hướng dẫn thí nghiệm môn truyền động điện

TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Bộ môn TĐH, Khoa Điện. Trang 1
PHẦN 1: HÖ TRUYÒN §éNG §IÖN §éNG C¥
MéT CHIÒU Cã §¶O CHIÒU

A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT
1. HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Truyền động cho một máy, một dây chuyền sản xuất mà dùng năng lượng điện thì
gọi là truyền động điện (TĐĐ).
Hệ truyền động điện là một tập hợp các thiết bị như: thiết bị điện, thiết bị điện từ,
thiết bị điện tử, cơ, thủy lực phục vụ cho việc biến đổi điện năng thành cơ năng cung
cấp cho cơ cấu chấp hành trên các máy sản xuất, đồng thời có thể điều khiển dòng
năng lượng đó theo yêu cầu công nghệ của máy sản xuất.
2. HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU
a. Đặc điểm chung
Truyền động điện một chiều sử dụng cho các máy có yêu cầu cao về điều chỉnh
tốc độ và mômen. Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều
ưu việt hơn so với các loại động cơ khác, không những nó có khả năng điều chỉnh tốc
độ dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất
lưọng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng.
b. Phương trình đặc tính cơ
Phương trình đặc tính cơ biểu thị mối quan hệ ω = f(M) của động cơ điện một
chiều kích từ độc lập như sau:

M
K
RR
K
U
p
2

)(
−
−
φ
φ
ω
+
−=
Có thể biểu diễn đặc tính cơ dưới dạng khác:
ω = ω
0
- ∆ω
Trong đó:
ω
φ
0
=
U
K
−
gọi là tốc độ không tải lý tưởng.

M
K
RR
p
2
)(
−
φ

ω
+
=∆
gọi là độ sụt tốc độ
Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập có dạng
hàm bậc nhất y = B + Ax, nên đường biểu diễn trên hệ tọa độ M0ω là một đường
thẳng với độ dốc âm. Đường đặc tính cơ cắt trục tung 0ω tại điểm có tung độ:
ω
φ
0
=
U
K
−
. Tốc độ ω
0
được gọi là tốc độ không tải lý tưởng khi không có lực cản nào
cả. Đó là tốc độ lớn nhất của động cơ mà không thể đạt được ở chế độ động cơ vì
không bao giờ xảy ra trường hợp MC = 0.
Khi phụ tải tăng dần từ M
C
= 0 đến M
C
= M
đm
thì tốc độ động cơ giảm dần từ ω
0

đến ω
đm

. Điểm A(M
đm
,ω
đm
) gọi là điểm định mức.
TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Bộ môn TĐH, Khoa Điện. Trang 2
Rõ ràng đường đặc tính cơ tự nhiên có thể vẽ được từ 2 điểm ω
0
và A. Điểm cắt
của đặc tính cơ với trục hoành 0M có tung độ ω = 0 và có hoành độ suy từ phương
trình đặc tính cơ:
M = M
nm
= Kφ
đm
−
R
U
dm
=
Kφ
đm
.I
nm

o
M
0
ω

ω
A
ω
®m
M
®m
M
nm



c. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều có các phương pháp điều chỉnh tốc độ:
- Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng.
- Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ mạch rôto.
- Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông kích từ.
d. Đảo chiều động cơ
Chiều từ lực tác dụng vào dòng điện được xác định theo quy tắc bàn tay trái. Khi
đảo chiều từ thông hay đảo chiều dòng điện thì từ lực có chiều ngược lại. Vậy muốn
đảo chiều quay của động cơ điện một chiều ta có thể thực hiện một trong hai cách:
- Hoặc đảo chiều từ thông (bằng cách đảo chiều dòng điện kích từ).
- Hoặc đảo chiều dòng điện phần ứng.
I
I
+
u
E
§
KT§
kt

R
p
R
kt
-
u
I
E
+
KT§
§
p
R
-
R
kt
I
kt



Hình 1 - Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ
đi
ệ
n m
ộ
t chiều kích từ đ
ộ
c l
ập

Hình 2 - Sơ đồ nối dây động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi đảo
chiều từ thôn
g
ho
ặ
c khi đảo chiều
d
òn
g
đi
ệ
n
p
hần ứn
g

TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Bộ môn TĐH, Khoa Điện. Trang 3
Đối với động cơ công suất lớn ít đảo chiều ta có thể chọn phương pháp đảo chiều
dòng điện kích từ.
Đối với động cơ công suất nhỏ ít đảo chiều có thể dùng phương pháp đổi chiều
dòng điện phần ứng bằng 2 bộ côngtắctơ thuận ngược khoá chéo.
Đối với động cơ công suất vừa và lớn có tần số đảo chiều cao thường dùng hai bộ
biến đổi nguồn đảo chiều dòng điện phần ứng.
e. Hãm điện động cơ điện một chiều
Hãm điện là trạng thái mà động cơ điện sinh ra mômen điện từ ngược với chiều
quay của rôto. Động cơ điện một chiều có 3 trạng thái hãm chính:
- Hãm tái sinh (Hãm có hoàn trả năng lượng về lưới).
- Hãm ngược.
- Hãm động năng.

