Đề cương điều khiển động cơ điện

Khoa Điện – Điện tử Viễn thông
điện

Đề cương chi tiết môn học: Điều khiển động cơ

Đề cương chi tiết môn học:

Điều khiển động cơ điện
Số tiết:
75 tiết
Thực hành:
30 tiết
Người soạn: TS. Lê Quang Đức
Tài liệu sử dụng;
1. Bùi Quốc Khánh: Điều chỉnh tự động truyền động điện
2. Siemens: Training Course DC Drive
3. Siemens; Training Course AC Drive
4. Telemecanique: Tài liệu giới thiệu bộ khởi động mềm altivar 71
5. Telemecanique: Tài liệu giới thiệu bộ biến tần altivar 71
6. Telemecanique: Tài liệu Tiết kiệm năng lượng cùng biến tần trong hệ thông
HVAC
Chương 1: Các thiết bị đo lường tốc độ và vị trí trong điều khiển truyền động điện
1.1.



Máy phát tốc một chiều: Tài liệu 1, mục 2.3.4.1
Cấu tạo: stator, rotor, mạch xử lý lọc
Nguyên lý hoạt động: phương trình điện áp, đặc tính đo máy phát tốc 1 chiều (h. 247) vấn đề nhấp nhô điện áp ra do cấu tạo cuộn dây.
 Bộ lọc thông thấp: lọc nhiễu của bộ lọc RC, đáp ứng của bộ lọc với xung step, hằng
số thời gian bộ lọc, vấn đề hằng số thời gian bộ lọc bé: lọc không hết nhiễu, vấn đề

hằng số thời gian bộ lọc lớn đáp ứng chậm, chọn hằng số thời gian bộ lọc thích
hợp
 Ứng dụng: đo điện áp, sử dụng volt kế, hoặc sử dụng trực tiếp vào bộ AD, xác định
chiều quay
 Ưu điểm: đo tức thời, nhanh, giá trị analog, 2 chiều dương âm
 Nhược điểm: sai số analog, khó đo tốc độ chậm do cấu tạo, mòn cơ khí,
 Chú ý: các thông số kỹ thuật quan trọng như:
Dải đo,
độ chính xác, tốc độ tối đa,
moment quán tính, dải điện áp ra, độ bền cơ khí, thông số IP, cách lắp đặt,
đấu nối thực tế,
cách chọn cảm biến cho một ứng dụng đo lường tốc độ cụ thể
Cho đem catalog tiếng Anh
1.2. Proximity sensor (Magnetic pickup), mục 2.3.4.3
 Cấu tạo: bánh răng, nam châm điện, cuộn dây, mạch dao động, mạch xử lý
 Nguyên lý hoạt động: sự thay đổi từ trở, thay đổi tần số riêng, mạch giao động và
mạch sử lý, phát xung.
 Các thông số kỹ thuật quan trọng: độ lớn cảm biến, khỏang cách phát hiện, độ lớn
vật phát hiện, điện áp, dòng điện tiêu thụ, tần số đáp ứng, cách đấu nối với các lọai
đầu ra PNP, NPN, Opened Colector, IP
 Ứng dụng: phát hiện tiệm cận, khi dùng đo tốc độ cần thêm bộ đo tàn số, khi muốn
xác định chiều quay phải sử dụng hai cảm biến lệch nhau ½ chu kỳ, khi đo vị trí thì
sử dụng bộ đếm lên xuống
 Ưu điểm: đo không tiếp xúc, dễ lắp đặt, có thể sử dụng bánh răng, độ bề cơ học
cao, giá thành thấp
 Nhược điểm: phụ thuộc tần số đáp ứng, số răng của bánh răng
 Chú ý: các thông số kỹ thuật quan trọng như
dải đo,
TS. Lê Quang Đức

