Xây dựng bộ điều khiển ổn định tốc độ cho động cơ dị bộ rotor lồng sóc với mạch động lực sử dụng bộ điều áp xoay chiều ba pha

Mục lục
Lời mở đầu
Chương 1: Mô hình động cơ không đồng bộxoay chiều 3 pha 4

 
!"#$%&'()*+$,
!-).'/
0123 4,
Chương 2: Tổng hợp các bộ điều chỉnh 23
!567 89. 89&:!
!!567 89. 89'!
Chương 3: Mô hình mô phỏng đáp ứng trên Simulink 29
;<:= >:2.'!?
!@A( >
@BC/
5%B (,
Lời mở đầu

D):A:4123@
8"<)%%9>:<EF2G 8 H
%3IJKC%A:4&(<L)B8+&<
BM8:)7):3%@53
:&(<2GE%3 N
1+<M8%&(O MEB%PQR
%E9)7S ) @B)7'% M$
T)%&(<I UA'DEBV@
LTBQB)7:WXQ>:123
PBVL')'::Y3
Z6@[C:B[3\]\JE+ Q1
^2_@E6&1&R( #@B_3@B[3:
35:)@(L@&3:W%%%%

@6]&<M$)J`MM2a
2%b' 8L2Z]M]B$-QB
8L%2Z[C&'):4Q  B8M2a
2%6<:= &'#LM4C+
%$:"%2_@OX@
8:8X#$B% M2a2%
F2GSPQ&(<
c3%3@XS ^3 %>B%d“Xây dựng bộ điều
khiểm ổn định tốc độ cho động cơ dị bộ rotor lồng sóc với mạch động lực sử
dụng bộ điều áp xoay chiều ba pha” 2)&3)2_IQPhạm Tâm
Thành%Q:%"3\5:)W"8
Je%e(
5: W)'R2C%RR
>E@&XM&3UB3I(1MS :< C)7V@
XXIQZ%L8L(%%
f
Chương 1: Mô hình động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha
!
1.1. Vài nét về động cơ không đồng bộ ba pha
1.1.1. Khái niệm
"2ghiB%B8 %'
AI:'AIj:)WA: 
;<8d
" Q$d-Q[%Q
Hình 1-1.Động cơ không đồng bộ rôto dây quấn
\
-Q[d BkbM21A<%> 
lLõi thép statodcBb[C^2C&mMb
2%Bb)Wjno @no $:X
:^#21A<pUBb[C)7&L(

62291BPD@BbR4XLbB8%
'D@BbA2%4bB8%@M U@2%jq
@, M LX
stato
A B C
e4!dr #R&MsBb[CM;&I"s
+ Dây quấn: ")7A<%j M %8I 
X)7#%:^IBkb&

lVỏ máyd"L( 8j%E#Bkb&M>X28:G
:UMB% N h &<>i#NMb'h 
&<Bit> X1@'g :PMQXR L
u:G:%(21A<
\Phần quayd BkbM:GM%21A<
lLõi thép rôto:T)72CjBb[CX284
:9% #%IBbX)72C:^L#21M9*E
)72CBU:9LB:G 
lTrục máyd")7B% Rb'%)7BFBkb
:5:G)7u:PR W6B+6:)7
lDây quấnd5vS %::21
A<:B&Xd
wRôto kiểu dây quấndx21A<XL')21A<
&%X&'3N&'3*&5::4%B21
A<)7A<SL&XBL)7Q'M@<21
A<#H5:>)W2Z21A<1  B
c1A<I)W<4&MQ:IX'
9:)7NR:P:GI:s9:)7%
%:GMv:P9:)7B%65A6
XL):*G% 8:MX2G($+ * M
.'M&'&<)76

wRôto lồng sócd@<:<21A<&21A<B%
 #:P:^Bkb:eQ
2_'9 JB%9R 8D)C21
A<:4% BASJB%B&X


e4\c1A<:LB&X
D%:21A<B'&XQBkb:^:X
LB% %28:^&1#%:^JB%B&Xb2Z
X&<BL($+ * t&<
>:^:)Wb X&1 :G
+ Khe hở
EQ[%QAB%S*$MS*:<$)WB%
hnM!n @ iM2:B%':9P::<p8j
b$j&&:AS*$S*
$%B429j1:j %B&'&<
%B
1.1.2. Những đại lượng ghi trên động cơ không đồng bộ
\
;&<g F-
 
