nghiên cứu thiết kế mạch bảo vệ động cơ dùng bán dẫn công suất

1
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Trong sản xuất hiện đại, để nâng cao năng suất, hiệu suất sử dụng của
máy, nâng cao chất lượng sản phẩm và các phương pháp tự động hoá dây
truyền sản xuất thì hệ thống truyền động điện có điều chỉnh tốc độ là không
thể thiếu được, đặc biệt là trong sản xuất công nghiệp. Nó quyế
t định đến
năng suất, chất lượng sản phẩm, khả năng linh động, đáp ứng với các thay đổi
nhanh chóng của thị trường nhằm giữ uy tín với khách hàng khi hoà nhập vào
môi trường cạnh tranh quốc tế.
Nước ta là một nước nông nghiệp, quanh năm đều có những sản phẩm
nông sản. Ngoài việc không ngừng tăng về mặt số lượng của nông sản mà
việc nâng cao chất l
ượng nông sản cũng đang được Đảng và Nhà nước ta rất
quan tâm. Vì vậy việc ứng dụng những tiến bộ khoa học kỹ thuật vào nông
nghiệp là rất quan trọng. Đặc biệt là trong khâu bảo quản sau thu hoạch, trong
đó quá trình sấy để bảo quản nông sản rất được quan tâm. Nhiệt độ, độ ẩm và
tốc độ gió là những thông số rất quan trọng trong quá sấy. Nó ảnh hưởng rất
lớ
n đến chất lượng nông sản. Ở nước ta, việc sấy nông sản đã được tiến hành
từ xa xưa nhằm bảo quản nông sản được lâu hơn, nhưng công việc này chủ
yếu dựa vào thiên nhiên là chính. Việc nhận biết đặc tính sấy của nông sản
chủ yếu là do kinh nghiệm của người thực hiện sấy. Những năm gần đây đã
có những phòng thí nghiệm sấy
được xây dựng nhằm khảo nghiệm đặc tính
sấy của nông sản. Một trong những yếu tố quan trọng tác động đến đặc tính
sấy của nông sản là tốc độ gió thổi vào nông sản. Vì vậy việc điều chỉnh tốc
độ gió có một ý nghĩa quan trọng và nó đòi hỏi cần phải có một giải pháp điều
chỉnh tốc độ chính xác. Việc điều chỉnh t

ốc độ động cơ quạt gió để thay đổi
tốc độ gió thổi vào nông sản đang được ứng dụng rất phổ biến.
Hiện nay cùng với sự phát triển kỹ thuật vi điện tử, công nghệ thông tin
là sự phát triển của kỹ thuật điều khiển và tự động hoá. Trong sản xuất công

2
nghiệp tự động hoá quá trình sản xuất đang là mũi nhọn và then chốt để giải
quyết vấn đề nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Một trong những
vấn đề quang trọng trong dây truyền tự động hoá là việc điều chỉnh tốc độ của
động cơ truyền động. Trong đó phải kể đến hệ thống điều khiển t
ốc độ động
cơ không đồng bộ roto lồng sóc. Gần đây loại động cơ này được sử dụng rất
rộng rãi do nó có nhiều ưu điểm nổi bật so với các động cơ khác. Có nhiều
phương pháp điều khiển tốc độ động cơ điện xoay chiều và mỗi một phương
pháp lại có nhưng ưu điểm riêng. Đối với loạ
i động cơ không đồng bộ roto
lồng sóc một xu hướng điều khiển thông dụng được dùng nhiều nhất là điều
khiển tần số nguồn cung cấp (còn gọi là phương pháp điều khiển tốc độ động
cơ bằng biến tần). Phương pháp điều khiển tốc độ động cơ bằng biến tần là
phương pháp hiện đại cho phép đi
ều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều trơn,
rộng và hiệu quả. Ưu điểm này đã đáp ứng được yêu cầu điều khiển tốc độ gió
trong hệ thống thí nghiệm sấy.
Được sự phân công của bộ môn điện, với sự hướng dẫn của thầy giáo
Nguyễn Văn Đường, cùng với sự giúp đỡ của các thầy giáo trong bộ
môn đề
tài: “Tự động điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều một pha bằng biến tần áp
gián tiếp” đã hoàn thành.
Do thời gian dành cho đề tài có hạn, khả năng bản thân còn nhiều hạn
chế nên đề tài không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong sự đóng góp ý kiến

của các thầy cô giáo và các bạn bè đồng nghiệp để đề tài được hoàn thiện hơn.
2. Mục đích và n
ội dung nghiên cứu của đề tài.
- Nghiên cứu về mặt lý thuyết hệ thống điều khiển tốc độ quay và biến tần.
- Tìm hiểu kỹ thuật điều khiển động cơ điện xoay chiều một pha bằng
biến tần áp.
- Xây dựng được hệ thống tự động điều chỉnh tốc độ quạt gió bằng biến
tần áp của h
ệ thống sấy nông sản.
- Thiết kế và lắp ráp được mạch.

3
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN

1.1 Điều khiển tốc độ quay động cơ xoay chiều trong nước và trên thế
giới
Trước khi tìm hiểu về các phương pháp điều khiển động cơ xoay chiều
thì ta tìm hiểu về động cơ không đồng bộ.
1.1.1 Khái quát về động cơ không đồng bộ
Động cơ không đồng bộ được sử dụng một cách rộng rãi trong công
nghiệp và chiếm t
ỷ lệ lớn so với các loại động cơ khác. Sở dĩ như vậy
là do động cơ không đồng bộ có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vận hành
an toàn, sử dụng nguồn trực tiếp từ lưới điện. Trước đây các hệ truyền
động có điều chỉnh tốc độ sử dụng động cơ không đồng bộ chiếm tỷ
lệ
rất nhỏ do khó khăn trong việc điều chỉnh tốc độ. Trong thời gian gần
đây với sự phát triển như vũ bão của kỹ thuật điện tử, động cơ không
đồng bộ đã được khai thác triệt để các ưu điểm của nó và dần dần thay

thế cho động cơ điện một chiều trong các hệ truyền động.

hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý động cơ không đồng bộ
Động cơ không đồng bộ có cấu tạo gồm hai phần stator và rotor. Phần
cảm (stator) có các dây quấn được đặt vào các rãnh của lõi thép và được cách
điện với lõi thép. Phần ứng (rotor) được chia làm hai loại chính là: rotor dây
quấn và rotor lồng sóc. Động cơ không đồng bộ rotor dây quấn có kết cấu
giống như dây quấn stator. Đặc điểm của loại động cơ không đồ
ng bộ rotor

