điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha 220v bằng phương pháp uf

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM
KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ




ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN TỬ
Đề tài:
ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KĐB 3 PHASE
220V BẰNG PHƯƠNG PHÁP V/F



GVHD: ThsTrầnVănHùng
SVTH : Trần Duy Hưng MSSV: 10370231
Lê Kim Tân MSSV: 10313621
Lớp : DHDT6ALT





 HCM 6/2012 


LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, biến tần đang ngày càng được sử dụng rộng rãi trong tất cả
các hệ thống truyền động điện trong công nghiệp, nông nghiệp cũng như

trong các hệ thống dân sinh. Ưu điểm của hệ thống có sử dụng biến tần là
khả năng linh hoạt trong việc thay đổi tốc độ của động cơ, dải tần số thay
đổi rộng, an toàn cho hệ thống thiết bị điện cũng như hệ thống cơ khí. Tính
năng tự động hóa cao. Tiết kiệm chi phí vận hành và tiết kiệm điện năng
tiêu thụ.
Nhóm chúng em thực hiện đề tài “Điều khiển tốc độ động cơ KĐB 3
pha 220V” với những yêu cầu như sau:
 Dải tần số điều chỉnh từ 1Hz đến 80 Hz.
 Nhập thông số điều khiển từ bàn phím 4x4.
 Thay đổi tần số bằng biến trở 10KΩ.
 Hiển thị thông tin trên LCD 16x2.
 Giao tiếp máy tính qua cổng COM, giao diện VB6.
 VĐK dùng PIC 16F877A.
Đây là những chức năng chính cơ bản của một biến tần hiện nay. Trong
quá trình thực hiện đề tài, với kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi
những sai sót, nhóm chúng em xin được sự chỉ bảo của các thầy cô giáo
cũng như sự góp ý của các bạn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Trần Văn Hùng đã tận tình
giúp đỡ, chỉ bảo nhóm trong suốt quá trình thực hiện. Chúng em cũng xin
được gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo trong khoa điện tử cũng như tất
cả các bạn đã giúp đỡ nhóm hoàn thành đề tài.

Nhóm sinh viên thực hiện

MỤC LỤC

DANH MỤC SỐ TRANG
LỜI MỞ ĐẦU
MỤC LỤC
PHẦN 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

I. GIỚI THIỆU VỀ ĐC KĐB 3 PHA 1
1. Giới thiệu chung 1
2. Cấu tạo 1
2.1. Phần tĩnh 1
2.1.1. Vỏ máy 1
2.1.2. Dây quấn 2
2.1.3. Lõi thép 2
2.2. Phần quay 2
2.2.1. Lõi thép Roto 2
2.2.2. Trục máy 3
2.2.3. Dây quấn 3
2.3. Khe hở 4
2.4. Những đại lượng ghi trên động cơ 4
3. Nguyên lý làm việc của động cơ KĐB 3 pha 4
3.1. Nguyên lý làm việc 4
3.2. Cách đấu dây động cơ KĐB 3 pha 5
4. Các phương pháp điều khiển tốc độ ĐC KĐB thường dùng 5
II. VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877A
1. Tổng quan về PIC 16F877A 7
2. Tóm tắt cấu trúc phần cứng 7
2.1. Sơ đồ chân 7
2.1.1. Sơ đồ chân 7
2.1.2. Chức năng các chân 8
2.2. Sơ đồ khối 9
III. PHƯƠNG PHÁP PWM
1. Định nghĩa 10
2. Nguyên lý của phương pháp PWM 11
3. Ứng dụng của phương pháp PWM 12
IV. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN V/F
1. Tại sao phải điều khiển V/F 12

2. Nguyên lý điều khiển E/F 13
3. Phương pháp điều khiển V/F 13
V. CHUẨN GIAO TIẾP NỐI TIẾP
1. Cấu trúc cổng nối tiếp 15
2. Truyền thông kết nối 17
3. Các thuộc tính của cổng nối tiếp 18
4. Giao tiếp với vi điều khiển 19
PHẦN II: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
I. YÊU CẦU CƠ BẢN VỀ THIẾT BỊ 20
II. SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG 20
1. Khối chỉnh lưu công suất và cấp nguồn +5V, +15V 22
1.1. Sơ đồ nguyên lý và layout thực tế 22
1.2. Nguyên tắc hoạt động 23
2. Khối ADC
2.1. Nhiệm vụ của khối 23
2.2. Sơ đồ kết nối 23
3. Khối điều khiển và hiển thị 24
3.1. Sơ đồ nguyên lý và layout thực tế 24
3.2. Nguyên tắc hoạt động 25
4. Mạch lái và mạch cách ly 25
4.1. Mạch cách ly 26
4.2. Mạch lái 27
5. Mạch nghịch lưu 3 pha 29
5.1. Sơ đồ nguyên lý và layout thực tế 29
5.2. Nguyên lý hoạt động và tín hiệu điều khiển 31
5.3. Dạng tín hiệu ngõ ra 32
6. Giao diện giao tiếp người sử dụng 35
III. LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT 35
1. Lưu đồ giải thuật cho VĐK 35
2. Lưu đồ giải thuật quét bàn phím 37