B%&<&< ):
\
"g Fy
 
\
c9g Fz


\

e&'&<g Fd&ϕ

\
5'Ag F

h9{=i
\
5Q&'g F|
 
h}i
t2d5:P^ X∆{~!!n{,n•/o{r&HL)&
B)B%!!n4'21A<&S4∆t%29
g FB%/orB)B%,n4<21A<&S
4~M29g FB%r
1.2. Nguyên lí hoạt động của động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha rotor
lồng sóc
"B% 23:P)7( Fj
#%21A<M8'F:Bkb&:M
X:S*$<j:)WA %%QC
Ij:)W%A'XB%d

p
fΠ
=
!

ϖ
hi
o
5:Xd|B%Q&'29&:

B%&'3I21A<&:
"Wj:)WY:%B% ( F:299:
2_:h'B8:B&Xi#21xh'
B8:21A<i;29x%#:j:)W&:AP
&:B3jhB3€:S}i56B3%8:  SAx:M
x:AZ)j:)WY:A
€=Qj:)W&:^&:4x:+'L'R
Rgj:)WAXMWj:)WAAbAx:%(
P&F( Fx:&H( 2Q%29x:T
( S
D@'x:N'j:)WA4B=X&HXB3
j)7&:%x:AC B8cX'x:LN
'M'G%Q&'<%&'
3IM&E!'JB%':)7
* Ứng dụng, ưu và nhược điểm của động cơ không đồng bộ xoay chiều ba
pha rotor lồng sóc
•2G::^:j&<>@&<
:4;@ .BB&MWE)L d
− "X@<(M$)>J2a@
8MC%%MCM%:‚M&<%Q)(
:4
− Y]2G:3@B)MQ'b 
@g@6
D)7L d'IG%Q&'%
P< %:3@B=+B)7B8PQ
'XL6)7;=XL8*'Q)NN
&''(%j(Q("%')
M#X+LL8
%Q29&  S%j"L1&<&]2G
q

4:6'X(+<
XQ&'%PXL6)7MPL
F8&B8 
1.3. Đặc tính cơ và các thông số ảnh hưởng tới đặc tính cơ
1.3.1. Đặc tính cơ động cơ không đồng bộ
"L%BC):4#$I&]
2G&@ I5PX&(
^L123):4#$
\IB%'F
\;&'I6[B%G%M
:*G%Q&'29:M 8j^%
0

M0
!
6
\s>A6<:Bkb6<I &
\"%%&%'F
tE()*:PX&@ I
e4\Y@ 
5:Xy

d:g&'2GI&
lx

Mx

Mx
!
ƒ

B%:*2GjM:*&%:*
:^A6$&
l0

M0

M0
!
ƒ
MB% 8j(&%
:^A6$&
lz

Mz

Mz
!
ƒ
B%29jM29&M29:^
A6&
 t&'A6)&d
0
ƒ
!
„

!
0
!
…z

ƒ
!
„

z
!
…x
!
ƒ
„

!
x
!
/
5:Xd


2A
M
2A!
d&'21A<&%:
y
d
g F#%21A<&
†
‡d
&Fg FI:

ˆ



I
I
K
I
=

":)7d&„
ω
ωω


−

5$)729A:dz
!
ƒ
„
( )
!
ˆ
!
!
ˆ
!


XX
R

R
U
S
++








+

Y„n⇒z
!
ƒ
„nhω„ω

i
Y„⇒z
!
ƒ
„
( )
XRR
U
nm
!!
!


++
„29 hz
!
ƒ
 iMω„n
td0
 
„0

l0
!
ƒ
dR 8
 c9*$:Id
e4\o"#$29:
5)WXz
!
ƒ
 „h÷/iz

t4@*Q
=V( 29 * $:N RP :*G$:
5X29$&B%d
,
Y„n→z

„z

h29$&N29ji

Y„→z

„
( )

!
!

