Điều khiển tốc độ động cơ sử dụng biến tần pot

ĐỒ ÁN MÔN HOC
TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ
1
Lời nói đầu
Trong những năm gần đây có sự ra đời và ngày càng hoàn thiện của các
bộ biến đổi điện tử công suất, với kích thước gon nhẹ, độ tác động nhanh
cao, dễ dàng ghép nối với các thiết bị vi sử lý các hệ thuyền động ngày
nay thường sử dụng nguyên tắc sử dụng véc tơ cho các động cơ xoay chiều.
Phần lớn các điều khiển này thương dùng kĩ thuật số với chương trình phần
mền linh hoạt, dễ dàng thay đổi cấu trúc tham số hoặc luật điều khiển. Vì
vậy tăng độ chính xác và tác động nhanh cho hệ truyền động.
2 . Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng phương pháp tần số:
Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi tần nguồn áp,
cho phép mở rộng phạm vi sử dụng động cơ KĐB trong nhiều ngành công
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 động cơ
KĐB nói riêng. Trước hết chúng ta ứng dụng cho các thiết bị cần thay đổi tốc
độ nhiều động cơ cùng một lúc như các truyền động của nhóm máy dệt, băng
tải, bánh lăn phương pháp này còn được ứng dụng cho cả các thiết bị đơn lẻ
nhất là những cơ cấu có yêu cầu tốc tốc độ cao như máy ly tâm , máy mài .
Đặc biệt là hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi nguồn
cung cấp sử dụng cho động cơ KĐB rôto lồng sóc sẽ có kết cấu đơn giản
vững chắc giá thành hạ có thể làm việc trong nhiều môi trường
Nhược điểm cơ bản của hệ thống này là mạch điều khiển rất phức tạp
Đối với hệ thống này động cơ không nhận điện từ lưới chung mà từ một bộ
biến tần. Bộ biến tần này có khả năng biến đổi tần số và điện áp ra một cách
độc lập với nhau . Trong phần này đề cập đến hai nội dung : Nguyên lý điều
chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách biến đổi tần số và các loại biến tần
dùng trong hệ truyền động biến tần - động cơ KĐB
a . Nguyên lý điều chỉnh tần số:
Nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách biến đổi tần số fi của

điện áp stato được rút ra từ biểu thức xác định động cơ KĐB
ωs = 2.π.fs
Vậy sức điện động của dây quấn stato của động cơ tỷ lệ với tần số ra và từ
thông Es = C.φ.fs
Mặt khác nếu bỏ qua độ sụt áp trên tổng trở dây quấn stato tức coi
Vậy đồng thời với việc điều chỉnh tần số ta phải điều chỉnh cả điện áp nguồn
cung cấp. Từ công thức trên ta thấy khi điều chỉnh tần số mà giữ nguyên điện
áp nguồn Us không đổi thì từ thông động cơ sẽ biến thiên
*Khi ƒs giảm từ thông φ của động cơ lớn lên làm cho mạch từ bão hoà và
dòng điện từ hoá lớn lên. Do các chỉ tiêu năng lượng xấu đi và đôi khi nhiều
động cơ còn phát năng lượng quá mức cho phép.
2
fsCEsUs
X
s
R
s
IsUs
φ
=≈⇒≈+=∆
0
22
*Khi ƒs tăng từ thông φ của động cơ giảm xuống và nếu mômen phụ tải
không đổi thì theo biểu thức M = k.φ.I.n.cosφ ta thấy dòng điện rôto Ir phải
tăng lên.Vậy trong trường hợp này dây quấn động cơ chịu quá tải còn lõi thép
thì phải non tải. Ngoài ra cũng vì lý do trên mômen cho phép và khả năng quá
tải của động cơ giảm xuống.
Vì vậy để tận dụng khả năng động cơ một cách tốt nhất là khi điều chỉnh tốc
độ bằng phương pháp biến đổi tần số người ta còn phải điều chỉnh cả điện áp
và dòng điện theo hàm của tần số và phụ tải

