ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN HỒNG QUY

ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG MÁY GẠT PHÔI
BẰNG MODULE PID MỀM CỦA PLC S7300

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Thái Nguyên – 2015




Lời nói đầu
Ngày nay với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, các thiết bị máy móc ngày
càng trở lên tiện dụng hơn đối với con người, việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào các nghành
công nghiệp đã trở thành xu thế tối ưu và là tất yếu, tự động hóa một hệ thống máy móc tối tân và
phức tạp theo ý muốn của con người đã không còn là điều khó khăn đối với chúng ta. Các hệ thống
điều khiển máy trong công nghiệp được áp dụng các quy luật điều khiển từ cổ điển cho tới hiện
đại. Kết quả thu được là các hệ thống hoạt động với độ chính xác cao, tính ổn định bền vững, thời
gian đáp ứng nhanh.
Trong điều khiển công nghiệp, bộ điều khiển PID mềm PLC S7-300 là sự lựa chọn rất tối ưu
cho các hệ thống điều khiển có hàm truyền( phương trình trạng thái) như điều khiển vị trí, điều
khiển vận tốc, điều khiển mức, điều khiển nhiệt độ…PLC hiện tại được đưa vào
ứng dụng rất rộng dãi trong công nghiệp, đặc biệt là trong các dây truyền sản xuất. Trong hệ thống
máy gạt phôi nhà máy Gang thép Lào Cai, PLC được ứng dụng để tự động hóa quá trình chuyển
động của xe gạt thông thông qua chương trình điều khiển bằng module mềm PLC S7-300.
Để giúp cho việc học tập nghiên cứu vận hành sửa chữa hệ thống máy gạt phôi tự động nên

em chọn đề tài luận văn là “ Điều khiển truyền động máy gạt phôi bằng module PID mềm của PLC
S7-300”. Trong thời gian nghiên cứu và làm luận văn về thiết bị máy này em không tránh khỏi
những thiếu sót mong các thầy cô và các bạn đóng góp thêm để em hoàn thiện luận văn này tốt
hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Võ Quang Lạp và các thầy cô đã tận tình hướng dẫn
em về đề tài này, cảm ơn các thầy cô đã dành thời gian lắng nghe và chỉ bảo giúp em có thể tìm ra
những sai sót và giải đáp các thắc mắc của em trong quá trình hoàn thiện luận văn.

Chươ ng 1
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN



TỔNG QUAN VỀ MÁY GẠT PHÔI.
1.1 TỔNG QUAN VỀ MÁY GẠT PHÔI.
Máy gạt phôi thép là loại máy được sử dụng trong lĩnh vực sản xuất thép, máy gạt phôi được
sử dụng trong các nhà máy có quy mô sản xuất lớn vì nó đáp ứng được yêu cầu làm việc liên tục,
chịu nhiệt cao, tải lớn và làm việc bền bỉ, giảm thiểu sức lao động của con người trong môi trường
làm việc khắc nghiệt về nhiệt độ, độ ẩm... Trong quá trình làm việc phôi thép ra đến sàn vận
o
chuyển thì vẫn còn rất nóng khoảng 300-600 C, vì vậy để vận chuyển phôi thép ra sàn làm nguội
ta cần phải sử dụng máy gạt phôi để làm việc đó.
Để tạo ra phôi thép, ban đầu người ta sẽ nấu luyện nước gang từ quặng sắt và các thành
phần khác, nước gang được nấu luyện từ quặng sắt tại Lò cao và chuyển sang hệ thống Lò thổi của
xưởng Luyện thép sau đó pha trộn thêm các chất như mangan, silic, huỳnh thạch, vôi, đô lô mít,
Quặng sắt, hợp kim…được nấu luyện ở nhiệt độ cao thông qua hệ thống lò thổi đỉnh (hoặc thổi
đáy, thổi sườn) bằng oxy cao áp tạo ra nước thép với mác thép tùy theo sự pha trộn chất, nhiệt độ
để ra thép là 1600 độ tùy vào mác thép và thành phần thép sau đó nước thép sẽ được chuyển qua
hệ thống đúc liên tục, tại đây người vận hành sẽ đo nhiệt
thêm một lần nữa nhiệt độ yêu cầu là 1530 độ đến 1600 độ, hệ thống đúc liên tục sẽ tạo ra