3. Lưu đồ giải thuật PWM theo phương pháp V/F 39
4. Lưu đồ giải thuật cho VB 45
KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
1. Phần cứng 47
2. Giao diện giao tiếp người sử dụng 47



Điều khiển tốc độ động cơ KĐB 3 pha theo phương pháp V/F

GVHD: Ths Trần Văn Hùng SVTH: Trần Duy Hưng
1 Lê Kim Tân

PHẦN I
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
I. GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA
1. Giới thiệu chung
Động cơ điện không đồng bộ ba pha (AC Induction Motor) được sử
dụng rất phổ biến ngày nay với vai trò cung cấp sức kéo trong hầu hết các
hệ thống máy công nghiệp, nông nghiệp cũng như dân dụng. Công suất
của các động cơ không đồng bộ có thể đạt đến 500KW và được thiết kế
tuân theo quy chuẩn cụ thể nên có thể thay thế cũng như sửa chữa rất dễ
dàng. Bên cạnh đó, động cơ điện không đồng bộ còn có ưu điểm dễ chế
tạo và vận hành nên ngày càng được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực.
2. Cấu tạo
Động cơ không đồng bộ gồm có phần tĩnh (Stato) và phần động (Roto)


Hình I.1: Cấu tạo chung của động cơ không đồng bộ 3 pha
2.1. Phần tĩnh (Stato):

Gồm có lõi thép, dây quấn và vỏ máy.
2.1.1. Vỏ máy:
Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt và dây quấn, không dùng để làm
mạch dẫn từ. Thường vỏ máy được làm bằng gang hoặc thép. Tuỳ theo
Điều khiển tốc độ động cơ KĐB 3 pha theo phương pháp V/F

GVHD: Ths Trần Văn Hùng SVTH: Trần Duy Hưng
2 Lê Kim Tân

cách chế tạo để làm nguội máy mà dạng vỏ máy cũng khác nhau. Vỏ máy
có chân đế cố định máy trên bệ, hai đầu có nắp máy để đỡ trục roto và bảo
vệ dây quấn.
2.1.2. Dây quấn:
Được đặt trong lõi các rãnh của lõi thép, xung quanh dây quấn có bọc
một lớp cách điện để cách điện với lõi thép. Với động cơ không đồng bộ
ba pha các cuộn dây được đặt lệch nhau 120 độ điện.

Hình I.2: Cấu tạo chung của Stato
2.1.3. Lõi thép:
Do nhiều lá thép kỹ thuật điện đã dập sẵn ghép cách điện với nhau.
Chiều dày của các lá thép thường từ 0.35 mm đến 0.5 mm. Phía trong các
lá thép được xẻ các rãnh để đặt dây quấn. Mỗi lá thép kỹ thuật được sơn
cách điện với nhau để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây lên. Nếu lá
thép ngắn thì có thể ghép thành một khối. Nếu lá thép dài thì có thể ghép
thành từng thếp, mỗi thếp dài từ 6cm đến 8cm, cách nhau 1 cm để thông
gió.
2.2. Phần quay (Roto)
Gồm có lõi thép, trục và dây quấn.
2.2.1. Lõi thép Roto:
Điều khiển tốc độ động cơ KĐB 3 pha theo phương pháp V/F