1 - 10


Khoa Điện – Điện tử Viễn thông
điện

Đề cương chi tiết môn học: Điều khiển động cơ

độ chính xác, tần số đáp ứng,
điện áp ra, điện áp nguồn, độ bền cơ khí, thông số IP, cách lắp đặt, đấu nối
thực tế, chọn cảm biến thích hợp cho một ứng dụng cụ thể
Cho đem catalog tiếng Anh
1.3. Rotary Encoder Incremental
 Cấu tạo: Đĩa có đục lỗ, diode hồng ngoại, phototransistỏ, bố trí trên tục, mạch xử lý
tín hiệu, số lượng lỗ đục, công ngệh đục lỗ cơ khí, hóa học, laser, độ chính xác đên
217, hai bộ thu phát lệch pha 90 độ, 1 điểm xác định Z vị trí ban đầu
 Nguyên lý hoạt động: đo xung phát ra, dùng mạch đếm kỹ thuật số
 Các thông số kỹ thuật quan trọng: độ phân giải, tần số đáp ứng, điện áp, tốc độ tối
đa, IP, số tín hiệu xuất ra, sai số phép đo, đấu nói NPN, PNP, Opened collector
 Ưng dụng: đo tốc độ, dùng bộ đo tần số, đo vị trí dùng bộ đếm, ứng dụng điểm Z
 Ưu điểm: đơn giản, độ chính xác rất cao, thiết bị số
 Nhược điểm: cần bộ đo tần số, sai số khi đo tốc độ chậm, đấu nối cơ khí trực tiếp
trên trục động cơ, nhạy cảm với va đập lên trục encoder, cần sử dụng khớp nối
mềm chống dao động cơ khí.
 Chú ý: các thông số kỹ thuật quan trọng như
dải đo, độ chính xác – số xung trên vòng, tần số đáp ứng,
điện áp ra, độ bền cơ khí, thông số IP, cách lắp đặt, đấu nối thực tế, chọn cảm biến
thích hợp cho một ứng dụng cụ thể
Cho đem catalog tiếng Anh
1.4. Xác nhận chiều quay trong đo tốc độ bằng đếm xung

 Vấn đề chiều quay khi đo bằng xung: không xác định được chiều, không đếm lên
đếm xuống khi đo vị trí
 Nguyên lý cách xác định: hai tín hiệu lệch pha ½ chu kỳ, thứ tự xung đến trước ,
đến sau, xây dựng hàm quay phải và hàm quay trái tòan phần
1.5.





Phương pháp đo tần số
Nguyên lý hoạt động: đếm số xung trong thời gian đo không đổi
Sai số do phương pháp đo: thay đổi vi phân bằng vi sai, dt càng bé càng chính xác
Sai số khi đếm xung 1, tỷ lệ sai số 1/n. n càng lớn sai số càng bé
Sai số khi tốc độ cao, sai số khi tốc độ thấp. Pp hạn chế sai số phép đo bằng cách
tăng số xung trong 1 vòng

1.6.


Phương pháp đo chu kỳ xung
Nguyên lý hoạt động: đo khoảng thời gian giữa hai xung, dùng xung thời gian tần
số cao để đếm thời gian
Sai số do phương pháp đo: thay đổi vi phân bằng vi sai, dt càng bé càng chính xác.
Khi đo tốc độ chậm thì sai số lớn
Sai số khi đếm xung thời gian 1, tỷ lệ sai số 1/n. n càng lớn sai số càng bé, nhưng
khi đo tốc độ nhanh thì số n bé, dẫn đến sai số cao. Nếu n quá bé thì đếm số xung
giưa nhiều xung
Sai số gây ra do khỏang cách cơ khí giữa các vạch không bằng nhau.
Ưu điểm: đo tốc độ cao, thời gian đáp ứng nhanh hơn, độ chính xác cao hơn





1.7.



Absolute Rotary Encoder
Cấu tạo: nguyên lý cấu tạo của bảng mã binary để xác định vị trí, số cặp
photocoupler và bố trí, các vạch
Nguyên lý hoạt động: mã binary và cách xác định vị trí, phân tích khi n lớn hơn,
phân tích trường hợp khi bố trí lệch các vạch hoặc các diod, sử dụng mã gray

TS. Lê Quang Đức

2 - 10


Khoa Điện – Điện tử Viễn thông
điện

Đề cương chi tiết môn học: Điều khiển động cơ

Chú ý: Tài liệu 1 viết nhầm về mã Gray
Các thông số kỹ thuật quan trọng như dải đo, độ chính xác, tần số đáp ứng, điện áp
ra, độ bền cơ khí, thông số IP, cách lắp đặt, đấu nối thực tế, chọn cảm biến thích
hợp cho một ứng dụng cụ thể. So với dùng Incremental encoder: giá trị tức thời,
không dùng bộ đếm, giá trị nhớ ngay cả khi mất điện