các thanh phôi với mác thép theo yêu cầu của sản xuất về tỷ lệ pha trộn chất và tỷ lệ nước cũng
như quá trình kéo dòng phôi thép, phôi thép được đúc thành hình thông qua hệ thống khuân đúc
và hệ thống máy kéo nắn thép, tùy từng công suất nhà máy có thể là đúc 2 dòng thép, 3 dòng thép,
4 dòng thép.. Từ máy kéo nắn phôi thép sẽ được đưa ra hệ thống máy cắt phôi tự động, tại gian cắt
phôi, phôi thép sẽ được cắt tự động tùy yêu cầu của sản xuất có thể là loại phôi 6m hoặc 12m, sau
khi phôi thép được cắt thì phôi sẽ được chuyển ra sàn con lăn vận chuyển nhờ các con lăn dẫn
hướng, từ sàn con lăn vận chuyển phôi thép sẽ được đưa tới sàn con lăn của máy gạt phôi, và máy
gạt phôi có nhiệm vụ đưa phôi thép tới sàn nguội, để tập kết phôi ra kho chứa phôi.

Hình 1.1: Mô hình hệ thống đúc liên tục 4 dòng phôi thép
1.1Công dụng của máy gạt phôi.
Máy gạt phôi là một dạng xe di chuyển được đặt trên đường ray thanh răng của sàn làm nguội
phôi thép có công dụng vận chuyển phôi từ sàn con lăn vận chuyển để đưa tới sàn lật từ sàn lật
phôi thép sẽ được cầu trục đưa tới nơi xếp phôi, máy gạt phôi và sàn lật phôi ngoài việc vận
chuyển phôi, làm nguội phôi, giảm thiểu sức lao động của con người còn có tác dụng chống phôi bị
cong vênh, giúp sản phẩm đầu ra có chất lượng tốt hơn.




Hình 1.2: Máy gạt phôi thép
1.1.2Các truyền động trên máy.
Máy gạt phôi có hai truyền động chính là truyền động chạy tiến và lùi( Truyền động về điện),
truyền động nâng hạ thanh gạt để gạt phôi(Truyền động về điện khí nén).
*Truyền động tiến và lùi: Xe gạt phôi sẽ chạy tiến lùi theo sự vận hành của người thao tác,
chuyển động tiến/lùi có các đoạn biến tốc như sau.

-Quá trình gạt phôi tiến:Dừng - Chậm - Nhanh-Chậm - Dừng.
(0 m/p -5m/p-20m/p/5m/p-0m/p). Quá trình chạy tiến là khi gạt phôi ra sàn lật để làm nguội
và lấy phôi đi.
-Quá trình lùi xe gạt phôi:Dừng - Chậm - Nhanh-Chậm - Dừng.
(0 m/p -5m/p-20m/p/5m/p-0m/p). Quá trình chạy lùi xe gạt phôi về vị trí ban đầu để chờ phôi
ra và gạt đi.
Khi tiến xe gạt phôi và lùi xe gạt phôi thì hệ thống có chút khác, khi gạt phôi đi động cơ làm việc có
tải ở chế độ động cơ và hệ thống tăng tốc (Động cơlàm việc ở góc phần tư thứ nhất I), khi động cơ
quay ngược về vị trí ban đầu nghĩa là động cơ làm việc không tải, động cơ làm việc ở chế độ động
cơ (Góc phần tư thứ III), khi giảm tốc độ từ cao xuống thấp tùy theo chiều quay động cơ sẽ làm
việc ở chế độ hãm động năng(ở góc phần tư thứ II và thứ IV). Sơ đồ các chế độ làm việc như sau.




