 1,2 , điện trở roto

Rr = 1,8 , điện cảm stato Ls = 0,156 H, điện cảm roto

Lr = 0,156 H, hỗ cảm giữa stato và roto Lm = 0,15 H,

momen quán tính J = 0,02 kg.m2.

Từ thông đặt stato: * = 1,2 Wb, tốc độ đặt *w : Từ

0,2 – 0,65 s là 100 rad/s, từ 0,65 – 1,35 s là 140 rad/s,

từ 1,35 – 2,0 s là 70 rad/s. Momen tải đóng 20 N.m tại

thời điểm 0,4 – 0,65 s, từ 0,65 – 2,0 s momen tải bằng

không.

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 20

50

100

150

Thoi gian (s)

Toc d

o d

ong c

o (

rad/s

)

Toc do dat

Toc do dong co

H. 7.a Đáp ứng tốc độ động cơ

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 20

0.5

1

1.5

Thoi gian (s)

Tu t

hong s

tato

(W

b)

Tu thong dat

Tu thong stato uoc luong

0.4 0.41 0.42 0.43 0.44 0.45 0.46 0.47 0.48 0.49 0.51.18

1.185

1.19

1.195

1.2

1.205

1.21

1.215

1.22

Thoi gian (s)

Tu t

hong s

tato

(W

b)

H. 7.b Đáp ứng từ thông stato

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2-60

-40

-20

0

20

40

60

Thoi gian (s)

Mom

en d

ong c

o (

Nm

)

Momen dat

Momen uocluong

H. 7.c Đáp ứng momen ước lượng

(H. 7.c’)

713

Page 6: Điều khiển trực tiếp momen động cơ không đồng bộ cấp nguồn bằng bộ biến tần ba bậc NPC với kỹ thuật triệt tiêu điện áp common mode

Hội nghị toàn quốc về Điều khiển và Tự động hoá - VCCA-2011

VCCA-2011

0.4 0.402 0.404 0.406 0.408 0.41 0.412 0.414 0.416 0.418

18

19

20

21

22

23

Thoi gian (s)

Mom

en d

ong c

o (

Nm

)

Momen dat

Momen uocluong

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

Thoi gian (s)

Dong d

ien s

tato

(A

)

isa

isb

isc

0.4 0.41 0.42 0.43 0.44 0.45 0.46 0.47 0.48 0.49 0.5-15

-10

-5

0

5

10

15

Thoi gian (s)

Dong d

ien s

tato

(A

)

isa

isb

isc

H. 7.d Dòng điện stato động cơ

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2-400

-200

0

200

400

Thoi gian (s)

Die

n a

p t

ai (V

)

H. 7.e Điện áp tải (uaN)

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2-1000

-500

0

500

1000

Thoi gian (s)

Die

n a

p d

ay (

V)

H. 7.f Điện áp dây (uab)

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2-50

0

50

Thoi gian (s)

Die

n a

p C

M (

V)

H. 7.g Điện áp CM đã triệt tiêu

Nhận xét:

Đáp ứng tốc độ động cơ xem H. 7.a như sau:

Bám theo đường đặc tính tốc độ đặt.

Sai số đáp ứng tốc độ khi đóng tải là 0,4

rad/s.

Đáp ứng từ thông stato ước lượng xem H. 7.b

như sau:

Bám theo đường đặc tính từ thông đặt.

Sai số đáp ứng thông stato ước lượng từ là

0,015 Wb.

Đáp ứng momen ước lượng xem H. 7.c như sau:

Bám theo đường đặc tính momen đặt.

Sai số đáp ứng ước lượng momen là 2 N.m.

Điện áp tải gồm ba mức điện áp xem H. 7.e: +300

V, 0 V, -300 V. Bởi vì điện áp CM đã triệt tiêu

bằng không.

Điện áp CM đã được triệt tiêu bằng không xem

H. 7.g.

6. Kết luận Bài báo đã trình bày phương pháp điều khiển trực tiếp

momen động cơ không đồng bộ cấp nguồn bằng bộ

biến tần ba bậc NPC với kỹ thuật triệt tiêu điện áp

CM. Bài báo đã đưa ra thuật toán triệt tiêu điện áp

CM áp dụng vào điều khiển động cơ không đồng bộ

theo phương pháp DTC với kỹ thuật CPWM. Kết quả

mô phỏng đã chỉ ra điện áp CM triệt tiêu, đáp ứng

momen nhanh. Phương pháp điều khiển biến tần ba

bậc trong bài báo này đã khắc phục được những

nhược điểm của biến tần hai bậc.

Tài liệu tham khảo [1] I. Takahashi and T. Nuguchi, “A New Quick-

Response and High-Efficiency Control of an

Induction Motor”, IEEE Trans. Industry

Applications, Vol. IA-22, No.5, pp 820-827,

1986.

[2] M. Depenbrock, “ Direct Self Control (DSC) of

Inverter-Fed Induction Machines”, IEEE Trans.

Power Electronics, Vol. PE-3, pp 420-429,

1988.