Việc điều chỉnh này chỉ theo hàm của tần số có đặc máy sản xuất có thể được
thực hiện trong hệ kín . Khi đó nhờ các mạch hồi tiếp điện áp ứng với một tần
cho trước nào đó sẽ biến đổi theo phụ tải
Yêu cầu chính đối với đặc tính của truyền động điều chỉnh tần số đảm bảo độ
cứng đặc tính cơ và khả năng quá tải trong toàn bộ dải điều chỉnh tần số và
phụ tải ngoài ra còn có thể có vài yêu cầu về điều chỉnh tối ưu trong chế độ
tĩnh
b. Các loại biến tần :
gồm hai loại: Biến tần trực tiếp
Biến tần gián tiếp
I.Biến tần trực tiếp:
Điện áp vào BT có điện áp U
1
và tần số f
1
chỉ qua một mạch van là ra ngay tải
với tần số f
2
,U
2
.
Đặc điểm:
Hiệu suất biến đổi năng lượng cao do chỉ có một lần biến đổi điện năng .Thực
hiện hãm tái sinh năng lượng mà không cần mạch điện phụ.
Hệ số công suất thấp,tần số đIều chỉnh bị giới hạn trên bởi tần số nguồn cung
cấp.Thường dùng cho hệ truyền động công suất lớn,tốc độ làm việc thấp.
II.Biến tần gián tiếp:
α Biến tần nguồn áp:
Đặc điểm là điện áp ra trên tải được định hình sẵn còn dạng dòng điện tải lại
ít phụ thuộc vào tính chất tải .Việc điều chỉnh tần số điện áp ra trên tải được

thực hiện dễ dàng bằng điều khiển qui luật mở van của phần nghịch lưu
.Phương pháp điều khiển này thay đổi dễ dàng tần số mà không phụ thuộc vào
lưới
3
BT
U
1
,f
1
U
2
,f
2
U
2
,f
2
U
1
,f
1
L
C
CL
NL
α Biến tần nguồn dòng :
Sơ đồ đơn giản, làm việc tin cậy, đã từng được sử dụng rộng rãi để điều
khiển tốc độ động cơ xoay chiều 3 pha, rôto lồng sóc .Sơ đồ gồm một cầu
chỉnh lưu và một cầu biến tần, mỗi tiristor được nối tiếp thêm một một điôt
gọi là điôt chặn.

MTKb 512.8 380/220V 50Hz TĐ 25%
P
đm
= 37 kW
dm
th
M
M
= 3,6
dm
kd
M
M
=3,3
U
đm
=380 V;n
đm
= 720v/p
I
stdm
= 104 A ; R
s
=0,08 ;X
s
=0,17 ;R
r
=0,19 ;X
r
=0,16

J = 1,32 kgm
2
1. Tính toán các phần tử mạch nghịch lưu
V
U
U
U
U
A
I
III
s
d
d
s
s
dds
370
cos63
cos
63
7,116
6
.
6
1
1
1
1
1

==⇒=
==⇒=
π
ϕ
ϕ
π
π
π
* Dòng chảy qua các van T
1

→
T
6
và D
1
→
D
6
chính bằng dòng chảy qua các
pha của stato động cơ I = 91A.
* Điện áp ngược mở van phải chịu = U
d
= 370 V
* Chọn hệ số dự trữ về dòng và áp k = 2




=×=

=×=
VVU
AI
c
c
7403702
182912
Dùng để chọn cả T và D
⇒
Chọn Diôt loại B - 200 có các thông số sau:
LoạI I
tb
(A) U
im
(V)
∆U(V)
Tốc độ quạt(m/s)
B-200 200 100-1000 0.7 12
4
L
CL
NL
U
1
,f
1
U
2
,f
2

Ω
Ω
Ω
Ω
⇒
Chọn Tiristor loại TL - 250 có các thông số sau:
Loại I(A) U
im
(V)
∆U(V) T
off
(µs)
I
g
(V) U
g
(V)
du/dt(V/µs)
TL.250 250 300-1000 0,82 70-250 0,4 8 20-200
* Tụ chuyển mạch C1 - C6 được tính theo công thức
2
mn
m
maxm
1m
max
L
If
U
202,0L

fU
fI
91,0666,0C








−+=
Trong đó:
- f
n
: tần số định mức = 50Hz
- f
max
: tần số cực đại = 100Hz
- I
m
: dòng từ hoá
A5,63)(cos191I
2
m
=ϕ−=
- I
n
: dòng định mức = 91A
- L: điện cảm một pha (rôto+stato) = 2x7,3.10

-3
H
- U
m
: biên độ cực đại điện áp dây = 380V
2
33
max
10.6,14
50.5,63
380
202,010.6,14
100.380
50.5,63
91,0666,0C






−+=⇒
−−
=212
µ
F
Chọn C = 200
µ
F
* Quận kháng L

d
d
d
I
U
L
∆
×
=
.
3
134,0
ω
π
Trong đó ∆I
d
=(0,05 - 0,1) I
d

)(028,0
7,11605,0314
5,370
3
134,0
HL =
××
××
=⇒
π
2. Tính toán các phần tử mạch chỉnh lưu

