TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CÁC THIẾT BỊ TRÊN BOONG ỨNG DỤNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT LỚN

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
CÔNG TY CƠ KHÍ - ĐIỆN - ĐIỆN TỬ TÀU THUỶ
o0o




BÁO CÁO TỔNG KẾT CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU

“TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP KỸ THUẬT
CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CÁC THIẾT BỊ TRÊN BOONG
ỨNG DỤNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT LỚN”

Thuộc đề tài cấp nhà nước

“NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CÁC
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CHO MÁY MÓC VÀ
CÁC THIẾT BỊ TÀU THUỶ”
(Ứng dụng điện tử công suất lớn)
Mã số: KC.06.23.CN
Chủ nhiệm Đề tài: Th.s Nguyễn Văn Thắng

Thực hiện chuyên đề: THS. NGUYỄN VĂN THẮNG

6981-1
08/9/2008



Hà nội, tháng 05/2008
Tổng quan các phương pháp kỹ thuật công nghệ chế tạo các thiết bị
trên boong ứng dụng điện tử công suất lớn

1 KC06.DA.23.CN
MỤC LỤC
I. Mở đầu 2
II. Các thiết bị trên boong tàu thuỷ 3
III. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 4
1.Tình hình nghiên cứu ứng dụng trong nước 4
2.Tình hình nghiên cứu ứng dụng ngoài nước 5
IV. Đặc điểm và yêu cầu công nghệ chế tạo các thiết bị điện tử công suất để
điều khiển truyền động điện máy neo trên boong tàu thuỷ 6

1. Lựa chọn động cơ : 6
2. Động cơ không đồng bộ 8
2.1 Phương trình đặc tính cơ 8
2.2 Ảnh hưởng của sự thay đổi tần số lưới cấp cho động cơ 10
2.3 Sơ đồ cấu trúc mô tả cho động cơ không đồng bộ 12
2.3.1 Mô tả toán học động cơ không đồng bộ 12
2.3.2 Xây dựng vector không gian 15

2.3.3 Chuyển vị tuyến tính các hệ toạ độ 17
2.3.4 Mô hình động cơ trong hệ toạ độ cố định gắn với stator 18
4. Công nghệ chế tạo bộ điều khiển các thiết bị trên boong 22
4.1 Mô hình điều khiển máy neo 22
4.2 Mô hình toán học bộ điều khiển 22
4.3 Sơ đồ khối bộ điều khiển máy neo 25
4.4 Sơ đồ khối chi tiết bộ điều khiển 25
4.5 Công nghệ chế tạo 27
4.5.1. Khối chỉnh lưu : 27
4.5.2 . Khối nghịch lưu : 31
4.5.3 Khối mạch điều khiển van công suất : 39
4.5.4 Khối bộ nhớ chương trình điều khiển 40
4.6 Qui trình công nghệ chế tạo 41
4.7 Công nghệ lắp ráp các khối 43
4.8 Mô phỏng trên Matlab 44
4.8.1. Mô hình tổng thể: 44
4.8.2 Mô hình bảng chọn : 45
4.8.3 Mô hình khối tính dòng điện: 48
4.8.4 Mô hình khối tính điện áp: 48
4.8.5 Mô hình khối ước lượng từ thông stator: 49
4.8.6 Mô hình khối ước lượng mômen: 49
4.8.7 Kết quả mô phỏng: 50
VI. Tài liệu tham khảo 54

Tổng quan các phương pháp kỹ thuật công nghệ chế tạo các thiết bị
trên boong ứng dụng điện tử công suất lớn

2 KC06.DA.23.CN
I. Mở đầu
Chủ trương hiện nay của nước ta là phát triển mạnh mẽ ngành công

nghiệp đóng tàu. Đây là một hướng đi tất yếu không chỉ cho ngành đóng tàu mà
cho cả ngành công nghiệp nói chung. Ngành công nghiệp đóng tàu nước ta đã
đạt được những thành tựu to lớn trong thời gian qua. Từ 22 đơn vị năm 1996,
đến này đã có trên 75 đơn vị thành viên hoạt động trên nhiều lĩnh vực khác
nhau. Được sự chỉ
đạo sát sao của Đảng, Chính phủ, Nhà nước cũng như Bộ
Giao thông Vận tải, ngành đóng tàu Việt Nam đã tiến được những bước dài quan
trọng, duy trì được mức tăng trưởng bình quân 30-35% .
Từ chỗ chỉ đóng được các tàu vận tải cỡ nhỏ, đến nay ta đã đóng được
những con tàu có trọng tải lớn , chất lượng cao, mẫu mã đẹp, có thể vận chuyển
hàng hoá đi khắp các n
ơi trên thế giới. Đặc biệt, ta đã đóng mới thành công
nhiều sản phẩm như : tàu chở dầu 3500DWT, tàu cao tốc, tàu tuần tra 30 hải
lý/h, tàu khách 120 chỗ ngồi, tàu chở hàng 6500DWT – 11,500DWT, tàu
container 1016 TEU, Năm 2004 ta đã kí được hợp đồng đóng mới 15 tàu hàng
rời trọng tải 53,000DWT cho chủ tàu Anh Quốc, 6500DWT đến 22,000DWT
cho Tổng Công ty Hàng hải Việt Nam và nhiều hợp đồng đóng mới với các chủ
tàu Mỹ, CHLB Đức, Italia, Nhật Bản, Ba Lan, Hàn Quố
c, Trung Quốc. Trước
những tiềm năng của ngành đóng tàu nước ta, cộng thêm với xu thế nội địa hoá
các sản phẩm của ngành đóng tàu, từ thiết kế kết cấu vỏ tàu cho đến các trang
thiết bị sử dụng trên tàu, nhu cầu cần phải chế tạo ra các thiết bị sử dụng trên tàu
ngày càng trở nên bức thiết. Một trong các thiết bị cần nội địa hoá đó là các thiết
bị sử dụng trên boong tàu thuỷ ứng dụng Điện tử công suất lớn. Như ta đã biết,
đối với các tàu trọng tải càng lớn thì các thiết bị sử dụng trên boong càng phải
đạt được công suất lớn để đảm bảo cho sự vận hành đúng đắn của tàu. Hiện nay,
các thiết bị sử dụng trên boong, phần lớn đều ứng dụng động cơ công suất rấ
t rất
lớn để thực hiện việc chuyền động. Đặc điểm của các động cơ này là dòng khởi
động rất lớn. Nếu thiết bị được đóng tải trực tiếp từ nguồn điện lưới thì máy phát

