Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ sử dụng biến tần

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
------------***------------

BÁO CÁO ĐỒ ÁN II
ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
SỬ DỤNG BIẾN TẦN
Giảng viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Anh Tân
TS. Giáp Văn Nam
Chữ ký của GVHD:
Sinh viên thực hiện: Tạ Văn Nghĩa
MSSV:20181676

Hà Nội, 9/2022


Mục Lục
LỜI MỞ ĐẦU................................................................................................................... 1
CHƯƠNG I: TÌM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ CÁC PHƯƠNG
PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ.......................................................................................3
1.1

Động cơ không đồng bộ......................................................................................3

1.1.1. Mô hình toán học nhiều biến của ĐCKĐB 3 pha..............................................3
1.1.2. Phương trình điện áp.........................................................................................4
1.1.3. Phương trình từ thông.......................................................................................5
1.1.4. Phương trình chuyển động.................................................................................7
1.1.5. Phương trình momen.........................................................................................7
1.1.6. Mô hình toán học ĐCKĐB 3 pha.......................................................................8
1.2

Các phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB...................................................9

1.2.1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ....................9
1.2.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch rotor..............................12
1.2.3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi công suất trượt....................................14
1.2.4. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số nguồn cấp cho ĐCKĐB............14
1.2.5. Điều khiển vector tựa từ thông rotor (FOC)...................................................18
CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU VỀ BIẾN TẦN................................................................22
2.1. Biến tần trực tiếp (xoay chiều- xoay chiều)........................................................22
2.1.1. Biến tần trực tiếp điều khiển riêng..................................................................25
2.1.2. Biến tần trực tiếp điều khiển chung.................................................................26
2.1.3. Điều khiển biến tần trực tiếp...........................................................................27
2.2. Biến tần gián tiếp.................................................................................................28
2.2.1. Thiết bị biến tần gián tiếp dùng chỉnh lưu có điều khiển.................................28
2.2.2. Biến tần dùng chỉnh lưu không điều khiển có thêm biến đổi xung điện áp......29


2.2.3. Biến tần dùng bộ chỉnh lưu không điều khiển với bộ nghịch lưu PWM...........29
2.2.4. Biến tần điều khiển theo phương pháp vector không gian...............................31
2.2.5. Biến tần 4 góc phần tư ( biến tần 4Q)..............................................................32
CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG SINPWM............34
3.1. Phương pháp điều khiển V/f =const...................................................................34
3.1.1. Phương pháp E/f..............................................................................................34
3.1.2. Phương pháp V/f..............................................................................................35
3.2. Phương pháp điều chế độ rộng xung SINPWM................................................38
3.2.1. Cách thức điều khiển.......................................................................................39
3.2.2. Hiệu quả của phương pháp điều khiển............................................................41
CHƯƠNG IV: LỰA CHỌN BIẾN TẦN ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ..........42
4.1. Cách lựa chọn biến tần........................................................................................42

4.2. Lựa chọn biến tần điều khiển động cơ...............................................................42
4.3. Tính toán các thông số cài đặt bộ biến tần.........................................................44
4.3.1. Tính toán thông số bộ nghịch lưu....................................................................44
4.3.2. Tính toán thông số bợ chỉnh lưu......................................................................47
CHƯƠNG V: MƠ PHỎNG VÀ KẾT ḶN...............................................................50
5.1. Mơ phỏng điều khiển tốc độ ĐCKĐB 3 pha - Phần mềm matlab simulink.....50
5.1.1. Mạch chỉnh lưu................................................................................................50
5.1.2. Bộ lọc..............................................................................................................51
5.1.3. Mạch nghịch lưu..............................................................................................52
5.1.4. Động cơ KĐB 3 pha........................................................................................52
5.1.5. Bộ điều khiển PWM.........................................................................................53
5.2. Kết quả mô phỏng matlab simulink...................................................................55
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................57



LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay, nước ta đang trong giai đoạn phát triển mạnh về cơng nghiệp hóa, tự động
hóa. Trong các nhà máy sản xuất tự động, không thể thiếu được các động cơ đóng vai trị
là cơ cấu chấp hành. Các hệ thống truyền động điện được sử dụng rất rộng rãi trong các
thiết bị hoặc dây chuyền sản xuất công nghiệp, giao thông vận tải, các thiết bị điện dân
dụng . . .
ĐCKĐB có nhiều ưu điểm như: kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao,
giá thành hạ. Với những đặc điểm trên ĐCKĐB được ứng dụng rất rộng rãi trong các dây
truyền sản xuất. Trong công nghiệp, ĐCKĐB thường được dùng làm nguồn động lực cho
các máy cán thép loại vừa và nhỏ, cho các máy công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ.
Trong nông nghiệp, động cơ này cũng được dùng làm máy bơm hay máy gia cơng nơng
sản phẩm. Tóm lại, cùng với sự phát triển của nền sản xuất điện khí hóa và tự động hóa,
phạm vi ứng dụng của ĐCKĐB ngày càng rộng rãi.
Do đó một yêu cầu nhất thiết đặt ra đó là điểu khiển được tốc độ động cơ theo yêu

cầu mong muốn. Với sự ra đời và phát triển của hệ truyền động điều chỉnh tốc độ
ĐCKĐB ba pha bằng phương pháp thay đổi tần số nguồn cấp cho mạch stator nhờ các bộ
biến tần đã giải quyết được rất nhiều vấn đề mà thực tế sản xuất yêu cầu.
Điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB bằng cách biến đổi tần số nguồn cấp cho phép mở rộng
phạm vi sử dụng ĐCKĐB trong nhiều ngành cơng nghiệp. Nó cho phép mở rộng dải điều
chỉnh và nâng cao tính chất động học của hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều
nói chung và ĐCKĐB nói riêng. Trước hết, chúng được ứng dụng cho các thiết bị cần
thay đổi tốc độ nhiều động cơ cùng một lúc như các động cơ truyền động của một nhóm
máy dệt, băng tải, băng lăn,… Phương pháp này còn được áp dụng trong các thiết bị đơn
lẻ, nhất là ở những cơ cấu có yêu cầu tốc độ làm việc cao như : máy ly tâm, máy mài.
Điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB bằng phương pháp điều chỉnh tần số nguồn cấp cho ta thấy
đặc tính điều chỉnh phù hợp với nhiều loại tải. Đồng thời dùng phương pháp này cũng
cho ta kết quả điều chỉnh vô cấp khi sử dụng các bộ biến tần thích hợp, ta có thể điều
chỉnh được tốc độ tuỳ ý. Bằng phương pháp này, ta nhận được đặc tính cơ cứng, khi đó
tổn thất khơng lớn. Đặc biệt, hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi tần

1


số nguồn cấp sử dụng cho ĐCKĐB rotor lồng sóc sẽ có kết cấu đơn giản, vững chắc, giá
thành rẻ.
Sau thời gian tìm hiểu, em đã được giao đề tài đồ án II là “ Điều khiển tốc độ động
cơ KĐB sử dụng biến tần”. Nội dung đồ án được chia làm 4 chương, cụ thể như sau:
Chương I: TÌM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ (ĐCKĐB)
Chương II: GIỚI THIỆU VỀ BIẾN TẦN
Chương III: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG SINPWM
Chương IV: LỰA CHỌN BIẾN TẦN ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ
Chương V: MÔ PHỎNG VÀ KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Em xin cảm ơn thầy Nguyễn Anh Tân đã hướng dẫn em rất nhiệt tình trong quá trình

thực hiện bản đồ án này. Mặc dù rất cố gắng nhưng do kiến thức có hạn nên chắc chắn
khơng tránh khỏi những hạn chế nhất định, mong thầy và các bạn đóng góp ý kiến để báo
cáo được hồn thiện hơn.

Hà Nội, tháng 09 năm 2022
Sinh viên thực hiện
Tạ Văn Nghĩa

2


CHƯƠNG I:
TÌM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU
KHIỂN TỚC ĐỘ
1.1 Động cơ khơng đờng bộ
Động cơ khơng đồng bộ ba pha có cấu tạo như hình sau

Hình 1.1: Cấu tạo ĐCKĐB
Đặc trưng cho ĐCKĐB ba pha là hệ số trượt
S=

Trong đó: n là tốc đợ quay của roto
f1 tần sớ dịng điện lưới.
p sớ đôi cực.
n1 tốc độ quay của từ trường quay (tốc độ đồng bộ của động cơ).
3