* Theo tính toán phần trên ta có:
I
d
= 116,7 (A); U
d
= 370 (V)
* Khi lấy điện áp cung cấp từ trước ~380V
⇒
có thể không cần sử
dụng MBA.
Ta có:
41,0
63
coscos
63
2
2
=
×
=⇒=
U
U
U
U
d
d
π
αα
π
⇒

α=65,3
0
- Dòng trung bình chảy qua T
1
-T
0
)A(9,38
3
7,116
3
I
I
d
tb
===
- Điện áp ngược đặt lên mỗi van:
)V(8,930U6U
2ng
==
- Chọn K
I
=2; K
U
=1,6
I
C
=2x38,9=78,9≈80 (A)
U
C
=1,6x930,8≈1500 (V)

5
⇒
Chọn Tiristor Loại T-250 có các thông số sau:
Loại I(A) U
im
(V)
∆U(V) T
off
(µs)
I
g
(V) U
g
(V)
du/dt(V/µs)
T.250 250 100-2200 1 150-250 0,3 5 20-500
3. Tính toán các tham số cần thiết cho tổng hợp.

sq
I

r
s
r
R
ω
ω
U
N
=220V P

N
=37kW n=720v/p
I
N
=91A f=50Hz cosϕ=0,78
1. Tính dòng kích từ danh định.
)(1,6872,01912cos12 AII
NsdN
=−×=−=
ϕ
2.Tính dòng danh định tạo mômen quay I
sqN
.
)(2,1092
22
AIII
sdNNsqN
=−≈
3. Hằng số thời gian roto T
r
ở chế độ danh định.
s
I
I
T
sdNrN
sqN
r
01822,0
1,689,87

7,113
=
×
==
ω
srad
n
f
NrN
/9,87
60
3
2 =






−=
πω
4. Tính điện kháng phức tiêu tán toàn phần X
σ
ở chế độ danh định.
N
N
sqN
sdN
I3
U

I
I
cossinX








ϕ−ϕ=
σ

Ω=














−= 342,0

91.3
220
2,109
1,68
72,062,0
5.Tính điện kháng phức X
h
.
Ω=−=−= 296,2342,0
1,68.3
220.2
3
2
σ
X
I
U
X
sdN
N
h
)(022,0
3/314
7,2
. H
X
LLX
s
h
mmsh

===⇒=
ω
ω
6. Tính hệ số tiêu tán tổng
σ
và T
s
.
6
s
R
s
L
σ
I
sd
L
m
U
s
s
R
L
T
If
XI
RR
H
f
X

L
X
X
s
s
s
sqNN
nsdNrN
rs
N
n
s
n
09125,0
08,0
0073,0
)(08,0
2,109314
296,21,689,87
2
)(0073,0
2
149,0
296,2
342,0
===
Ω=
×
××
==≈

==
===
π
ω
π
σ
σ
7.Điện cảm tản stato động cơ
)(00054,0
314
17,0
H
X
L
e
s
s
===
ϖ
σ
4 . Tính các thiết bị đo:
a, Máy phát tốc:
Máy phát tốc là thiết bị đo tốc độ trong hệ truyền động . Mạch nguyên
lý đo tốc độ bằng máy phát tốc một chiều.
Khi từ thông máy phát tốc không đổi điện áp đầu ra máy phát tốc
Khi có bộ lọc đầu ra thì hàm truyền máy phát tốc
Kω hệ số tỷ lệ Kω = Uω/ω Uω = 10V
τfω là hằng số thời gian của bộ lọc và <5ms
Chọn τfω = 0,001s = 1ms
Hàm truyền máy phát tốc:

7
ω=
ω
ω
.
K
U
( )
( )
Pj
K
P
P
P
fF
U
F
ωτ
ω
ω
ω
+
==
1
1326,0
4,75
10
/4,75
60
.2

≈=→==
ω
π
ω
Ksrad
ndm
dm
( )
P
p
F
ft
001,01
1326,0
+
=
R
C
R
T
W
b.Phản hồi dòng:
Sử dụng mạch phản hồi dòng một chiều có cấu tạo được trình bày trên hình
vẽ
Nguyên lý hoạt động:Dòng Id sau mạch chỉnh lưu được cho qua đIện
trở Rsun sẽ tạo ra một đIện áp vi sai có độ lớn trong khoảng từ 0-75mV.ĐIện
áp vi sai này được đưa vào đầu vào của khuyếch đạI thuật toán để khuyếch
đạI tạo ra đIện áp ra tỉ lệ với dòng Id.
Chọn đIện áp vào vi sai bằng 75mV.
điện áp ra sau khuyếch đại thuật toán bằng 10V