GVHD: Ths Trần Văn Hùng SVTH: Trần Duy Hưng
3 Lê Kim Tân

Cũng làm bằng các lá thép kỹ thuật điện ghép lại giống như ở Stato.
Lõi thép được ép trực tiếp lên trục, bên ngoài có xẻ các rãnh để đặt dây
quấn.
2.2.2. Trục máy:
Được làm bằng thép, có gắn lõi thép Roto. Trục được đỡ trên nắp máy
nhờ có ổ lăn hay ổ trượt.
2.2.3. Dây quấn Roto:
Tùy theo động cơ không đồng bộ mà ta chia ra Roto dây quấn hay Roto
lồng sóc.
2.2.3.1. Roto dây quấn:
Roto dây quấn có kiểu giống như dây quấn Stato và có số cực bằng số
cực ở Stato. Trong động cơ trung bình và lớn thì dây quấn được quấn theo
kiểu sóng hai lớp để giảm bớt các đầu nối, kết cấu dây quấn chặt chẽ.
Trong động cơ nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm một lớp. Dây quấn ba
pha của động cơ thường đấu hình sao, ba đầu ra của nó nối với ba vòng
trượt đồng thau gắn trên trục của Roto. Ba vòng trượt này cách điện với
nhau và với trục.Tỳ trên ba vòng trượt là ba chổi than.Thông qua chổi than
có thể đưa điện trở phụ vào mạch Roto, có tác dụng cải thiện tính năng mở
máy, điều chỉnh tốc độ, hệ số công suất được thay đổi.
2.2.3.2. Roto lồng sóc:
Kết cấu rất khác với dây quấn Stato. Các dây quấn là các thanh đồng
hay thanh nhôm đặt trên các rãnh lõi thép Roto. Hai đầu các thanh dẫn nối
với các vòng đồng hay nhôm gọi là vòng ngắn mạch. Như vậy dây quấn
Roto hình thành một cái lồng quen gọi là lồng sóc.
Ngoài ra, dây quấn lồng sóc không cần cách điện với lõi thép. Rãnh
Roto có thể làm thành dạng rãnh sâu hoặc thành hai rãnh gọi là lồng sóc

kép dùng cho máy có công suất lớn để cải thiện tính năng mở máy. Với
động cơ công suất nhỏ rãnh Roto thường đi chéo một góc so với tâm trục.
Điều khiển tốc độ động cơ KĐB 3 pha theo phương pháp V/F

GVHD: Ths Trần Văn Hùng SVTH: Trần Duy Hưng
4 Lê Kim Tân


Hình I.3: Roto lồng sóc
2.3. Khe hở
Giữa phần tĩnh và phần quay là khe hở không khí, khe hở rất nhỏ,
thường là 0.2 mm đến 1 mm. Do Roto là khối tròn nên Roto rất đều. Mạch
từ động cơ không đồng bộ khép kín từ Stato sang Roto qua khe hở không
khí. Khe hở không khí càng lớn thì dòng từ hóa gây ra từ thông cho máy
càng lớn nên hệ số công suất càng lớn.
2.4. Những đại lượng ghi trên động cơ không đồng bộ
 P
đm
Công suất định mức là công suất cơ hay công suất điện đưa ra
(W).
 U
đm
Điện áp định mức (V).
 I
đm
Dòng điện định mức (A).
 CosΦ
đm
Hệ số công suất định mức.
 N

đm
Tốc độ quay định mức (Vòng/phút).
 f
đm
Tần số định mức (Hz).
3. Nguyên lý làm việc của động cơ 3 phase
3.1. Nguyên lý làm việc
Khi nối dây quấn Stato vào lưới điện xoay chiều ba pha, hệ thống dòng
xoay chiều ba pha chạy vào dây quấn sẽ sinh ra từ trường quay với tốc độ:
ω
1
=




f
1
: tần số dòng điện chạy trong dây quấn Stato.
Điều khiển tốc độ động cơ KĐB 3 pha theo phương pháp V/F

GVHD: Ths Trần Văn Hùng SVTH: Trần Duy Hưng
5 Lê Kim Tân

p : số cặp cực.
Từ trường quay quét qua các thanh dẫn Roto cảm ứng trong dây quấn
Roto sức điện động E
2
, sinh ra dòng điện I
2

chạy trong dây quấn. Chiều
của I
2
xác định theo quy tắc bàn tay phải. Dòng I
2
nằm trong từ trường
quay sẽ chịu lực tác dụng tương hỗ tạo thành momen tác dụng lên Roto
làm nó quay với tốc độ n theo chiều quay của từ trường (dùng quy tắc bàn
tay trái để xác định chiều của lực và do đó chiều của momen M tác dụng
lên Roto

Hình I.4: Sơ đồ nguyên lý của động cơ KĐB
Tốc độ Roto (n) không bao giờ lớn hơn tốc độ của từ trường quay (n
1
)
mà phải nhỏ hơn. Có như vậy mới có sự chuyển động tương hỗ giữa tốc độ
từ trường và Roto, vì vậy duy trì được dòng I
2
và momen M. Do tốc độ
quay của Roto nhỏ hơn tốc độ quay của từ trường nên gọi là động cơ
không đồng bộ.
Giữa tốc độ từ trường và tốc độ Roto có liên quan qua tỉ lệ:
S =





S là hệ số trượt, thường từ 0.02 ~ 0.06
3.2. Cách đấu dây động cơ không đồng bộ

Tùy theo điện áp của lưới điện mà ta đấu dây Stato theo hình Y hay Δ.
Mỗi động cơ điện ba pha gồm có ba dây quấn pha. Khi thiết kế người ta đã
quy định điện áp định mức cho mỗi dây quấn. Động cơ điện phải làm việc
đúng với điện áp quy định ấy. Để thuận tiện cho việc đấu động cơ, người
ta kí hiệu 6 đầu dây của ba cuộn là AX, BY, CZ .
Điều khiển tốc độ động cơ KĐB 3 pha theo phương pháp V/F