4
dây quấn là có thể thông qua chổi than đưa điện trở 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. Động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc thì kết cấu rất khác với
dây quấn stator. Trong rãnh của lõi thép rotor người ta đặt vào thanh dẫn bằng
đồng hay nhôm được nối với nhau bằng vòng ng
ắn mạch. Dây quấn lồng sóc
không cần cách điện với lõi sắt.
Động cơ không đồng bộ làm việc theo nguyên lý từ trường quay. Khi ta
đưa dòng điện xoay chiều vào dây quấn stator của động cơ không đồng bộ thì
trong dây quấn stator sẽ sinh ra một từ trường quay với tốc độ n
1
.

p
f
n
1
1
=

trong đó f
1
là tần số nguồn cung cấp; p là số đôi cực của stato. Từ trường này
sẽ quét qua dây quấn rotor và cảm ứng trên nó một sức điện động cảm ứng
e
21
. Khi dây quấn rotor được nối kín mạch nó sẽ sinh ra một dòng điện I
2
. Từ
thông do dòng điện stator và dòng điện rotor tạo nên đó là từ thông khe hở
không khí giữa stator và rotor. Sự tương tác giữa từ thông này và dòng điện
rotor tạo ra mômen quay M
q
. Nếu mômen M
q
> M
c
thì roto sẽ quay (M
c
là
mômen cản).
Gọi tốc độ quay của rotor là n thì n luôn nhỏ hơn tốc độ của từ trường
quay n
1
, ví khi n = n
1
lúc đó e
21
= 0; I

2
= 0; M
q
= 0 rotor sẽ giảm tốc độ. Để
đánh giá sự khác nhau giữa n và n
1
ta đưa ra khái niệm về độ trượt s.
1
1
n-n
s=
n

Khi bắt đầu mở máy n = 0 nên s = 0, khi n ≈ n
1
độ trượt s ≈ 0. Trong chế độ
động cơ 0 < n < n
1
do đó 0 < s < 1. Trong chế độ máy phát ta phải quay rotor
với n > n
1
do đó - ∞ < s < 0. Ngoài ra khi quay rotor với tốc độ n bất kì nhưng
ngược chiều từ trường n
1
lúc đó máy điện không đồng bộ làm việc ở chế độ

5
hãm điện từ 1 < s < + ∞. Như vậy chế độ làm việc của máy điện không đồng
bộ có thể biiêủ diễn trên thang độ trượt như hình sau:

Người ta chia động cơ không đồng bộ làm hai loại chính là: động cơ
rotor dây quấn và động cơ rotor lồng sóc. Với kết cấu đơn giản, làm việc chắc
chắn, có đặc tính làm việc tốt, song đặc tính mở máy của động cơ rotor lồng
sóc lại không được như của động cơ rotor dây quấn. Tuy nhiên với sự phát
triển mạnh mẽ của kỹ thuật điện từ bán dẫ
n đã cho phép thực hiện thành công
các kỹ thuật điều khiển phức tạp đối với loại động cơ rotor lồng sóc. Vì lý do
ấy động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc ngày nay được sử dụng một cách
rộng rãi trong các hệ truyền động công nghiệp.
Quan hệ điện từ trong động cơ điện không đồng bộ
Ta có phương trình cân bằng điện áp viết cho dây quấn stator:

()

1
1
111
U=-E+I r+jx
(1.1)
Trên dây quấn rotor:

()
,

22
22
,

21
,

.
12 o

1o
m
0=-E -I r/s+jx
EE
II I
EIz
=
+=
=−
(1.2)
r
1
và r
2
’
là điện trở stator và rotor đã quy đổi về mạch
stator;
x
1
và x
2
’
là điện kháng tản stator và rotor đã quy đổi về
mạch stator;
I
o
là dòng điện từ hoá;

6
r
m
là điện trở từ hoá đặc trưng cho tổn hao sắt từ, x
m
là điện
kháng từ hoá biểu thị sự hỗ cảm giữa stator và rotor;
Từ những phương trình nêu trên ta có sơ đồ thay thế và đồ thị vectơ của
động cơ không đồng bộ:

Hình 1.2 Sơ đồ thay thế động cơ không đồng bộ
Công suất điện từ và mô men điện từ
'2'
dt 1 Cu1 Fe 1 2 2
'2'
co dt Cu2 1 2 2
s
ss
I
I1
PPp p m()r/
PPp m()r()/
=− − =
=− = −

Mô men điện từ của động cơ:
2'
21
2'

21s
'
2
2
11
s
dt
)x(x/s)r[(r2ππ
/sprUm
w
P
M
+++
==
(1.3)
Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ
ω
= f(M)
Từ phương trình mô men của động cơ (1.3) ta xây dựng được đường
đặc tính cơ của động cơ đó là quan hệ giữa tốc độ và mô men của động cơ
như hình vẽ sau:





ω
s = 0
M
M

th
M
t

s
th
n= 0

7


Hình 1.3 Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ
Đường đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ đạt cực đại tại điểm có:
2'
21
2
1
'
2
th
)x(xr
r
s
++
=

2
1
th
2'2

s1 1 1 2
3U
M
2(r r (x x))ω
=
+++

th
th
th
thth
2as
s
s
s
s
)as(12M
M
++
+
=⇒
( 1.4 )
với a = r
1
/r
2
.

Đối với động cơ có công suất lớn r
1

<<x
1
+x
2
’
lúc này ta có thể bỏ qua r
1
nghĩa là r
1
= as
th
= 0 suy ra:
'2
21
th th
''
12 s12
r3U
sM
xx 2(xx)
ω
=⇒=
++


th
th
th
ss
ss

2M
M
⇒=
+
( 1.5 )
1.1.2 Động cơ không đồng bộ một pha
Động cơ không đồng bộ một pha thường được sử dụng trong các dụng
cụ, thiết bị sinh hoạt và trong công nghiệp. Công suất của động cơ từ vài oát
đến vài trăm oát và nối vào lưới điện xoay chiều một pha. Stato động cơ