=>hệ số khuyếch đại của OA bằng:
Chọn R1=1kΩ => R2=133kΩ
8
_
+
r2
r1
75mV
10v
r
sun
i
d
1
2
133
075.0
10
R
R
Uv
Ur
K ====
CHƯƠNG V: TỔNG HỢP HỆ ĐIỀU KHIỂN
I. Luật điều chỉnh từ thông không đổi.
I
s
/I
s®m
w

sth
O
w
s
Từ các quan hệ tính mômen có thể kết luận rằng nếu giữ từ thông máy
Ψ
hoặc từ thông stator
s
Ψ
không đổi thì mômen sẽ không phụ thuộc vào tần
số và mômen tới hạn sẽ không đổi trong toàn bộ dải điều chỉnh. Nếu coi R
S
=
0 thì:
const
UU
dm0
sdm
0
S
S
=
ω
=
ω
=Ψ
Tuy nhiên ở vùng tần số làm việc thấp khi mà sụt áp trên điện trở stator
có thể so sánh được sụt áp trên điện cảm mạch stator khi đồng thời từ thông
cũng giảm đi và do đó mômen tới hạn cũng giảm đi.
Có thể thiết lập được chiến lược điều chỉnh để giữ biên độ từ thông

rotor không đổi:
const
r
=Ψ
. Ở phần mô tả động cơ không đồng bộ, hoặc dựa
vào sơ đồ thay thế ta có thể tính được từ thông rotor và phương trình cân bằng
mạch rotor ở dạng các thành phần vector trên các trục toạ độ ox và oy:







Ψω+Ψ+=
Ψω+Ψ+=
+=Ψ
+=Ψ
δ
δ
rxsryryr
rysrxrxr
ryrsymry
rxrsxmrx
pi.R0
pi.R0
i.LiL
i.LiL
Nếu giữ được biên độ vector từ thông
const

r
=Ψ
thì
r
p Ψ
=0 và
,0pp
ryrx
=Ψ=Ψ
và ta có phương trình cân bằng mạc rotor:







Ψω−−Ψ=
Ψω+−Ψ=
rxssymry
r
ryssxmix
r
)iL(
T
1
0
)iL(
T
1

0
trong đó:
r
r
r
R
L
T
δ
δ
=
Tách các số hạng dòng điện sang một vế, sau đó bình phương 2 vế của
từng phương trình và cộng hai phương trình với nhau, đồng thời để ý rằng:





Ψ=Ψ+Ψ
=+
2
p
2
ry
2
rx
2
1
2
sy

2
sx
Iii
Ta có thể rút ra biểu thức cuối cùng:
9
2
sr
m
rdm
s
).T(1
L
I ω+
Ψ
=
δ
Vậy khi giữ biên độ từ thông rotor không đổi thì vector từ thông rotor
luôn vuông pha với vector dòng điện rotor và do đó momen điện từ của động
cơ hoàn toàn tỷ lệ với biên độ dòng điện rotor.
Điều chỉnh từ thông là trường hợp giữ từ thông luôn không đổi và bằng
giá trị từ thông định mức, như vậy có thể khai thác hết công suất mạch từ của
động cơ KĐB.
* Trong thiết kế môn học này chọn phương pháp điều khiển tần số thông qua
từ thông động cơ cụ thể là điều chỉnh từ thông không đổi qua quan hệ dòng
chính lưu I
d
và tần số trượt f
2
.
- Bản chất của phương pháp này là thông qua việc duy trì quan hệ giữa dòng

điện stato I
1
và tần số trượt f
2
sao cho từ thông của máy điện được giữ không
đổi.
• Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển tần số động cơ KĐB qua quan hệ I
1
(f
2
).
10
- Sơ đồ cấu trúc điều khiển gồm hai kênh điều khiển:
* Kênh điều khiển biên độ bao gồm hai mạch vòng điều chỉnh: mạch vòng
điều chỉnh tốc độ và mạch vòng điều chỉnh dòng điện. Tín hiệu đầu ra của bộ
điều khiển tốc độ R
ω
là tín hiệu đặt của mạch vòng điều chỉnh dòng điện. Tín
hiệu ra của bộ điều chỉnh dòng điện là tín hiệu điều khiển biên độ a dòng I
d
.
* Kênh điều khiển tần số thực hiện quan hệ:
m21
fff +±=
Trongđó f
m
: tần số quay ω
r
f
2

: tần số trượt
Tín hiệu tỉ lệ với dòng điện lấy ra từ đầu ra bộ điều chỉnh tốc độ R
ω
được
đưa qua khâu đạo hàm phi tuyến
( )
22d
fffI →=
Ta có quan hệ:
2*
2
2
2
2
22
1
f1
*f1
I
ϕσ+
ϕ+
=
trong đó
21
2
m
2
2dm1
2
LL