GVHD: Ths Tr
ầ
n Văn Hùng

SVTH: Tr
ầ
n Duy Hưng

Cách đấu 6 đầu dây như thế nào để điện áp vào động cơ luôn là định
mức:
Động cơ ba pha có điện áp định mức cho mỗi pha dây quấn là 220V
(U
p
=220V), trên động cơ ghi thông số Δ/Y 220V/380V.
 Nếu động cơ làm việc ở mạng điện có Ud = 380V thì động cơ phải
đấu theo hình Y:
I
d
= I
p
; U
d
= √3 U

p
; Suy ra U
p
=


√
= 220V
 Nếu động cơ làm việc ở mạng điện có Ud = 220V thì động cơ phải
đấu theo hình Δ:
I
d
= √3I
p
; U
d
= U
p
= 220V


4. Các phương pháp điều khiển tốc độ của động cơ KĐB thường dùng
Trong công nghiệp, những phương án thường được sử dụng để điều
chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ:
 Điều chỉnh điện trở mạch Roto.
 Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ.
 Điều chỉnh tần số nguồn cung cấp cho động cơ.

Đấu hình sao
Đấu hình tam giác
Điều khiển tốc độ động cơ KĐB 3 pha theo phương pháp V/F

GVHD: Ths Trần Văn Hùng SVTH: Trần Duy Hưng
7 Lê Kim Tân

II. VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877A
1. Tổng quan về PIC16F877A
Vi điều khiển PIC 16F877A là 1 vi điều khiển thuộc họ 16Fxxx với các
thông số cơ bản như sau:
 Tập lệnh gồm có 35 lệnh có độ dài 14 bit. Mỗi lệnh thực hiện trong
1 chu kì xung Clock.
 Tốc độ tối đa cho phép là 20 MHz .
 Bộ nhớ chương trình 8Kx14 bit.
 Bộ nhớ dữ liệu 368x8 byte RAM.
 Bộ nhớ dữ liệu EEPROM 256x8 byte.
 5 Port I/O với 33 PIN.
 2 Timer 8 bit, 1 Timer 16 bit.
 2 module Capture, Compare, PWM.
 Các chuẩn giao tiếp SSP (Synchnous Serial Port), SPI và I2C.
 Chuẩn giao tiếp nối tiếp UART 9 bit.
 Cổng giao tiếp PSP (Parallel Slave Port) với các chân điều khiển
RD, WR, CS từ bên ngoài.
 8 kênh chuyển đổi Analog 10 bit.
 Bộ nhớ Flash có khả năng ghi xóa 100.000 lần.
 Bộ nhớ EEPROM có thể ghi xóa 1.000.000 lần.
 Dữ liệu EEPROM có thể lưu trữ được tới trên 40 năm.
 Chế độ tạm nghỉ để tiết kiệm điện năng.

 Được sản xuất với nhiều loại khác nhau cho cùng một mã linh kiện,
tùy thuộc 1 số tính năng được trang bị thêm. Các kiểu đế cắm là
40PIN-PDIB, 44PIN-PLCC, 44PIN-TQFP.
2. Tóm tắt cấu trúc phần cứng.
2.1. Sơ đồ chân PIC 16F877A (40PIN-PDIB).
2.1.1. Sơ đồ chân.
Điều khiển tốc độ động cơ KĐB 3 pha theo phương pháp V/F

GVHD: Ths Trần Văn Hùng SVTH: Trần Duy Hưng
8 Lê Kim Tân


Hình I.5: Sơ đồ chân PIC 16F877A
2.1.2. Chức năng các chân
 Port A: Port I/O gồm có 6 chân từ chân 2-7 tương ứng với PIN từ
RA0 – RA5.
 RA2 và RA3 để tiếp nhận điện áp.
 RA4 là ngõ vào xung clock timer0.
 RA5 làm chân Slave cho port serial đồng bộ.
 Port B: Port I/O gồm 8 chân từ 33-40 tương ứng với PIN RB0-RB7.
Port B có thể được lập trình bằng phần mềm để làm chức năng kéo
lên cho tất cả các ngõ vào.
 RB0 có thể làm chân ngắt ngoài.
 RB3 có thể lập trình làm ngõ vào điện thế thấp.
Điều khiển tốc độ động cơ KĐB 3 pha theo phương pháp V/F

GVHD: Ths Trần Văn Hùng SVTH: Trần Duy Hưng
9 Lê Kim Tân

 Port C: Port I/O gồm 8 chân từ 15-18,23-26 tương ứng RC0-RC7.