[3] Arbind Kumar, B.G. Fernades, K. Chatterjee,

“Simplified SVPWM-DTC of 3-phase Induction

Motor Using the Concept of Imaginary

Switching Times”, IEEE, 2-6-2004.

[4] Ehsan Hassankhan, and Davood A. Khaburi

“DTC-SVM Scheme for Induction Motors Fed

with a Three-level Inverter”World Academy of

science, Engineering and Technology, 2008.

[5] E. Zhong and T. A. Lipo, “Improvements in

EMC performance of inverter-fed motor

drives,” IEEE Trans. Ind. Applicat., vol. 31,

pp.1247–1256, Nov./Dec. 1995.

[6] J. Erdman, R. J. Kerkman, D. W. Schlegel, and

G. L. Skibinski, “Effect of PWM inverters on

AC motor bearing currents and shaft

voltages,”IEEE Trans. Ind. Applicat., vol. 32,

pp. 250–259, Mar./Apr. 1996.

[7] S. Ogasawara and H. Akagi, “Modeling and

damping of high-frequency leakage currents in

PWM inverter-fed AC motor drive systems,”

IEEE Trans. Ind. Applicat., vol. 32, pp. 1105–

1114, Sept./Oct. 1996.

[8] M. A. Cash and T. G. Habetler, “Insulation

failure prediction in inverter-fed induction

machines using line-neutral voltages,” in Proc.

IEEE APEC’98, 1998, pp. 1035–1039.

(H. 7.c’)

714

Page 7: Điều khiển trực tiếp momen động cơ không đồng bộ cấp nguồn bằng bộ biến tần ba bậc NPC với kỹ thuật triệt tiêu điện áp common mode

Hội nghị toàn quốc về Điều khiển và Tự động hoá - VCCA-2011

VCCA-2011

[9] N.V. Nho, H.H. Lee,“Analysis of Carrier PWM

Method for Common Mode Elimination in

Multilevel Inverters”, EPE, 2007.

[10] N.V. Nho, H.H. Lee “Carrier PWM algorithm

for multileg multilevel inverter”, EPE, 2007.

[11] M. Bounadja, B. Belmadani , A.W. Belarbi , “A

Combined Stator Vector Control SVM Direct

Torque Control for High Performance Induction

Machine Drives”, ISSN 1392 – 1215, 2009.

[12] Yuttana Kumsuwan, Suttichai Premrudeep ree-

chacharn and Hamid A. Toliyat, “A New

Approach to Direct Torque Control for

Induction Motor Drive Using Amplitude and

Angle of the Stator Flux Control”, 22

December, 2007.

[13] Nguyễn Phùng Quang, “Điều khiển tự động

truyền động điện xoay chiều ba pha”, NXBGD,

1996.

[14] V. Kumar, S. Rao, “Modified Direct Torque

Control of Three-Phase Induction Motor Drives

with Low Ripple in Flux and Torque”, 24 June ,

2011.

[15] Marcin Zelecchowski, “Space Vector

Modulated Direct Torque Controlled (DTC-

SVM) Inverter-Fed Induction Motor Driver”,

2005.

[16] Bimal K. Bose, “Modern Power Electronics and

AC Drives”, 2002.

[17] C. Lascu, I. Boldea, F. Blaabjerg “A modified

Direct torque control for Induction Motor

Sensorlees Drive” IEEE, 2-2000.

[18] M. P. Kazmierkowski, H. Tunia, “Automatic

Control of Converter Fed Drives”, 1994.

Phan Thành Minh sinh năm

1980. Anh nhận bằng Kỹ sư

Điện tại trường Đại học Bách

Khoa Đà Nẵng năm 2004 và

bằng Thạc sỹ chuyên ngành

Thiết bị, mạng và Nhà máy

điện của trường Đại học Sư

phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí

Minh năm 2011. Từ năm 2006

đến nay, anh là giảng viên

giảng dạy tại Khoa Điện –

Điện Tử, trường Cao đẳng Công nghiệp Tuy Hòa.

Lĩnh vực nghiên cứu chính của anh là điều khiển điện

tử công suất và hệ thống truyền động điện.

Nguyễn Văn Nhờ sinh năm

1964. Ông nhận bằng Thạc

sỹ và Tiến sỹ chuyên ngành

Kỹ thuật điện tại trường Đại

học West Bohemia, Cộng

Hòa Czech vào năm 1988 và

1991. Từ năm 1992, ông bắt

đầu giảng dạy ở Khoa Điện

– Điện Tử, trường Đại học

Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh.

Với vai trò là phó giáo sư và trưởng nhóm nghiên cứu

về lĩnh vực điều khiển điện tử công suất. Ông là tác

giả nhiều bài báo khoa học uy tín trong và ngoài nước

về lĩnh vực này. Hiện ông là Trưởng phòng Khoa học

Công nghệ và Dự án, hướng nghiên cứu về ứng dụng

điện tử công suất vào cải thiện chất lượng điện năng,

điều khiển tối ưu inverter/converter và điều khiển hệ

thống truyền động điện.

715