Đặc điểm chung của cả 3 trạng thái hãm điện là động cơ đều làm việc ở chế độ
máy phát, biến cơ năng mà hệ TĐĐ đang có qua động cơ thành điện năng để hoặc
hoàn trả về lưới (hãm tái sinh) hoặc tiêu thụ thành dạng nhiệt trên điện trở hãm (hãm
ngược, hãm động năng). Mômen để quay động cơ ở chế độ máy phát sẽ là mômen
hãm đối với hệ TĐĐ.
B. TÌM HIỂU BÀN THÍ NGHIỆM
Bàn thí nghiệm có kết cấu gồm các phần sau:
• Mạch nguồn động lực
• Các panel thí nghiệm 514C, panel đo lường và điều khiển.
• Thiết bị đo dòng điện, điện áp, tốc độ quay (vòng/phút), mômen, máy hiện sóng,
đồng hồ vạn năng.
• Động cơ DC và khối tạo tải: máy phát điện DC , hộp tải thuần trở.
1. Mạch động lực:

a, Nguồn cung cấp:
• Nguồn AC ba pha 380/220V có: Aptômát đóng cắt, cầu chì bảo vệ quá tải, nút
dừng (cắt nguồn) khẩn cấp (EMG).
• Chuyển mạch và Vôn kế kiểm tra điện áp dây, pha đầu vào, 3 Ampe kế đo dòng
điện sơ cấp biến áp ba pha.
• Máy biến áp hạ áp ba pha 380/220-87/50V cách ly.
• Nguồn AC 220V.
• Nguồn DC cung cấp cho mạch điều khiển.
b. Mạch công suất chỉnh lưu:

Bài thí nghiệm này chúng ta sử dụng thiết bị điều khiển động cơ điện một chiều
514C của hãng Eurother Drives. Đây là thiết bị điều khiển khá hoàn hảo, có thuật toán
điều khiển PID, cũng như các biện pháp bảo vệ, tương thích trường điện từ EMC…
Mạch động lực điều khiển động cơ điện một chiều có đảo chiều gồm hai mạch
chỉnh lưu cầu một pha đối xứng có điều khiển (khóa chéo), nối ngược nhau như hình
3. Mạch chỉnh lưu cầu TH1…TH4 cấp nguồn cho động cơ theo chiều thuận, và mạch

chỉnh lưu cầu TH5…TH8 cấp nguồn cho động cơ theo chiều ngược. Điện áp ra định
mức: 90VDC khi đầu vào là 110/120VAC, 180VDC khi đầu vào là 220/240VAC,
320VDC khi đầu vào 380/415VAC. Dòng điện cực đại là 8A.
TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Bộ môn TĐH, Khoa Điện. Trang 4













Điện áp xoay chiều từ 110- 480V (AC) được đưa vào điểm giữa của các chỉnh lưu
cầu. Khi có tín hiệu điều khiển động cơ theo chiều thuận, ứng với nửa chu kỳ dương
của nguồn AC, khi có tải, TH1 và TH4 mở, nửa chu kỳ sau thì TH2 và TH3 mở và cứ
tiếp tục như thế làm cho điện áp trên động cơ phân cực thuận. Nguồn ngược bị khóa.
Động cơ quay theo chiều thuận.
Khi có tín hiệu điều khiển động cơ theo chiều ngược, ứng với nửa chu kỳ dương
của nguồn AC, khi có tải, TH5 và TH8 mở, nửa chu kỳ sau thì TH6 và TH7 mở và cứ
tiếp tục như thế làm cho điện áp trên động cơ phân cực ngược. Nguồn thuận bị khóa.
Động cơ quay theo chiều ngược.
Shunt 20A-75mV để nối với đồng hồ A
đo dòng điện phần ứng, điện áp đặt vào
phần ứng được đo bằng đồng hồ V

,
Tốc độ quay rôto và mômen quay được đo bằng các đồng hồ tương ứng phía trên
giá panel thí nghiệm.
Điện trở RH là điện trở hãm động năng khi động cơ cắt nguồn đầu vào AC của bộ
điều khiển.
Mạch điều khiển, tầng công suất được nối với nguồn AC và tín hiệu điều khiển
thông qua phích cắm 14 chân.
2. Mạch điều khiển
Sơ đồ khối mạch điều khiển chỉnh lưu đảo chiều động cơ DC trên hình 4.
Như trên đã đề cập mạch điều khiển sử dụng thiết bị điều khiển 514C/8. Bộ điều
khiển 514C được dùng cho môi trường công nghiệp, nó cần được gắn trong hộp kín để
bảo vệ bộ điều khiển và người sử dụng. Bộ điều khiển cần được nối đất cố định.
Bộ điều khiển 514C được thiết kế để điều khiển tốc độ động cơ DC kích từ song
song hoặc nam châm vĩnh cửu. Nó sẽ đảm bảo điều khiển tốc độ động cơ ở cả 4 góc
1/4 trong quá trình hoạt động.
Bộ điều khiển 514C được thiết kế để làm việc với nguồn cung cấp chính 1pha AC
trong dải 110/220VAC tần số 50 hoặc 60Hz. Cần đến nguồn phụ như máy phát và
công tắc tơ nguồn chính
Tốc độ động cơ DC được điều chỉnh trong hệ vòng lặp kín tuyến tính lấy tín hiệu
phản hồi từ máy phát tốc hoặc điện áp phần ứng, nguồn phản hồi có thể chọn bằng
chuyển mạch.
-+
u
AC
u
DC
H
×nh 3 - S¬ ®å nguyªn lý m¹ch c«ng suÊt chØnh l−u cÇu mét pha ®¶o chiÒu
TI LIU TH NGHIM TRUYN NG IN
B mụn TH, Khoa in. Trang 5