 RC0 làm ngõ ra bộ dao động hoặc ngõ vào của Timer1.
 RC1, RC2 có cùng 3 chức năng: Ngõ ra PWM, Capture,
Compare. RC1 còn là ngõ vào dao động Timer1.
 RC3: Ngõ vào xung tuần tự đồng bộ.
 RC6: Chân phát dữ liệu nối tiếp.
 RC7: Chân nhận dữ liệu nối tiếp.
 Port D: Port I/O gồm 8 chân từ 19-22, 27-30 tương ứng RD0-RD7.
 Port E: Gồm các chân 8,9,10 và thường được dùng để chọn/đọc/ghi
cho port slave song song.
 Các chân khác.
 Chân 13(OSC1/CLKI): Tiếp nhận xung ngoài dao động.
 Chân 14(OSC2/CLKO): Ngõ ra dao động thạch anh.
 Chân 1: Ngõ vào Reset.
 Chân 12,31 nối đất Vss. Chân 11, 32 nối nguồn V
DD.

2.2. Sơ đồ khối các chức năng PIC 16F877A
Điều khiển tốc độ động cơ KĐB 3 pha theo phương pháp V/F

GVHD: Ths Trần Văn Hùng SVTH: Trần Duy Hưng
10 Lê Kim Tân


Hình I.6: Sơ đồ khối PIC 16F877A
Ghi chú: Chi tiết về PIC 16F877A xem trong Datasheet PIC 16F877A
III. PHƯƠNG PHÁP PWM (PULSE WIDTH MODULATION)
1. Định nghĩa
PWM (Pulse Width Modulation) là phương pháp điều chỉnh điện áp ra
tải hay nói cách khác là phương pháp điều chế dựa trên sự thay đổi độ rộng
của chuỗi xung vuông dẫn đến sự thay đổi điện áp ra trên tải. Các PWM

khi biến đổi thì có cùng 1 tần số và khác nhau về độ rộng của sườn dương
hoặc là sườn âm.
Điều khiển tốc độ động cơ KĐB 3 pha theo phương pháp V/F

GVHD: Ths Trần Văn Hùng SVTH: Trần Duy Hưng
11 Lê Kim Tân


Hình I.7: Sơ đồ xung của van điều khiển và đầu ra
2. Nguyên lý của phương pháp PWM
Đây là phương pháp được thực hiện theo nguyên tắc đóng ngắt nguồn
tới tải và một cách có chu kì theo luật điều chỉnh thời gian đóng cắt. Phần
tử thực hiện nhiện vụ đó trong mạch các van bán dẫn.
Xét hoạt động đóng cắt của một van bán dẫn. Van đóng cắt dùng FET
Bên dưới là mạch nguyên lý điều khiển tải bằng PWM và giản đồ xung
của chân điều khiển và dạng điện áp đầu ra khi dùng PWM.

Hình I.8: Nguyên lý của phương pháp PWM
Nguyên lý :
Trong khoảng thời gian 0 - t
o
ta cho van G mở toàn bộ điện áp nguồn
Ud được đưa ra tải. Còn trong khoảng thời gian t
o
- T cho van G khóa, cắt
Điều khiển tốc độ động cơ KĐB 3 pha theo phương pháp V/F

GVHD: Ths Trần Văn Hùng SVTH: Trần Duy Hưng
12 Lê Kim Tân

nguồn cung cấp cho tải. Vì vậy với t
o
thay đổi từ 0 cho đến T ta sẽ cung
cấp toàn bộ , một phần hay khóa hoàn toàn điện áp cung cấp cho tải.
Công thức tính giá trị trung bình của điện áp ra tải :
Gọi t
1
là thời gian xung ở sườn dương (khóa mở) còn T là thời gian của
cả sườn âm và dương, U
max
là điện áp nguồn cung cấp cho tải.
=> Ud = U
max
.( t
1
/T) (V)
3. Ứng dụng của phương pháp PWM
PWM được sử dụng nhiều trong lĩnh vực điều khiển. Lấy điển hình
nhất mà chúng ta thường hay gặp là điều khiển động cơ và các bộ băm
xung áp, điều áp Sử dụng PWM điều khiển nhanh chậm của động cơ hay
cao hơn nữa nó còn được dùng để điều khiển ổn định tốc độ động cơ.
Ngoài lĩnh vực điều khiển hay ổn định tải thì PWM nó còn tham gia và
điều chế các mạch nguồn như là: boot, buck, nghịch lưu 1 pha và 3 pha
Điều đặc biệt là PWM chuyên dùng để điều khiển các phần tử điện tử công
suất có đường đặc tính là tuyến tính khi có sẵn 1 nguồn 1 chiều cố định.
Như vậy PWM được ứng dụng rất nhiều trong các thiết bị điện điện tử
trong thực tế. Phương pháp PWM cũng thường được các đội Robocon sử
dụng để điều khiển động cơ hay ổn định tốc độ động cơ.
IV. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN V/f
1. Tại sao phải điều khiển V/f = Const