Hình 1.3: Các chế độ làm việc của xe gạt phôi.
A1 :Xe chạy thuận với tốc độ cao. A2:
’
Xe chạy thuận với tốc độ thấp. A1 : Xe
chạy ngược với tốc độ cao. A2’: Xe
chạy ngược với tốc độ thấp.
B1, B2: Chế độ hãm khi xe giảm tốc từ tốc độ cao xuống tốc độ thấp chế độ chạy thuận. B1’, B2’:
Chế độ hãm khi xe giảm tốc từ tốc độ cao xuống tốc độ thấp chế độ quay ngược.
Tốc độ chậm ban đầu xe chưa chạy tới vị trí gạt thanh phôi xe sẽ chạy với tốc độ chậm khi tới
vị trí gạt phôi thì xe sẽ được chạy với tốc độ nhanh hơn và khi gần tới vị trí trung chuyển với sàn
lật thì xe lại chạy với tốc độ thấp để phôi được đưa vào ăn khớp với quá trình lật phôi của sàn
lật.Các cấp tốc độ này được cài mặc định sẵn trong biến tần M440, việc thay đổi cấp tốc độ sẽ
được thực hiện khi xe chạy tới vị trí các sensor cảm biến tiệm cận, vị trí các cảm biến được đặt
đúng vị trí các điểm biến tốc.
*Chuyển động nâng hạ thanh gạt để gạt phôi:Chuyển động này sẽ hoạt động theo hai chế độ đó là

nâng hạ thanh gạt tự động và nâng hạ thanh gạt bằng tay.
-Ở chế độ tự động thì khi xe gạt bắt đầu chuyển từ tốc độ thấp lên tốc độ cao thanh gạt sẽ tự động
hạ xuống để giữ thanh phôi theo chiều tiến của xe gạt, khi hết hành trình gạt, phôi đưa tới vị trí
trung chuyển sàn lật thì thanh gạt sẽ tự động được nâng lên.
- Ở chế độ bằng tay thì người vận hành sẽ chủ động ấn nút trên bàn điều khiển để điều chỉnh
quá trình nâng hạ của thanh gạt sao cho đáp ứng được nhu cầu sản xuất.
Chuyển động nâng hạ thanh gạt không sử dụng động cơ như chuyển động của xe gạt
màthanh gạt nâng hạ được thực hiện thông quapittong xi lanh khí nén cao áp.


Cả hai chuyển động này đều được điều khiển thông qua PLC S7-300, tuy nhiên chỉ có chuyền
động của xe gạt phôi là được điều khiển thông qua PID mềm của PLC S7-300 kết nối với biến tần
Siemens M440, chính vì vậy trongđề tài luận văn này em chọn truyền động của xe gạt phôi để
nghiên cứu và khảo sát.
1.1.3Sơ đồ cấu tạo máy gạt phôi như sau:
1.1.3.1 Cấu tạo cơ khí.

Hình 1.4: Sơ đồ cấu tạo
1: Động cơ truyền động chính của máy gạt phôi (380v /45kw).



2: Thanh gạt phôi sử dụng hệ thống khí nén điều khiển thông qua PLC.
3: Thanh ray để xe gạt phôi di chuyển.
4: Máng cáp để chứa cáp điện và đường khí nén.
5:Vị trí các cảm biến tiệm cận.
6: Xe gạt phôi.
7: Hai bánh tỳ động của xe.
8:Trụ đỡ cả hệ thống xe gạt phôi.
9: Ống mềm dẫn khí nén vào xi lanh.

10:Xi lanh khí nén.
* Xe gạt phôi gồm:
+ Động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc (45kw)
+ Cơ cấu phanh hãm xi lanh khí nén
+ Hộp giảm tốc
+ Máy phát tốc
+Cơ cấu thanh gạt khí nén
+ Máng cáp
*Máng cáp là loại máng có thể cuộn tròn lại được khi xe di chuyển các cáp điện cáp tín
hiệu,và các đường ống khí nén sẽ được đặt trên máng cáp này.
*Thanh gạt trên xe gạt phôi được bố trí 8 thanh gạt và sử dụng xi lanh khí nén để nâng hạ
thanh gạt, khí nén được cấp vào xi lanh với áp lực là 0,5-0,8Mpa.

Hình 1.5: Xi lanh khí nén
+ Xi lanh khí nén(1)
+ Ống kim loại mềm dẫn khí nén(2)
+ Cơ cấu thanh gạt(3)




+ Ống kẽm DN25 dẫn khí nén, bộ chia khí(4)
+ Trục truyền chuyển động giúp nâng hạ thanh gạt(5)
*Các cảm biến tiệm cận được lắp để định vị trí thay đổi tốc độ của xe gạt phôi.
*Động cơ truyền động chính của máy gạt phôi:

Hình 1.6: Động cơ
+ Động cơ roto lồng sóc công suất 45Kw/380v, 735r/min(1)
+ Bộ phanh hãm bằng xi lanh khí nén(2)
+ Hộp giảm tốc(3)

+ Máy phát tốc(4)
*Thanh ray để xe gạt phôi di chuyển.
Chiều dài của thanh ray là 9,42m, xe gạt phôi có thể di chuyển trên thanh ray là 6,91m
trong khoảng như hình vẽ dưới.