1.1.1. Mô hình toán học nhiều biến của ĐCKĐB 3 pha

Để nghiên cứu mô hình toán học nhiều biến của ĐCKĐB, thường phải đưa ra một số
giả thiết như sau:
+ Bỏ qua sóng hài, coi 3 cuộn dây 3 pha đối xứng nhau( cách nhau 1200 ), sức từ động
được sinh ra phân bố theo quy luật hình sin dọc theo khe hở khơng khí;
+ Bỏ qua bão hịa mạch từ, tự cảm và hỗ cảm của các cuộn dây đều là tuyến tính;
+ Bỏ qua tổn hao trong lõi sắt từ; không xét tới ảnh hưởng của tần số và sự thay đổi
nhiệt độ đối với điện trở cuộn dây. Dù cho rotor động cơ dây quấn hay lồng sóc đều tính
đổi về rotor dây quấn đẳng trị, đồng thời chuyển đổi về phía mạch stator, số vịng quấn
mỡi pha sau khi chuyển đổi đều bằng nhau, như vậy, nhóm cuộn dây của động cơ thực tế
được đẳng trị thành mô hình vật lý ĐCKĐB 3 pha( Hình 1.2).
1.1.2. Phương trình điện áp
Phương trình cân bằng điện áp của nhóm cuộn dây mạch stator 3 pha

4


Phương trình cân bằng điện áp của nhóm cuộn dây mạch rotor 3 pha

1.1.3. Phương trình từ thông
Từ thông của mỡi nhóm cuộn dây đều là tổng của từ thơng tự cảm của bản thân nó và
từ thơng hỡ cảm của các nhóm cuộn dây khác đối với nó, vì vậy từ thông của 6 cuộn dây
được thể hiện như sau:

5


Trong đó L là ma trận điện cảm 6*6, với các phần tử đối góc , , , , , là tự cảm của các
cuộn dây liên quan, các phần tử M cịn lại là hỡ cảm giữa các cuộn dây.
Đối với cuộn dây trên mỡi một pha mà nói, từ thơng mà nó móc vịng là tổng của từ
thơng hỗ cảm và từ thông tản, vì vậy tự cảm của các pha trên mạch stator là:

= = = +M
Tự cảm của các pha trên mạch rotor là:
= = = +M
Giữa hai cuộn dây khác nhau chỉ có hỡ cảm. Hỗ cảm lại phân thành hai loại:
+ Hỗ cảm giữa ba pha của stator và hỗ cảm giữa 3 pha của rotor đều là cố định, nên
hỗ cảm này là hằng số;
+ Hỗ cảm giữa một pha bất kỳ của stator với một pha bất kỳ của rotor là thay đổi, hỡ
cảm là hàm số của chun vị góc

6


Điều cần chú ý là hai ma trận khối và có thể đổi chỡ cho nhau, và liên quan tới vị trí
của rotor (, phần tử của chúng là biến số, đó là một trong những nguyên nhân làm
cho hệ thống phi tuyến.
Nếu thay phương trình (1.4) vào phương trình (1.3), ta có:

Trong đó số hạng L.di/dt là sức điện động đập mạch( hoặc sức điện động biến áp), số
hạng là sức điện động quay, nó tỷ lện thuận với tốc độ góc .
1.1.4. Phương trình chủn đợng
Trong trường hợp tổng quát, phương trình chuyển động của hệ thống truyền động điện
có dạng:

7


1.1.5. Phương trình momen
Dựa vào nguyên lý biến đổi năng lượng điện cơ, trong động cơ nhiều cuộn dây, năng
lượng điện từ trong động cơ là:

Còn momen điện từ bằng đạo hàm riêng đối với chuyển vị góc của năng lượng điện từ
trong động cơ, khi dịng điện khơng đổi chỉ có một biến là chuyển vị góc thay đổi, và , vì
vậy:

1.1.6. Mô hình toán học ĐCKĐB 3 pha
Tập hợp các công thức momen, điệp áp , từ thông trên ta sẽ có mơ hình toán học nhiều
biến số của ĐCKĐB 3 pha khi chịu tải mô men không đổi.

