LUẬN VĂN CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN PID ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA VỚI PIC 18F4520

Đồ án tốt nghiệp
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM
KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
ĐIỀU KHIỂN PID ĐỘNG CƠ
KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA
VỚI PIC 18F4520.
GVHD: Thầy TRẦN HỮU TOÀN
SVTH: ĐẶNG XUÂN CƯỜNG
MSSV: 05021401
LỚP: DHDT1B
KHÓA: 2005-2009


GVHD: Trần Hữu Toàn SVTH: Đặng Xuân Cường
1
Đồ án tốt nghiệp
Tp. Hồ ChÍ Minh, tháng 7 năm 2009
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM
KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
ĐIỀU KHIỂN PID ĐỘNG CƠ
KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA
VỚI PIC 18F4520.
GVHD: Thầy TRẦN HỮU TOÀN
SVTH: ĐẶNG XUÂN CƯỜNG
MSSV: 05021401

LỚP: DHDT1B
KHÓA: 2005-2009


GVHD: Trần Hữu Toàn SVTH: Đặng Xuân Cường
2
Đồ án tốt nghiệp
Tp. Hồ ChÍ Minh, tháng 7 năm 2009
LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay nước ta đang tiến hành quá trình công nghiệp hóa - hiện đại hóa với
mục tiêu giúp cho đất nước thoát khỏi cảnh nghèo nàn, lạc hậu và phấn đấu cơ bản trở
thành một nước công nghiệp vào năm 2020.Ứng dụng những thành tựu của khoa học
kĩ thuật trong sản xuất, các ngành kĩ thuật nói chung và ngành điện tử - điều khiển tự
động nói riêng đã đóng góp không nhỏ vào quá trình phát triển của đất nước. Lĩnh lực
tự động hóa cần được quan tâm và phát triển để nâng cao hiệu quả sản xuất, đây cũng
chính là cốt lõi của nền sản xuất hiện đại.
Trong các dây chuyền công nghệ sản xuất trong công nghiệp thì hệ thống
truyền động và băng tải là một bộ phận quan trọng và không thể thiếu. Để cung cấp
sức kéo cho các hệ thống này thì so với các loại động cơ khác, động cơ điện không
đồng bộ ba pha được sử dụng rộng rãi và phổ biến nhất, từ công suất nhỏ, trung bình
đến công suất lớn do có rất nhiều tính năng ưu việt như: kết cấu đơn giản, độ bền cao,
giá thành hạ, dễ lắp đặt và bảo trì.
Nhờ sự phát triển của kĩ thuật đã chế tạo được các khóa bán dẫn có công suất
lớn nên việc điều khiển các động cơ không đồng bộ ba pha trở nên dễ dàng hơn và
các tính năng của động cơ cũng được khai thác tốt hơn. Thêm vào đó là sự phát triển
của của kĩ thuật điện tử và lĩnh vực điều khiển tự động hóa, nhiều phương pháp điều
khiển đã ra đời và ngày càng hoàn thiện hơn nên việc điều chỉnh moment cũng như ổn
định tốc độ động cơ trở nên linh hoạt hơn, đáp ứng được các đòi hỏi của quy trình
công nghệ và quá trình sản xuất công nghiệp.
Trong các phương pháp điều khiển vòng kín thì thuật toán điều khiển PID là