Tổng quan các phương pháp kỹ thuật công nghệ chế tạo các thiết bị
trên boong ứng dụng điện tử công suất lớn

3 KC06.DA.23.CN
trên tàu không đủ đảm bảo công suất cho các thiết bị. Nguồn điện lưới sẽ bị sụt
nghiêm trọng, và ảnh hưởng đến sự vận hành của các thiết bị điện khác trên tàu,
gây nguy hiểm và tổn thất năng lượng điện rất lớn. Để giải quyết tình trạng trên,
hiện nay trên thế giới đã xuất hiện nhiều phương pháp để thực hiện việ
c vận
hành an toàn cho các động cơ công suất lớn, trong đó có phương pháp điều
khiển động cơ bằng bộ điểu khiển riêng. Ưu điểm của phương pháp này là vẫn
giữ được mô men khởi động lớn và dòng khởi động chỉ bằng 1 – 1.5 dòng điện
định mức của thiết bị. Đây là một mảng cần được triển khai nghiên cứu chế tạo
để
sử dụng trong ngành đóng tàu với những điều kiện làm việc đặc biệt và khắt
khe hơn đối với các ngành công nghiệp khác, đồng thời đóng góp vào quá trình
nội địa hoá ngành công nghiệp của đất nước.
II. Các thiết bị trên boong tàu thuỷ





• Cẩu hàng : là trang thiết bị trên tàu thuỷ dùng để bốc xếp hàng hoá
vật tư giữa tàu với cảng hoặc giữa tàu với các tàu khác. Cẩu hàng
Tổng quan các phương pháp kỹ thuật công nghệ chế tạo các thiết bị
trên boong ứng dụng điện tử công suất lớn

4 KC06.DA.23.CN
nhiều loại thường có cấu trúc bao gồm: cơ cấu, bộ phận phù hợp

khác nhau
• Cẩu xuồng cứu sinh : là loại cẩu dùng để nâng hạ xuồng cứu sinh
xuống cấp cứu các loại xuồng khác
• Tời nâng hạ thang mạn: Đây là loại tời dùng để nâng hoặc hạ thang
bên mạn của tàu trong khi tàu cập cảng.
• Thang máy : có 2 loại là thang chở hàng và thang chở người.
• Máy lái : có nhiều loạ
i khác nhau: Máy lái điện-thuỷ lực, điện- cơ
khí,
• Máy neo mũi, neo đuôi : là thiết bị dùng để giữ tàu cố định trong
các vùng neo đậu ở biển, sông, nơi mà tàu dừng để sửa chữa hay
chờ đợi để ăn hàng Máy neo thường được thiết kế đặt ở mũi tàu,
hoặc ở cả phần đuôi tàu.
• Tời cô dây, tời kéo đuôi : là thiết bị tời dùng
để kéo, buộc tàu cố
định vào cầu cảng hoặc vào tàu khác.
• Chân vịt mũi : ngoài hệ thống lái ở đuôi tàu, tàu thuỷ tuỳ thuộc yêu
cầu cụ thể thường có thêm cả chân vịt mũi, là thiết bị hỗ trợ cho
quá trình làm manơ của tàu.
III. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
1.Tình hình nghiên cứu ứng dụng trong nước
Trong những năm gần đây, cùng với đà phát triển to lớn của lĩnh vực
đ
iều khiển tự động, tự động hoá và điều khiển tàu thuỷ cũng được chú trọng
nghiên cứu đặc biệt. Vào những năm 70-80, khi ngành đóng tàu nước ta bắt đầu
đóngnhững con tàu trọng tải 1000T đầu tiên thì các nghiên cứu thiết kế về
truyền động điện các máy móc, thiết bị đã được quan tâm và đã có những công
trình đóng góp vào việc sản xuất hàng loạt các cẩu hàng, máy neo, máy lái cho
tàu thuỷ. Tuy nhiên, các m
ạch điều khiển phần lớn là các rơle, công tắc tơ hoặc

các thiết bị điện tử điều khiển không được chuẩn hoá nên còn rất nhiều hạn chế:
Tổng quan các phương pháp kỹ thuật công nghệ chế tạo các thiết bị
trên boong ứng dụng điện tử công suất lớn

5 KC06.DA.23.CN
khối lượng lớn, kích thước cồng kềnh, khó điều khiển, không tin cậy trong môi
trường tàu thuỷ. Sau đó một thời gian dài, các đơn vị tập trung vào nghiên cứu
các hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực , khí nén. Phương pháp này điều khiển có
phần dễ dàng hơn nhưng lại rất cồng kềnh, nhiều ống dẫn và cút nối, trong điều
kiện làm việc rung động m
ạnh dễ gây nứt vỡ. Sau này, một số viện, đại học cơ
quan có quan tâm nghiên cứu việc điều khiển bằng điện tử công suất lớn. Về
mức độ, các sản phẩm bị hạn chế ở công suất điều khiển ( không vượt quá được
5KW ). Các thiết bị này mới ở mức độ mạch lôgic, analog rời rạc , chưa quan
tâm đến chuẩn hoá để
thiết bị làm việc an toàn và hiệu quả, thuận tiện cho việc
ghép nối với các thiết bị khác trên tàu thuỷ.
Tình hình nghiên cứu các thiết bị điền khiển cho các động cơ công suất lớn
hiện nay ở nước ta là rất ít. Các thiết bị thường được nhập từ nước ngoài về. Sự
non trẻ của một ngành công nghiệp mũi nhọn này thực tế là một mảng trống rất
lớn cần được quan tâm triển khai nghiên cứu chế tạo để có thể tiếp cận và bắt
kịp với tốc độ phát triển kỹ thuật công nghệ của các nước tiên tiến trên thế giới.
Chính vì vậy, năm 2004, thủ tướng Chính phủ đã có phê duyệt bổ sung đề án
phát triển Tổng Công ty Công nghiệp Tàu thuỷ Việt Nam giai đoạn đến 2010 và
định hướng đến 2020, trong đó mục tiêu quan trọng đế
n năm 2010 là phấn đấu
các sản phẩm trong ngành đạt 60% tỷ lệ nội địa hoá. Việc nghiên cứu sản xuất
các thiết bị trên boong ứng dụng điện tử công suất lớn là một bước đi đúng
đắnvà mạnh mẽ.
2.Tình hình nghiên cứu ứng dụng ngoài nước