8


Mô tả toán học động cơ ở dạng phương trình trạng thái phi tuyến

1.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB
Điều chỉnh tần số KĐB là phương pháp điều chỉnh kinh tế, tuy vậy nó địi hỏi kỹ
thuật cao và phức tạp. Điều này xuất phát từ bản chất và nguyên lý làm việc của động cơ
là phần cảm và phần ứng khơng tách biệt. Có hai hướng tiếp cận:
- Hướng thứ nhất là coi stator là phần cảm tạo ra từ thơng ψs , cịn momen là do tác
động từ thơng ψs với dịng điện rotor Ir.
- Hướng thứ hai là coi rotor là phần cảm tạo ra từ thơng ψr , cịn momen là do tác
động từ thơng ψr với dịng điện stato Is .
Tuy vậy cả dịng điện Is , Ir và từ thơng ψs , ψr đều được xác định từ một nguồn cấp từ
stato U1, f1 . Vì vậy, khi điều chỉnh tần số, ĐCKĐB được xem là đối tượng điều chỉnh
phi tuyến đa thông số tác động xen kênh.
1.2.1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ
Ta đã biết momen ĐCKĐB tỉ lệ với bình phương điện áp stator, do đó có thể điều
chỉnh momen và tốc độ KĐB bằng cách điều chỉnh giá trị điện áp stator trong khi giữ

9

nguyên tần số không đổi. Để điều chỉnh điện áp ta dùng bộ biến đổi nguồn xoay chiều và
coi bộ biến đổi nguồn này là lý tưởng(Zb=0), ta có:

Nếu tốc độ quay của động cơ là khơng đổi:

Trong đó:

điện áp định mức của động cơ
điện áp đầu ra của bộ điều khiển
momen tới hạn khi điện áp đạt giá trị định mức
momen động cơ ứng với điện áp điều chỉnh
momen khi điện áp là định mức, điện trở phụ

10


Chúng ta có thể dùng biến áp tự ngẫu, điện kháng hoặc bộ biến đổi bán dẫn làm bộ
điều khiển điện áp cấp cho động cơ, tuy nhiên vì lý do kỹ thuật và kinh tế mà người ta
thường hay dùng bộ điều khiển van bán dẫn. Thông qua việc đóng cắt các tiristor này ta
có thể thay đổi được điện áp cấp cho động cơ như mong muốn.

11


Để có dịng chạy qua động cơ thì tại một thời điểm phải có ít nhất 2 van ở 2 pha khác
nhau cùng đẫn điện. Lúc đó ĐCKĐB có thể coi là phụ tải ba pha gồm các điện trở và điện
cảm mắc nối tiếp nhau, trong đó điện trở rotor biến thiên theo tốc độ quay R = R(s) và
điện cảm phụ thuộc vào vị trí tương đối giữa dây quấn rotor và stator. Do đó góc pha giữa
dịng điện và điện áp cũng biến thiên theo tốc độ quay φ = φ(s).

Nhận xét:
Phương pháp này chỉ được thực hiện việc giảm điện áp. Khi giảm điện áp đường đặc
tính M= f(s) sẽ thay đổi do đó hệ số trượt thay đổi, tốc độ động cơ thay đổi. Hệ số trượt
s1, s2, s3 ứng với điện áp U1đm, 0,85 U1đm và 0,7 U1đm.
Qua đó ta thấy phương pháp điều chỉnh điện áp chỉ thích hợp với truyền động mà
momen tải là hàm tăng theo tốc độ như : Quạt gió bơm ly tâm. Giá trị độ trượt tới hạn của
đặc tính cơ tự nhiên nhỏ nên phương pháp này thường không áp dụng cho điều chỉnh tốc
độ động cơ lồng sóc. Nếu thực hiện điều chỉnh động cơ rotor dây quấn thì người ta nối
thêm điện trở phụ và mạch rotor để mở rộng dải điều chỉnh tốc độ và momen.