U
XRR
XR
nm
thth








++
+
+

Hình 1-6 . Đặc tính dòng điện stato của động cơ không đồng bộ .
"L123):4#$I23%
1N&<:
5X&<jLj&&:B%d
-


„pω

h!ipd€%  SjI
 (&]>A6<G4dp„p

 ;&<-

B% Qd
-

d;&<)::P:Gd-

„p

ωhi
∆-
ω
!
d;&<6::d∆-
ω
!
„z
!
ƒ!
x
!
ƒ
hi
 tdz

!
ƒ
„
( )
XRR
U
nm
!!
!

++

 5Xd-

„-

l∆-
ω
!
hoi
5h!iMhiMhi%):4hoiX
?
pω

„pωl
R
X
R
R
U

nm
S
ˆ
!
!
!
ˆ
!

!


+








+

phω

\ωi„
R
X
R
R

U
nm
S
ˆ
!
!
!
ˆ
!

!


+








+
hqi
t&„
ω
ωω


−

%):4hqi
 5Xp„








+








+
!
!
ˆ
!

ˆ
!
!



nm
X
s
R
Rs
RU
ω
Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ.
"LH)W2#$IQ(4 :L 8
A():4d
n=
dS
dM

54 )7:g&'Ip%Y*L 3:gd$B%p
8
hp

i%:g
Y
8
hY

i;GLB%d
Y

„±
XR
R
nm

!!

ˆ
!
+
…p

„±
(
)
!!


!

nm
XRR
U
+±
ω

c<‰l‰F:8c<‰\‰F:8 
PF:I)WA
1 @:8B% I
tE&<BB)Wx

:<>&0
 
PB=
%L>Ax


[B%x

„ncXd
Y

„±
X
R
nm
ˆ
!
…p

„±
X
U
nm
ω

!

!


€C.&'d









+=
S
S
S
S
M
M
th
th
th
!

„Šp„
S
S
S
S
M
th
th
th
+
!
n
bY‹‹Y


hY→ni5Œ&'
S
S
th
>MQ=
S
S
th
„n€=%
#$X28(dp„
S
S
M
th
th

!
YŠŠY

hYi
 5Xdp„
S
S
M
th
th

!
D@Y„⇒p„p


„!p

Y

Hình 1-7. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ
5:3@PF:
)WB3JZB% B%)W•@$jnc
1.3.1. Các thông số ảnh hưởng đến đặc tính cơ
 5j):4#$d
p„








+








+
!
!

ˆ
!

ˆ
!
!


nm
X
R
Rs
RU
ω
5<&')*@#$ d
\"y

\5Q&'B)<
\":* 8:
\Ž)*-
\Ž)*Ix

M0

* Ảnh hưởng của điện áp nguồn cấp cho động cơ
"y

d56N&]2G

; &'9B8B%N&'My

 
( →hp

ip S8&H
( 4)BQ&( Ip

( ∼y

!
(
5:X'dω

„
P
f


!
π
„&
t%:)76tCX)W#$::)W7
%
Hình 1-8.Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ khi giảm điện áp cấp cho
động cơ
 tC( <B% p

( 5PY

64C)( )W$728G(
6dA8XM  B1 $7G(6

* Ảnh hưởng của điện trở mạch rôto ( R
2
+ R
2f
).
 Chỉ dùng cho động cơ không đồng bộ rôto dây quấn M&]2G
.:*)W3N RP x
!|
% 8:
5Xd ω

„
P
f


!
π
„&
p

„&
Y

„
X
RR
nm
f
ˆ

!
ˆ
!
+
→29 * (
!
ii
Hình 1-9 a. Sơ đồ đấu dây ; b. Đặc tính cơ
  tCx
 
%+M29*%( Mp
 
+BPYX
 S*&H( cX+F%*%#L
IG( %J:*$7
* Ảnh hưởng của tần số lưới điện f
1
cấp cho động cơ:
 56N&]2G@Q2Z(21A<%
B&X
 0<jLFdω

„
P
f


!
π
6Q&'|


B% '
j:)WA6→'6S
|

Š|

Xd↓Y

„
( )
↑
≈
+
f
LL
P
f
R

ˆ
!