Trong những năm qua, ngành đóng tàu của các nước có công nghệ tiên tiến
và truyền thống phát triển như Nauy, Hà Lan, Nhật Bản, Hàn Quố
c đang ở
trình độ rất cao so với nước ta, đặc biệt trong lĩnh vực điều khiển tự động hoá.
Có thể nói trình độ nghiên cứu , ứng dụng kỹ thuật điều khiển hiện đại được áp
dụng vào đã và đang ngày càng phát triển.
Tổng quan các phương pháp kỹ thuật công nghệ chế tạo các thiết bị
trên boong ứng dụng điện tử công suất lớn

6 KC06.DA.23.CN
- Về thiết kế: với bề dày thiết kế đóng tàu vài trăm năm nay, việc thiết kế
đã được thực hiện bằng các chương trình phần mềm rất hiện đại, được mô
phỏng, chạy thử trên máy tính, được cho qua hệ thống kiểm tra chất lượng
rất khắt khe.
- Về phương pháp công nghệ: Các phần tử, thiết bị điện, điện tử công
su
ất được chế tạo với công nghệ cao, ngày càng hoàn thiện về chất lượng,
kích thước , mẫu mã, tính năng, giá thành san suất giảm đáng kể so với
các linh kiện thiết bị được sản xuất vào những năm 1970-1980.
- Về phương pháp nghiên cứu ứng dụng : Trải qua hơn trăm năm, lĩnh
vực điều khiển tự động đã nghiên cứu, ứng dụng rất nhiều các phươ
ng
pháp điều khiển. Trong thời gian gần đây, hàng loạt các phương pháp điều
khiển hiện đại đã được xây dựng và và phát triển như: điều khiển thích
nghi, điều khiển mờ, điều khiển bám ( back stepping), Các nghiên cứu
đã lần lượt được ứng dụng rộng rãi để điều khiển các thiết bị điện tử công
suất lớn cho các thiết b
ị cho các ngành công nghiệp nói chung.
Hiện nay trên thế giới có rất nhiều nước đã đi đầu trong lĩnh vực điện tử
công suất lớn. Các thiết bị của các hãng nổi tiếng trên thế giới đã được nghiên

cứu chế tạo thành công và được ứng dụng rộng rãi không chỉ cho ngành công
nghiệp tàu thuỷ mà còn được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực có sử dụng
truyền động đi
ện công suất lớn. Ví dụ như : ngành công nghiệp giấy , ngành dệt,
ngành sản suất thép, Đại diện điển hình cho các hãng nổi tiếng trên thế giới
như : ABB, Siemens, Schneider, Omron,
IV. Đặc điểm và yêu cầu công nghệ chế tạo các thiết bị điện tử công suất để
điều khiển truyền động điện máy neo trên boong tàu thuỷ
1. Lựa chọn động cơ :
Có hai loại động cơ
được dùng nhiều nhất có thể đáp ứng được các yêu
cầu truyền động cho các máy móc trên boong tàu thuỷ là động cơ không đồng
bộ và động cơ điện một chiều
Tổng quan các phương pháp kỹ thuật công nghệ chế tạo các thiết bị
trên boong ứng dụng điện tử công suất lớn

7 KC06.DA.23.CN
Động cơ điện một chiều: là loại động cơ sử dụng nguồn điện một chiều để
truyền động. Stato của động cơ một chiều chính là phần cảm , là bộ phận tạo ra
các từ thông chính. Rôto của động cơ là phần ứng. Để tạo ra từ thông phần ứng,
ngưòi ta phải đưa điện vào thông qua bộ phận cổ góp và chổi than. Nh
ược điểm
của động cơ này là chính là ở chỗ bộ phận này hay xảy ra hiện tượng đánh tia
lửa điện. Đồng thời động cơ một chiều có cấu tạo phức tạp nên rất khó khăn
trong quá trình bảo dưỡng, sửa chữa. Ưu điểm của động cơ này là có khả năng
điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch l
ực và mạch điều khiển đơn giản.
Động cơ không đồng bộ : có hai loại chính là động cơ không đồng bộ rôto
dây quấn và động cơ rôto lồng sóc.
• Loại động cơ rôto dây quấn thường có mạch phụ bên ngoài nối với

dây quấn rôto bằng chổi than có thể cải thiện tính năng khởi động,
điều chỉnh tốc độ, cải thiện hệ số công suất máy. Tuy nhiên, lo
ại
động cơ này có cấu tạo phức tạp và có nhược điểm từ chổi than và
vành trượt.
• Loại thứ hai là động cơ có rôto lồng sóc, có cấu tạo đơn giản, làm
việc chắc chắn, có đặc tính làm việc tốt nhưng có đặc tính mở máy
kém. Ngày nay, với sự phát triển của công nghiệp điện tử, động cơ
này được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp
ở mọi
loại giải công suất. Công nghệ điện tử ở đây là sử dụng bộ điều
khiển tần số để thay đổi tần số điện áp cung cấp, khắc phục được
nhược điểm về khởi động, và điều chỉnh tốc độ mềm dẻo.
Tốc độ quay của động cơ được tính bằ
ng biểu thức :
n =Ġ (vòng/phút)
f1 – tần số nguồn cung cấp
p – số đôi cực
Tổng quan các phương pháp kỹ thuật công nghệ chế tạo các thiết bị
trên boong ứng dụng điện tử công suất lớn