Mt mch lp in ỏp kốm theo vũng lp tc cng khng nh rng cỏc mc
iu khin dũng in c ỏp dng trong ng c, cỏc mc hin ti cú th chia nh
thụng qua cỏc chuyn mch lp trỡnh c.
ng c c bo v bng mt mch in phỏt hin khng ch lm vic cú th
ct mch iu khin ra khi ng c trong vũng 60s.
B iu khin c bo v bng mt b iu khin ngt mach nu xy ra quỏ dũng
tc thi khi ngn mch

em g
on off
aptomat
f
1
f 2
f 3
l 1
l 2
l 3
220V
220V
220V
a
cm
v
220v ac
aa
khối điều khiển tải
hộp tải
máy phát
Khối đóng
cắt đầu ra
so 4000 - 1a - vso 1008 - 1b - v

khối công
suất
khối mạch
logic đảo
chiều và
hãm tái sinh
so 1002 - 1b - vso 6000 - 1a - v
khối ổn
định tốc
độ và
bảo vệ
khối tạo tín hiệu điều
khiển và điều chỉnh
tốc độ
so 1005 - 1b - v
Va
so 5001 - 1a - v
đo tốc
độ
so 5001 - 1c - v
đo
momen
SO 7008 -3a - V SO 7009 -3C - V SO 7009 -3D - V SO 2005 - 1a - V
SO 8000 - 1A -V
SO 3009 - 1B - V
tốc
độ
mô
men
khối đặt

tốc độ
khối điều
chỉnh tốc
độ
khối
điềuchỉnh
dòng điện
đặt "pid"
theo tốc
độ
đặt "pid"
theo dòng
điện
khối logic
đảo chiều
khối so
sánh và tạo
xung điều
khiển
khối logic
thuận
khối logic
nghịch
khối
tacho
khối
khuyếch
đại cách
ly"n"
khối

khuyếch
đại cách
ly "t"
khối đồng
bộ
khối
điện áp
kích từ
khối tín
hiệu
dòng tải
pi
ip
tỷ lệ
dấu +/-
tacho
so 1005 - 1b - v
H
ình 4 - Sơ đồ khối mạch điều khiển chỉnh lu đảo chiều
Hỡnh 5 - S bn thớ nghim
TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Bộ môn TĐH, Khoa Điện. Trang 6
C. THÍ NGHIỆM TRUYỀN ĐỘNG TỰ ĐỘNG ĐẢO CHIỀU
I. MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU
- Giúp người học làm quen với cách điều khiển truyền động điện một chiều. Trên
cơ sở thực nghiệm củng cố phần lý thuyết đã học và tiếp tục phát triển các ứng dụng
cơ bản.
- Sinh viên cần nắm chắc lý thuyết cơ sở, hiểu rõ mục đích thí nghiệm, nắm vững
cấu trúc cơ bản của một hệ thống truyền động điện. Vẽ các đường đặc tính cơ lý
thuyết và thực nghiệm.

- Lập bảng dữ liệu, làm báo cáo, phân tích kết quả thí nghiệm, rút ra các kết luận
chính.
II. NỘI DUNG THÍ NGHIỆM: TN xây dựng đặc tính cơ của động cơ DC
CHÚ Ý: Khi chưa được phép của giáo viên hướng dẫn, tất cả các áptômát,
công tắc nguồn đặt ở vị trí tắt (OFF).
a. CHUẨN BỊ
1- Các áptômát và công tắc nguồn ở vị trị tẳt (OFF).
2- Tìm hiểu sơ đồ khối mạch công suất chỉnh lưu cầu một pha trên Panel.
3- Chuẩn bị dụng cụ đo: Đồng hồ vạn năng, dây đo.
4- Nối cáp 14 chân từ khối nguồn sang khối mạch bảo vệ.
5- Nối cáp 14 chân từ khối mạch bảo vệ sang khối đảo chiều và từ khối đảo chiều
sang khối điều khiển và từ khối điều khiển sang khối công suất và cáp từ khối công
suất sang khối động cơ 1 chiều.
6- Nối đồng hồ V (chú ý cực +,-) trên giá Panel để đo điện áp và nối tải thuần trở R
vào cực + và - của khối chỉnh lưu.
7- Nối cực đồng hồ A trên giá Panel để đo dòng điện tải.
8- Nối hộp tải vào cực nguồn của máy phát DC. Chuyển mạch tải ở vị trí tắt.
9- Đặt chiết áp điều chỉnh tốc độ trên Panel mạch điều khiển về vị trí tận cùng bên
trái.
10- Trên Panel đảo chiều đặt núm đảo chiều về chiều thuận.
11- Bật công tắc phản hồi ở trạng thái đóng.
12- Báo cáo giáo viên hướng dẫn về công tác chuẩn bị. Khi được phép mới tiếp tục
các bước sau.
b. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
1. Xây dựng đặc tính cơ khi không có phản hồi tốc độ và phản hồi dòng điện
1- Cấp nguồn cho mạch điều khiển và mạch công suất Thyristor chỉnh lưu.
2- Bật công tắc hồi tiếp tốc độ và hồi tiếp dòng điện về vị trí OFF.
3- Từ từ xoay chiết áp điều chỉnh tốc độ trên Panel khối điều chỉnh sang phải và
dừng ở vị trí 2/3 dải điều chỉnh.
4- Quay chiết áp tải sang vị trí 1 (min), 2, 3, 4, 5 (max).