ˆ
!

!
π

0


„ω

€

…0
!
ƒ„ω

€
!
ƒ

 p S8&H( SABCd
↓p

„
( )
↑
≈
+
f
LL
P
f
U
!

ˆ
!

!
!


!

!
,
π
 53@|

+L( (Ip

%'B% I
)7A:g38b
 ω

g8@*$I
 |

‹|

FB%|

( Xd

 |

( →ω


( →Y

+→p

+→0

( 
 5X#$:!:)W7d
Hình 1-10 .Đặc tính cơ khi thay đổi tần số lưới điện f
1
cấp cho động cơ
5::)W7Q&'<( 2_@6
:*I 8( h46:*I 8.BCSQ&'i:g
E6429*+:<2C( Q&'
Q( S ABC<gLE  SS@g
F
 •g#$<:Nd
\|

‹|


f
U


„&4p

E*6
 \|


Š|

4p

.Bg4)Q&'
+( Q&'|

<I@L.'
:)W7 * :<$2Z#X2Z42Z:P
* Ảnh hưởng của số đôi cực P .
 "L6&'3*&))W6<21d
 5jFdω

„
P
f


!
π
%ω„ω

h\&i
5<6&'#3-4ω

62_@'
6:gY

G%-P6XF#

$EPD)6&'3&H(6<21
*&P &'&')y

h%&ix

M0

XL62

Xj:)W7&H()*@  S8p

I

a) b)
Hình1.11Đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực của động cơ không đồng bộ
a) Thay đổi số đôi cực với P
2
= P
1/2
và M
th
= const
b) Thay đổi số đôi cực với P
2
= P
1/2
và P
1
= const
* Ảnh hưởng của điện trở, điện kháng mạch stato .

 ")73N RP :*hx
|
i#h0
|
i'
@%$&I5'j:)W6dω

„

&MY

( cX#$X28d
a. b. c
Hình1.12 Động cơ không đồng bộ với R
f
và X
f
trong mạch stato .
a) Sơ đồ với R
1f
; b) Sơ đồ với X
1f
; c) Đặc tính cơ .
5<:NQ8:#$X  S*B%p

4#
$F0
|
: 8F#$x
|


c3% 6:*R 8XLg)70
|
M#x
|
: 8&*
o
1.4. Các bộ điều áp 3 pha
;
e)W&]2G&9)&9(<&
21:$h4i…&*(<&X21:$h4i…Y
(< h4i
Hình 1.13: Một số sơ đồ điều áp bap ha
"'&9(<&X21:$M3<1B%&
2g!n

MX298‡Y%
.Z7(XQ21:
e&(<&X21:$%&(<&429
&HB%298EMZjWL  %XLX
q
29:(!#!"'&%4Z%B8(
<& $ %JZ7
5::)W7(B%M21&<&M&(
<&21:$%@%$&'Q
@&%
!e8I
0b&(<&X21:$
Hình 1.14: Sơ đồ điều áp 3 pha tải đấu sao không có dây trung tính
"'M:()M

Lg 28<|I:$XG%
$<I(h•i%X *‘0b:I M$2GrM
:&HSPR&d
\
D@(ZX2_M:$(&H%:$CM
:y
r
„y
r
\
.X2_M:XXIrM:y
r
„
{!y
rs
„{!y
r;
\
.X2_M:X2b2_hriM:
y
r
„n
tPRXM&HL2a8I&A
r(gd‘„qn

M•„n

M:&:B%Z 
/
Hình 1.15: Đường cong điện áp ra của một pha

5:(d!\d5M5M5o2_y
r
„y
r

\d5M52_y
r
„{!y
rs
\od5M5M5q2_y
r
„y
r
o\qd5M5q2_y
r
„y
r;
q\/d5M5M5q2_y
r
„y
r
/\,d5M5!Xy
r
„n
D]v&4)7B85M5q5M5o’D)CM
AIrMXL<:k&3G%(%' *‘
I:I
,
Chương 2: Cấu trúc điều khiển hệ thống
!;<:=L