8 KC06.DA.23.CN
2. Động cơ không đồng bộ
2.1 Phương trình đặc tính cơ
Để thành lập phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ta sử
dụng sơ đồ thay thế. Trên Hình 1 là sơ đồ thay thế một pha của động cơ không
đồng bộ. Khi nghiên cứu ta đưa ra một số giả thiết sau đây:
- 3 pha của động cơ là đối xứng.
- Các thông số của động c
ơ không đổi nghĩa là không phụ thuộc vào

nhiệt độ, điện trở rôto không phụ thuộc vào tần số dòng điện rôto,
mạch từ không bão hòa nên điện kháng X1, X2 không đổi.
- Tổng trở mạch từ hóa không thay đổi, dòng điện từ hóa không phụ
thuộc tải mà chỉ phụ thuộc điện áp đặt vào stato động cơ.
- Bỏ qua các tổn thất ma sát, tổn thất trong lõi thép.
-
Điện áp lưới hoàn toàn sin và đối xứng ba pha.
Với những giả thiết trên ta có sơ đồ thay thế Hình 1 cho một pha của động
cơ, trong đó:
Uf1 là trị hiệu dụng của điện áp pha stato.
I
µ
, I
1
, I’
2
là các dòng điện từ hóa, stato và dòng điện rôto đã quy đổi về
stato.
X
µ
, X
1δ
, X’
2δ
điện kháng mạch từ hóa, điện kháng tản stato và điện
kháng tản rôto đã quy đổi về stato.
R
µ
, R
1

, R’
2
là các điện trở tác dụng của mạch từ hóa của cuộn dây stato
và rôto đã quy đổi về stato.
s là độ trượt của động cơ:
1
1
ω
ω
ω
−
=s
(2.1)
ω
1
là tốc độ góc của từ trường quay, còn gọi là tốc độ đồng bộ:

p
f
1
1
2
π
ω
=
(2.2)
f1 là tần số của điện áp đặt vào stato của động cơ.
Tổng quan các phương pháp kỹ thuật công nghệ chế tạo các thiết bị
trên boong ứng dụng điện tử công suất lớn

9 KC06.DA.23.CN
p là số đôi cực từ động cơ.

( là tốc độ góc của động cơ.
Từ sơ đồ thay thế ta tính được phương trình đặc tính dòng điện stator có
dạng như sau:
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
+
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+
+
⎢
⎢
⎣
⎡
+
=

2
'
2
1
22
1
11
1
nm
f
X
s
R
R
XR
UI
µµ
(2.3)
X
nm
= X
1d
+ X’
2d
là điện kháng ngắn mạch
Khi ω = 0, s = 1 thì I
1
= I
1nm

I
1nm
là dòng điện ngắn mạch stator.
I
m
là dòng điện từ hoá có tác dụng tạo ra từ trường quay khi động cơ
quay với tốc độ đồng bộ.
Từ những điều kiện để cân bằng mô men, công suất điện và công suất cơ
cùng tổn hao đồng người ta đã đưa ra phương trình đặc tính cơ của động cơ
không đồng bộ có dạng như sau:
X
1
R
µ
R
1
X
2
R’
2
/
X
µ
I
µ
I
2
I
1
U

1 2
3
12
12
H×nh 1: S¬ ®å thay thÕ ®éng c¬ kh«ng ®ång bé 1 pha
Tổng quan các phương pháp kỹ thuật công nghệ chế tạo các thiết bị
trên boong ứng dụng điện tử công suất lớn

10 KC06.DA.23.CN
S
thF
M
th
M
thF
S
thĐ
M

s

ω

s=1

ω
1

0

Hình 2: Đặc tính cơ của động cơ khống đồng bộ
M =
sX
s
R
R
RU
nm
f
**
**3
2
2
'
2
11
'
2
2'
1
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
+
⎟

⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+
ω
(2.4)











2.2 Ảnh hưởng của sự thay đổi tần số lưới cấp cho động cơ
Xuất phát từ biểu thức , ta thấy rằng thay đổi tần số sẽ làm tốc độ từ
trường quay và tốc độ động cơ thay đổi.
Xét trường hợp khi tăng tần số f1>f1đm từ biểu thức về Mth biến đổi ta
có:

2
1
22

***8
**3
fL
Up
M
nm
th
π
=
(2.5)

Khi tần số tăng, Mth giảm (với điện áp giữ không đổi), do vậy Mth ~
1/f
1
2
.
Trường hợp tần số giảm f1< f1đm, nếu gữ nguyên điện áp U1 thì dòng
điện động cơ sẽ tăng rất lớn vì tổng trở của động cơ giảm theo tần số. Do vậy
khi giảm tần số cần phải giảm điện áp theo quy luật nhất định sao cho động cơ
Tổng quan các phương pháp kỹ thuật công nghệ chế tạo các thiết bị
trên boong ứng dụng điện tử công suất lớn

11 KC06.DA.23.CN
const
f
U
=
1
1
sinh ra được mô men như trong chế độ định mức. Đó là bài toán tìm quy luật rối

ưu trong chế độ làm việc tĩnh của hệ điều chỉnh tần số động cơ KĐB.
Hình 3 trình bày đặc tính cơ khi f1<f1đm với điều kiện từ thông ( = const
(hoặc gần đúng giữ không đổi). ở vùng f1 > f1đm mô men tới hạn Mth tỷ lệ
nghịch với bình phương tần số.


Từ đặc tính cơ Hình 3, với việc khảo sát sự thay đổi mômen M theo ω, ω = 2πf,
ta có sự liên hệ ràng buộc lẫn nhau giữa mômen của động cơ và tần số lưới cấp
cho động cơ. Càng tần số lưới điện cấp cho động cơ càng tăng thì tốc độ của
động cơ càng tăng, và đồng thời với nó là mômen của động cơ giảm. ở tầ
n số
thấp và điện áp lưới vẫn giữ nguyên, mô men khởi động của động cơ gần bằng
mô men tới hạn, là rất lớn. Đây là một ưu điểm tuyệt vời của phương pháp khởi
động và điều khiển động cơ công suất lớn đòi hỏi mômen khởi động ban đầu
lớn. Phương pháp điều khiển này có tính mềm dẻo cao, tuy nhiên về
giá thành
chế tạo thì rất đắt.