phương pháp tương đối đơn giản, dễ thiết kế, thực hiện, lại có chất lượng chấp nhận
được nên được sử dụng rộng rãi trong điều khiển quá trình và nhiều đối tượng khác
nhau.
Xuất phát từ những điều kể trên, trong đồ án này tôi đã ứng dụng thuật toán
điều khiển PID trong việc điều khiển và ổn định tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha.
Dù đã rất cố gắng trong khi thực hiện đề tài này, nhưng do kiến thức còn hạn
chế, chưa có kinh nghiệm sản xuất thực tế nên không tránh khỏi sai sót, rất mong sự
đóng góp và nhận xét từ phía thầy cô và các bạn, tôi xin chân thành cảm ơn.
Sinh viên thực hiện
Đặng Xuân Cường
GVHD: Trần Hữu Toàn SVTH: Đặng Xuân Cường
3
Đồ án tốt nghiệp
GVHD: Trần Hữu Toàn SVTH: Đặng Xuân Cường
4
Lời Cảm Ơn !
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến quý thầy cô
trường Đại Học Công Nghiệp TP.Hồ Chí Mình, những người
đã truyền đạt cho tôi những kiến thức và kinh nghiệm quý báu
trong suốt thời gian học tập tại trường.
Tôi xin chân trọng gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô
khoa Điện Tử : Thầy Trần Hữu Toàn, thầy Trần Văn Trinh,
thầy Trần Nguyên Bảo Trân, thầy Trần Văn Hùng…đã tận
tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi
hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, tất cả những
người bạn, những người anh em, những người đã cùng gắn bó
học tập, và giúp đỡ, động viên tôi trong những năm qua cũng
như trong suốt quá trình thực hiện đề tài tốt nghiệp.
Đồ án tốt nghiệp

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
GVHD: Trần Hữu Toàn SVTH: Đặng Xuân Cường
5

Đồ án tốt nghiệp
TP. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2009
Giáo Viên Hướng Dẫn
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

TP. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2009
Giáo Viên Phản Biện
GVHD: Trần Hữu Toàn SVTH: Đặng Xuân Cường
6
Đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN
1.1 Động cơ không đồng bộ 3 pha.
Trong các loại động cơ điện được sử dụng trong công nghiệp thì động cơ
không đồng bộ 3 pha được sử dụng rộng rãi nhất do có nhiều tính năng ưu việt như:
kết cấu đơn giản, độ bền cao, dễ lắp đặt và bảo trì, chi phí thấp.
Động cơ không đồng bộ 3 pha được sử dụng phổ biến trong hầu hết các hệ
thống máy công nghiệp ngày nay với công suất có thể đạt đến 500 KW ( tương
đương 670 HP ), và được thiết kế theo quy chuẩn cụ thể nên có thể thay đổi dễ dàng
các nhà cung cấp.
1.1.1 Cấu tạo.
Hình 1.1 – Động cơ không đồng bộ 3 pha.
Động cơ không đồng bộ 3 pha có cấu tạo gồm 2 phần : phần tĩnh và phần động.
- Phần tĩnh (stator): gồm vỏ máy, lõi sắt, dây quấn.
+ Vỏ máy.
Có tác dụng cố định lõi sắt và dây quấn, không dùng làm mạch dẫn từ. Vỏ máy
thường làm bằng gang, đối với máy có công suất lớn ( 500 KW ) thì vỏ máy thường
GVHD: Trần Hữu Toàn SVTH: Đặng Xuân Cường
7
Đồ án tốt nghiệp
dùng thép tấm ghép lại. Tùy theo cách làm mát mà cấu tạo vỏ máy cũng khác nhau, đối
với động cơ có công suất lớn, vỏ máy thường có nhiều lá tản nhiệt giúp làm mát tốt
hơn.
+ Lõi sắt.
Là phần dẫn từ. Vì từ trường qua lõi sắt là từ trường quay nên để giảm tổn hao thì lõi
sắt được chế tạo từ những lá thép kỹ thuật điện ghép lại với nhau.