Tốc độ động cơ không đồng bộ tỉ lệ trực tiếp với tần số của nguồn điện
cung cấp. Do đó nếu thay đổi tần số nguồn điện cung cấp cho động cơ thì
sẽ thay đổi tốc độ đồng bộ, và tương ứng là thay đổi tốc độ của động cơ.
Tuy nhiên, nếu chỉ thay đổi tần số mà vẫn giữ nguyên biên độ của
nguồn cấp thì sẽ làm cho mạch từ của động cơ bị bão hòa. Điều này dẫn
tới 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 thì sẽ làm giảm moment của động cơ. Vì vậy
khi giảm tần số của dòng điện cung cấp cho động cơ nhỏ hơn tần số định
Điều khiển tốc độ động cơ KĐB 3 pha theo phương pháp V/F

GVHD: Ths Trần Văn Hùng SVTH: Trần Duy Hưng
13 Lê Kim Tân

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 cách điện của Stator cũng như của điện áp
nguồn cung cấp. Moment của động cơ sẽ bị giảm.
2. Phương pháp E/f
Ta có công thức sau:
A=


đ

Trong đó:
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 hóa từ của động cơ nên động cơ được giữ không đổi khi dòng từ hóa
được giữ không đổi tại mọi thời điểm làm việc của động cơ.
Ta có phương trình tính dòng từ hóa tại điểm làm việc định mức như sau:
I
m
=

đ

đ
.




Với L
m
là điện cảm mạch từ hóa
Tại tần số làm việc f:
I
m
=

.
đ
.





Từ 2 phương trình trên ta suy ra điều kiện để dòng từ hóa không đổi:


= 
đ
=>


=

đ

đ
=Const
Như vậy từ thông động cơ được giữ không đổi khi tỉ lệ E/f được giữ không
đổi.
3. Phương pháp V/f
Việc giữ từ thông không đổi trên thực tế rất khó khăn vì đòi hỏi mạch
điều khiển phức tạp. Nếu bỏ qua tổn hao điện áp trên điện trở và điện
Điều khiển tốc độ động cơ KĐB 3 pha theo phương pháp V/F

GVHD: Ths Trần Văn Hùng SVTH: Trần Duy Hưng
14 Lê Kim Tân

kháng của mạch Stator ta có thể xem như U≈E. Khi đó nguyên tắc điều
khiển E/f = const được thay thế bằng phương pháp điều khiển V/f = const.
Trong phương pháp điều khiển V/f = Const thì tỉ số này được giữ
không đổi và bằng với tỉ số khi động cơ hoạt động ở chế độ định mức.

Ta có công thức tính Moment với sơ đồ đơn giản của động cơ:
M=

ω



đ

.
′





′





(


′

)



Moment cực đại ở chế độ định mức:
M=

.ω



đ



±





(


′

)



Khi ta thay giá trị định mức bằng giá trị đó nhân với tỉ số a (a.
đm
, a.V
đm

,
a.X) ta sẽ có công thức tính Moment ở tần số f khác định mức:
M=


đ


đ

.
′

.





′

.



(


′


)

 (a<1)
Và Moment cực đại ở tần số khác định mức:
M=

.
đ


đ




±





(


′

)


(a<1)

Với ω = 2.π.f
Dựa theo công thức trên ta thấy các giá trị X
s
X’
r
phụ thuộc vào tần số
còn giá trị R
s
thì không phụ thuộc tần số. Như vậy, khi hoạt động ở tần số
cao, giá trị (+′)

>>



nên ta coi sụt áp trên R
s
là rất nhỏ nên giá trị
E suy giảm rất ít nên ta coi như từ thông không thay đổi. Dẫn tới Moment
cực đại của động cơ được giữ gần như không đổi.
Tuy nhiên, khi hoạt động ở tần số thấp thì giá trị



sẽ tương đối lớn so
với giá trị của (+ ′)

dẫn đến sụt áp nhiều ở Stator khi Moment tải
Điều khiển tốc độ động cơ KĐB 3 pha theo phương pháp V/F

GVHD: Ths Trần Văn Hùng SVTH: Trần Duy Hưng
15 Lê Kim Tân

lớn. Điều này làm cho E bị sụt giảm dẫn tới suy giảm từ thông và Moment
cực đại.
Để bù lại sự suy giảm từ thông ở tần số thấp. Ta cung cấp cho động cơ
một điện áp U
0
để cung cấp từ thông định mức khi f=0. Từ đó ta có mối
quan hệ như sau:
U=U
0
+K.f
Với K là hằng số được chọn sao cho giá trị U cấp cho động cơ bằng
U
đm
tại f=f
đm