f
1đm
f
14
f
15
f
11
f
12
f
13

f
1
< f
1đm

f
1
>

f
1đm
ω

M

M
th

0

Hình 3. Đặc tính cơ khi f
1
<f
1đm
, Φ = const

Tổng quan các phương pháp kỹ thuật công nghệ chế tạo các thiết bị
trên boong ứng dụng điện tử công suất lớn

12 KC06.DA.23.CN

2.3 Sơ đồ cấu trúc mô tả cho động cơ không đồng bộ
2.3.1 Mô tả toán học động cơ không đồng bộ
- Các giả thiết khi xây dựng mô hình toán học của động cơ không đồng bộ
+ Động cơ không đồng bộ là loại máy điện hai cực đối xứng và có ba
cuộn dây cho ba pha.
+ Các tổn hao do khe hở không khí được bỏ qua .
+ Mật độ từ thông được phân bố, toả ra trong khe hở không khí.
+ Các tổn hao sắ
t từ được bỏ qua.
+ Mỗi cuộn dây stator và rotor được coi như là một cuộn dây đơn bước đủ
nhiều vòng dây.

Hình 4. Mặt cắt ngang của máy điện ba pha đối xứng
- Phương trình cân bằng điện áp :
Điện áp pha stator :
dt
(t)d
(t)iRu
sA
sAssA
Ψ
+= (2.6)
dt
(t)d
(t)iRu
sB
sBssB
Ψ
+= (2.7)
Tổng quan các phương pháp kỹ thuật công nghệ chế tạo các thiết bị

trên boong ứng dụng điện tử công suất lớn

13 KC06.DA.23.CN
dt
(t)d
(t)iRu
sC
sCssC
Ψ
+=
(2.8)
Điện áp pha rotor :
dt
(t)d
(t)iRu
ra
rarra
Ψ
+=
(2.9)
dt
(t)d
(t)iRu
rb
rbrrb
Ψ
+= (2.10)
dt
(t)d
(t)iRu

rc
rcrrc
Ψ
+=
(2.11)
- Từ thông móc vòng các dây quấn :
Từ thông móc vòng từng pha stator :
rcrbra
sCssBssAssA
i /3)4Mcos(/3)i 2 Mcos(iMcos
iMiMiL
πϑπϑϑ
+++++
+
−−=Ψ
(2.12)
rcrbra
sCssBssAssB
i /3)Mcos(iMcosiMcos(
iMiLi-M
πϑϑπϑ
2)3/4 +++++
+
−
+=Ψ
(2.13)
rcrbra
sCssBssAssC
i Mcos/3)i Mcos(iMcos(
iLiMiM

ϑπϑπϑ
+++++
+
+
−
−=Ψ
4)3/2
(2.14)
Từ thông móc vòng từng pha rotor :
rcrrbrrar
sCsBsAra
iMiMiL
/3)i Mcos(iMcos(iMcos
−−+
+
+
+
+
=
π
ϑ
π
ϑ
ϑ
4)3/2ψ
(2.15)
rcrrbrrar
sCsBsArb
iMiLiM
/3)i Mcos(iMcosiMcos(

−+−
+
+
+
+
=
π
ϑ
ϑ
π
ϑ
2)3/4ψ
(2.16)
rcrrbrrar
sCsBsArc
iLiMiM
iMcosiMcos(iMcos(
+−−
+
+
+
+=
ϑ
π
ϑ
π
ϑ
)3/4)3/2ψ
(2.17)
Trong đó :

Các chỉ số bằng chữ in hoa A,B,C chỉ các pha stator, các chỉ số
bằng chữ thường a,b,c chỉ các dây quấn rotor.
ϑ - góc lệch giữa dây quấn rotor và dây quấn stator.
R
s
- điện trở stator.
R
L
- điện trở rotor.
L
s
, L
r
- điện cảm tự cảm của từng pha dây quấn stator, rotor.
Tổng quan các phương pháp kỹ thuật công nghệ chế tạo các thiết bị
trên boong ứng dụng điện tử công suất lớn

14 KC06.DA.23.CN
M
s
,M
r
- điện cảm hỗ cảm giữa các dây quấn stator, giữa các dây quấn
rotor với nha.
Hỗ cảm giữa dây quấn ở stator với dây quấn rotor phụ thuộc vào
góc lệch không gian giữa hai dây quấn này. Hỗ cảm giữa hai dây quấn
cùng pha ở stator và rotor sẽ đạt giá trị cực đại khi trục hai dây quấn trùng
nhau, tương ứng lúc đó có điện cảm hỗ cảm M.
Từ các phương trình (1.6) đến (1.17) ta có :
⎥

⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣

⎡
+−−
−+−
−−+
+−−
−+−
−−+
=
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
rc
rb
ra
sC
sB
sA

rrrr21
rrrr12
rrrr21
21ssss
12ssss
21ssss
rc
rb
ra
sC
sB
sA
i
i
i
i
i
i
.
pLRpMpMpMcospMcospMcos
pMpLRpMpMcospMcospMcos
pMpMpLRpMcospMcospMcos
pMcospMcospMcospLRpMpM
pMcospMcospMcospMpLRpM
pMcospMcospMcospMpMpLR
u
u
u
u
u

u
ϑϑϑ
ϑϑϑ
ϑϑϑ
ϑϑϑ
ϑϑϑ
ϑϑϑ

(2.18)
Trong đó :
3/2
1
π
ϑ
ϑ
+= , 3/4
2
π
ϑ
ϑ
+
=

Để đơn giản trong khi viết, coi các đại lượng điện và từ là các vector và
các thông số của mạch là ma trận thông số :

⎥
⎥
⎦
⎤

⎢
⎢
⎣
⎡
Ψ
Ψ
Ψ
=Ψ
sC
sB
sA
s
,
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
Ψ
Ψ
Ψ
=Ψ
rc
rb
ra
r
,

⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
=
sC
sB
sA
s
i
i
i
i
,
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡

=
rc
rb
ra
r
i
i
i
i
,
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
=
sC
sB
sA
s
u
u
u
u
,

⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
=
rc
rb
ra
r
u
u
u
u

⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡

=
s
s
s
S
R00
0R0
00R
R
,
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
=
r
r
r
r
R00
0R0
00R
R
,

⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
=
sss
sss
sss
S
LM-M-
M-LM-
M-M-L
L