+ Dây quấn.
Dây quấn đặt vào các rãnh của lõi sắt và cách điện với lõi sắt. Dây quấn của
Stator gồm 3 cuộn dây đặt lệch nhau
120
o
.
- Phần động (Rotor). Có 2 loại rotor chính, rotor kiểu lồng sóc và rotor kiểu dây quấn.
+ Trục rotor.
Làm bằng thép, dùng để đỡ lõi sắt rotor.
+Lõi sắt.
Gồm các lá thép kỹ thuật điện giống như ở phần stator. Lõi sắt được ép trực
tiếp lên trục. Bên ngoài lõi sắt có xẻ rãnh để đặt dây quấn.
Dây quấn rotor: kiểu dây quấn và kiểu lồng sóc.
+Kiểu dây quấn.
Loại này giống với dây quấn stator. Dây quấn 3 pha của rotor thường đấu
hình sao, còn 3 đầu kia thường được nối vào vành trượt làm bằng đồng được đặt cố
định ở một đầu trục và thông qua chổi than có thể đấu với mạch điện bên ngoài.
Đặc điểm của rotor loại này là có thể thông qua chổi than đưa điện trở phụ
hay suất điện động phụ vào mạch điện rotor để cải thiện tính năng mở máy, điều
chỉnh tốc độ hoặc cải thiện hệ số công suất của máy. Khi động cơ làm việc bình
thường dây cuốn rotor thường được nối ngắn mạch. Nhược điểm so với rotor lồng
sóc là giá thành cao, dễ cháy nổ, khó làm việc ở môi trường khắc nghiệt…
+ Kiểu lồng sóc.
Khác dây quấn stator. Mỗi rãnh của lõi sắt được đặt bằng một thanh dẫn bằng
đồng hoặc nhôm và được nối tắt ở hai đầu bằng 2 vòng ngắn mạch bằng đồng hoặc
nhôm.
1.1.2 Ứng dụng.
GVHD: Trần Hữu Toàn SVTH: Đặng Xuân Cường
8
Đồ án tốt nghiệp

Do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ nên động
cơ điện không đồng bộ ba pha được sử dụng ngày càng rộng rãi trong công nghiệp,
nông nghiệp và đời sống hằng ngày.
Trong công nghiệp động cơ điện 3 pha thường được dùng làm sức kéo cho
các hệ thống máy cán thép, các máy công cụ trong nhà máy…
Trong nông nghiệp thường được dùng làm máy bơm nước và các loại máy gia
công nông sản…
Trong đời sống hằng ngày, động cơ ba pha ngày càng chiếm một vị trí quan
trọng, được ứng dụng làm quạt gió hay sử dụng trong các máy điện dân dụng…
1.1.3 Các phương pháp điều khiển.
So với máy điện DC, việc điều khiển máy điện xoay chiều gặp rất nhiều khó
khăn vì các thông số của máy điện xoay chiều là các thông số biến đổi theo thời gian.
Các phương pháp điều khiển phổ biến:
- Điều khiển điện áp stator.
- Điều khiển điện trở rotor.
- Điều khiển tần số.
- Điều khiển công suất trượt rotor.
1.2 Chỉnh lưu cầu 1 pha.
Hình 1.2 – Mạch chỉnh lưu 1 pha.
GVHD: Trần Hữu Toàn SVTH: Đặng Xuân Cường
9
Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.3 – Dạng sóng ngõ vào.
Đặt U
2
(t) =
m
U
. sin
θ

( với
θ
= wt ) là điện áp vào của mạch chỉnh lưu như hình
1.3 ta có:
+ Trong khoảng 0 <
θ
<
π
điện thế tại A dương
B
0, V 0
A
V > <
dòng điện đi từ
A đến B, diode D1và D4 dẫn, D2 và D3 tắt.
+ Trong khoảng
π
<
θ
< 2
π
điện thế tại B dương hơn điện thế tại A, dòng
điện đi từ B đến A, D2 và D3 dẫn, D1 và D4 tắt.
Dạng sóng ngõ ra như hình 1.4:
Hình 1.4 – Dạng điện áp ngõ ra chưa có tụ lọc.
Các trị số điện áp được tính như sau:
- Trị trung bình của điện áp chỉnh lưu:

m m
0

U 2.U
1
= .sin . .(cos cos ) =
AV m
U U d
π
θ θ θ π
π π π
= −
∫
- Trị trung bình của dòng điện tải:
2
= =
AV m
AV
U U
I
R R
GVHD: Trần Hữu Toàn SVTH: Đặng Xuân Cường
10
Đồ án tốt nghiệp
- Trị trung bình của dòng qua diode D1, D4 ( D2, D3 ):

1 2 3 4
= = = =
m
D D D D
U
I I I I
R

π
- Trị hiệu dụng:

2
m
RMS
U
U
=
- Điện áp ngược cực đại ( điện áp phân cực ngược cực đại mà diode phải chịu ):
2
2.
ngMax m
U U U= =
- Khi có thêm tụ lọc ở ngõ ra điện áp trung bình ngõ ra sẽ là:
2
2
m
AV
U
U
π
=
.
1.3 Biến tần và các phương pháp điều khiển.
1.3.1. Ứng dụng của biến tần.
Biến tần được dùng rất nhiều trong công nghiệp để lái các động cơ không đồng
bộ ba pha, ổn định tốc độ băng tải, đồng bộ tốc độ dễ dàng.
Việc sử dụng biến tần đưa lại hiệu suất cao, đồng thời giúp tiết kiệm điện năng
tiêu thụ. Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh

kiện bán dẫn công suất chế tạo theo công nghệ hiện đại. Chính vì vậy, năng lượng tiêu
thụ cũng xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu của hệ thống.
Với giải pháp tiết kiệm năng lượng bên cạnh việc nâng cao tính năng điều khiển
hệ thống, các bộ biến tần hiện nay đang được coi là một ứng dụng chuẩn cho các hệ
truyền động cho bơm và quạt.
Từ biểu thức :
Ta thấy, tốc độ đồng bộ của động cơ không đồng bộ có thể thay đổi nếu ta thay
đổi tần số của lưới điện f
1
. Do đó tốc độ của động cơ n = n
1
(1 – S) cũng sẽ thay đổi
theo.
GVHD: Trần Hữu Toàn SVTH: Đặng Xuân Cường
11
P
f
n
1
1
60
=
Đồ án tốt nghiệp
Để tạo ra các bộ biến tần có U và f thay đổi được, người ta có thể dùng các bộ
biến tần với máy điện quay như máy phát đồng bộ, máy phát không đồng bộ hoặc
dùng bộ biến tần bán dẫn. So với các bộ biến tần bán dẫn, bộ biến tần máy điện quay
có nhiều nhược điểm nên ngày càng ít được dùng và được thay thế dần bằng các bộ
biến tần bán dẫn.
Trong thực tế các bộ biến tần bán dẫn chia làm hai loại:
+Bộ biến tần bán dẫn trực tiếp .

+Biến tần có khâu trung gian một chiều (biến tần gián tiếp).
1.3.2 Biến tần trực tiế p.
Hình 1.5 – Sơ đồ nguyên lý của bộ biến tần trực tiếp.
Bộ biến đổi tần số trực tiếp dùng mạch van, biến đổi nguồn điện xoay chiều ba
pha có U
1
,

f
1
thành nguồn điện xoay chiều ba pha có U
2
và f
2
thay đổi được.
Trong bộ biến tần trực tiếp, điện áp ba pha chỉ chuyển đổi một lần, không phải
qua bộ chỉnh lưu nên đạt được hiệu suất cao. Tuy nhiên trong bộ biến tần loại này thì
GVHD: Trần Hữu Toàn SVTH: Đặng Xuân Cường
12
o
o
o
a
b
c
CK
CK
CK
CK
CKck

ÑKB
U
2
f
2
T
A
N
A
T
B
N
B
T
C
N
C
~ U
1
, f
1
A B C
•
•
•
Đồ án tốt nghiệp
mạch van khá phức tạp, số lượng van lớn, thuật toán điều khiển phức tạp và việc điều
chỉnh f
2
phụ thuộc vào f