8
không đồng bộ một pha có hai dây quấn: dây quấn làm việc và dây quấn khởi
động. Rôto động cơ không đồng bộ một pha thường là lồng sóc.
Dây quấn làm việc được nối với lưới điện trong suốt quá trình làm việc,
còn dây quấn khởi động chỉ nối vào khi mở máy. Khi tốc độ đạt đến 75 ÷
85% tốc độ đồng bộ thì dùng bộ ngắt kiểu ly tâm cắt dây quấn khởi độ
ng ra
khỏi lưới điện. Động cơ công suất nhỏ sau khi mở máy, dây quấn khởi động
nối vào lưới.
So với động cơ điện không đồng bộ ba pha cùng kích thước, công suất
của động cơ điện một pha chỉ bằng 70% công suất của động cơ điện ba pha,
nhưng do các động cơ điện một pha có khả năng quá tải thấp nên trên thự
c tế,
trừ động cơ điện kiểu điện dung ra, công suất của động cơ điện một pha bằng
40 ÷50% công suất động cơ điện ba pha.
Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ một pha: Khi dây quấn
làm việc nối với điện áp một pha thì dòng điện trong dây quấn sinh ra từ
trường đập mạch Φ. Từ trường này có thể
phân thành hai từ trường quay
ngược chiều nhau Φ

A
và Φ
B
có tốc độ bằng nhau và biên độ bằng một nửa từ
trường đập mạch như Hình 1.4a. Như vậy có thể xem động cơ điện một pha
tương đương như một động cơ điện ba pha mà dây quấn stato gồm hai phần
giống nhau mắc nối tiếp và tạo thành các từ trường quay theo những chiều
ngược nhau như Hình 1.4b. Tác dụng của từ trường quay thuận nghịch
đó với
dòng điện ở roto do chúng sinh ra tạo thành hai mô men ngược nhau M
A
và
M
B
. Khi động cơ đứng yên (s = 1) thì hai mô men đó bằng nhau và ngược
chiều nhau, do đó mô men quay tổng bằng không.

9

Hình 1.4 Nguyên lý làm việc của động cơ điện không đồng bộ một pha
Nếu ta quay roto của động cơ điện theo một chiều nào đó (ví dụ quay
theo chiều quay của từ trường dây quấn A như Hình b) với tốc độ n thì tần số
của sức điện động, dòng điện cảm ứng ở roto do từ trường quay thuận Φ
A
sinh
ra sẽ là:

(
)
(

)
111
2B 1
1
pn-n pn n-n
f= = =sf
60 60n
( 1.6 )
Còn đối vớitừ trường quay ngược Φ
B
thì tần số ấy sẽ là:

()
(
)
()
111
1
2A 1
1
pn+n 2n-n-n
pn
f= = -2-sf
60 60 n
⎡⎤
⎢⎥
⎣⎦
( 1.7 )
ở đây (2 - s) chính là hệ số trượt của roto đối với từ trường Φ
B

.
Như vậy, khi 0 < s < 1 đối với từ trường Φ
A
máy làm việc ở chế độ
động cơ điện, còn đối với từ trường Φ
B
, do hệ số trượt của roto đối với tử
trường đó bằng 2 – s > 1, nên máy sẽ làm việc trong chế độ hãm. Ngược lại,
khi 1 < s < 2 tức là khi cho roto quay theo chiều của từ trường dây quấn B thì
hệ số trượt đối với từ trường này sẽ là 0 < 2 – s < 1; lúc đó đối với từ trường
Φ
B
, máy làm việc ở chế độ động cơ, còn đối với từ trường Φ
A
thì ở chế độ
hãm.
Quy ước rằng các mô men có trị số dương khi chúng tác dụng theo
chiều chiều quay của từ trường Φ
A
, ta sẽ được các đường cong mô men M
A
và

10
M
B
của các dây quấn A, B và mô men tổng theo Hình 1.5 ta, đường đặc tính
mô men của máy điện không đồng bộ một pha có tính chất đối xứng, cho nên
động cơ có thể quay bất cứ chiều nào. Chiều quay thực tế của động cơ điện
một pha chủ yếu phụ thuộc vào chiều quay của bộ phận mở máy.

Hình1.5 Đặc tính M = f(s) của động cơ điện không đồng bộ một pha

1.1.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ
Để điều khiển được dòng năng lượng đưa ra trục động cơ ta cần nghiên
cứu và phân tích đặc tính cơ của động cơ ω = f(M) trong đó ω là tốc độ góc
của rotor, M là mô men của động cơ. Từ
đó có các phương thức để điều chỉnh
tốc độ và mô men.
Ta có phương trình đặc tính của động cơ không đồng bộ như sau:
2'
11 2
'2 '2
s
12 1 2
mUpr/s
M
2πf [(r r /s) (x x )
=
+++
( 1.8 )
Từ phương trình đặc tính cơ 1.8 ta thấy có nhiều phương pháp điều
chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ: điều chỉnh điện áp u
1
, điều chỉnh điện
trở mạch rotor (r
2
), điều chỉnh công suất trượt, và điều chỉnh tần số nguồn
cung cấp cho động cơ bằng bộ biến đổi tần số thiristor hoặc tranzitor…
Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ và

mỗi phương pháp đều có nhưng ưu điểm và nhược điểm của nó. Sau đây là
một số phương pháp đi
ều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ:

11
a. Điều chỉnh điện áp đặt vào stator của động cơ
Từ biểu thức (1.8) mô men của động cơ tỷ lệ với bình phương điện áp
đặt vào stator do đó ta có thể điều chỉnh được mô men quay và tốc độ động cơ
bằng cách điều chỉnh giá trị điện áp stator trong đó giữ nguyên tần số nguồn
cấp.
Ưu đi
ểm của phương pháp này là nó thích hợp với trường hợp mô men tải
là hàm tăng của tốc độ, tuy nhiên nó lại không thích hợp với loại động cơ rotor
lồng sóc vì s
th
của loại động cơ này là bé. Khi thực hiện điều chỉnh đối với động cơ
rotor dây quấn thì cần nối thêm điện trở phụ vào mạch rotor để mở rộng dải điều
chỉnh tốc độ và mô men.
b. Điều khiển công suất trượt mạch rotor
Trong các trường hợp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng
cách làm mềm đặc tính và để nguyên tốc độ không tải lý tưởng thì công suất
trượt ΔP
s
= sP
đt
được tiêu tán trên điện trở mạch rotor. Ở các hệ thống truyền
động công suất lớn, tổn hao này là đáng kể. Vì thế để vừa điều chỉnh được tốc
độ truyền động, vừa tận dụng được công suất trượt người ta sử dụng các sơ đồ
điều chỉnh công suất trượt, gọi tắt là các sơ đồ nối tầng. Có nhiều phương
pháp xây dựng hệ nối tầng.