Hình 1.7: Thanh ray
Một cơ cấu bánh răng gắn với trục truyền được lắp trên xe để ăn khớp với thanh ray này

Hình 1.8: Bánh răng ăn khớp với thanh ray.
1.1.3.2 Cấu tạo về điện và điện điều khiển.



a, Mạch điện động lực:

Hình 1.9: Sơ đồ mạch điện động lực xe gạt phôi
Gồm:
+ Biến tần SIMATIC SIMENS M440
+ Động cơ chính Động cơ 3 pharoto lồng sóc M1: 45KW
+ Động cơ phanh M2,M3:0.55KW
+ Áp tô mát ba pha: QF1, QF2, QF3 cấp nguồn cho biến tần và các động cơ.
+ KM1, KM2: Tiếp điểm các contactor dùng để điều khiển đóng ngắt điện cấp cho động cơ thông
qua chương trình điều khiển.
+ Điện trở xả cho biến tần : R
+Máy biến dòng L1.
b, Nguyên lý hoạt động:
Điện áp ba pha được cấp cho biến tần thông qua aptomat ba pha QF1, biến tần nhận tín
hiệu điều khiển gửi từ bộ điều khiển PLC và tín hiệu cài đặt sẵn để điều khiển động cơ di chuyển xe
gạt phôi, động cơ phanh làm việc đồng thời với quá trình điều khiển động cơ di chuyển xe gạt tức
là khi cấp tín hiệu cho động cơ xe gạt phôi chạy thì động cơ phanh sẽ

được cấp điện làm mở phanh, động cơ quạt gió cũng làm việc đồng bộ với động cơ xe gạt
và động cơ phanh.



Ngoài ra sau động cơ chính còn được gắn máy phát tốc, để lấy tín hiệu phản hồi âm tốc
độ.
- Biến tần M440 Simatic Siemens.
Sử dụng biến tần ba pha của siemes với công suất là 45/55kw. Nhiệm vụ chính là điều khiển
động cơ di chuyển xe gạt phôi thông qua tín hiệu từ bộ điều khiển PLC.
- Máy phát tốc:

Hình 1.10: Máy phát tốc
+ Nguyên lý hoạt động: Máy phát tốc hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ
+ Cấu tạo: Gồm 2 phần, phần cảm và phần ứng, khi xuất hiện sự chuyển động tương đối giữa
phần cảm và phần ứng thì trong phần ứng sẽ xuất hiện sức điện động tỷ lệ với tốc độ
quay.
e=∅

�
�
�

Máy phát tốc ta sử dụng cho máy gạt phôi là loại máy phát tốc một chiều điện áp đầu ra là
24VDC.

Hình 1.11: Sơ đồ máy phát tốc một chiều
+ Stato (1)
+ Roto (2)
+ Chổi quét(3)

+ Cổ góp(4).


Thực chất máy phát tốc một chiều là một loại máy phát điện một chiều loại nhỏ.
- Điện trở xả của biến tần:


Hay còn gọi là mạch hãm cho biến tần sơ đồ như sau.

Hình 1.12 Mạch hãm
Sử dụng điện trở hãm để xả bớt năng lượng dư thừa của biến tần.
Điện trở hãm và bộ hãm thắng là một bộ phận rất quan trọng được sử dụng đi kèm biến
tần trong những trường hợp hệ thống cần thời gian tăng/giảm tốc ngắn, tải có quán tính và
momen thay đổi liên tục, tải nâng hạ, các ứng dụng tỏa chiều quay liên tục…

Hình 1.13 Điện trở xả biến tần
Điện trở xả sẽ giúp Biến tần xả bớt năng lượng dư thừa do Động cơ lúc này trở thành máy phát,
điện áp được trả ngược lại Bus DC. Sẽ rất nguy hiểm nếu năng lượng này cứ tồn tại mà không bị
triệt tiêu, chúng sẽ quay ngược lại đánh thủng Bus DC và gây cháy nổ IGBT, tụ nạp… Do đó việc
dùng điện trở xả là quan trọng, giúp bảo vệ quá tải và quá nhiệt cho động cơ. Đồng thời đối với
những ứng dụng đòi hỏi giảm tốc nhanh, triệt tiêu năng lượng
hãm tái sinh, triệu tiêu nhiệt nhanh. Điện trở xả được ứng dụng nhiều trong điều khiển động cơ
AC, đòi hỏi năng lượng hãm lớn, động cơ hoạt động quá tải liên tục.
- Cảm biến tiệm cận:

Hình 1.14 Cảm biến tiệm cận
Cảm biến tiệm cận là loại ba dây(Xanh - đen - Trắng) 24-36VDC.Mục đích sử dụng là để định vị vị
trí dừng xe gạt phôi và điểm thay đổi tốc độ xe gạt phôi, trong hệ thống xe sử dụng 4 vị trí đặt
cảm biến tiệm cận.



14

1.2GIỚI THIỆU SƠ ĐỒ KHỐI HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỂU ĐIỀU
KHIỂN BẰNG MODULE PID MỀM S7-300, ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG CHO MÁY GẠT PHỔI.
1.2.1 Tổng quan về hệ truyền động biến tần – động cơ điện xoay chiều điều khiển bằng module
PID mềm S7-300.
Hệ truyền động biến tần động cơ điện xoay chiều điểu khiển bởi máy tính hoặc PLC được sử
dụng tế sản nhiều để truyền động cho các máy công nghiệp. Để hiểu rõ nguyên lý làm việc và
khả năng ứng dụng của nó, ta nghiên cứu khảo sát và tính toán hệ truyền động này để đề xuất
ứng dụng vào thực xuất.
1.2.1.1 Sơ đồ khối.
Sơ đồ khối hệ truyền động được thể hiện như hình sau:

Hình1.15 : Mô hình hệ thống
Động cơ điện xoay chiều ba pha được điều chỉnh tốc độ nhờ thay đổi tần số, điện áp cung cấp cho
nó lấy từ biến tần ba pha. Điều khiển hệ truyền động này được thực hiện nhờ bộ điều khiển PID
của PLC S7-300. Để ổn định tốc độ thì có một mạch vòng phản hồi âm tốc độ dung encoder. Tín
hiệu đặt Sp để điều chỉnh tốc độ động cơ thông thường được lấy ra từ máy tính hoặc một khâu
riêng.Mạch vòng phản hồi âm dòng điện được cài sẵn tích hợp trong biến tần.
a. Động cơ điện.


15

Động cơ này trong sơ đồ được điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số. Từ phương trình
momen của động cơ không đồng bộ:
Mm =

Trong đó: �� =


2��1
�

3 � 12
2� � .�
�

=

3 .�
31� 2 .�
=
2.2� �1 .2��1 8� 2
.�
.�

�1 2
�1

là tốc độ của từ trường quay.

Ui= k’. ∅. �tỉ lệ thuận với U1
Từ đó ta có 2 phương pháp điều khiển tốc độ:
- Phương pháp thay đổi tần số nhưng giữ nguyên điện áp có dang đặc tính:

Hình 1.16 : Đặc tính cơ khi thay đổi tần số điện áp không đổi.
- Phương pháp vừa điều chỉnh tần số vừa điều chỉnh điện áp U/f=const có dạng đặc tính:



Hình 1.17 : Đặc tính cơ khi thay đổi tần số và điện áp(U/f=const)
Hiện nay để điều khiển tốc độ động cơ người ta dùng biến tần điều khiển tần số tạo ra khả năng
ứng dụng của động cơ này rất lớn.Vì vậy, hệ thống biến tần động cơ điện xoay chiều đã và đang
được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp.
b. Biến tần.
Biến tần hay còn gọi là nghịch lưu là thiết bị dùng để biến đổi điện áp hay dòng điện một chiều
thành điện áp xoay chiều ở tần số khác nhau. Biến tần có thể là một pha hay bap ha. Hiện tại biến
tần có nhiều hang sản xuất, biến tần có hai khối chủ yếu là: Khối động lực và khối điều khiển.
*Khối động lực.
Khối động lực của biến tần có thể dùng các linh kiện bán dẫn thyristor hoặc Tranzitor công suất.
Biến tần được ứng dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ, thông thường biến tần là biến tần nguồn
áp, với linh kiện là tranzitor công suất, sơ đồ mạch động lực như hình sau:

Hình 1.18 : Sơ đồ nghịch lưu độc lập nguồn áp 3 pha.