1
, phạm vi thay đổi của f
2
nhỏ, f
2
<f
1
.
1.3.3 Bộ biến tần có khâu trung gian một chiều (biến tần gián tiếp).
Bộ biến tần có khâu trung gian một chiều là bộ biến đổi hai tầng. Điện áp xoay
chiều đầu tiên được chỉnh thành điện áp DC qua bộ chỉnh lưu. Sau khi qua bộ lọc, điện
áp một chiều được nghịch lưu thành điện áp xoay chiều có tần số biến đổi được. Bộ
nghịch lưu ở đây làm việc độc lập với lưới, nghĩa là các van của chúng chuyển mạch
theo chế độ cưỡng bức, gọi là nghịch lưu độc lập. Tần số điện áp đầu ra được điều
chỉnh nhờ thay đổi chu kì đóng ngắt các van trong nhóm nghịch lưu.
Việc biến đổi điện áp 2 lần làm cho hiệu suất của bộ biến đổi giảm. Song việc
thay đổi tần số f
2
không phụ thuộc vào f
1
, nên tạo được dãy tần số rộng cả trên và dưới
f
1
. Ngoài ra, nhờ sự tiến bộ của kĩ thuật, sự ra đời và phát triển của vi điều khiển, cùng
với các khóa bán dẫn có công suất lớn như IGBT, MOSFET đã làm phát huy ưu điểm
của biến tần loại này, nên phương pháp này ngày càng được sử dụng rộng rãi.
Biến tần loại này được chia ra làm hai loại, theo tính chất của bộ lọc bao gồm:
+ Biến tần nguồn áp:
Được sử dụng trong hầu hết các bộ biến tần ngày nay. Bộ lọc dùng tụ C có điện
dung lớn ở đầu vào của bộ nghịch lưu nên điện áp đặt vào bộ nghịch lưu xem như là

nguồn áp.
+ Biến tần nguồn dòng:
Bộ lọc có cuộn dây san bằng có cảm kháng nên có tác dụng như nguồn dòng
cấp cho bộ nghịch lưu.
1.3.4 Bộ nghịch lưu áp 3 pha.
Đây là bộ biến đổi tần số điện áp sử dụng 6 khóa Transistor công suất, tần số
điện áp ra và điện áp trung bình có thể điều chỉnh được thông qua việc kích dẫn các
khóa công suất.
GVHD: Trần Hữu Toàn SVTH: Đặng Xuân Cường
13
Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.6 – Mạch nghịch lưu gồm 6 khóa công suất.
Nguyên lý hoạt động:
Ở mỗi thời điểm luôn có 3 khóa công suất được kích dẫn, hai khóa ở nhóm trên
và một khóa ở nhóm dưới (hoặc ngược lại).
Các Transistor được kích làm việc với góc dẫn
180
θ
=
o
và góc lệch nhau giữa
hai khóa là
60
o
. Như vậy trong một chu kì của điện áp ra, mỗi khóa công suất đều có số
lần chuyển mạch là 2 lần.
Ở mỗi thời điểm của bộ nghịch lưu, đều có một pha mắc nối tiếp với hai pha
song song. Xét bộ nghịch lưu ở trạng thái như hình 1.7.
Hình 1.7 – Bộ nghịch lưu ở trạng thái V1.
Điện áp trên tải chỉ có hai giá trị hoặc là

3
dc
V
khi pha đó mắc song song với một
pha khác, hoặc
2
3
dc
V
khi pha đó mắc nối tiếp với hai pha còn lại.
Để có giá trị điện áp ra tải tại mỗi thời điểm, ta xét một chu kì làm việc của
mạch, trong đó chỉ xét nguyên lý hoạt động của Transistor.
GVHD: Trần Hữu Toàn SVTH: Đặng Xuân Cường
14
Đồ án tốt nghiệp
Giá trị điện áp tại thời điểm T1 trong khoảng
0 60−
o o
: lúc này S1, S2, S5 làm việc:
Hình 1.8 – Trạng thái mạch tại thời điểm T1.
Ta có:
1
3
2
3
A C DC
B DC
U U V
U V
= =

= −
Giá trị điện áp tại thời điểm T2 trong khoảng
60 120−
o o
: lúc này S1, S2, S4 làm việc:
Hình 1.9 – Trạng thái mạch tại thời điểm T2.
Ta có:
GVHD: Trần Hữu Toàn SVTH: Đặng Xuân Cường
15
Đồ án tốt nghiệp
Giá trị điện áp tại thời điểm T3 trong khoảng
120 180−
o o
: lúc này S1, S3, S4 làm việc:

Hình 1.10 – Trạng thái mạch tại thời điểm T3.
Ta có:
1
3
2
3
A B DC
C DC
U U V
U V
= =
= −
1.3.5 Các phương pháp điều khiển phổ biến.
1.3.5.1 Phương pháp điều chế sin PWM.
1.3.5.1.1 Giới thiệu.