5- Mỗi lần thay đổi tải, đọc một bộ gồm các giá trị điện áp và dòng điện phần ứng
trên V và A và chỉ số mômen, tốc độ quay rôto trên các đồng hồ tương ứng, ghi vào
bảng sau:




TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Bộ môn TĐH, Khoa Điện. Trang 7
Mức tải U (V) I (A) n (v/ph) M (Nm)
0

1

2

3

4

5


6- Cắt tải máy phát. Tắt các công tắc nguồn, dừng thí nghiệm.
7- - Vẽ đường đặc tính cơ tự nhiên theo tính toán lý thuyết. Số liệu của động cơ:
U
đm
= V, I
đm
= A, P

đm
= W, n
đm
= v/ph.

8- Vẽ quan hệ đặc tính cơ của động cơ n = f(M) trong trường hợp không có phản
hồi tốc độ, dòng điện trên cùng một đồ thị với đặc tính cơ theo lý thuyết.


















*TRẢ LỜI CÂU HỎI:
Nhận xét về kết quả thí nghiệm?

n
(v/ph)
M (Nm)
TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Bộ môn TĐH, Khoa Điện. Trang 8
PHẦN 2: HÖ TRUYÒN §éNG BIÕN TÇN - §éNG C¥
K§B 3 pha R¤TO LåNG SãC

A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT
1. ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA
Động cơ không đồng bộ 3 pha (KĐB) được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp từ
công suất nhỏ đến công suất trung bình và chiếm tỷ lệ rất lớn so với động cơ khác. Sở
dĩ như vậy là do động cơ KĐB có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vận hành an toàn, sử
dụng nguồn cấp trực tiếp từ lưới điện xoay chiều 3 pha. Tuy nhiên, trước đây các hệ
truyền động động cơ KĐB có điều chỉnh tốc độ lạichiếm tỷ lệ rất nhỏ, đó là do việc
điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB có khó khăn hơn động cơ một chiều. Trong thời gian
gần đây, do phát triển công nghiệp chế tạo bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử tin
học, động cơ KĐB mới được khai thác các ưu điểm của mình. Nó trở thành hệ truyền
động cạnh tranh có hiệu quả với hệ truyền động Thyristor - Động cơ một chiều.
Khác với động cơ một chiều, động cơ KĐB được cấu tạo phần cảm và phần ứng
không tách biệt. Từ thông động cơ cũng như mômen động cơ sinh ra phụ thuộc vào
nhiều tham số. Do vậy hệ điều chỉnh tự động truyền động điện động cơ KĐB là hệ

điều chỉnh nhiều tham số có tính phi tuyến mạnh. Trong định hướng xây dựng hệ
truyền động động cơ KĐB, người ta có xu hướng tiếp cận với các đặc tính điều chỉnh
của truyền động động cơ 1 chiều.
Phương trình đặc tính cơ của động cơ KĐB có dạng:








+








+
=
2
2
2
10
2
2
1

3
nm
ph
X
s
R
Rs
RU
M
'
'
ω

U
1
: Điện áp pha nguồn đặt vào dây quấn stato
ω
o
: Tốc độ đồng bộ
R
1
, R
2
/
, X
nm
là thông số dây quấn stato và rôto.
s : Hệ số trượt của động cơ.
Trong công nghiệp thường sử dụng bốn hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ
KĐB:

- Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ dùng bộ biến đổi Thyristor.
- Điều chỉnh điện trở Rôto bằng bộ biến đổi xung Thyristor.
- Điều chỉnh công suất trượt P
s
.
- Điều chỉnh tần số nguồn cung cấp cho động cơ bằng các bộ biến đổi tần số
Thyristor hay Tranzistor.
2. ĐIỀU KHIỂN TẦN SỐ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
Điều khiển tần số là một phương pháp điều khiển hiện đại cho phép điều chỉnh tốc
độ động cơ KĐB trơn, rộng và hiệu quả.
Bộ biến tần (BBT) là thiết bị biến đổi năng lượng điện từ tần số công nghiệp
(50Hz) sang nguồn có tần số thay đổi cung cấp cho động cơ điện xoay chiều. Bộ biến
tần chia làm hai loại: Biến tần trực tiếp (cycloconverter) và biến tần gián tiếp (có khâu
trung gian một chiều).
Bộ biến tần trực tiếp sử dụng ở các hệ thống công suất cao.
TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Bộ môn TĐH, Khoa Điện. Trang 9
Bộ biến tần gián tiếp hoạt động theo nguyên lý sau: Điện áp xoay chiều tần số
công nghiệp (50Hz) được chỉnh lưu thành nguồn một chiều nhờ bộ chỉnh lưu (CL)
không điều khiển hoặc bộ chỉnh lưu điều khiển, sau đó được lọc và qua bộ nghịch lưu
(NL) sẽ biến đổi thành nguồn điện áp xoay chiều 3 pha có tần số biến đổi cung cấp
cho động cơ. Bộ biến tần phải thỏa mãn các yêu cầu sau:
+ Có khả năng điều chỉnh tần số theo giá trị tốc độ đặt mong muốn.
+ Có khả năng điều chỉnh điện áp theo tần số để duy trì từ thông khe hở không
đổi trong vùng điều chỉnh mômen không đổi.
+ Có khả năng cung cấp dòng điện định mức ở mọi tần số.
Cũng như các mạch chỉnh lưu, nghịch lưu, trong mạch điều khiển hệ truyền động
điện động cơ KĐB, người ta cũng thường sử dụng các van bán dẫn như Thyristor,
Tranzitor, IGBT, trong các bộ biến tần. Các bộ biến tần ngày nay người ta thường
sử dụng các mạch điều khiển độ rộng xung (PWM) có kết hợp với các mạch vi điều