 Nhược điểm: thêm bộ giải mã, số lượng dây nhiều, rất phức tạp khi số n cao
 Các thông số kỹ thuật quan trọng: độ phân giải, điện áp, IP, số đường dây ra
 Chú ý các thông số kỹ thuật quan trọng:
như dải đo, độ chính xác, tần số đáp ứng, điện áp ra, độ bền cơ khí, thông số IP,
cách lắp đặt, đấu nối thực tế, chọn cảm biến thích hợp cho một ứng dụng cụ thể.
Có thể sử dụng để đo tốc độ, bit xác nhận chiều quay
Cho đem catalog tiếng Anh



1.8.








Resolver: tài liệu 1, mục 2.4.4.
Cấu tạo: biến áp xoay, cuộn dây stator, cuộn dây rotor, nguồn điện sin, ngùon điẹn
cos, bố trí hai cuộn dây sơ cấp lệc pha không gian 90 0, sưc điện động cảm ứng
trên cuộn dây rotor do cuộn sin và cuộn cos sinh ra, tổng sưc điện động, công thức
điện áp sinh ra trên rotor, lệc pha so với điện áp vào.
Vẽ độ lệch pha, pp xác định góc lệch pha bằng kỹ thuật vi xử lý: dùng bộ đếm xung
hệ thống, lấy xung phát hiện chiều điện áp cuôn sin , lấy xung phát hiện chiều điện
áp ra, khởi động bộ đếm bằng cạnh lên xung điện áp sin, xung điện áp ra dừng bộ
đếm, lưu kết quả.
Ưu điểm: độ chính xác cao, thiết bị analog, sai số do hệ thống analog, cấu tao đơn
giản. Độ bền vững cao

Nhược điểm: sai lệch theo thời gian
Chú ý các thông số kỹ thuật quan trọng: như dải đo, độ chính xác, tần số đáp ứng,
điện áp ra, độ bền cơ khí, thông số IP, cách lắp đặt, đấu nối thực tế, chọn cảm biến
thích hợp cho một ứng dụng cụ thể. Có thể sử dụng để đo tốc độ, bit xác nhận
chiều quay. Truyền thông kết quả ra bên ngòai bằng truyền thông nối tiếp.

Cho đem catalog tiếng Anh

TS. Lê Quang Đức

3 - 10


Khoa Điện – Điện tử Viễn thông
điện

Đề cương chi tiết môn học: Điều khiển động cơ

Chương 2: Điều khiển truyền động điện 1 chiều
2.1.



2.2.














Mô hình toán học động cơ một chiều kích từ độc lập
Mạch điện: kích từ không đổi, mạch phần ứng, R, L, e, moment cảnt, moment quán
tính trục động cơ
Xây dựng phương trình: pt điện áp, pt moment, pt chuyển động, tốc độ
Xây dựng sơ đồ khối,
Sơ đồ khối hệ thống điều chỉnh tự động tốc độ động cơ 1 chiều kích từ độc
lập
Động cơ: sơ đồ khối mô hình tóan học, các đại lượng đầu vào u, đầu ra I, tốc độ,
nhiễu dưới dạng moment cản
Bộ điện tử công suất: thực tế bộ chỉnh lưu có điều khiển, đại lượng đầu ra u, đại
lượng đầu vào điện áp điều khiển, hệ số khuyếch đại, hằng số thời gian của bộ
điện tử công suất
Điều khiển tốc độ không quan tâm đến điều khiển dòng điện: phản hồi tốc độ, bộ
điều khiển tốc độ, thay đổi điện áp cấp cho động cơ, yêu cầu ổn định tốc độ.
Nhược điểm: không quan tâm đến dòng điện, giá trị dòng điện có thể tăng cao khi
khởi động.
Vòng phản hồi điều khiển dòng điện: phản hồi dòng điện, hệ số phản hồi, bộ điều
khiển, ý nghĩa của điều khiển dòng điện, điều khiển giá trị moment
Cấu trúc nối tầng: điều khiển tốc độ là cấp trên, điều khiển giá trị dòng điện là cấp
dưới. Phân tích hằng số thời gian của mạch điều khiển dòng điện là bé, cỡ ms,
hằng số điều khiển tốc độ là lớn, cỡ s. Cấp trên chậm hơn cấp dưới
Vòng điều khiển nối tầng đối với dòng điện và tốc độ, yêu cầu của vòng dòng điện
là giới hạn giá trị trong quá trình quá độ, vòng tốc độ đặt giá trị yêu cầu cho vòng