Để tạo ra một điện áp xoay chiều bằng phương pháp SIN PWM, ta sử dụng một
tín hiệu xung tam giác tần số cao đem so sánh với một điện áp sin chuẩn có tần số f.
Nếu đem xung điều khiển này cấp cho một bộ biến tần một pha thì ngõ ra sẽ thu
được một dạng điện áp dạng điều rộng xung có tần số bằng với tần số nguồn sin mẫu
và biên độ hài bậc nhất phụ thuộc vào nguồn điện một chiều cung cấp và tỉ số giữa
biên độ sóng sin mẫu và sóng mang. Tần số sóng mang phải lớn hơn tần số của sóng
sin mẫu.
Sau đây là hình vẽ miêu tả nguyên lý của phương pháp điều rộng sin một pha:
GVHD: Trần Hữu Toàn SVTH: Đặng Xuân Cường
16
Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.11 – nguyên lý của phương pháp điều rộng SIN một pha.
Khi :
V
control
> V
tri
thì
2
dc
AO
V
V =
V
control
< V
tri
thì
2
dc

AO
V
V = −
Như vậy, để tạo ra nguồn điện 3 pha dạng điều rộng xung, ta cần có nguồn sin 3
pha mẫu và giản đồ kích đóng của 3 pha sẽ được biểu diễn như hình vẽ dưới đây:
GVHD: Trần Hữu Toàn SVTH: Đặng Xuân Cường
17
Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.12 – Giản đồ đóng ngắt phương pháp SIN PWM.
1.3.5.1.2 Một số công thức tính toán.
Ta cần tính được biên độ hài bậc nhất của điện áp ngõ ra từ tỉ số biên độ giữa
sóng mang và sóng tam giác.
Ta có công thức sau tính biên độ của hài bậc nhất:
sin(1)
.
2
DC
U
U ma
=
Trong đó
ma
là tỉ số giữa biên độ sóng sin mẫu và biên độ sóng mang – còn gọi
là tỉ số điều biên.
sinsmp
arryc
U
ma
U
=

GVHD: Trần Hữu Toàn SVTH: Đặng Xuân Cường
18
Đồ án tốt nghiệp
1.3.5.2 Phương pháp điều khiển V/f.
Được sử dụng hầu hết trong các biến tần hiện nay. Tốc độ của động cơ không
đồng bộ tỉ lệ trực tiếp với tần số nguồn cung cấp. Do đó, nếu thay đổi tần số của nguồn
cung cấp cho động cơ thì cũng sẽ thay đổi được tốc độ đồng bộ, và tương ứng là tốc độ
của động cơ.
Tuy nhiên, nếu chỉ thay đổi tần số mà vẫn giữ nguyên biên độ nguồn áp cấp cho
động cơ sẽ làm cho mạch từ của động cơ bị bão hòa. Điều này dẫn đến dòng từ hóa
tăng, méo dạng điện áp và dòng điện cung cấp cho động cơ gây ra tổn hao lõi từ, tổn
hao đồng trong dây quấn Stator. Ngược lại, nếu từ thông giảm dưới định mức sẽ làm
giảm moment của động cơ.
Vì vậy, khi giảm tần số nguồn cung cấp cho động cơ nhỏ hơn tần số định mức
thường đi đôi với giảm điện áp cung cấp cho động cơ. Và khi động cơ hoạt động với
tần số định mức thì điện áp động cơ được giữ không đổi và bằng định mức do giới hạn
của cách điện của Stator cũng như của điện áp nguồn cung cấp.
Ta có công thức sau:
dm
f
a
f
=
Với:
+ f : tần số hoạt động của động cơ.
+ f
đm
: tần số định mức của động cơ.
Giả sử động cơ hoạt động dưới tần số định mức (a<1). Từ thông động cơ được
giữ ở giá trị không đổi. Do từ thông của động cơ phụ thuộc vào dòng từ hóa của động