Trong sơ đồ này các tranzitor từ T1÷T6 làm nhiệm vụ nghịch lưu diot D1÷D6 làm nhiệm
vụ chỉnh lưu để trả năng lượng của phụ tải cho nguồn( Ví dụ khi hãm tái sinh). Với sơ đồ
nghịch lưu trên dựa vào tính chất của điện áp ba pha xoay chiều, chúng ta không chế sẽ
nhận được điện áp xoay chiều bapha trên phụ tải(ZA,ZB,ZC) với tần số khác nhau.
*Khối điều khiển.
Khối điều khiển của biến tần làm nhiệm vụ điều khiển điện áp ra và tần số ra của biến tần,
đối với biến tần bapha có ba phương pháp điều khiển:
- Phương pháp kinh điển.
- Điều khiển độ rộng xung(PWM- Pulse Wildh Modulation).
-Điều khiển theo phương pháp vector không gian(Space Vector Modulation).
+ Điều khiển độ rộng xung(PWM).
Dạng song điện áp ra biến tần khi điều khiển theo phương pháp PWM có dạng như hình
Nội dung của phương pháp này là tạo ra một tín hiệu chuẩn có tần số bằng tần số ra và biên độ tỷ
lệ với biên độ điện ra nghịch lưu. Tín hiệu này sẽ được so sánh với một tín hiệu răng cưa có tần số

lớn hơn rất nhiều tần số của tín hiệu chuẩn. Giao điểm của hai tín hiệu này xác đinh thời điểm
đóng mở van công suất, điện áp ra có dạng xung cới độ rộng thay đổi theo từng chu kỳ.

Hình 1.19 Dạng xung
+Phương pháp điều chế vector không gian(SVM).
-

Thành lập vector không gian.

Đối với nguồn áp ba pha cân bằng ta luôn có phương trình sau:
ua(t) + ub(t)+ uc(t)=0


18

Và bất kỳ hàm số nào thỏa mãn phương tình trên đều có thể chuyển sang hệ tọa độ hai chiều
T
vuông góc. Ta có thể biểu diễn phương trình trên dưới dạng ba vector gồm [ua 0 0] trung với
T
0
T
0
trục x, vector [0 ub 0] lệch một góc 120 và vector [0 0 uc] lệch một góc 240 so với trục x
như hình sau:

Hình 1.20: Hình biểu diễn vector không gian tọa độ x0y
Từ đó ta xây dựng được phương trình của vector không gian trong hệ tọa độ phức như sau:
2
2�
−� 3

�
)
u(t) = (�
�
� 3
+� �
�+ �
3 �
��
2

Trong đó 2/3 là hệ số biến hình, phân tích u(t) trong phương trình trên thành phần thực và
phần ảo.
ut =ux +juy
Ta xây dựng được công thức chuyển đổi hệ tọa độ từ ba pha abc sang hệ tọa độ phưc x-y bằng
cách cân bằng phần thực và phần ảo.
u(t) =

2
3

[(�� + �� (cos(2� ) + �(sin 2�
+ �� (cos −2�
− �(sin 2�
]
3
3
3
3


2
2�[�� + �� (cos(
�� = 3
�
=>

3

)+ �� (cos(

� � 2 [� sin(

−2�

−2 3
�

3

)]


19

2�

3) − ��

(sin(


3)]


��
=> �
�
3

=

2

1
1
�
− −
21 2
� ��
3
0 3
��
−
2
2

Tiếp theo hình thành tọa độ quay α-β bằng cách cho hệ tọa độ x-y quay với vận tốc góc ωt.
Ta có công thức chuyển đổi hệ tọa độ như sau:
��
�� =


�
cos(�� )cos( 2 + (�� ))
���(��) cos( � + (��))
2

��
��
=

���(��) −���(��)
���(�� ) ���(�� )

��
��

Nguồn áp ba pha tạo ra là cân bằng và Sin nên ta có thể viết lại phương trình điện áp pha
như sau:
�� = ��
�� = �� sin(�� −
sin(�� )
2�/3)
�� = �� sin(�� +

Ta có:

2�/3)

u(t) = Vre

jθ


= Vre

jωt

Thể hiện vector không gian có biên độ Vr quay với vận tốc góc ωt quanh gốc tọa độ 0.
���

���

2

=

1
−1

3

−1

�1

2

�

2
��


3
2

0

3

−

3

3

5

�

2
2
Trong đó 2 để chuyển từ giá trị biên độ sang giá trị hiệu dụng, 3 chuyển giá trị điện áp
pha thành điện áp dây. Vector điện áp dây sẽ sớm pha hơn điện áp pha một góc π/6. Nếu
ghép các trạng thái có thể có của q1 q3 và q5 ta thu được phương trình điện áp dây theo các
trạng thái của các khóa.