12


1.2.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch rotor
Như đã nói ở trên, chúng ta có thể điều chỉnh tốc độ của ĐCKĐB bằng cách thay đổi
điện trở mạch rotor bằng cách lắp thêm các điện trở phụ Rf. Khi đó điện trỏ trong mạch
rotor ĐCKĐB:
(1.20)
Khi điều chỉnh giá trị điện trở mạch rotor thì momen tới hạn của động cơ không thay
đổi và độ trượt tới hạn tỷ lệ bậc nhất với điện trở. Coi đoạn đặc tính làm việc của
ĐCKĐB trong khoảng từ s = 0 đến là thẳng thì khi điều chỉnh điện trở ta có phương
trình:

Từ phương trình trên ta thấy nếu giữ dịng điện rotor Ir khơng đổi thì momen M cũng
không đổi và không phụ thuộc vào tốc độ động cơ. Vì thế mà có thể ứng dụng phương
pháp điều chỉnh điện trở mạch rotor cho truyện động có momen tải không đổi.
Như vậy, khi cho Rf càng lớn để điều chỉnh tốc độ càng nhỏ, thì độ cứng đặc tính cơ
càng dốc, sai số tĩnh càng lớn, tốc độ làm việc càng kém ổn định, thậm chí khi cho Rf
tăng đến một giá trị nào đó sẽ làm cho động cơ không quay được (ω = 0), giá trị đó gọi là
Rfmax. Và khi thay đổi các giá trị Rf > Rfmax thì tốc độ động cơ vẫn bằng không (ω =

0), nghĩa là không điều chỉnh được tốc độ, hay cịn gọi là điều chỉnh khơng triệt để.
Phương pháp này có sai số tĩnh lớn, phạm vi điều chỉnh hẹp (thường D = 2 3). Độ
tinh khi điều chỉnh: ω (điều chỉnh có cấp), vùng điều chỉnh dưới tốc độ định mức (ω<
ωđm). Phù hợp với phụ tải thế năng, vì khi điều chỉnh mà giữ dòng điện rotor không đổi
thì momen cũng không đổi (M ~ Mc).
Muốn nâng cao các chỉ tiêu chất lượng thì dùng phương pháp “ xung điện trở” như
hình vẽ dưới. Điện áp được chỉnh lưu bởi cầu diode qua bộ lọc được cấp vào mạch điều
13


khiển, điện trở R0 mắc song song với khoá T. Khi điều khiển độ đóng mở khoá T ta sẽ
điều chỉnh được giá trị trung bình điện trở mạch.
Khi khóa T đóng điện dịng điện chạy qua khóa T, điện trở R0 coi như bị loại ra khỏi
mạch, dòng điện rotor tăng lên. Khi khóa T mở, điện trở R0 được đưa vào mạch dòng
điện rotor giảm. Với tần số đóng cắt nhất định, nhờ có điện cảm L ta coi như dịng điện
rotor là khơng đổi và ta có một giá trị điện trở tương đương RC trong mạch. Nếu điều
chỉnh trơn thời gian đóng ngắt ta sẽ điều chỉnh trơn được giá trị điện trở trong mạch rotor.

Hình 1.4: Sơ đồ điều khiển tốc độ động cơ theo phương pháp thay đổi điện trở mạch rotor
* Ưu điểm: Phương pháp thay đổi điện trở phụ mạch rotor để điều chỉnh tốc độ động
cơ có ưu điểm là đơn giản, rẻ tiền, dễ điều chỉnh tốc độ động cơ. Hay dùng điều chỉnh tốc
độ cho các phụ tải dạng thế năng (Mc = const).
* Nhược điểm: Ngoài những ưu điểm trên, phương pháp này cũng có nhược điểm là
điều chỉnh không triệt để. Khi điều chỉnh càng sâu thì sai số tĩnh càng lớn; phạm vi điều
chỉnh hẹp, điều chỉnh trong mạch rotor, dòng rotor lớn nên phải thay đổi từng cấp điện
trở phụ, công suất điều chỉnh lớn, tổn hao năng lượng trong quá trình điều chỉnh lớn.

14

Do đó, phương pháp này thường được áp dụng cho điều chỉnh tốc độ các động cơ điều
khiển truyền động cho các máy nâng - vận chuyển có yêu cầu điều chỉnh tốc độ không
cao. Muốn nâng cao các chỉ tiêu chất lượng thì dùng phương pháp “ xung điện trở ”.
1.2.3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi công suất trượt
Trong các trường hợp điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB bằng cách làm mềm đặc tính và để
nguyên tốc độ không tải lý tưởng thì công suất trượt ∆Ps =sPdt được tiêu tán trên điện trở
mạch rotor. Ở các hệ thống truyền động điện công suất lớn, tổn hao này là đáng kể, vì thế
để vừa điều khiển được tốc độ, vừa tận dụng được công suất trượt người ta sử dụng sơ đồ
điều chỉnh công suất trượt hay còn gọi là sơ đồ nối tầng. Sau đây là phương pháp nối tầng
dùng tiristor.
Theo cách tính tổn thất khi điều chỉnh:

Hình 1.5: Sơ đồ điều khiển động cơ theo phương pháp nối tầng
1.2.4. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số nguồn cấp cho ĐCKĐB
 Điều khiển tần số thông qua từ thông
Khi thực hiện trong thực tế người ta thường áp dụng điều khiển từ thông tổng
không đổi hoặc từ thông rotor là không đổi và từ thông rotor là hàm của tốc độ và
momen. Điều khiển từ thơng khơng đổi có thể dùng mạch vịng điều chỉnh trực tiếp từ

15


thơng hoặc có thể điều chỉnh gián tiếp thơng qua các đại lượng: f1, us,is và tần số trượt
f2.
Mạch điều chỉnh từ thông trực tiếp nhờ các bộ đo lường gắn vào stator động cơ
thường có nhiều nhược điểm nên ít dùng. Thực tế người ta thường dùng mạch điều chỉnh
gián tiếp.

Đây là quan hệ phi tuyến, điên áp us* là hàm số của f1* , f2* và các thông số của
máy điện, thực tế áp dụng phương pháp này người ta thường dùng quan hệ us(f1) với trị

số dòng stator khác nhau bằng các sử dụng bộ tạo hàm us(f1) và mạch bù dòng phụ tải.

Quan hệ này cũng là quan hệ phi tuyến. Tuy phương pháp này điều chỉnh đơn giản,
dễ thực hiện song có nhược điểm là quan hệ is* (f2*) có chứa thơng số điện trở rotor là
thông số biến đổi theo nhiệt độ làm việc của máy điện, nên khi nhiệt độ thay đổi quan hệ
trên cũng thay đổi.

 Điều khiển tần số thông qua tần số trượt f2
Quy luật điều khiển tần số thông qua tần số trượt f2 gồm có:
- Điều khiển theo tổn thất cực tiểu
16


- Điều khiển theo lượng công suất phản kháng cực tiểu.
- Điều khiển theo dòng stator cực tiểu
Qua thử nghiệm người ta thấy rằng khi áp dụng quan hệ f2(f1) theo các điều kiện
trên gặp nhiều khó khăn, nên người ta áp dụng quy luật điều khiển tần số trượt f2 là
khơng đổi (có thể là f2 = f2đm)
Khi đó ta có mối quan hệ: m= k

hay

Phương pháp điều chỉnh giữ cho f2 = const là phương pháp dễ thực hiện đạt được
chất lượng tĩnh và động, đồng thời cũng cho tổn thất nhỏ.

 Điều chỉnh tần số bằng vector không gian
Nội dung chủ yếu của phương pháp này là biến đổi các đại lượng và thông số
của ĐCKĐB từ hệ tọa độ 3 pha (a, b, c) sang hệ tọa độ 2 pha (x, jy) quay với tốc độ góc
ωk. Tiến hành điều khiển và khảo sát trên hệ toa độ 2 pha này và sau cùng kết quả của
quá trình điều khiển được biến đổi ngược lại tạo thành tín hiệu chuẩn đưa vào điều khiển

bộ nghịch lưu.
Thực tế cho thấy rằng, hệ truyền động ĐCKĐB điều khiển tần số bằng phương pháp
không gian vectơ cho phép điều chỉnh tốc độ trong một phạm vi rộng, có khả năng sinh
momen ngay cả khi tốc độ thấp (thậm chí ngay cả khi tốc độ bằng không) và điều chỉnh
trơn tốc độ này một cách tùy ý.
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điện tử- tin học vào trong truyền động
điện đã giúp cho hệ truyền động ĐCKĐB điều khiển tần số dùng phương pháp không
gian vectơ cạnh tranh có hiệu quả với truyền động động cơ một chiều, ngay cả trong điều
khiển chương trình và điều khiển vị trí.
Từ hệ phương trình mơ tả ĐCKĐB trên hệ tọa độ từ thông rotor.