cơ, nên từ thông được giữ không đổi khi dòng từ hóa được giữ không đổi tại mọi điểm
làm việc của động cơ.
Ta có phương trình tính dòng từ hóa tại điểm làm việc định mức như sau:
1
2
dm
m
dm m
E
I
f L
π
=
+ Với L
m
là điện cảm mạch từ hóa.
GVHD: Trần Hữu Toàn SVTH: Đặng Xuân Cường
19
Đồ án tốt nghiệp
Tại tần số làm việc f:
1
2
m
dm m
E
I
af f
π
=
Như vậy ta thấy điều kiện để dòng I

m
không đổi khi :

onst
dm
dm
dm
E
E E
E c
a f f
= ⇒ = =
Việc giữ cho tỉ số
onst
dm
dm
E
E
c
f f
= =
được gọi là phương pháp
/E f
.
Tuy nhiên trong thực tế để giữ cho tỉ số này không đổi, đòi hỏi mạch điều khiển
rất phức tạp.
Nếu bỏ qua sụt áp trên điện trở và điện kháng tản mạch stator, ta có thể xem
như U ≈ E. Khi đó nguyên tắc điều khiển E/f = Const được thay bằng phương pháp V/f
= Const. Theo phương pháp này thì tỉ số V/f được giữ không đổi và bằng tỉ số của
chúng ở giá trị định mức.

Với sơ đồ đơn giản của động cơ:
Hình 1.13 – Sơ đồ đơn giản của động cơ.
Ta có công thức moment định mức:
GVHD: Trần Hữu Toàn SVTH: Đặng Xuân Cường
20
Đồ án tốt nghiệp
'
2
2
'
2 ' 2
2
db
1 1 2
3
w
( ) ( )
dm
R
V
S
M
R
R X X
S
 
 
=
 
 

+ + +
 
 
Moment cực đại ở chế độ định mức:
2
ax
2 ' 2
1 1 1 2
3
2
( ( )
dm
m
db
V
M
w
R R X X
 
 
=
 
± + +
 
Và moment cực đại ở tần số f khác định mức khi thay các giá trị định mức bằng giá trị
đó nhân với tỉ số a (aωđm, aVđm, aX), với a < 1:
2
ax
2 ' 2
1 1

1 2
3
2
( ) ( )
dm
m
db
V
M
w
R R
X X
a a
 
 
 
=
 
± + +
 
 
Dựa theo công thức trên ta thấy, các giá trị X1 và X2’ phụ thuộc vào tần số, trong khi
R1 lại là hằng số. Như vậy, khi hoạt động ở tần số cao, giá trị (X1+X2’)>>R1/a, sụt áp
trên R1 rất nhỏ nên giá trị E suy giảm rất ít dẫn đến từ thông được giữ gần như không
đổi. Moment cực đại của động cơ gần như không đổi.
Tuy nhiên, khi hoạt động ở tần số thấp thì giá trị điện trở R1/a sẽ tương đối lớn
so với giá trị của (X1+X2’), dẫn đến sụt áp nhiều ở điện trở stator khi moment tải lớn.
Điều này làm cho E bị giảm và dẫn đến suy giảm từ thông và moment cực đại.
1.3.5.3 Nghịch lưu 3 pha sixtep.
Sơ đồ nguyên lý bộ nghịch lưu truyền thống dùng 6 khóa công suất:

GVHD: Trần Hữu Toàn SVTH: Đặng Xuân Cường
21
Đồ án tốt nghiệp

Với phương pháp nghịch lưu sixtep, các khóa công suất được kích dẫn trong
khoảng
120o
lệch nhau
60o
hoặc dẫn
180o
và độ lệch dẫn giữa các khóa là
60o
.
1.3.5.3.1 Nghịch lưu sixtep dẫn
120
o
.
Trong trường hợp dẫn
2
3
π
(rad), lệch
3
π
(rad), các van được kích dẫn theo trình
tự như hình bên dưới để tạo ra áp 3 pha lệch nhau
2
3
π