Phương pháp điều khiển công suất trượt mạch rotor thường được áp
dụng cho các hệ truyền động công suất lớn vì khi đó việc tiết kiệm điện năng
có ý nghĩa lớn nhưng nó có nhược điểm là phạm vi điều chỉnh tốc độ không
lớn lắm và mô men của động cơ bị khi tốc độ thấp. Một v
ấn đề nữa đối với
các hệ thống công suất lớn là vấn đề khởi động động cơ, thường dùng điện trở
phụ để khởi động động cơ đến vùng tốc độ làm việc sau đó chuyển sang chế
độ điều chỉnh công suất trượt. Vì vậy, nên áp dụng phương pháp này cho các
hệ truyền động có số lần khởi động, dừng máy và
đảo chiều ít nhất.
c. Điều khiển điện trở mạch rotor

12
Theo phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ thì ta có thể
điều chỉnh tốc độ của động cơ bằng điều chỉnh điện trở mạch rotor, ưu điểm
của phương pháp này là dễ điều chỉnh, tuy nhiên nhược điểm của nó là gây
tổn hao trên điện trở và mạch chuyển đổi van ở điện áp m
ột chiều. Mặt khác
khi điều chỉnh điện trở của mạch rotor thì độ trượt tới hạn cũng thay đổi theo,
song trong một dải tốc độ nào đó thì mô men của động cơ tăng lên khi tăng
điện trở, nhưng trong dải khác mô men của động cơ lại giảm đi. Trong
phương pháp này nếu giữ dòng điện rotor không đổi thì mô men cũng không
đổi và không phụ thuộc tốc
độ động cơ, vì vậy có thể áp dụng phương pháp
này cho hệ truyền động có mô men không đổi.
d. Điều khiển tần số điện áp nguồn cung cấp cho động cơ
Với mục đích mở rộng dải điều chỉnh và nâng cao chất lượng động hệ
thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều nói chung và động cơ không
đồng bộ nói riêng, phươ
ng pháp điều chỉnh tần số động cơ không đồng bộ cho

phép mở rộng phạm vi sử dụng động cơ không đồng bộ trong nhiều nghành
công nghiệp. Trước hết đó là ứng dụng cho những thiết bị cần thay đổi tốc độ
nhiều động cơ cùng một lúc như các hệ truyền động của các nhóm máy dệt,
băng tải, băng truyền Phương pháp này còn được áp d
ụng trong cả những
thiết bị đơn lẻ nhất là những thiết bị có công nghệ yêu cầu tốc độ làm việc cao
như máy ly tâm, máy mài, máy đánh bóng Đặc biệt các hệ thống điều chỉnh
tốc độ động cơ bằng các bộ biến đổi tần số nguồn cung cấp cho động cơ
không đồng bộ rotor lồng sóc có cấu tạo đơn giản, vững chắc, giá thành rẻ
và
làm việc trong những môi trường nặng nề, tin cậy. Đó là những yêu cầu cần
thiết trong hệ thống công nghiệp đang ngày càng phát triển.
Trong hệ điều khiển tần số động cơ thì thông số điều khiển là tần số của
điện áp đặt và stator. Nếu phụ tải có mô men là hằng số thì ta phải điều khiển
cả điện áp để đạt
được quy luật U/f = const. Nếu phụ tải có công suất là hằng
số thì ta giữ nguyên điện áp đặt vào stator nhưng chỉ làm việc với dải tần số

13
f > f
s
.
Ưu điểm nổi bật của phương pháp này mà các phương pháp khác
không có được là có thể điều khiển động cơ phù hợp với mọi loại tải và phát
huy được dải điều chỉnh ở cả hai vùng tốc độ dưới và trên định mức, phù hợp
với các hệ truyền động yêu cầu tốc độ cao. Song phương pháp này có nhược
điểm là hệ thống điều khi
ển phức tạp. Tuy nhiên, với ứngdụng của kỹ thuật vi
xử lý tín hiệu đã cho phép giải quyết các thuật toán phức tạp điều khiển động
cơ trong điều kiện thời gian thực với chất lượng điều khiển cao. Chính vì vậy

phương pháp này ngày càng được quan tâm và ứng dụng mạnh mẽ trong các
hệ thống công nghiệp.
e. Điều chỉnh tốc độ
động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi số đôi cực
Trong nhiều trường hợp các cơ cấu sản xuất không yêu cầu phải điều
chỉnh tốc độ bằng phẳng mà chỉ cần điều chỉnh có cấp.
Đối với động cơ không đồng bộ ba pha, ta có tốc độ của từ trường
quay:

1
1
60f
n=
p
(1.9)
n = n
1
(1 – s) (1.10)
Do đó khi thay đổi số đôi cực thì n
1
sẽ thay đổi, vì vậy tốc độ của động
cơ sẽ thay đổi. Để thay đổi số đôi cực p ta thay đổi cách đấu dây và cũng là
cách thay đổi chiều dòng điện đi trong các cuộn dây mỗi pha stato động cơ.
Khi thay đổi số đôi cực chú ý rằng số đôi cực ở stato và roto là như nhau.
Nghĩa là khi thay đổi số đôi cực ở stato thì ở roto cũng phải thay đổi theo nên
rấ
t khó thực hiện cho động cơ roto dây quấn. Phương pháp này chủ yếu dùng
cho động cơ không đồng bộ roto lồng sóc và loại động cơ này có khả năng tự
biến đổi số đôi cực ở roto để phù hợp với số đôi cực ở stato. Đối với động cơ
có nhiều cấp độ, mỗi pha stato phải có ít nhất là hai nhóm bối dây trở nên hoàn

toàn giống nhau. Do đó càng nhiều cấp
độ thì kích thước, trọng lượng và giá
thành càng cao vì vậy trong thực tế thường dùng tối đa là bốn cấp độ.