khiển để thay đổi góc mở của IGBT làm thay đổi tần số và điện áp cấp cho động cơ
KĐB.
Mô hình động tổng quát của động cơ KĐB là một phương trình không gian trạng
thái bậc sáu, đầu vào stato là điện áp và tần số, đầu ra có thể là tốc độ quay của rôto,
vị trí của rôto, mômen điện từ, từ thông móc vòng của stato hay rôto, từ thông từ hóa,
dòng stato, dòng rôto Chúng ta biết rằng nếu như sử dụng hệ trục toạ độ gắn với
vectơ không gian của từ thông từ hóa, từ thông stato hoặc từ thông rôto thì biểu thức
xác định mômen điện từ của động cơ KĐB sẽ tương tự như biểu thức xác định
mômen điện từ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Như vậy mômen điện từ
có thể được điều khiển bằng cách điều khiển riêng rẽ hai thành phần: Thành phần tạo
từ thông và thành phần tạo mômen của dòng điện stato. Điều này cũng tương tự như
điều khiển riêng rẽ mạch điện phần ứng và mạch kích từ của động cơ điện một chiều
kích từ độc lập.
Điều khiển vectơ có thể được thực hiện với cả hệ thống động cơ KĐB - biến tần
nguồn áp hoặc động cơ KĐB - biến tần nguồn dòng lẫn độngcơ KĐB - biến tần trực
tiếp. Bằng phương pháp điều khiển vectơ chúng ta có thể xây dựng được một hệ
thống truyền động điện có chất lượng điều khiển rất cao ở cả 4 góc phần tư.
Hiện nay phương pháp điều khiển tần số bằng phương pháp vectơ không gian
được áp dụng trong các bộ biến tần do các hãng Lenze, Walt, Siemens chế tạo được
sử dụng rất hiệu quả. Các bộ biến tần này cho phép người sử dụng lập trình điều khiển
động cơ tùy theo dạng đặc tính cơ của hệ truyền động.
B. TÌM HIỂU BÀN THÍ NGHIỆM
Bàn thí nghiệm có kết cấu gồm các phần sau:
• Mạch nguồn AC cung cấp.
• Panel thí nghiệm biến tần.
• Các panel thao tác, đo lường điều khiển.
• Thiết bị đo dòng điện, điện áp, tốc độ quay (vòng/phút), mômen.
• Động cơ KĐB và khối tạo tải: máy phát điện DC, hộp tải thuần trở.
1. MẠCH ĐỘNG LỰC
a. Nguồn cung cấp

• Nguồn AC một pha 220V có: Aptômát đóng cắt, cầu chì bảo vệ quá tải, nút
dừng (cắt nguồn) khẩn cấp (EMG)
TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Bộ môn TĐH, Khoa Điện. Trang 10
• Chuyển mạch và Vôn kế kiểm tra điện áp dây, pha đầu vào, 3 Ampe kế đo
dòng điện sơ cấp biến áp ba pha.
• Máy biến áp hạ áp ba pha 380/220-87/50V cách ly
• Nguồn AC 220V
b. Mạch công suất chỉnh lưu:
Bài thí nghiệm này chúng ta sử dụng thiết bị điều khiển biến tần Vectơ SO3636-
5D của hãng LUCAS-NULLE. Đây là thiết bị điều khiển khá hoàn hảo, với thuật toán
điều khiển PID, cũng như các biện pháp bảo vệ.
Mạch điều khiển biến tần ĐC KĐB dùng mạch nghịch lưu cầu từ nguồn vào:
Nguồn AC 230V chỉnh lưu thành nguồn DC, rồi từ DC qua nghịch lưu thành nguồn ra
AC ba pha tần số thay đổi, tầng công suất ra dùng 6 IGBT: V1…V6, được điều khiển
bằng khối biến tần Lenze.
Mạch điều khiển biến tần Lenze được nối với tầng công suất nối với nguồn AC và
tín hiệu điều khiển trên panel thí nghiệm biến tần.
2. PANEL THÍ NGHIỆM BIẾN TẦN
Panel thí nghiệm biến tần trong hệ điều khiển truyền động ĐC KĐB ba pha như
hình 1. Đây là panel thí nghiệm với công nghệ hiện đại, theo tiêu chuẩn Quốc tế.