(rad) :
Hình 1.14 – Trình tự kích dẫn
120
o
.
GVHD: Trần Hữu Toàn SVTH: Đặng Xuân Cường
22
Q4
Q3
Q6
Q2
Q5
0
120
180
240
300
360
Q1
60
Đồ án tốt nghiệp
Gọi E là áp nguồn DC cung cấp cho bộ nghịch lưu thì ta có giá trị điện áp trong
trường hợp dẫn
2
3
π
(rad) và lệch
3
π
(rad) khi phụ tải 3 pha đối xứng :

Góc
Điện
áp
0
60
60
120
120
180
180
240
240
300
300
360
an
V
2
E
2
E
0
2
E−
2
E−
0
bn
V

2
E−
0
2
E
2
E
0
2
E−
cn
V
0
2
E−
2
E−
0
2
E
2
E
ab
V
E
2
E
2
E−
-E

2
E−
2
E
bc
V
2
E−
2
E
E
2
E
2
E−
-E
ca
V
2
E−
-E
2
E−
2
E
E
2
E
1.3.5.3.2 Nghịch lưu sixtep dẫn
180

o
.
Để tạo ra được điện áp xoay chiều 3 pha ( có thể cùng biên độ ) nhưng lệch pha nhau
2
3
π
(rad) thì các khóa công suất sẽ được kích dẫn theo trình tự sau:( Hình 1.15)
GVHD: Trần Hữu Toàn SVTH: Đặng Xuân Cường
23
Q4
Q3
Q2
Q5
0
120
180 240
300
360
Q1
60
w
Q6
Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.16 – Đồ thị điện áp pha ngõ ra.
Nếu có E là áp nguồn DC cung cấp cho bộ nghịch lưu thì ta cũng có giá trị điện
áp trong trường hợp dẫn
π
(rad) và lệch
3
π

(rad) khi phụ tải 3 pha đối xứng :

Góc
Điện
áp
0 60
60
120
120
180
180
240
240
300
300
360
an
V
3
E
2
3
E
3
E
3
E−
2
3
E−

3
E−
GVHD: Trần Hữu Toàn SVTH: Đặng Xuân Cường
24
Đồ án tốt nghiệp
bn
V
2
3
E−
3
E−
3
E
2
3
E
3
E
3
E−
cn
V
3
E
3
E−
2
3
E−

3
E−
3
E
2
3
E
ab
V
E E 0 -E -E 0
bc
V
-E 0 E E 0 -E
ca
V
0 -E -E 0 E E
Đây cũng là phương pháp nghịch lưu được chọn để thực hiện trong đề tài này,
do yêu cầu mạch lái đơn giản và số lần đóng cắt của khóa công suất ít. Điện áp 3 pha
ngõ ra lái động cơ khá tốt.
1.4 Encoder.
Encoder được dùng để đo tốc độ và chiều quay của thiết bị. Dựa trên nguyên
tắc cảm biến ánh sáng với một đĩa có khắc vạch sáng tối quay giữa nguồn sáng và
phototransistor ( đối với encoder quang ) hoặc là hiện tượng cảm ứng điện từ ( đối với
encoder từ ). Ở đây ta chỉ đề cập tới encoder quang.
1.4.1 Cấu tạo.
Bao gồm hai bộ phận chính đó là đĩa quay và bộ phận thu phát ánh sáng.
Một encoder thường có các dây sau:
+Dây cấp nguồn (+5V) cho encoder.
+Dây nối đất (GND).
+Dây pha A – tín hiệu ra theo độ phân giải (N xung /1 vòng (N từ vài chục lên

đến vài nghìn xung tuỳ theo độ phân giải)).
+Dây pha B – tín hiệu ra theo độ phân giải (N xung /1 vòng (N từ vài chục lên
đến vài nghìn xung tuỳ theo độ phân giải)), pha B chậm pha hơn pha A. Thường tùy
GVHD: Trần Hữu Toàn SVTH: Đặng Xuân Cường
25