!!0123 4::B&X
!!e):4(I
t4<:=1'21F8M4 8j X
9(@&1: 4Xd
\;21Y:)7':$ 'F #
\;6&Rj%^9jXL>A
\c9jX%j:)W)71'4&:P #Sj
\;:g:*%( )7B%
 5X):4&:d
f
ss
f
s
f
s
s
f
s
j
dt
d
iRu
ψω
ψ
++=
-):4:d
f
rr
f
r

f
r
r
j
dt
d
iR
ψω
ψ
++=n
5jXX):4Ij&:%j::d






+=
+=
r
r
m
s
r
m
r
s
s
s
LiLi

LiLi
ψ
ψ

-):4  Sd
( ) ( )
r
rc
s
scM
ipipm ×−=×=
ψψ
!

!


-):4Ld
dtp
Jd
mm
c
TM
ω
+=
5:Xd
\
5
d  S(
\“d  SA$

\
ω
d'X::
\

d&'3I
?
2.2.2. Phép chuyển đổi giữa các hệ tọa độ
•
MM‡αβd


h i

s u
s u v
i i
i i i
α
β
=
= +
•
αβ2MA

&2
„
&
α
&θl

&
β
&θ

&A
„
&
β
&θ\
&
α
&θ
•
αβMM‡

‡

h  i
!

h  i
!
u s
v s s
s s
i i
i i i
i i i
α
α β

α β
=
= − +
= − −
!n
•
2MAαβ

&
α

„
&2
&θ\
&A
&θ

&
β

„
&2
&θl
&A
&θ
2.2.3. Mô hình trạng thái của động cơ trên hệ tọa độ từ thông roto ( hệ tọa
độ dq)
@:PJ%4)7):4j_
6M.X):46)&d
\5Jj::A'ω

&
&&
\eJL)7:)&:: Xω
:
„ω
&
\ω
5jX)7):4d

•••
•• •• ••••
••••
•• ••••
•••• •• ••
•••• •• ••
n
f
f f f
r
s s s s r
f
f f
r
r r r r
f f f
r s s r m
f f f
r s m r r
d
u R i j

dt
d
R i j
dt
i L i L
i L i L
ψ
ω ψ
ψ
ω ψ
ψ
ψ


= + +




= + +



= +


= +


hni

54 B8>
|
:
%ψ
|
&
djhniXd

ih
ih

••••••••••••
••••••••
m
f
s
f
r
r
m
s
f
s
f
s
m
f
s
f
r

r
f
r
Li
L
L
Li
Li
L
i
−+=
−=
ψψ
ψ
hi
5@:*B8):4F%Ihni)7):4d
!

rq
r
rdrsq
r
m
rq
rqrrd
r
sd
r
mrd
sq

s
rq
rm
rd
m
sq
rs
sds
sq
sd
s
rq
m
rd
rm
sqssd
rs
sd
T
i
T
L
dt
d
T
i
T
L
dt
d

u
LTLL
i
TT
i
dt
di
u
LLTL
ii
TTdt
di
ψψω
ψ
ψωψ
ψ
σ
ψ
σ
σ
ωψ
σ
σ
σ
σ
σ
ω
σ
ωψ
σ

σ
ψ
σ
σ
ω
σ
σ
σ



i

h

i

h
−−=
+−=
+
−
+
−
−
−
+−−=
+
−
+

−
++
−
+−=
h!i
s@6@hniJ:G2:ZSψ
:
MFB%
ψ
:A
„nd
rd
sq
r
m
r
sdmrdr
sq
s
rd
m
sdssq
sd
s
rq
m
rd
rm
sqssd
i

T
L
iLpT
u
LL
iip
T
u
LLTL
iip
T
ψ
ω
ψ
σ
ωψ
σ
σ
ω
σ
ψ
σ
σ
ψ
σ
σ
ω
σ
σ
=

=+
+
−
−−=+
+
−
+
−
+=+
ih

i

h

i

h
hi
55
σ
SFd
rs
TTT
σ
σ
σ
σ
−
+=


5)3):PJ
αβ
TX):4  SJ2Ad

ih
!

f
s
f
r
r
m
cM
i
L
L
pm
∧=
ψ
58B)7bNQ]IXd
&
|
„
&2
lj
&A
”ψ
&

|
„ψ
&2
ljψ
:A
^d
 
sqrd
r
m
cM
i
L
L
pm
ψ

!