14
Kết luận
Từ các phương pháp trên ta thấy phương pháp điều chỉnh tốc độ động
cơ bằng biến tần là phương pháp có nhiều ưu điểm hơn cả. Vì nó có thể điều
khiển được nhiều loại động cơ khác nhau trong đó có cả động cơ điện một
chiều, dải điều chỉnh tốc độ rộng và liên t
ục. Nó còn được áp dụng nhiều
trong các hệ truyền động chất lượng cao. Hơn nữa phương pháp điều khiển
tốc độ bằng biến tần điều khiển tốc độ của động cơ xoay chiều một pha đơn giản
và thích hợp nhất. Nên phương pháp này sẽ được áp dụng trong đề tài này để điều
khiển tốc độ gió cho hệ thống sấy nông sả
n trong phòng thí nghiệm.
1.2 Điều chỉnh tốc độ quay động cơ bằng biến tần
Bộ biến tần có nhiệm vụ biến đổi điện áp lưới với tần số công nghiệp (ở
một số trường hợp là điện áp mạng hay nguồn độc lập tần số cao) thành điện
áp (hoặc dòng điện) biến đổi nhiều pha có biên độ, tầ
n số và số pha có thể
thay đổi được trong phạm vi cho phép.
Tốc độ động cơ không đồng bộ:
1
1
60f
n n (1 s) (1 s)
p
=
−= −

(1.11)
Trong đó f
1
là tần số nguồn cung cấp;
s là hệ số trượt của động cơ.
Khi hệ số trượt thay đổi ít thì tốc độ của động cơ n tỷ lên thuận với f
1
.
Vì vậy ta có thể điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số nguồn. Riêng đối
với động cơ rotor lồng sóc chỉ có thể điều chỉnh tần số mới thực hiện điều
chỉnh trơn tốc độ trong phạm vi rộng.
Đối với động cơ không đồng bộ nếu bỏ qua điện áp rơi trên điện tr
ở và
điện cảm dây quấn stator ta có:
11 dq11
1
1
UE4,44kWf
U
k
f
φ
φ
=
≈
⇒=


15
với:

dq 1
1
k
4,44k W
=
trong đó:
W
1
là số vòng dây stator;
K
dq
hệ số dây quấn
Từ biểu thức trên ta thấy đồng thời với việc điều chỉnh tần số thì ta phải
điều chỉnh cả điện áp nguồn cung cấp. Bởi vì nếu điều chỉnh tần số mà giữ
nguyên điện áp thì:
Nếu giảm f
1
thì φ của động cơ tăng lên làm cho mạch từ của động cơ bị
bão hoà và dòng điện từ hoá I
μ
lớn lên, tổn thất sắt trong lõi thép stator lớn
làm cho động cơ phát nóng dữ dội, đôi khi có thể gây cháy động cơ.
Nếu tăng f
1
làm cho từ thông φ của động cơ giảm xuống và nếu động
cơ có tải với mô men không đổi thì dòng điện rotor I
r
tăng lên dẫn đến trong
trường hợp này dây quấn rotor bị quá tải, cho mô men cho phép và khả năng

quá tải cho phép của động cơ bị giảm đi.
Để phát huy tối đa mọi khả năng của động cơ khi điều chỉnh tốc độ
bằng bộ biến tần người ta phải tiến hành điều chỉnh cả điện áp theo một hàm
cho phù hợp với phụ t
ải. Việc điều khiển này có thể được thực hiện thông qua
hệ thống kín khi đó nhờ các mạch phản hồi điện áp ứng với một tần số cho
trước nào đó sẽ biến đổi theo phụ tải và các quy luật tải khác ta có các quy
luật điều khiển.
Nguyên tắc chung của các bộ biến đổi tần số là dùng khoá điện tử công
suất đi
ều khiển là transitor hay thyristor (gọi là các khoá điện tử). Thực chất
của các nguyên tắc này là ở việc tổ chức các mối liên kết của các phần tử chủ
yếu của bộ biến đổi và đóng cắt chúng bằng những quy luật (thuật toán) nào
đó theo hàm thời gian để điều chỉnh dòng năng lượng ở đầu ra bộ biến đổi
với tần số mong muốn.

16
Các bộ biến đổi tần số dùng khoá điện tử có thể chia thành ba loại theo
phương pháp chuyển mạch dòng điện giữa các khoá điện tử.
1-
Bộ biến tần dùng khóa điện tử với chuyển mạch tự nhiên.
2- Bộ biến tần dùng van bán dẫn với chuyển mạch ngoài (chuyển mạch
nhân tạo và chuyển mạch cưỡng bức).
3-
Bộ biến tần dùng khoá điện tử với chuyển mạch hỗn hợp.
Mặt khác, tùy theo cách liên hệ của phụ tải với năng lượng nguồn,
chính xác hơn là theo kiểu biến đổi trung gian của điện áp sơ cấp (điện áp
lưới), người ta chia ra ba loại bộ biến đổi tần số dùng khoá điện tử:
1- Các bộ biến tần có khâu trung gian dòng điện một chi
ều (các bộ biến

đổi tần số kiểu nghịch lưu).
2- Các bộ biến tần trực tiếp (không có khâu trung gian dòng điện một
chiều và các mạch vòng khác).
3-
Các bộ biến tần có khâu trung gian dòng điện xoay chiều tần số cao.
1.3 Ý nghĩa của việc dùng biến tần để điều khiển tốc độ gió của hệ thống
sấy
Việc điều chỉnh tốc độ gió trong hệ thống thí nghiệm sấy được chuyển
về việc điều khiển tốc độ động cơ quạt gió. Giữa tốc độ gió và tốc độ động cơ
có quan hệ với nhau theo một hàm nào đó, hàm này sẽ được xác định bằng
thực nghiệm. Tốc độ gió trong hệ thống thí nghiệm sấy cần một dải tố
c độ và
ở mỗi tốc độ thì cần ổn định chúng. Việc sử dụng biến tần là thích hợp vì điều
chỉnh tốc độ được liên tục, dải điều chỉnh rộng và việc điều chỉnh đơn giản.







17
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT BIẾN TẦN
2.1 Biến tần áp
2.1.1 Định nghĩa chung về biến tần
Biến tần là các bộ biến đổi điện dùng để biến đổi nguồn điện áp với các
thông số không đổi, thành nguồn điện (nguồn áp hoặc nguồn dòng) với tần số có
thể thay đổi được. Thông thường biến tần làm việc với nguồn điện đầu vào là lưới
điện nhưng về nguyên tắc chung thì biến tần có thể làm việc với bất k

ỳ nguồn điện
áp xoay chiều nào.
Bộ biến tần phải thoả mãn các yêu cầu sau:
- Có khả năng điều chỉnh tần số theo giá trị tốc độ đặt mong muốn.
- Có khả năng điều chỉnh điện áp theo tần số để duy trì từ thông khe hở
không đổi trong vùng điều chỉnh mômen không đổi.
- Có khă năng cung cấp dòng điện định mức ở
mọi tần số.
Tuỳ theo yêu cầu kinh tế - kỹ thuật mà có thể xác định được cấu trúc
của hệ biến tần động cơ. Về cơ bản chúng ta có thể chia thành hai loại : Biến
tần trực tiếp, biến tần gián tiếp.
Biến tần trực tiếp
Được xây dựng trên cơ sở các bộ chỉnh lưu đảo chiều có điều khiển (bộ
biến đổi một pha, nhiều pha, có điểm trung tính và sơ đồ cầu).