dòng điện. Bộ điều khiển tốc độ có nhiệm vụ ổn định tốc độ, đáp ứng nhanh và sai
số tối thiểu.
Bộ giới hạn giá trị trước bộ điều khiển dòng điện, ý nghĩa, nhiệm vụ
Các thành phần của sơ đồ được thực hiện bằng các phương tiện nào: bộ điện tử
công suất, cảm biến dòng điện, cảm biến tốc độ,
Bộ điều khiển tương tự: các bộ PID bằng kỹ thuật dùng Opm
Bộ điều khiển dùng vi xử lý, AD converter, phương pháp tính tóan bộ PID số, xuất
xung điều khiển

TS. Lê Quang Đức

4 - 10


Khoa Điện – Điện tử Viễn thông
điện

Đề cương chi tiết môn học: Điều khiển động cơ

Chương 3: Thiết bị điện tử công suất dùng cho máy điện một chiều
3.1
Bộ nắn dòng điều chỉnh dùng thyristor cấp nguồn cho động cơ 1 chiều, tài
liệu 1 mục 3.2, và tài liệu 2
 Ôn tập môn điện tử công suất: Cấu tạo chung: bộ chỉnh lưu dùng SCR, 1 pha, cầu,
3 pha cầu, 3 pha tia, nguyên tắc mở thyristor, nguyên tắc khóa thiristor, quá trình
điện áp, dòng điện với tả điện trở, tải cảm kháng.
 Vấn đề cấp điện áp cho tải có sức điện động, khi sức điện động cùng chiều, góc
mở hẹp đi. Mục 3.2.2., dòng điện liên tục, dòng điện giá đoạn
3.2




3.3




3.4

Bộ chỉnh lưu 1 pha với tải sức điện động, chế độ nghịch lưu:
Tải sức điện động khi tải ngược chiều điện áp, mở rộng góc mở, điện áp trung bình
có giá trị âm, chiều dòng điện không đổi,
Bộ chỉnh lưu làm việc chế độ nghịc lưu phụ thuộc, : điều kiện
Bộ chỉnh lưu 1 pha, 4 góc phần tư: bổ sung thêm 1 bộ nghịch lưu chiều ngươc, cấp
năng lượng về lưới. Nguyên lý làm việc khi hãm tái sinh, đảo chiều.
Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha:
Vẽ điện áp ra đối với cầu 6 SCR,
đặc tính điện áp ra phụ thuộc vào góc mở
Cấu tạo của bộ chỉnh lưu đảo chiều, 2 cầu mắc ngược nhau
Góc 1 và 3 động cơ 2 chiều, góc 2 và 4 nghịch lưu phụ thuộc hãm tái sinh



Simoreg của Siemens, 1 quad
Cấu hình phần điện tử công suất: cầu 1 quad,
Đảo chiều bằng cách sử dụng contactor: đảo chiều phần ứng, hoặc đảo chiều kích
từ.
Stoping dùng điện trở mắc vào phần ứng (dynamic)





Cầu 4 quad, điều khiển chiều quay và hãm tái sinh
Cấu tạo 4 quad, nguyên lý chế độ động cơ và chế độ hãm tái sinh
Đấu nói hãm động năng dynamic, so sánh hiệu quả hãm động năng và hãm tái sinh




3.5

3.6



3.7







Sơ đồ nguyên lý của Simoreg
Phản hồi dòng điện bằng cản biến dòng xoay chiều
Phản hồi vị trí tốc độ bằng đo điện áp phần ứng, bằng tachometter hoặc sử dụng
Encoder: so sánh độ chính xác.
Sơ đồ điều khiển, bộ điều khiển tốc độ, bộ điều khiển moment (dòng điện), ý nghĩa
của ramp function generator
Sơ đồ khối của Simoreg: chức năng các khối, cho đem sơ đồ