Khi a > 1 (f > f
đm
), điện áp được giữ không đổi và bằng định mức. Khi
đó động cơ hoạt động ở chế độ suy giảm từ thông.
V. CHUẨN GIAO TIẾP NỐI TIẾP
1. Cấu trúc cổng nối tiếp.
Cổng nối tiếp được sử dụng để truyền dữ liệu 2 chiều giữa máy tính và
thiết bị ngoại vi, giao tiếp qua cổng nối tiếp có các ưu điểm sau:
 Khoảng cách truyền xa hơn cổng song song.
 Số dây kết nối ít.
 Có thể kết nối với vi điều khiển hoặc PLC.

 Cho phép nối mạng.
 Có thể tháo lắp thiết bị trong khi máy tính đang làm việc.
 Có thể cung cấp nguồn cho các mạch đơn giản.
Các thiết bị kết nối được chia làm thành 2 loại DTE (Data Teminal
Equipment) và DCE (Data Communication Equipment). Các thiết bị DCE
là các thiết bị trung gian như MODEM còn DTE là các thiết bị tiếp nhận
dữ liệu như máy tính, PLC, vi điều khiển… Việc trao đổi tín hiệu thông
thường qua 2 chân là RxD (nhận) và TxD (phát). Các tín hiệu còn lại có
chức năng hỗ trợ thiết lập và điều khiển quá trình truyền nhận, được gọi là
các thiết bị bắt tay (Handshake).
Tín hiệu truyền theo chuẩn RS-232 của EIA (Electronic Industry
Associations). Chuẩn RS-232 quy định mức Logic 1 ứng với điện áp từ -
Điều khiển tốc độ động cơ KĐB 3 pha theo phương pháp V/F

GVHD: Ths Trần Văn Hùng SVTH: Trần Duy Hưng
16 Lê Kim Tân

3=> -25V (Mark). Mức logic 0 ứng với điện áp từ 3 => 25V (Space) và có
khả năng cung cấp dòng từ 10 mA đến 20 mA. Ngoài ra tất cả các ngõ đều
có chức năng chống chập mạch.
Chuẩn RS-232 có khả năng truyền với tốc độ 20.000 bps nhưng nếu
cáp đủ ngắn có thể truyền với tốc độ 115.200 bps. Các phương pháp kết
nối giữa DTE và DCE như sau:
 Đơn công (simplex Connection): Dữ liệu chỉ truyền theo 1 hướng.
 Bán song công (Half duplex): dữ liệu truyền theo 2 hướng nhưng
mỗi thời điểm chỉ truyền theo 1 hướng.
 Song công (Full duplex): Dữ liệu được truyền đồng thời theo 2
hướng.
Định dạng khung truyền của chuẩn RS-232 như sau:

Khi không truyền dữ liệu, đường truyền sẽ ở trạng thái Mark (-10V).
Khi bắt đầu truyền, DTE sẽ đưa xung Start (10V) và sau đó sẽ truyền lần
lượt từ D0 => D7 và bit Parity, cuối cùng là xung Stop (Mark -10V) để
khôi phục lại trạng thái đường truyền.
Các đặc tính kỹ thuật của chuẩn RS-232:
Chiều dài cable cực đại 15m
Tốc độ dữ liệu cực đại 20 Kbps
Điện áp ngõ ra cực đại ±25V
Trở kháng tải 3-7 KΩ
Điện áp ngõ ra có tải ±5V => ±15V
Điện áp ngõ vào ±15V
Độ nhạy ngõ vào ±3V
Trở kháng ngõ vào 3-7 KΩ
Điều khiển tốc độ động cơ KĐB 3 pha theo phương pháp V/F

GVHD: Ths Trần Văn Hùng SVTH: Trần Duy Hưng
17 Lê Kim Tân

Các tốc độ truyền dữ liệu thông dụng của cổng nối tiếp là 1200 bps,
2400 bps, 9600 bps, 19200 bps.