Tổng quan các phương pháp kỹ thuật công nghệ chế tạo các thiết bị
trên boong ứng dụng điện tử công suất lớn

15 KC06.DA.23.CN
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢

⎢
⎢
⎣
⎡
=
rrr
rrr
rrr
r
LM-M-
M-LM-
M-M-L
L
’
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
++
++
++
=
ϑπϑπϑ
πϑϑπϑ

πϑπϑϑ
ϑ
cos/3)4cos(/3)2cos(
/3)2cos(cos/3)4cos(
/3)4cos(/3)2cos(cos
L
m
M)(
Khi đó các phương trình động cơ được viết dưới dạng ma trận như sau :
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
Ψ
Ψ

r
s
r
t
m
ms
r
s
i
i
L)(L
)(LL
ϑ
ϑ
(2.19)
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣

⎡
+
+
=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
r
s
rr
t
m
mss
r
s
i
i
dt
d
LR
dt
d
)(L
dt
d
)(L
dt

d
LR
u
u
ϑ
ϑ
(2.20)
M=p’
)
rm
t
s
).i((L
d
d
.i
ϑ
ϑ
(2.21)
2.3.2 Xây dựng vector không gian
- Trong động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha ta có :

0(t)i(t)i(t)i
sCsBsA
=
+
+
(2.22)
Trong đó :
)cos()( titi

sssA
ω
= - dòng điện pha A stator
)3/2cos()(
πω
+= titi
sssB
- dòng điện pha B stator

)3/4cos()(
πω
+= titi
sssC
- dòng điện pha C stator
Từ ba vectơ dòng điện pha (i
sA
, i
sB
, i
sC
) ta có thể xác định được một vectơ
không gian i
s
như sau :
)(
3
2
2
sCsBsAs
iaaiii ++=

(2.23)
Trong đó a là toán tử quay :
2
3
2
1
)
3
2
exp( jja +−==
π

Đối với các đại lượng khác của động cơ như : điện áp, từ thông stator
hoặc từ thông rotor, ta đều có thể xây dựng các vectơ không gian tương
ứng như đối với dòng điện.
Tổng quan các phương pháp kỹ thuật công nghệ chế tạo các thiết bị
trên boong ứng dụng điện tử công suất lớn

16 KC06.DA.23.CN
- Theo công thức (2.23), vectơ is là một vectơ có modul không đổi quay
trên mặt phẳng phức vuông góc với trục rotor với tốc độ góc
ss
f2
π
= ω
.
Im
Re
a
b

c
is
α
s
i
β
s
i
H×nh 5. X©y dùng vector kh«ng gian

Do đó ta có thể phân tích vectơ is thành 2 thành phần vuông góc
nhau trên hệ trục toạ độ có trục thực trùng với trục cuộn dây quấn pha A
(gọi là hệ trụcĠ):
sβsαs
jiii
+
=
(2.24)
Trong đó :
acbass
i)i-i(2i
3
1
)(iRei =−==
α
(2.25)

)i(2i
3
1

)i(i
3
1
)Im(ii
abcbssβ
+=−== (2.26)
Bằng cách tương tự như đối với vectơ dòng stator, các vectơ điện
áp stator us, dòng rotor, từ thông stator, hoặc từ thông rotor đều có thể
được biểu diễn bởi các phần tử thuộc hệ toạ đô stator
- Từ đó ta có các phương trình cơ bản của động cơ dưới dạng vectơ :

dt
d
iRu
s
ss
s
s
s
s
Ψ
+=
(2.27)
dt
d
iRu
r
rr
r
r

r
r
Ψ
+=
(2.28)
rmss
iLiL +=Ψ
s
(2.29)
rrsm
iLiL +=Ψ
r
(2.30)
)xi(p'
2
3
)xi(p'
2
3
m
rrssM
Ψ−=Ψ= (2.31)
Tổng quan các phương pháp kỹ thuật công nghệ chế tạo các thiết bị
trên boong ứng dụng điện tử công suất lớn

17 KC06.DA.23.CN
Trong đó các ký hiệu chữ nhỏ góc trên bên phải thể hiện hệ trục toạ độ mà
vector tham chiếu.
2.3.3 Chuyển vị tuyến tính các hệ toạ độ
Giả sử có 2 hệ trục toạ độ tổng quát : xy và uv có chung gốc và hệ uv

nằm lệch 1 góc ϑ
k
(tức là quay xung quanh gốc với vận tốc góc
dt
d
k
k
ϑ
=ω
) so
với hệ xy như hình 6

Hình 6. Chuyển vị tuyến tính các hệ toạ độ
Quan sát một vectơ V bất kỳ ta thu được :
Trên hệ xy : Vxy = x+jy (2.32)
Trên hệ uv : Vuv = u + jv (2.33)
Từ đó ta rút ra được mối liên hệ :

⎩
⎨
⎧
+−=
+=
kk
kk
ycosxsinv
ysinxcosu
ϑϑ
ϑϑ
(2.34)

Thay vào (2-88) ta có :
V
uv
=(xcos
k
ϑ
+ysin
k
ϑ
)+j(ycos
k
ϑ
-xsin
k
ϑ
)
= (x+jy)(cos
k
ϑ
-jsin
k
ϑ
) = V
xy
*
k
j
e
ϑ
−

(2.35)
Công thức (2.34), (2.35) là công thức liên hệ giữa hai hệ trục quay tương
đối với nhau với vận tốcĠ.
Tổng quan các phương pháp kỹ thuật công nghệ chế tạo các thiết bị
trên boong ứng dụng điện tử công suất lớn