Hình 2.1 Sơ đồ biến tần trực tiếp
Gọi là biến trực tiếp vì nó biến đổi nguồn vào xoay chiều có tần số f
1

thành nguồn ra xoay chiều có tần số f
2
một cách trực tiếp mà không cần qua
Bộ biến đổi
U ∼
f
1
U ∼

f
2

18
một khâu biến đổi trung gian nào cả. Nên hiệu suất của bộ biến đổi tần số loại
này cao, khối lượng và kích thước của chúng nhỏ.
Nhược điểm của biến tần trực tiếp dùng khoá điện tử là: hệ số công suất
phía nguồn cung cấp thấp, tồn tại một tỷ lệ lớn các sóng hài bậc cao ở điện áp
ra, hệ thống
điều khiển phức tạp và tần số ở đầu ra thấp.
Tần số ra lớn nhất của bộ biến tần trực tiếp thấp hơn tần số lưới, số pha
m
1
ở mạch lực của bộ biến tần phía nguồn cung cấp càng ít bao nhiêu thì tần
số ra càng thấp bấy nhiêu. Để có tần số f
2
= 50 Hz cần phải hoặc là nâng cao
tần số cung cấp lên 150 ÷ 200 Hz hoặc là tăng số pha m
1
lên đến 24 pha. Điều
này không dễ dàng đối với việc biến đổi năng lượng bổ xung trong khi tần số
nguồn cung cấp là tiêu chuẩn và làm giảm đáng kể các chỉ tiêu kinh tế, kỹ
thuật, làm giảm tính ưu việt của bộ biến tần trực tiếp dùng khoá điện tử.
Như vậy bộ biến tần trực tiếp dùng khoá điện tử được xây dựng trên cơ
sở các bộ chỉnh lưu có điều khiển. Sự chuyển mạch của các khoá điện tử
công suất thường được thực hiện nhờ điện áp lưới mà đặc trưng tiêu biểu cho
các bộ biến tần loại này là chuyển mạch tự nhiên, nhưng cũng có các bộ biến
tần trực tiếp dùng chuyển mạch ngoài. Sử dụng chuyển mạch ngoài trong các
bộ bi
ến tần loại này cho phép làm tăng đáng kể giá trị lớn nhất của tần số đầu

ra và mở rộng khả năng sử dụng của chúng.
Biến tần gián tiếp

Việc biến đổi điện áp lưới cung cấp được cung cấp hai lần. Đầu tiên,
điện áp xoay chiều được nắn nhờ bộ chỉnh lưu thành điện áp một chiều, sau
đó điện áp một chiều nhờ bộ nghịch lưu được biến đổi thành điện áp xoay
chiều. Sơ đồ khối được biểu diễn trên Hình 2.2.




U ∼
f
2
Chỉnh lưu Lọc
Nghịch lưu
đ
ộ
cl
ập

U ∼
f
1

19
Hình 2.2 Sơ đồ biến tần gián tiếp
Bộ nghịch lưu có thể là độc lập hay phụ thuộc tùy theo phụ tải ở mạng
tiêu thụ với tần số ấn định. Giữa bộ chỉnh lưu và bộ nghịch lưu thường là bộ
lọc để san bằng sự đập mạch của điện áp hay dòng điện chỉnh lưu.

Bộ chỉnh lưu và bộ nghịch lưu có thể làm việc độ
c lập với nhau và có
thể thực hiện chuyển mạch tự nhiên hay nhân tạo, bao gồm các nhóm:
1- Các bộ biến đổi tần số với chuyển mạch hỗn hợp: bộ biến đổi đảo
chiều dùng nghịch lưu phụ thuộc với chuyển mạch tự nhiên, còn nghịch lưu
độc lập, dùng chuyển mạch nhân tạo.
2- Các bộ biến đổi tần số với chuyển mạch t
ự nhiên hoàn toàn: trường
hợp thiết bị điện một chiều, động cơ đồng bộ làm việc ở chế độ bù và với các
phụ tải khác có hệ số công suất cao và trong trường hợp truyền động điện nối
tầng van không đồng bộ.
3- Các bộ biến đổi tần số với chuyển mạch nhân tạo hoàn toàn. Khi đó
cả bộ chỉnh lưu và bộ ngh
ịch lưu đều được thực hiện chuyển mạch nhân tạo.
Ưu điểm chính của bộ biến đổi tần số dùng khoá điện tử có khâu trung
gian dòng điện một chiều là có thể nhận được ở đầu ra của nó nhờ nghịch lưu
độc lập, tần số có thể thay đổi được trong dải rộng, không phụ thuộc vào tần
số nguồn cung cấp.
Nh
ược điểm cơ bản của bộ biến đổi loại này là biến đổi năng lượng hai
lần nên làm giảm hiệu suất của bộ biến đổi và làm tăng kích thước và khối
lượng của nó.
Bộ biến tần dùng van bán dẫn có khâu trung gian dòng điện xoay
chiều một pha tần số cao
.
Để nhận được tần số 50 Hz ở cửa ra của bộ biến tần khoá điện tử này
thì tần số điện áp của khâu trung gian dòng điện xoay chiều không được nhỏ
hơn 450 Hz. Bộ biến tần với khâu trung gian dòng điện một pha có chuyển
mạch hỗn hợp. Bộ biến tần loại này dẫn dòng cả hai phía, đảm bảo trao đổi