Thiết bị biến tần SO3636-5D, được sử dụng để điều chỉnh trơn tốc độ ĐC KĐB ba
pha, rất mềm dẻo có thể lập trình được.
Thiết bị này còn kết hợp sử dụng bộ biến tần công nghiệp của hãng Lenze, Seri
8200 Vectơ, với các đầu vào ra (I/O) chuẩn. Nhờ có bộ vi xử lý mà có thể thay đổi
các phương pháp điều khiển như: Điều khiển vectơ, điều khiển các đặc tính U/f. Bên
cạnh đó các bộ vi điều khiển PID tích hợp và kết hợp với Trasistor (VB) ở chế độ
khóa để thực hiện hãm tái sinh theo một mômen quán tính yêu cầu (khi đầu ra điện áp
Hình 1 - Panel thí nghiệm biến tần.
6
5
2
3
10
TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Bộ môn TĐH, Khoa Điện. Trang 11
dây >400V). Nếu cần tăng hãm tái sinh từ bên ngoài ta nối thêm điện trở RB vào vị trí
5, 6 trên panel.
Có ba phương pháp điều chỉnh tần số:

• Điều chỉnh bằng chiết áp, thay đổi điện áp tham chiếu analog.
• Từ bàn phím kết hợp với hiển thị tinh thể lỏng "LCD-Keypad".
• Từ máy tính PC.
a. CÁC LỖ CẮM ĐẦU NỐI
(Ghi chú: Các nhãn trên mặt panel được chọn phù hợp với ký hiệu trên bộ biến tần
công nghiệp Lenze 8200V).
1: Đầu nối nguồn điện áp AC230V
2: Đầu ra điện áp điều khiển bên trong (19V), cáp cho các module bên trong
3: Đầu nối cho khối điều khiển khác nhau
4: Đầu nối bảo vệ chobiến tần và động cơ
5,6: Đầu nối hãm tái sinh ngoài
7: Điểm tham chiếu đất 0V, bên ngoài, bên trong, để điều khiển điện áp đầu vào,
ra bộ biến tần,
8: Đầu vào điểm đặt tương tự để điều chỉnh tần số đầu ra, nối với con chạy biến
trở P1.
9: Điên áp cung cấp cho biến trở P1: 5.2VDC, 10mA
10: Hộp chuyển mạch để chuyển dải đầu vào tương tự (8). Ngầm định 0…10V
20: Điện áp cung cấp bên trong cho các đầu vào số
28: Đầu vào số để các bộ điều khiển cho phép mức thông qua chuyển mạch giắc
cắm.
39: Đất đầu vào số, cần nối với 7: để điều khiển bên trong
59: Đầu vào cung cấp điện áp DC của đùu ra sốA1. Bên trong +19V từ lỗ cắm 20.
Bên ngoài +24V.
62: Đầu ra tương tự theo chương trình để kích hoạt hiển thị tần số tần số đầu ra:
10V tần số ra max
P1: Chiết áp thiết lập điểm làm việc, để điều chỉnh điện áp vào 8 như chức năng
mức điện áp mục b.
b: Đầu nối điện áp tham chiếu cho P1, được nối vào điện áp 5.2V tại lỗ 9
E1: Đầu vào số theo chương trình. Thiết lập ngầm định tại nhà máy, nếu nối với
E2 thì kích hoạt một tần số cố định.

E2: Đầu vào số theo chương trình. Thiết lập ngầm định tại nhà máy, nếu nối với
E1 thì kích hoạt một tần số cố định.
E3: Đầu vào số theo chương trình. Thiết lập ngầm định tại nhà máy, kích hoạt
phanh DC.
E1: Đầu vào số theo chương trình. Thiết lập ngầm định tại nhà máy, dùng để đảo
chiều rôto quay.
A1: Đầu ra số theo chương trình (max 10mA). Thiết lập ngầm định tại nhà máy,
thể hiện trạng thái Ready.
K11/K12/K14: Các đầu nốichưa sử dụng của rơle lập trình được
+UG: Điểm kiểm tra điện áp +UG

-UG: Điểm kiểm tra điện áp -UG
U V W: Các đầu ra cho động cơ ba pha.
T1/T2: Đầu vào số để bộ điều khiển cho phép mức thông qua chuyển mạch nhiệt
độ trên động cơ. Chức năng đầu vào có thể lập trình
TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Bộ môn TĐH, Khoa Điện. Trang 12
b. CÁCH ĐẤU NỐI, THAO TÁC VÀ CÁC NGUYÊN TẮC
1. Trước hết nối biến tần với động cơ, kiểm tra thiết bị, điện áp cung cấp, nối
đất bảo vệ PE.
2. Hoàn thành việc đấu nối sau trên bộ biến tần: Nối 9 vào đầu b của biến tần,
nối 7 với 39.
3. Đặt chiết áp P1 về đầu a.
4. Bật công tắc nguồn
5. Đợi vài ba giây, cho đến khi bộ biến tần có thể sẵn sàng thao tác.
6. Để có thể sử dụng toàn bộ tốc độ, đặt tham số C0015 bằng bàn phím về
100.
7. Cấp nguồn cho bộ biến tần bằng cách nối lỗ 20 với 28. Tần số đầu ra bộ
biến tần thay đổi bằng P1. Để có điện áp 5V từ chân 8/X3 đưa vào P1 điều khiển
tần số, cần kết hợp đặt mã C0034 và các chuyển mạch trên 8200 Vectơ về các vị

trí sau:

C.mạch 1 C.mạch 2 C.mạch 3 C.mạch 4 C.mạch 5 C0034 X3/8
off off ON off off 0 0…5V
off off ON off on 0 0…10V
off off ON on off 0 0…20mA
off off ON on off 1 4…20mA
off off ON on off
3
4…20mA
Mạch hở
off on OFF off off 2 -10 10V
Bảng 1 - Vị trí 5 chuyển mạch DIP.
8. Phanh DC được kích hoạt bằng giắc cắm nối nguồn vào lỗ E3. Chú ý không
quá lạm dụng phanh có thể tạo ra hiện tượng quá tải cho bộ biến tần.
9. Đảo chiều quay thông qua đầu vào E4 nối nguồn.
10. Các đáp ứng khởi động và phanh (tăng tốc khởi động và hãm giảm tốc)
được thiết lập tại nhà máy. Những việc này có thể thay đổi bằng bàn phím hoặc
phần mềm PC.

c. THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA BIẾN TẦN 8200 VECTƠ
Các đại lượng điện định mức
• Công suất: 750W/1.6kVA
• Điện áp vào: 230V (+15%, -20%)
• Điện áp ra: 0…230V
• Tần số đầu ra: 0…480 Hz
• Dòng điện đầu ra: 0…4A
• Hệ số quá tải: 150% (60s)
Một số đặc điểm:
- Công suất đầu ra cao, 750W (hoặc 1120W trong 60s). Được điều khiển bằng vi

xử lý.
- Có 4 cách đặt tham số. Các chức năng bảo vệ và điều khiển PID được tích hợp
- Có Transistor hãm tái sinh,
- Bộ biến đổi điều chế độ rộng xung (PWM) với các tầng đầu ra bằng IGBT.
- Có bù trượt. Điều chỉnh giới hạn dùng bằng cách giảm tỉ số V/f (hay U/f).
TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Bộ môn TĐH, Khoa Điện. Trang 13
- Khối thao tác để điều khiển và điều chỉnh tham số có bộ nhớ để truyền các
thiết lập tham số, có các bộ cắm trực tiếp
Chú ý:
- Trước khi nối hoặc tháo các đầu nối thí nghiệm, nhất thiết phải cắt nguồn ra khỏi
bàn thí nghiệm. Cần nối dây PE bảo vệ.
- Tần số sử dụng tùy thuộc vào sự thiết lập. Tần số ra max đạt đến 480Hz
có thể
tạo ra tốc độ cao gây mất an toàn cho hệ thống.
- Khi sử dụng chức năng đảo chiều CW/CCW, một phanh được đấu nối, hoặc một
lỗi của điện áp điều khiển có thể dẫn đến sự thay đổi đột ngột vài vòng quay rôto.
d. HƯỚNG DẪN THIẾT LẬP THAM SỐ VÀ MỘT SỐ CHỨC NĂNG CƠ
BẢN CỦA BIẾN TẦN
* Cách thiết lập tham số bằng môđun truyền thông LECOM-A/B (RS232)
Module truyền thông LECOM-A/B (RS232) nối bộ điều khiển vào một máy chủ
(PC) bằng kết nối RS232.
Các yêu cầu cần thiết cho việc kết nối:
+ Phần mềm thiết lập tham số “Global Drive Control” phiên bản 3.2 hoặc cao
hơn (cài đặt trên máy tính chủ).
+ Cáp nối với hệ thống PC.
e. HIỂN THỊ TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA MODULE ĐIỀU KHIỂN VÀ
BỘ BIẾN TẦN
* Hiển thị trạng thái bằng đèn LED trên LECOM A/B
Màu của đèn LED Xanh Đỏ Vàng Xanh Vàng

Trạng thái truyền thông của LECOM √ √ √
Trạng thái bộ biến tần √ √
Trạng thái bộ biến tần (ứng với các LED đỏ, xanh)
LED xanh LED đỏ Trạng thái làm việc
Sáng Tắt Không cho phép điều khiển
Sáng Sáng
Khối chính chuyển mạch, tự động khởi động
bị hạn chế
Nhấp nháy Tắt Bộ điều khiển bị hạn chế
Tắt Nháy mỗi giây Lỗi xuất hiện, kiểm tra mã C0161
Tắt Nháy 0,4 giây Chuyển mạch điện áp thấp - Tắt
Nháy nhanh Tắt Xác định thông số động cơ
Trạng thái của truyền thông LECOM A/B ứng với các LED xanh, vàng, vàng

LED xanh Vcc LED vàng RxD LED vàng TxD
Nháy
Module truyền thông
chưa khởi tạo
Đang nhận tín hiệu
telegram
Đang phát tín hiệu
telegram
Sáng
Module truyền thông
nối sai nguồn
- -
Tắt
Module truyền thông
chưa có nguồn cung
cấp

Không nhận telegram
Không trả lời phát
telegram.


TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Bộ môn TĐH, Khoa Điện. Trang 14
C. NỘI DUNG THÍ NGHIỆM
1. MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU
+ Giúp người học làm quen với các điều khiển truyền động điện một chiều. Trên
cơ sở thực nghiệm củng cố phần lý thuyết đã học và tiếp tục phát triển các ứng dụng
cơ bản.
+ Sinh viên cần nắm chắc lý thuyết cơ sở, thu thập đúng kết quả thí nghiệm.
+ Lập bảng dữ liệu, làm báo cáo, phân tích kết quả thí nghiệm, rút ra các kết luận
chính.
2. THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ KĐB CÓ
SỬ DỤNG BIẾN TẦN CHẾ ĐỘ ĐIỀU KHIỂN V/f
• Thiết lập tham số điều chỉnh tần số ra bằng LECOM A/B
+ Thiết lập giao thức truyền thông trên PC: thiết lập tham số cho các cổng COM phù hợp
với LECOM:
Tốc độ bit/s: 9600
Số bit dữ liệu: 7
Bit chẵn lẻ: bit chẵn.
Bit stop: 1.
+ Lắp LECOM vào đầu cắm AIF.
+ Đặt chuyển mạch DIP: 1-2-3-4-5 = OFF-OFF-ON-OFF-OFF, để đặt X3/8 đầu ra 5V.
+ Nối các đầu 7 với 39, 20 với 28.
+ Nối các cực động cơ vào các đầu ra U, V, W của bộ biến tần.
+ Nối nguồn 230VAC vào L1 Input, 0VAC vào L2.
+ Đặt mã: C001 vào tham số 3, điều chỉnh tần số bằng module AIF.

+ Các mã khác:
Mã Thiết lập
Số Tên Lenze Chọn
Tham
khảo
C0001 Chọn điểm thiết
lập
0 0 Chọn điểm làm việc bằng P1
C00010 Tần số min 0.00 0.00 Page7-13
C00011 Tần số max 50.00 100.00 Page7-15
C00014 Dạng điều khiển 2 2 Điều khiển V/f Page7-2
C00037 JOG1 20.00 30.00 Tần số cố định 1
C00038 JOG2 30.00 40.00 Tần số cố định 2
C00039 JOG3 40.00 50.00 Tần số cố định 3
Page7-26
C00050 Tần số đầu ra
C00052 Điện áp đầu ra
C00054 Dòng định mức
động cơ

C00068 Trạng thái làm
việc


+ Khởi động chương trình Global Drive Control (GDC) trên máy tính PC.
+ Khi chạy chương trình GDC có thể sẽ yêu cầu tìm LECOM A/B ở các tốc độ khác nhau
được nối vào cổng COM1 hoặc COM2 tùy ý. Nếu ở COM1 không tìm được ta có thể vào
trình đơn Drive/Communication Parameter, để chuyển sang COM2 và tiếp tục tìm.
+ Trong chương trình mặc định tốc độ truyền của LECOM là 9600bit/s. Nếu đặt đúng
thiết bị sẽ được tìm thấy: 8200V100 PDB Inverter 820x.

TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Bộ môn TĐH, Khoa Điện. Trang 15
• Hướng dẫn sử dụng phần mềm

- Chọn loại động cơ: 0.37kW, 50Hz, 230V, 1398 1/min.
- Có thể khởi động động cơ bằng nút Start (hoặc F8), dừng động cơ bằng nút Stop (hoặc
F9).
- Có thể nhấn vào nút Control để chọn một số chức năng khác như: Chọn các tần số cố
định JOG, đổi chiều quay, hãm, điều chỉnh tần số bộ biến tần bằng con chuột v.v.
- Đọc các thông số trạng thái của bộ biến tần.
H×nh 2 - ThiÕt lËp ban ®Çu cho bé biÕn tÇn.
H×nh 3 - Giao diÖn ®iÒu khiÓn biÕn tÇn.
TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Bộ môn TĐH, Khoa Điện. Trang 16
- Nếu thiết bị làm việc bình thường thì hệ thống không báo lỗi, các thông số chính được
hiển thị trên các giao diện tương ứng.
- Trong các trường hợp ta có thể đo tần số đầu ra của bộ biến tần bằng điện áp tương tự ở
đầu ra Output 62, mức 10VDC tương ứng với f
max
.

• Thao tác thí nghiệm
- Đặt tần số đầu ra bộ biến tần bằng 30 Hz
- Đóng tải MPĐMC từ R_ min đến R_ max
- Đọc các giá trị tương ứng rồi ghi vào bảng sau:


R
1
R
2
R
3
R
4
R
5
n (1/min)
M (Nm)

- Đặt tần số đầu ra bộ biến tần bằng 40 Hz
- Đóng tải MPĐMC từ R_ min đến R_ max
- Đọc các giá trị tương ứng rồi ghi vào bảng sau:


R

1
R
2
R
3
R
4
R
5
n (1/min)
M (Nm)

- Đặt tần số đầu ra bộ biến tần bằng 50 Hz
- Đóng tải MPĐMC từ R_ min đến R_ max
- Đọc các giá trị tương ứng rồi ghi vào bảng sau:

R
1
R
2
R
3
R
4
R
5
n (1/min)
M (Nm)

H×nh 3 - Giao diÖn th«ng sè tr¹ng th¸i bé biÕn tÇn.
TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Bộ môn TĐH, Khoa Điện. Trang 17












3. BÁO CÁO THÍ NGHIỆM
- Làm báo cáo thí nghiệm theo mẫu quy định
- Lập bảng, vẽ các đường cong đặc tính cơ n =f(M) thực nghiệm ứng với các trường
hợp thay đổi tần số khác nhau trên cùng một hệ trục.
NHẬN XÉT:
Có nhận xét gì khi thay đổi tần số của động cơ KĐB khi thay đổi tần số theo quy
luật U/f = const?

n
(v/ph)
M (Nm)