Ý nghĩa các chân như sau:
Số
chân

Tín
hiệu
Hướng

truyền
Đặc điểm
1

DCD

DCE
> DTE

Data Cary Detect:
DCE phát hi
ệ
n sóng mang

2 RxD DCE > DTE Recived Data: Nhận dữ liệu
3

TxD

DTE
> DCE

Transmitted Data:
Phát d
ữ

li
ệ
u

4

DTR

DTE
> DCE

Data Teminal Ready:
DTE s
ẵ
n sàng làm vi
ệ
c

5

GND

DCE
> DTE

N
ố
i Mass

(0V)

6

DSR

DCE
> DTE

Data Set Ready:
DCE s
ẵ
n sàng làm vi
ệ
c

7

RTS

DTE
> DCE

Request To Send:
DTE yêu c
ầ
u truy
ề
n d
ữ

li
ệ
u

8

CTS

DCE
> DTE

Clear To Send:
DCE s
ẵ
n sàng nh
ậ
n d
ữ

li
ệ
u

9

RI

DCE
> DTE

Ring Indicator:
Báo chuông

2. Truyền thông kết nối.

Khi kết nối như trên thì quá trình phát phải đảm bảo tốc độ ở đầu phát
và đầu thu phải giống nhau. Khi có dữ liệu đến DTE thì dữ liệu này sẽ
được đưa vào bộ đệm và tạo ngắt.
3. Các thuộc tính của cổng nối tiếp (cổng COM)
 Setting: Xác định các tham số cho cổng nối tiếp. Cú pháp:
Điều khiển tốc độ động cơ KĐB 3 pha theo phương pháp V/F

GVHD: Ths Trần Văn Hùng SVTH: Trần Duy Hưng
18 Lê Kim Tân

MSComm1.Settings=”BBBB,P,D,S”
Trong đó:
 BBBB: tốc độ truyền (bps): 1200, 2400, 9600, 19200.
 P: kiểm tra chẵn lẻ:
- O: Old - kiểm tra lẻ.
- E: Even - kiểm tra chẵn.
- M: Mark - luôn bằng 1.
- S: Space - luôn bằng 0.
- N: None - không kiểm tra
 D: số bit dữ liệu, mặc định là 8.
 S: Bit Stop
 CommPort: Xác định số thứ tự của cổng truyền thông, cú pháp:
MSComm1.Comport=Port number
Port number nằm trong khoảng từ 1-99 (COM1, COM2…).
 Port Open: Đặt trạng thái hay kiểm tra trạng thái đóng mở của cổng
nối tiếp. Nếu thuộc tính này dùng để mở trạng thái thì phải dùng 2
thuộc tính là Setting và CommPort. Cú pháp:
MSComm1.PortOpen=True/False
 Input: Nhận 1 chuỗi dữ liệu và xóa khỏi bộ đệm, cú pháp:

Input string=MSComm1.Input
 InbufferCount: Kí tự có trong bộ đệm nhận, cú pháp:
Count = MSComm1.InbufferCount
Thuộc tính này cũng được dùng để xóa bộ đệm nhận khi gán giá trị
0
 InbufferSize: Kích thước bộ đệm nhận (byte), cú pháp:
MSComm1.InbufferSize = byte number
 Output: Phát 1 chuỗi dữ liệu lên bộ đệm
Output string=MSComm1.Output
 OutbufferCount: Kí tự có trong bộ đệm phát, cú pháp:
Điều khiển tốc độ động cơ KĐB 3 pha theo phương pháp V/F

GVHD: Ths Trần Văn Hùng SVTH: Trần Duy Hưng
19 Lê Kim Tân

Count = MSComm1.OutbufferCount
 OutbufferSize: Kích thước bộ đệm phát (byte), cú pháp:
MSComm1.OutbufferSize = byte number
 SThreshold: Số byte trong bộ đệm truyền làm phát sinh sự kiện
OnComm. Nếu giá trị này bằng 0 thì sẽ không làm OnComm. Cú
pháp:
MSComm1.SThresshold = number
4. Giao tiếp với vi điều khiển
Khi thực hiện giao tiếp với vi điều khiển, ta phải dùng thêm mạch
chuyển mức logic từ TTL => 232 và ngược lại. Các vi mạch thường dùng
là MAX232 của Maxim hoặc DS275 của Dallas. Khi giao tiếp thì vi điều
khiển chính là 1 DTE nên phải nối RxD của máy tính với TxD của vi điều
khiển và ngược lại.

Điều khiển tốc độ động cơ KĐB 3 pha theo phương pháp V/F

GVHD: Ths Trần Văn Hùng SVTH: Trần Duy Hưng
20 Lê Kim Tân

PHẦN II
THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ
ĐỘNG CƠ KĐB 3 PHA THEO PHƯƠNG PHÁP V/f
I. YÊU CẦU CƠ BẢN VỀ THIẾT BỊ
Thiết kế biến tần ba pha điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha
công suất 1KW.
Các thông số cơ bản của động cơ:
Kí hiệu Tên thông số Đơn vị tính Đấu Δ/Y
P
đm
Công suất định mức Kw 1.0

U
đm
Điện áp định mức V
(ac)
220
I
đm
Dòng điện định mức

A 3.4
Cosφ Hệ số công suất 0.81
PRM Số vòng quay Vòng/phút 1420
II. SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG

Hình II.1: Sơ đồ khối của hệ thống