L
1
R
L.
−=σ
ω
=ϕ
- Để đơn giản trong việc tổng hợp các bộ điều chỉnh dòng điện R
i
và tốc độ
R
ω
ta giả thiết rằng:
Kênh điều chỉnh tần số do phần cứng đảm nhiệm sẽ được đề cập đến ở
chương 5. Vì vậy ta sẽ tiến hành tổng hợp bộ điều chỉnh dòng điện R
i
và bộ
điều chỉnh tốc độ R
ω
theo kênh 1.
Căn cứ vào biểu thức tính toán mômen và dòng điện ta có thể thành lập
được sơ đồ cấu trúc của hệ thống:
)(FT1
L
I
si
2
s
2
r

m
rdm
S
ω=ω+
Ψ
=
2
SsMM
2
r
2
s
2
ss
r
2
m
I).(F.K
T1
I.
R
L
2
3
M ω=
ω+
ω
=
II. Sơ đồ cấu trúc của mạch vòng dòng điện.
11

- Để tiện cho việc tính toán, thiết kế được bộ điều chỉnh dòng điện R
1
, người
ta dùng sơ đồ đơn giản sau:
12
I
rđ
U
d
U
đk
CL+ĐK
R
i
L
d
R
d
2L
1t
2R
1
2L
2t
2R
2
/ S0
I
d
I

đo
Trong đó L
d
, R
d
: điện cảm, điện trở cuộn kháng lọc
L
1t
, R
1
: điện cảm tản, điện trở 1 pha stato
L
2t
, R
2
: điện cảm tản, điện trở 1 pha roto quy đổi về stato
s: hệ số trượt
* Ta có hàm truyền đạt bộ chính lưu
CL
CL
dk
d
dkcr
pT1
K
U
U
W
+
==

+
U
d
: điện áp đầu ra CL
U
dk
: điện ạp điều khiển chính lưu
K
CL
, T
CL
: hệ số điều khiển và hằng số t
- Việc tổng hợp chính xác mạch vòng dòng điện rất phức tạp vì thành phần
điện trở của mạch vòng dòng điện phụ thuộc vào S => Một cách gần đúng ta
bỏ qua các thành phần điện trở và điện kháng tán.
Ta được:
t1d
d
L2LL
R2RR
+=
+=
∑
∑
Ta có:
d
d
r
U.
pT1

R/1
pLR
U
I
∑
∑
∑∑
+
=
+
=
trong đó
∑
∑
∑
=
R
L
T
=> Sơ đồ cấu trúc dạng khai triển mạch vòng dòng điện.
III. Thành lập sơ đồ cấu trúc mạch vòng tốc độ.
* Mômen điện từ ở chế độ tĩnh có dạng
13
U
ud
U
uđk
U
ir
U

iđ

+
∑
∑
+
pT1
R/1
-
U
iđo
U
id
i
R
CL
CL
pT1
K
+
K
đo
2
r
2
s
2
ss
2
2

m
T1
I
.
R
L
'p
2
3
M
ω+
ω
=
ω
s
: tốc độ truyền của động cơ
T
r
: hằng số thời gian mạch roto
=> Sơ đồ cấu trúc dạng khai triển các mạch vòng dòng điện, tốc độ
Trong đó:
2
ssMM
2
r
2
s
2
ss
r

2
m
I)(F.K
T1
I
R
L
2
3
M ω=
ω+
ω
=
- Khâu phi tuyến I
d
(f
2
) hay I
d
(w
s
) có thể được tuyến tính hoá thành khâu
khuếch đại đơn giản
sdm
sdm
F
I
K
ω
=

- Tuyến tính hoá biểu thức tính mômen động cơ (tại điểm định mức)
s
s
s
s
I
I
MM
M ∆
∂
∂
+ω∆
ω∂
∂
=∆
tại (M
đm
, w
sđm
, I
1đm
) ta có
B
T1
I2
R
Lm
2
3
I

M
A
)T1(
T1
I
R
Lm
2
3M
2
r
2
sdm
sdmsdm
r
2
s
22
r
2
sdm
2
r
2
sdm
2
sdm
r
2
s

=
ω+
ω
=
∂
∂
=
ω+
ω−
=
ω∂
∂
* Sơ đồ cấu trúc dạng khai triển các mạch vòng dòng điện và tốc độ sau khi
đã tuyến tính hoá (bỏ qua hệ số thời gian điện từ)
14
I
S
2
+
-
M
C
I
S
-U
ω
U
iđ
I
d