18 KC06.DA.23.CN
- áp dụng công thức chuyển hệ toạ độ (2.35) đối với hệ trục toạ độ tổng
quát chuyển động với vận tốc gócĠso với hệ trục toạ độ cố định stator ,
khi đó hệ này sẽ chuyển động với vận tốc Ĩĭ) so với hệ trục toạ độ rotor,
do đó ta có :
k
j
k
s
s
s
euu
ϑ
= ,
k
j
k
s
s
s
eii
ϑ
= ,

k
jk
s
s
s
e
ϑ
Ψ=Ψ (2.36)
)
ϑϑ
−
=
k
( j
k
r
r
r
euu
,
)
ϑϑ
−
=
k
( j
k
r
r
r

eii
,
)
ϑϑ
−
Ψ=Ψ
k
( jk
r
r
r
e (2.37)
Thay vào phương trình (2-82) - (2-85) ta có :
k
sk
k
s
k
ss
k
s
jp'
dt
d
iRu Ψ++=
ω
ψ
(2.38)
k
rk

k
r
k
rr
k
r
)(jp'
dt
d
iRu Ψ−++=
ω
ψ
ω (2.39)
k
rm
k
ss
k
s
iLiL +=Ψ
(2.40)
k
rt
k
sm
k
r
iLiL +=Ψ (2.41)
2.3.4 Mô hình động cơ trong hệ toạ độ cố định gắn với stator
- Hệ toạ độ gắn với stator ký hiệu làĠ có trục thực là trụcĠ trùng với trục

dây quấn pha A, các cuộn dây stator đứng yên nên hệ toạ độ này còn được
gọi là hệ toạ độ cố định vàĠ=0. Thay vào các phương trình (2.39) - (2.41)
ta có :

⎪
⎪
⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎪
⎪
⎨
⎧
+=
+=
−+=
+=
s
rr
s
sm
s
r
s
rm
s
ss
s

s
s
r
s
r
s
rr
s
s
s
ss
s
s
iLiLΨ
iLiLΨ
ωΨjp'
dt
dΨ
iR0
dt
dΨ
iRu
(2.42,a,b,c,d)
Từ phương trình (2.42c,d) ta có :

)Li(ψ
L
1
i
m

s
s
s
r
r
s
r
−= (2.43)
Tổng quan các phương pháp kỹ thuật công nghệ chế tạo các thiết bị
trên boong ứng dụng điện tử công suất lớn

19 KC06.DA.23.CN
)Li(ψ
L
L
Liψ
m
s
s
s
r
r
m
s
s
s
s
s
−+= (2.44)
Thay vào phương trình (2.42a,b) ta được:

⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎨
⎧
+
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−+−=
++=
dt
dψ
jω
T
1
ψ
T
L
i0
dt
dψ

L
L
dt
di
σLiRu
s
r
r
s
r
r
m
s
s
s
r
r
m
s
s
s
s
ss
s
s
(2.45)
Trong đó:
ĉ- hỗ cảm giữa rotor và stator
ĉ- điện cảm tiêu tán phía cuộn dây stator
ĉ- điện cảm tiêu tán phía cuộn dây rotor (đã quy đổi về stator )

ĉĽ +Ġ - điện cảm stator
ĉĽ +Ġ - điện cảm rotor
Ts=Ls/Rs - hằng số thời gian stator
Tr= Lr/Rr - hằng số thời gian rotor
ĉ- hệ số tiêu tán tổng
ĐặtĠ vàĠ thay vào (2.45) và viết dưới dạng các phần tử
của vector ta
được:
⎪
⎪
⎪
⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎪
⎪
⎪
⎨
⎧
+−=
−−=
+
−
+
−
+
⎟
⎟

⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
+−=
+
−
+
−
+
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
+−=
''
'
''
'
''
''
αββ

β
βαα
α
ββαβ
β
αβαα
α
ωψψ
ψ
ωψψ
ψ
σ
ψ
σ
σ
ωψ
σ
σ
σ
σ
σ
σ
ωψ
σ
σ
ψ
σ
σ
σ
σ

σ
rr
r
s
r
r
rr
r
s
r
r
s
s
r
r
rs
rs
s
s
s
rr
r
s
rs
s
T
i
Tdt
d
T

i
Tdt
d
u
LT
i
TTdt
di
u
LT
i
TTdt
di
11
11
11111
11111

(2.46)
Trên đây là các công thức liên hệ phần điện và từ của động cơ không đồng
bộ. Ta xét tiếp phương trình mômen của động cơ:
Tổng quan các phương pháp kỹ thuật công nghệ chế tạo các thiết bị
trên boong ứng dụng điện tử công suất lớn

20 KC06.DA.23.CN
Từ (2.42) ta có αβ thế vào biểu thức tính mômen ta được:
)xi(ψ
L
L
p'

2
3
L
1
)Lix(ψψp'
2
3
)xi(ψp'
2
3
m
s
s
s
r
r
m
r
m
s
s
s
r
s
r
s
r
s
rM
=

⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−−=−=

(2.47)
Thay các vector bằng các phần tử vào (2.47):

)iψi(ψp'
L
L
2
3
m
sα
'
rβsβ
'
rα
r
2
m
M
−= (2.48)
Từ (2-46) và (2-48) ta xây dựng được mô hình động cơ không đồng bộ
trên hệ toạ độ cố định α
β khi điều khiển bằng biến tần nguồn áp như hình 6

trong đó T
σ
được tính theo công thức (2.49).

rs
TTT
σ
σ
σ
σ
−
+=
111
(2.49)
- Nếu nguồn cung cấp cho động cơ được cung cấp từ biến tần nguồn dòng ta có:
Thay i
s
r
trong công thức (2.43) vào (2.42b) ta thu được phương trình sau:
s
s
r
m
s
r
r
s
r
i
T

L
T
j
dt
d
+−=
ψω
ψ
)
1
( (2.50)
suy ra:
⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎨
⎧
+−=
−−=
''
'
''
'
11
11
αββ
β
βαα

α
ωψψ
ψ
ωψψ
ψ
rr
r
s
r
r
rr
r
s
r
r
T
i
Tdt
d
T
i
Tdt
d
(2.51)
cùng với phương trình mômen (2.48) tạo thành mô hình động cơ không đồng bộ
cấp bằng bộ biến tần nguồn dòng được thể hiện ở hình 7

Tổng quan các phương pháp kỹ thuật công nghệ chế tạo các thiết bị
trên boong ứng dụng điện tử công suất lớn

21 KC06.DA.23.CN
r
mc
L
Lp
2
3
2
α
s
u
β
s
u
α
s
i
β
s
i
'
α
r
Ψ
'
β
r

Ψ
M
m
T
m
ω


Hình 7. Mô hình động cơ không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc trên hệ toạ
độ α
β ( hệ toạ độ cố định trên Stato )