=
5:Xd\
s m s
L L L
σ
= +
d"( &:
\
rmr
LLL
σ

+=
d( ::
\5
&
„€
&
{x
&
dN&'W&:
\5
:
„€
:
{x
:
„N&'W::
\
( )
srm
LLL {
!
−=
σ
&'P6
!!
5:P&*):4:P123& >:Y Bd
e4\op4:P:Gh2\Ai
2.3. Tính các bộ điều khiển
;L):4 €BS%
rq

ψ
„n%
rq
d
dt
ψ
„nM)7d
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ

 
h i h i h i

 
h i h i h i


h i h i

h i h i h i
sd s sq rd sd
s
sq s sq rd sq
s
rd sd
r
sq s r rd
r

T s
I s w I s U s
T L
T s
I s w I s U s
T L
T s
s I s
T T
I s w w s
T
σ
σ
σ
σ
σ
σ
σ
ψ
σ σ
σ
ψ
σ σ
ψ
ψ

 
+
−
= + +


 ÷
 


 
+
−

= + +
 ÷

 

 

+
=
 ÷

 


= −


h!i
t

 

r r
T
T T
σ
σ
σ σ
=
−
+
2.3.1. Tổng hợp bộ điều chỉnh Risq
ˆ
&A
& :
ˆ
:
h i h i h i
z h&i
‡ „‡ l
5 h&i
sd r rd
rd
I s sT s
ψ
ψ
= +
h!!i
5h!!i%):4%!Ih!i)7%Q29
&A
)&d
!

ˆ
: :2

 \ 
h i ‡ h&i  h i
r
sq r sq
r s
T s
T s
I s T s U s
T T L
σ
σ
σ
ψ
σ σ
 
+
+
 
+ = + + +
 ÷
 ÷
 
 
€8>$(')CX% :E29z
&A
%
y

&A
)&d




! 
sq
r
s
sq r r
I
T T
K
U T T T T s L T s
σ
σ σ
σ
= =
+ + +
td


h i
!
r
s r
r
r
T T

K
L T T
T T
T
T T
σ
σ
σ
σ
σ
=
+
=
+
D)C% :E29z
&A
%y
&A
X28d

&A


K
G
T s
=
+
5X&<:= 8929)&d
e4!\d;<:=L 8929z

&A
s@6*1B% gB)%XL% :B% 
1A$)&d
ssc

NL
NL
K
G
T s
=
+
Y]2GPO') 2BL67LX%
:$I'X28d
! !

 ! !
MC
F
s s
τ τ
=
+ +
X% :L)7$SFd
!
ssc
&A

&A


 
h i!
 h i!
 
NL
BBD
NL
R
K
K
G G s s
s s
T s T s
τ τ
τ τ
= =
+
+
+ +
;J
NL
T
τ
=
5)7L29z
&A
)&d

 
&A

  
 

! !
NL NL
T s T
R
T K s T K T s
 
+
= = +
 ÷
 
2.3.2 Tổng hợp bộ điều khiển tốc độ
;<:= 89L'2)&d
e4!!;<:=L 89'
e% :$I 8929z&AX28d
&A
! !

 ! !
NL NL
F
T s T s
=
+ +
 "L(>A%QCMX% :X28d
&A

 !

NL
F
T s
=
+
5j&<:=X% :')7I 89L'
)&d
!
‡

 
 
 ! !
m
c
NL r
L
S p
T s L Js
=
+
"L 8L'2X&<!M&]2GPO')
2B'FMX% :$)&d
! !  
 
  , ,
DX
s
F
s s s

τ
τ τ τ
+
=
+ + +
X% :L)7$)&d
‡
!
! !
! !
‡
   

 
h i,
  h i,
 ! !
m
c
NL r
s s
R
L
S s s
p s s
T s L Js
τ τ
τ τ
τ τ
+ +

= =
+
+
+
;J
!
NL
T
τ
=
%:=J)7% :L')&d
!o