ω
S
U
ωđ
R
i
R
ω
( )
( )
∑
∑
++
pT1pT1
R/K
CL
CL
π
32
F
M
X
X
r
2
m
R
L
2
3

Jp
1
ω
ω
+
pT1
K
K
do
IV. Tính toán các tham số trong sơ đồ tuyến tính hoá.
1. Hệ số máy biến dòng điện (đo dòng một chiều)
08569,0
7,116
10
===
ddm
i
do
I
U
K
5,37
10
5,370
===
cCL
CL
U
Ud
K

2. Máy phát tốc.
ppT
K
pF
tt
01,01
1326,0
1
)(
+
=
+
=
ω
ω
3. Khâu khuếch đại tuyến tính F
i
sdm
sdm
F
I
K
i
ω
=
I
sdm
: dòng điện định mức I
dđm
= 117 A (khi I

s
= đm = 91A)
15
-
-
+
-
+ +
∆I
S
I
d
M
C
∆ω
S
U
ωđt
ω
K
do
R
I
R
ω
( ) ( )
Σ
++
pT1pT1
R/K

CL
ICL
π
32
B
F
i
A
ω+
ω
pT1
K
Jp
1
_
+
r2
r1
75mV
10v
r
sun
i
d
s/rad4,75
55,9
720
55,9
n
s/rad7,104

3
f2
S
e
edmesdm
===ω
=
π
=ω
ω=ω−ω=ω
12,3
3,29
91
/3,294,757,104
==⇒
=−=⇒
i
F
sdm
K
srad
ω
4. Khâu chỉnh lưu
CL
CL
CL
pT1
K
W
+

=

)(005,0
5,37
sT
K
CL
CL
=
=
dr
U
pT1
R/1
I
Σ
Σ
+
=
trong đó
δΣ
Σ
+=
+=
1d
1d
L2LL
R2RR
1
1

2 2 0, 08 0,16
2 0, 028 2 0, 00054 0, 02908
0,18175
1 /
37,5 6, 25
.
1 1 1 0, 005 1 0,18175
d
CL
T
CL
R R
L L L
L
T
R
R
K
W
pT pT p p
σ
Σ
Σ
∑
∑
∑
∑
∑
= = × = Ω
= + = + × =

= =
= = ×
+ + + +
5. Tính các hệ số A, B.
- Chọn điểm tuyến tính hoá là điểm định mức, ta có:

( )
( )
( ) ( )
79,15
01822,0.1,291
1,29.91.2
19,0
022,0
2
3
1
.2
2
3
*
86,13
01822,0.1,291
01822,0.1,291
91
19,0
022,0
2
3
1

1
2
3
*
22
2
22
2
2
22
22
2
2
2
22
22
2
2
=
+
=
+
=
=
+
−
×=
+
−
=

rsdm
sdmsdm
r
m
rsdm
rsdm
sdm
r
m
T
I
R
L
B
A
T
T
J
R
L
A
ω
ω
ω
ω
6. Tính T quy đổi hệ thống.
2
qd
kgm8,1T =
V. Tổng hợp mạch vòng dòng điện.

- Ta có sơ đồ tổng hợp bộ điều chỉnh dòng điện R
r
:
16
U
ud
U
uđk
U
ir
U
id
-
R
i
)pT1)(pT1(
K
CL
i
Σ
++
Với
887,20.
1
.
2
==
doCLi
K
R

KK
=> Hàm truyền của đối tượng điều chỉnh:
( )
( )
( )( )
18175,0.1005,0.1
44,0
11 pppTpT
K
W
CL
i
ir
++
=
++
=
∑
* áp dụng tiêu chuẩn môdun tối ưu với hàm truyền:
22
2s
Ki
pT2pT21
1
)p(W
++
=
=> Hàm truyền đạt bộ điều chỉnh dòng điện R
i
là khâu tỉ lệ tích phân (PI):

p
p
W
p
p
pT
pT
TK
T
W
ir
CLi
ir
18175,0
18175,01
.8702,0
18175,0
18175,01
.
005,0.887,202
18175,0
1
.
2
+
=
+
×
=
+

=
∑
∑∑
Vậy hàm truyền
005,0),min(
18175,0
18175,01
8702,0)(
==








+
=
∑
TTT
p
p
pR
CLs
i
=> Hàm truyền của mạch vòng dòng điện:
22
05,0.2005,0.21
1

)(
pp
pS
KI
++
=
*kiểm nghiệm bộ điều chỉnh dòng Ri bằng Matlab-Simulink:

Đặc tính quá độ của dòng điện:
17
VI. Tổng hợp mạch vòng tốc độ.
Ở trên, ta dùng tiêu chuẩn môdun tối ưu để tổng hợp mạch vòng dòng điện:
2
CL
2
CL
do
Ki
Tp2pT21
1
.
K
1
)p(W
++
=
- Khi tiến hành tổng hợp mạch vòng tốc độ, ta coi gần đúng hàm truyền hệ kín
mạch vòng điều chỉnh tốc độ là khâu quán tính bậc nhất.
i
i

Ki
pT1
K
W
+
=
trong đó
p
K
TT
K
K
Ki
CLi
do
i
01,01
7,11
01,0005,02.2
7,11
08569,0
11
+
=⇒
=×==
===
• Ta có mạch vòng tốc độ sau khi đã tổng hợp mạch vòng dòng điện.
- Khi bỏ qua M
C
ta có sơ đồ tương đương sau:

18
U
đ
ω
Jp
1
-
U
ω
ω
ω
R
W
i
(p).C.KF+A
ω+
ω
pT1
K
+
+
+
-
U
đω
U
ω
W
i
(p)

pT1
K
+
ω
Jp
1
M
C
ω
R
ω
π
32
KF
A
B
* Hàm truyền của đối tượng cần điều khiển:
( )
( )( )
JppTpT
KpATAKCK
S
pT
K
Jp
AKC
pT
S
i
iirF

o
F
i
o
1
.
11
1
.
1

1
1
ω
ω
ω
ω
ω
ω
++
++
=
+






+

+
=
* Áp dụng tiêu chuẩn môdun tối ưu đối xứng với hàm truyền:
( )
( )( )
( )
22
3322
3322
3322
81
1
.
11
41
)(
8841
41
1
8841
41
)(
8841
41
)(
pp
JppTpT
KpATAKCK
p
pR

ppp
p
S
ppp
p
pR
ppp
p
pFS
i
iirF
o
DXk
σσ
σ
ω
σσσ
σ
ω
σσσ
σ
ω
σσσ
σ
ω
ττ
ω
ω
τ
τττ

τ
τττ
τ
τττ
τ
+
++
++
+
=








+++
+
−
+++
+
=
+++
+
==
Ta thấy
00001,0001,0005,02. =××=
ω

TTi
nhỏ => có thể bỏ qua
=>
( )
( )
( )
[ ]
( )
22
81.
1
.
1
41
)(
pp
JpTTi
KpATAKCK
p
pR
iirF
σσ
ω
σ
ω
ττ
ω
τ
+
++

++
+
=
với
011,0=+=
ωω
TTT
is
là hằng số thời gian bé.
Chọn
011,0=≥
ωσ
s
TT
( ) ( )
( )
( )








+
+
⇔







+
+
+
+
+
⇔






+
+
+
+
+
⇔
pT
K
pT
pAKCKTK
J
AKCKTK
J
AKCK

AT
pABTK
J
ABTK
pJT
AKCK
AT
R
TR
irFs
irFs
irF
i
ss
s
irF
i
ω
ω
ωω
ωω
ωωωω
ω
1
1
1
)8
2
1
1

)''8''8
4
1
1
2
22
Ta thấy hàm truyền R
ω
(p) có dạng một khâu trễ nối tiếp với một khâu PI.
Ta có:
0002139,0
86,13
08569,0
1
.12,3.79,15
3.2
005,0486,132
=
+
×××
=
+
=
π
AKCK
AT
T
irF
i
tre

Ta thấy thời gian trễ nhỏ có thể bỏ qua.
19
( )
( )






+=⇒
=
+
=
=
+
=
P
PR
pAKCKTK
J
T
AKCKTK
J
K
irFs
irFs
R
04619,0
1

9525,0)(
04619,0
)8
1
9525,0
2
2
ω
ωω
ω
ωω
ω
Để giảm độ quá điều chỉnh
=> Dùng thêm một khâu lọc có hàm truyền
p
W
L
044,01
1
+
=
*Kiểm nghiệm bộ điều chỉnh tốc độ Rω bằng Matlab-Simulink
Đồ thị quá độ của tốc độ trước và sau khi có bộ lọc
Đặc tính quá độ của mômen động cơ với tảI định mức và không định mức
20
6.25
0.18175s+1
Transfer Fcn6
1
0.044s+1

Transfer Fcn5
0.1326
0.001s+1
Transfer Fcn4
1
1.8s
Transfer Fcn3
37.5
0.005s+1
Transfer Fcn2
0.18175*0.8702s+0.8702
0.18175s
Transfer Fcn1
0.044s+1
0.04619s
Transfer Fcn
Step
Scope2
Scope
K
Matrix
Gain3
K
Matrix
Gain2
K
Matrix
Gain1
K
Matrix