20
năng lượng phản kháng giữa nguồn và phụ tải. Khi động cơ làm việc ở chế độ
máy phát, có thể trả lại năng lượng tác dụng về lưới cung cấp. Giá trị cực đại
của tần số ra của bộ biến tần khoá điện tử này được giới hạn bởi giá trị tần số
điện áp ở khâu trung gian dòng điện một pha và th
ường vào khoảng 50 – 60
Hz, nhưng về nguyên tắc thì có thể đạt giá trị lớn hơn.
Bộ biến tần khoá điện tử có khâu trung gian dòng điện xoay chiều tần
số cao sử dụng nhiều sơ đồ phức tạp, được xây dựng trên cơ sở các bộ chỉnh
lưu hình tia ba pha và chỉnh lưu đảo chiều dùng sơ đồ cầu ba pha. Ở đây việc
biến đổi đi
ện áp tần số cao thành điện áp có tần số thấp điều chỉnh được,
thường được thực hiên nhờ bộ biến tần trực tiếp một pha đến ba pha dùng
chuyển mạch tự nhiên. Những bộ biến đổi loại này không mang lại ứng dụng
thực tiễn trong truyền động điện vì sơ đồ mạch lực và hệ thống điều khiển khá
phức tạp.
Các nguyên tắc biến đổi dòng điện một chiều thành xoay chiều trong
các bộ biến đổi dùng khoá điện tử. Các bộ nghịch lưu và tính chất của chúng.
Phần quan trọng cấu thành các bộ biến tần khoá điện tử có khâu trung
gian dòng điện một chiều cùng với các bộ chỉnh lưu là các bộ nghịch lưu.
Nghịch lưu là quá trình biến đổi dòng điện mộ
t chiều thành xoay chiều.
Đó là quá trình biến đổi hệ thống điện áp một chiều sang mạch xoay chiều
nhờ các khóa điều khiển (thyristor hay transitor).
Thiết bị thực hiện quá trình này được gọi là nghịch lưu. Các bộ nghịch
lưu thường được chia ra theo loại phụ tải và theo tương quan công suất
chuyển mạch và mạch tiêu thụ là độc lập hay phụ thuộc.
Nghịch lưu độc lập là nghịch lưu làm việc với tải độc lập, ở đó không
chứa sẵn nguồn năng lượng tác dụng, có cùng điện áp và tần số với đầu ra
nghịch lưu. Vì vậy tần số, dạng điện áp được xác định do chế độ làm việc đó

đến các thông số ở đầu ra nghịch lưu.

21

Nghịch lưu phụ thuộc là nghịch lưu trả lại năng lượng cho lưới điện
xoay chiều có điện áp, tần số cố định và công suất tác dụng lớn hơn đáng kể
so với công suất mà nghịch lưu trả lại. Khi này những thông số về điện áp, tần
số ở đầu ra của nghịch lưu phụ thuộc không ảnh hưởng đến chế độ làm việc
c
ủa nó, những thông số này hoàn toàn được xác định bởi các thông số của
lưới mà nghịch lưu trả năng lượng lại.
Tuỳ theo kiểu chuyển mạch nghịch lưu mà được chia ra làm hai nhóm:
-
Các bộ nghịch lưu chuyển mạch tự nhiên.
-
Các bộ nghịch lưu chuyển mạch cưỡng bức
Nghịch lưu phụ thuộc được đặc trưng bằng chuyển mạch tự nhiên của
các khoá điện tử, hệ thống điều khiển các khóa điện tử của bộ nghịch lưu này
thường là phụ thuộc (được đồng bộ hoá) như ở bộ chỉnh lưu.
Nghịch lưu độc l
ập được đặc trưng bằng chuyển mạch cưỡng bức và
việc điều khiển các thysistor hay transitor đều từ bên ngoài (không phụ thuộc
cả mạng cung cấp lẫn tải tiêu thụ). Nhưng nghịch lưu độc lập có thể có chế độ
làm việc với chuyển mạch tự nhiên cho các khoá điện tử (khi làm việc với
động cơ đồng bộ quá bù, phụ tải điện dung v.v…). Ch
ẳng hạn, ở chế độ máy
điện một chiều, việc chuyển mạch của các khoá điện tử trong nghịch lưu phụ
thuộc vào vị trí góc và tốc độ góc của roto động cơ, nghĩa là hệ thống điều
khiển nghịch lưu đó cần phải được đồng bộ hoá và bị phụ thuộc vào vị trí
roto. Tuy nhiên, điều này không có nghĩa là biến nghịch l

ưu độc lập thành
nghịch lưu phụ thuộc, bởi vì việc xác định nghịch lưu độc lập dựa trên cơ sở
tần số, biên độ điện áp, dạng điện áp ở đầu ra và chế độ làm việc của nghịch
lưu này có phụ thuộc vào năng lượng tác dụng cũng như tần số của nguồn
cung cấp hay không.
Do tính độc lập về ch
ế độ làm việc của nguồn điện một chiều và sự duy trì
nghiêm ngặt các quá trình điện từ trong nghịch lưu độc lập, người ta chia ra

22
thành nghịch lưu độc lập nguồn điện áp và nghịch lưu độc lập nguồn dòng
điện.
Nghịch lưu độc lập nguồn dòng điện là nghịch lưu mà dạng dòng điện ở
dầu ra của nó được xác định chỉ bằng sự chuyển mạch dòng điện giữa các
khoá điện tử của nghịch lưu, còn dạng điện áp thì phụ thuộc vào tính chất của
phụ tải. Việc đưa bộ chỉnh lưu điều khiển vào chế độ nguồn dòng điện điều
ch
ỉnh được khi làm việc với nghịch lưu độc lập nguồn dòng điện được thực
hiện bằng cách đấu thêm điện kháng san bằng có điện cảm rất lớn ở đầu vào
hoặc dùng khâu phản hồi âm dòng điện trong chỉnh lưu điều khiển và sử dụng
cuộn kháng san bằng có giá trị điện cảm đủ để san bằng sự đập m
ạch của
dòng điện chỉnh lưu.
Nghịch lưu độc lập nguồn dòng điện không thể làm việc với tải cảm
kháng, vì khi dòng điện đột biến ở đầu ra (thời điểm thay đổi cực tính điện áp
trên tải làm hở mạch nguồn dòng điện) sẽ làm xuất hiện quá điện áp lớn hơn
giới hạn cho phép. Nghịch lưu
độc lập nguồn dòng điện sẽ gần đạt đến nghịch
lưu dòng điện lý tưởng khi nó làm việc với tải có tính chất dung kháng.
Nghịch lưu độc lập nguồn dòng điện có thể cho phép làm việc với tải có tính

chất cảm kháng hay động cơ điện xoay chiều nhưng trong trường hợp này cần
phải hạn chế quá điện áp chuyển mạch và tốc độ
tăng trưởng của dòng điện
khi thay đổi cực tính và phải có biện pháp đặc biệt để dập tắt hoặc trả lại năng
lượng phản kháng đã tĩch luỹ trên tải cho nguồn cung cấp. Khả năng làm việc
với tải có hệ số công suất vượt góc trước làm cho nghịch lưu độc lập nguồn
dòng điện có ưu việt hơn cả nhờ vi
ệc sử dụng tính chất chuyển mạch tự nhiên.
2.1.3 Các luật điều khiển tần số
a) Luật điều khiển tần số theo khả năng quá tải
Mô men cực đại mà động cơ sinh ra được chính là mô men tới hạn M
th
,
khả năng quá tải về mô men được quy định: Khi điều chỉnh tần số thì trở
kháng, từ thông, dòng điện của động cơ thay đổi, để đảm bảo một số chỉ tiêu