17


Ta nhận thấy từ thông rotor được điều chỉnh nhờ thành phần isd của dịng stator nếu
giữ từ thơng rotor là không đổi tương ứng với giữ cho isd = const thì moment tỷ lệ với
thành phần isq của dòng stator. Tương tự như máy điện một chiều.
+ Thành phần isd đóng vai trị như là dịng kích từ.
+ Thành phần isq đóng vai trị như là dịng phản ứng.

18


Điều đó dẫn đến phương pháp mơ tả ĐCKĐB trên hệ tọa độ từ thơng rotor có những
tương quan giống như máy điện một chiều nhằm đạt được các tính năng điều khiển, điều
chỉnh tương tự như máy điện một chiều. Qua phân tích ở trên việc điều chỉnh biên độ
dịng điện stator có ảnh ưởng đến các thành phần isd, isq của vectơ dịng điện, do đó tùy
theo u cầu truyền động mà cần có chiến lược điều chỉnh dịng điện thích hợp.
1.2.5. Điều khiển vector tựa từ thơng rotor (FOC)
Phương pháp điều khiển cả biên độ và vị trí pha của vectơ dịng điện (điện áp) giúp

tạo được hệ thống điều chỉnh từ thơng hồn hảo mà khơng cần sử dụng cảm biến từ thông
động cơ. Trong chế độ xác lập vectơ từ thông rotor quay đồng bộ với từ trường quay
stator, nếu ta chọn vectơ này trùng với trục OX của hệ thống toạ độ quay đồng bộ.

Hình 1.6: Đồ thị vector cho phương pháp điều khiển tự từ thông rotor
Trong đồ thị trên, ở chế độ xác lập thì vì tất cả các vectơ đều quay đồng bộ với hệ
trục toạ độ nên góc γ là hằng số và do đó các thành phần của dịng điện chiếu lên hệ trục
toạ độ cũng sẽ là một chiều (biến thiên rất chậm). Đây là một lợi thế rất lớn của phương
pháp để có thể dễ dàng tổng hợp các bộ điều chỉnh kiểu vô hướng, theo từng chiều (thành
phần) của vectơ dòng điện.
Vì trục OX trùng với vectơ từ thông rotor nên:

19


Nếu ta giữ được biên độ vectơ từ thông rotor không đổi (bằng các bộ điều chỉnh cần
thiết) thì momen của động cơ tỷ lệ thuận với thành phần dòng điện stator chiếu lên trục
OY, và do đó người ta gọi thành phần dòng điện này là “thành phần dòng điện sinh
momen”. Phương pháp điều khiển như vậy gọi là “điều khiển tựa từ thông rotor”.
Trong phương pháp này phải xác định được vị trí góc của vectơ từ thơng, góc này
chính là tổng giữa vị trí góc của trục dây quấn rotor và góc trượt: , ta để ý rằng:

Biên độ của từ thơng rotor cũng vẫn được tính toán nhận dạng bằng một mô hình từ
thông (MHTT) để cung cấp tín hiệu phản hồi cho bộ điều chỉnh giữ biên độ từ thông
không đổi. Mặt khác để ý rằng trong đoạn làm việc của đặc tính cơ coi là tuyến tính thì
momen tải tỷ lệ thuận với độ trượt s, hay tốc độ trượt .
Giả thiết muốn tăng tốc độ, cần tạo ra momen điện từ lớn hơn momen tải, ta phải vừa
tăng biên độ is , vừa quay nhanh vectơ is , sao cho góc γ lớn hơn trước, để làm được việc
này cần làm tăng tần số chuyển mạch của biến tần. Kết quả là momen điện từ tăng lên,
gia tốc trở nên dương và tốc độ rotor bắt đầu tăng lên.

Khi tốc độ tăng lên thì đồng thời làm cho góc γ giảm dần, khi góc này đạt được giá trị
ban đầu (trước khi tăng tốc) thì momen điện từ cân bằng momen tải, hệ thống làm việc
xác lập với tần số (ω) lớn hơn giá trị ban đầu.

20


Hình 1.7: Sơ đồ điều khiển tự từ thông rotor
Mô hình từ thông (MHTT) được thành lập từ hai phương trình bằng cách cộng vào
hai vế của hai phương trình một lượng tương ứng:

Để ý rằng các biểu thức trong ngoặc đơn của hai phương trình trên tương ứng là thành
phần dọc trục và thành phần ngang trục của vectơ từ thơng rotor, nên ta có:

21