�� =

2 2 � 2� −1 � /6
�
= ���

3
2
3

2�
−1�
6

+ ����

2�
−1�
6

Với n=0,1,2,3….,6 ta thành lập được 6 vector không gian V1 – V6 và hai vector 0 là V0 và
V7 như sau.


Hình 1.21: Các vector không gian từ 1 đến 6.

Hình 1.21: Trạng thái đóng ngắt các van
Vector

Trạng thái các khóa

Điện áp pha

Điện áp dây

điện áp


Q1

Q3

Q5

Van

Vbn

Vcn

Vab

Vbc

Vac

V0

0

0

30

0

0


0

0

0

0

V1

1

0

0

2/3

1/3

1/3

1

0

-1

V2


1

1

0

1/3

1/3

-2/3

0

1

-1

V3

0

1

0

-1/3

2/3


-1/3

-1

1

0


V4

0

1

1

-2/3

1/3

1/3

-1

0

1


V5

0

0

1

-1/3

-1/3

2/3

0

-1

1

V6

1

0

1

1/3


-2/3

1/3

1

-1

0

V7

1

1

1

0

0

0

0

0

0


Giá trị điện áp các trạng thái đóng ngắt và vector không gian
tương ứng.
(Ghi chú: Độ lớn điện áp phải nhân với
Vdc)
- Tính toán thời gian đóng ngắt.
Xét trường hợp vector Vr nằm trong vùng 1 như hình dưới:

Hình 1.22: Hình vector không gian Vr trong vùng 1
Giả sử tần số băm xung fPWM đủ cao để trong suốt chu kỳ điều rộng xung Ts vector Vr không thay
đổi vị trí. Nhờ đó ta có thể phân tích Vr theo các vector V1 V2 và vector V0 hoặc V7 như
phương trình sau.
V� xT� = V1 xT1 + V2 xT2 + V0−7 xT0−7
T� = T1 +T2 +
T0−7
Với: Ts là chu kì điều rộng xung
Tn là thời gian duy trì ở trạng thái Vn
Chuyển sang hệ tọa độ vuông góc ta có phương trình sau:
���
T�

�

+ 0)

6

(

�
�

2 ���
2 ���(2 )
=T
+T
) 6

� + 0)

1 3

6

�

��� (

)

+T

.0

(

���
(

1

6


3

�
���( )
2


0−7
Cân bằng phần thực và phần ảo ta có:
�
2
�� ����( + �) = �1 cos
6
3
�
2
�� ���� + � = �1 sin
6
3
Giải phương trình tìm T1 và T2:

2
�
+ �1 cos
6
3
�
2
+ �1 sin

6
3

�
2
�
2


⇒ �1 = � � m 3

cos6

6= �� �

�

2
⇒�
1

�
3 cos ( +� )
3
2
2

�
= � �cos + �) = �� cos
6


⇒ �2 = � � m

�
�
−
−�
2
3
3

3
�
�
���
+ � − � �cos
�
2
6
6

⇒ �2 = �� m sin

�
�
+�−
6
6

cos


6

= � ���
�

�

− �)

�
+ � )���( )
6

�
− cos
6

�
�
+ � ��� (
6

6

�
�
⇒ �2 = �� msin 6 + � −
= �� m���(�)
Từ đó ta có:


6
�1 = �� ���� � − �
3
�2 = �� ���� �
�0−7 = �� − � − 1 − �2

Trong đó:
M: Tỷ số điều biên
Ts : Chu kỳ điều rộng xung
� : Góc lệch pha giữa Vr và Vn

Hình 1.23: Vector không gian Vr trong vùng bất kỳ
Vậy ta có kết quả sau:
TA = Tsmsin(π/3-Ө)
TB = Tsmsin(Ө)
T0-7 = Ts - TA - TB