Tổng quan các phương pháp kỹ thuật công nghệ chế tạo các thiết bị
trên boong ứng dụng điện tử công suất lớn

22 KC06.DA.23.CN
4. Công nghệ chế tạo bộ điều khiển các thiết bị trên boong
4.1 Mô hình điều khiển máy neo
Bé ®iÒu
khiÓn
®éng c¬
§C K§B
C¬ cÊu
truyÒn ®éng
c¬ khÝ
§iÖn ¸p luíi

Hình 8. Mô hình tổng quát bộ điều khiển máy neo, tời trên boong tàu thuỷ
4.2 Mô hình toán học bộ điều khiển

Hình 9. Mô hình bộ điều khiển động cơ
Nguyên lý bộ điều khiển :
Mômen điện từ là tích vectơ giữa vectơ từ thông stator và vectơ từ thông
rotor, hoặc giữa vectơ dòng điện stator và vectơ từ thông:

γ
.sin
L
1
p'
L
1
p'M
MM
||.||
σ
σ
σ
σ
srsr
→→→→
ΨΨ
−
=Ψ∧Ψ
−
= (2.52)
Tổng quan các phương pháp kỹ thuật công nghệ chế tạo các thiết bị
trên boong ứng dụng điện tử công suất lớn

23 KC06.DA.23.CN
Biên độ vectơ từ thông stator thường được giữ không đổi và do đó mômen
được điều chỉnh bởi gócĠgiữa các vectơ từ thông. Các động cơ bình thường có
hằng số thời gian điện từ của mạch rotor cỡ hàng trăm miligiây, như vậy có thể
coi từ thông rotor là ổn định và biến đổi chậm hơn từ thông stator. Vì thế có thể
đạt được mômen yêu cầu bằng cách quay vectơ từ thông stator theo h
ướng nào
đó càng nhanh càng có hiệu quả. Sơ đồ nguyên lý điều gồm các khối cơ bản sau:
Bộ so sánh mômen và từ thông, khối lôgic chuyển mạch tối ưu và mô hình động
cơ .
Bộ so sánh từ thông và mômen đều là những khối điều khiển có trễ.
Chúng đảm nhiệm vai trò so sánh giữa giá trị từ thông đặt và giá trị từ thông
thực, giá trị mômen đặt và giá trị mômen thực. Từ thông thực và mômen thực
thu được từ
mô hình toán học động cơ. Đối với bộ so sánh mômen khi sai lệch
mômen là nhỏ hơn dưới mức hạn chế dưới có trễ thì trạng thái mômen đầu ra
cần là cao nhằm tăng mômen, và ngược lại. Tương tự cho bộ so sánh từ thông
cũng có trạng thái từ thông cao nhằm tăng từ thông lên và trạng thái từ thông
thấp nhằm giảm từ thông. Các điểm chuyển mạch hạn chế sai lệch cao và thấp
được xác định nh
ờ đầu vào thay đổi khoảng trễ (hysteresis window), đầu vào
này quyết định tới tần số chuyển mạch của các thiết bị công suất, tần số này cỡ
Khz.
Mô hình toán học động cơ làm nhiệm vụ tính ra các tín hiệu phản hồi bên
trong như từ thông stator thực, mômen thực, tốc độ thực và tần sô thực. Các đầu
vào mô hình là dòng điện hai pha, điện áp một chiều đầu vào bộ nghịch lưu và
các trạng thái chuyển mạch. Ngoài ra còn có các tham số của động cơ để phục
vụ cho việc tính toán, các tham số này gồm các tham số của người sử dụng đã
biết và tham số khác thu được từ các thuật toán nhận dạng. Dữ liệu của người sử

dụng thường là các giá trị danh định như dòng điện, điện áp , tần số, tốc độ và
công suất danh định.
Việc xử
lý trạng thái mômen và trạng thái từ thông được thực hiện nhờ
lôgic chuyển mạch tối ưu. Lôgic chuyển mạch tối ưu cho nghịch lưu sẽ được xác
Tổng quan các phương pháp kỹ thuật công nghệ chế tạo các thiết bị
trên boong ứng dụng điện tử công suất lớn

24 KC06.DA.23.CN
định trong từng chu kỳ điều khiển (2ĵ) và được thực hiện bởi các mạch điện tử
chuyên dụng (ASIC). Chức năng của nó là để chọn vectơ điện áp stator thích
hợp và làm thoả mãn cả đầu ra trạng thái mômen và đầu ra trạng thái từ thông.
Nhiệm vụ của khối lôgic chuyển mạch được dựa trên các mối quan hệ
toán học giữa các vectơ không gian của từ thông stator, từ thông rotor, dòng đ
iện
stator và điện áp stator. Mômen động cơ tỷ lệ với tích có hướng vectơ từ thông
stator và vectơ từ thông rotor như công thức (2.52). Biên độ của vectơ từ thông
stator thường được giữ hằng số để điều khiển mômen theo góc Ĩ) giữa vectơ từ
thông stator và vectơ từ thông rotor. Phương pháp này đượ thực hiện dễ dàng
bởi vì hằng số thời gian rotor lớn hơn nhiều hằng số
thời gian stator. Do đó từ
thông rotor là tương đối ổn định và thay đổi tương đối chậm khi so sánh với từ
thông stator.

Khi cần tăng mômen thì khối lôgic chuyển mạch tối ưu sẽ chọn vectơ điện
áp stator Ux nào có phương tiếp tuyến hơn so với vectơ từ thông stator, có xu
hướng làm nó quay cùng chiều quay với vectơ từ thông rotor. GócĠlớn được tạo
ra làm mômen tăng lên. Khi cần yêu cầu giảm mômen thì lôgic chuyển mạ
ch sẽ
chọn vectơ điện áp không, làm cho từ thông stator và mômen suy giảm tự nhiên.

Nếu từ thông giảm , sai lệch giảm dưới giá trị giới hạn dưới thì đầu ra trạng thái
từ thông sẽ là mức cao nhằm yêu cầu tăng từ thông. Nếu đầu ra trạng thái
mômen tiếp tục là thấp thì một vectơ điện áp được chọn để tăng từ thông stator
lên.