23
điều chỉnh mà không làm động cơ bị quá dòng thì cần phải điều chỉnh cả điện
áp. Đối với hệ thống biến tần nguồn áp thường có yêu cầu giữ cho khả năng
quá tải về mô men là không đổi trong bằng hệ số quá tải về mô men λ
M
.
M
M
λ
th
M
=

Nếu bỏ qua điện trở dây quấn stator (R

s
=0) thì ta có:
22
2
ss
m
th
22 2
srσ 00
UU
L
Mk
2L L ωω
==
(2.1)
với ω
0
là tốc độ không tải
Điều kiện để giữ hệ số quá tải không đổi là:
dm
thdmth
M
M
M
M
M
λ ==
(2.2)
Thay (2.3) vào (2.2) ta được:
dm0dm

sdm
0
s
M
M
ω
U
ω
U
=
(2.3)
Đặc tính cơ của máy công tác có dạng
x
dm
0
dmc
ω
ω
MM
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=

Thay phương trình trên vào phương trình (2.3) ta rút ra được luật điều chỉnh

tần số điện áp để có hệ số quá tải về mô men là không đổi là:
()
2
x
1
*
s
*
s
2
x
1
sdm
s
2
x
1
0dm
0
sdm
s
fU
f
f
ω
ω
U
U
+
++

=⇔
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
(2.4)
•
Khi x=0 tức là phụ tải có M
c
=const thì:
U
s
*
=f
s
*

↔ U
s
/f
s
=const
•
Khi x=1 tức là phụ tải có công suất không đổi thì:
U
s
*
=(f
s
*
)
3/2

•
Khi x=2 tức là phụ tải dạng bơm ly tâm và quạt gió thì:

24
U
s
*
=(f
s
*
)
2
suy ra U
s

/f
s
2
=const
b) Luật điều chỉnh giữ từ thông không đổi

Chế độ định mức là chế độ làm việc tối ưu về tuổi thọ của động cơ
không đồng bộ. Trong chế độ này từ thông là định mức và mạch từ có công
suất tối đa. Luật điều chỉnh điện áp tần số mà ta đã trình bày ở trên là luật gần
đúng giữ từ thông không đổi trên phạm vi toàn dải điều chỉnh. Tuy nhiên từ
thông động c
ơ trên mỗi đặc tính còn phụ thuộc rất nhiều vào độ trượt s, tức là
phụ thuộc mô men tải trên trục động cơ. Vì thế, trong các hệ điều chỉnh yêu
cầu chất lượng cao thì ta cần tìm cách bù từ thông.

Từ phương trình mô tả mô men của động cơ không đồng bộ ta thấy,
nếu giữ được từ thông của khe hở không khí hay từ thông stator không đổi thì
mô men sẽ không phụ thuộc vào tần số và mô men tới hạn sẽ không đổi trong
toàn dải điềi chỉnh. Nếu coi R
s
= 0 thì:
const
ω
U
ω
U
ψ
sdm
sdm
s

s
s
===

Tuy nhiên ở vùng tần số làm việc thấp thì sụt áp trên điện trở mạch
stator đáng kể so với sụt áp trên điện cảm stator. Do đó từ thông cũng giảm đi
và mô men tới hạn cũng giảm.
Quan hệ giữa dòng điện stator và từ thông rotor như sau:
2
sr
m
r
s
)ω(T1
L
ψ
I += (2.5)
Thực tế là khi giữ từ thông rotor không đổi ψ
r
= ψ
rdm
thì vec tơ dòng điện
rotor và vec tơ từ thông rotor phải luôn vuông góc với nhau trong không gian. Mặt
khác, do mô men điện từ là tích vec tơ của hai vec tơ này nên khi chúng vuông góc
với nhau thì mô men trở thành tích của hai đại lượng. Do đó, từ biểu thức (2.5) ta
thấy để điều chỉnh cho từ thông không đổi ta chỉ cần điều chỉnh dòng điện stator và
tần số f
s
sao cho thoả mãn biểu thức trên.
c) Luật điều khiển tần số trượt không đổi

25
Động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc ở chế độ xác lập ta có phương trình:
()
2
rr
2
sr
r
2
m
Tω1
Iω
R
L
2
3
M
+
=
(2.6)
trong đó: ω
r
=ω
s
-ω
Vì vậy nếu giữ ω
r
=const thì M=f(I
s

2
). Lấy đạo hàm của mô men M theo tốc độ
ω
r
sau đó cho bằng 0 ta tìm được tốc độ ω
r
tới hạn và mô men tới hạn.
2
s
rσ
2
m
th
r
r
rth
I
L
L
4
3
M
L
R
ω
=
=

Như vậy nếu giữ ω
r

=ω
th
=R
r
/L
r
=1/T
r
thì mô men điện từ của động cơ sinh ra
bằng mô men tới hạn của động cơ. Trường hợp này ta gọi là luật điều chỉnh
sao cho động cơ sinh ra mô men tối đa ứng với một giá trị cho trước của dòng
điện stator. Mặt khác vì ω
r
=2пf
r
nên luật này còn gọi là luật điều chỉnh giữ tần
số mạch rotor là hằng số.
d) Điều chỉnh tần số bằng phương pháp véc tơ không gian
Qua sự phân tích một số phương pháp điều khiển tốc độ động cơ không
đồng bộ nêu trên ta thấy, hầu hết các phương pháp đó đều có đặc điểm là
không sử dụng các thiết bị phản hồi nên mặc dù đạt được sự tối ưu về giá
thành song mục tiêu quan trọng là chất lượng điều khiển lại chưa đạt được độ
chính xác cao. Sự đị
nh hướng của trường rotor không được sử dụng, trạng
thái của động cơ bị bỏ qua, mô men không được điều khiển Kỹ thuật điều
khiển này gọi là điều khiển vô hướng. Mặt khác chúng ta đều đã biết động cơ
không đồng bộ là thiết bị mang tính chất phi tuyến, mặc dù đã bỏ qua ảnh
hưởng của bão hoà từ, tổn thất trong lõi thép và các thành phần sóng hài b
ậc
cao nhưng chúng ta vẫn gặp rất nhiều khó khăn trong việc điều chỉnh tốc độ

động cơ vì quá trình điện từ trong động cơ không đồng bộ hết sức phức tạp.
Phần cảm và phần ứng của động cơ có quan hệ chặt chẽ với nhau. Với mong