Gain
0
Constant
21
CHƯƠNG 5: MẠCH ĐIỀU KHIỂN
Sơ đồ khối mạch điều khiển:
A. Mạch điều khiển chính lưu
* Mạch điều khiển được sử dụng để dóng mở các thyristor đúng theo góc mở α
yêu cầu, tạo dòng điện và điện áp ra tải đúng với mục đích điều khiển. Mạch
điều khiển quyết định độ tin cậy, chất lượng của toàn bộ biến đổi. Với yêu cầu
điều khiển hệ chính lưu cần 3 pha thyristor, yêu cầu phải có 2 thyristor cùng dẫn
trong 1 thời điểm. Điều kiện mở là:
- Xung điện áp dùng đường đưa vào cực phải đủ lớn về biên độ và độ rộng.
- Có điện áp dương đặt lên thyristor từ A->K.
Để thay đổi điện áp, dòng điện => phải thay đổi góc mở α nghĩa là thay đổi thời
điểm phát xung hay góc α. Ta áp dụng phương pháp điều khiển số
1. Sơ đồ mạch điều khiển (một kênh).
22
- Điện áp các pha A, B, C được đưa qua bộ đồng bộ với lưới được 6 tín hiệu
đồng bộ +A, +B, +C, và -A, -B, -C tạo ra các xung tương ứng với góc mở α=0
của 6 thyristor.
- Mỗi xung ra từ bộ đồng bộ với lưới được đặt vào trigơ RS để tạo ra tín hiệu
đồng pha (C).
- Đưa xung vuông vào bộ đếm cho phép bộ đếm hoạt động trong khi xung cao
tần liên tục được cấp vào chân CLK của bộ đếm.
Vi mạch đếm sẽ thực hiện đúng 16 xung và đưa ra 1 xung vuông (F). Xung này
xác định thời điểm mở thyristor. Vậy khoảng thời gian đếm 16 xung chính là góc
mở α.
- Tần số bộ phát xung có thể thay đổi do đó thời gian đếm 16 xung có thể thay
đổi hay có thể thay đổi góc mở α.

- Thời gian đếm 16 xung:
)rad(
f
1
16t
x
×==α
- Ta thấy trong khoảng
π÷=α
0
nếu tần số f
x
càng lớn và số bit bộ đếm càng lớn
thì độ chính xác càng cao nhưng tuy nhiên nó bị hạn chế bởi mặt công nghệ và
giá trị kinh tế. Vì vậy ở đây chọn bộ đếm môdun 16.
- Khi tần số tăng thì thời gian đếm hết 16 giảm do đó α bé và ngược lại. Khi góc
α biến thiên từ 0-180 với tần số ??? f=50Hz => thời gian t tương ứng từ 0->0,01s
Hz6,1
t
16
f
min
==
chọn f
min
=2Hz.
- Khi tần số f càng cao thì α càng nhỏ => chọn
lHz64f
max
=

khi góc α nhỏ nhất
α
min
:
oo5
3
min
0014,0)rad(10.25
10.64
1
16 ≈==×=α
−
- Sau khi đếm song 16 đầu ra của bộ đếm cho một xung vuông (F). Khi có xung
vuông F => D đạt mức logic 1 cho đến khi xung từ ???(khoá) đồng pha thay đổi
mức logic và nó được đưa về khoá không cho bộ đếm hoạt động.
- Xung ra từ (D) được đưa tới cổng AMD cùng với xung tần số cao được phát ra
từ mạch tự dao động 555 để tạo ra xung (E) đưa đến biến áp xung để tạo xung
điều khiển mở thyristor tại thời điểm (góc α) đã định.
• Sơ đồ điều khiển một kênh và biểu đồ dạng xung được trình bày như hình vẽ
23
SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỀU KHIỂN MỘT KÊNH CHỈNH LƯ
16 14 13 12 11 10
L D0 D1 D2 D3 Vss
Vdd Q0 Q1 Q2 Q3 CEP
M/m
E
CLK
9 3 4 5 6 8
HEF40163
4047

7 8 9
12
13
11
10
4
5 6 14
2
1
3
+15
+15
R
R
C
D1 R
R
G
K
555
8
4
7
6
2
3
5
C
+15
S

R
T
A
A
B
B
C
C
A
B
C
_
+
+
+
_
_
Q
Q
OCS
25
26
b
c
c'
e
f
d
s
e

a
a+
a- a+ a-
t
t