Cấu trúc hệ thống phần cứng, thuyết minh cơ bản sơ đồ 2.9: bộ công suất, bảo vệ
quá nhiệt SCR, bộ phát xung điều khiển, điện áp phần ứng, bộ phân cấp điện kích
từ, bộ phản hồi bộ đo lường dòng điện, CPU, bộ nhớ, các tin hiệu điều khiển vào
logic và analog, các tín hiệu điều khiển ra logic và analog, truyền thông, các card
mở rộng, giao tiếp người sử dụng, bộ điều khiển dùng tay
Nhóm đầu vào logic, tín hiệu Start, Stop, Reverse, Reset
Nhóm đầu vào xung: đọc tín hiệu từ encoder
Nhóm tín hiệu đầu vào analog: tín hiệu tốc độ đặt, tín hiệu nhiệt độ động cơ, tín
hiệu phản hồi analog
Nhóm tín hiệu xuất ra logic: run, error, dạt tốc độ

TS. Lê Quang Đức

5 - 10


Khoa Điện – Điện tử Viễn thông
điện




3.8



Đề cương chi tiết môn học: Điều khiển động cơ

Nhóm tín hiệu ra analog: tốc độ, dòng điện
Nhóm truyền thông: các chức năng truyền thông cà card mở rộng

Giao tiếp người sử dụng: màn hình giao tiếp trên thiết bị, giao tiếp càm tay, giao
tiếp qua máy tính
Một vài sơ đồ đấu nối cơ bản với Simoreg, tài liệu số 2
Sơ đồ đấu nối đơn giản: khởi động bằng nút ấn, sơ đồ khởi động bằng contact, đấu
nối và điều khiển
Ý nghĩa thông số thời gian khởi động, thời gian hãm

Chương 4: Điều khiển tốc độ động cơ dị bộ
4.1.





Điều khiển tốc độ động cơ dị bộ bằng điều khiển điện áp
Nguyên lý hoạt động: đặc tính cơ của động cơ dị bộ khi thay đổi điện áp, Moment
tới hạn giảm, s tới hạn không đổi, vùng làm việc không đổi.
Khi giảm điện áp chỉ giảm được rất ít tốc độ, moment thấp
Phương pháp giảm điện áp dùng thriac, sơ đồ đấu nối, pp điều khiển góc mở
Ứng dụng: chỉ để khởi động động cơ dị bộ, chủ yếu với các tải biến thiên (bơm ly
tâm, quạt),

4.2.





Soft starter, nguyên lý chung
Cấu tạo chung, thriac, bộ điều khiển,

Bypass contator
Các thông số cài đặt: thời gian khởi động, điện áp ban đầu, thời gian hãm
Tín hiệu logic đầu vào, đầu ra (điều khiển bypass contator)

4.3.


Soft Start hãng Telemecanique Altistar48
Cấu hình phần cứng, đấu nối trực tiếp, đấu nối qua tam giác, đấu thêm bypass
contactor
Các đầu vào logic, các tín hiệu đầu ra logic
Chức năng bảo vệ, các thông số cài đặt cơ bản, thời gian tăng tốc, thời gian giảm
tốc, Stop tự do
Cấu hình thiết bị phụ trợ: màn hình cài đặt, phần mềm và máy tính
Đấu nối cơ bản với 1 soft Start





4.4.


Các thiết bị bảo vệ và cung cấp điện hạ áp cho motor
Cách ly, đóng cắt, quá dòng, quá tải, điều khiển: định nghĩa chức năng, phân biệt,
các thiết bị thực tế phụ vụ các chức năng trên

4.5.



Phối hợp bảo vệ theo tiêu chuẩn IEC 60-947
Định nghĩa phối hợp bảo vệ các loại 1, 2 , toàn phần, không bảo vệ
Cách phối hợp bảo vệ trên sơ đồ đặc tính A-s: đạc tính khởi động động cơ, đặc tính
bảo vệ quá tải, đặc tính bảo vệ quá dòng, giới hạn phá hủy của contacctỏ, giới hạn
phá hủy của relay nhiệt
Chọn loại phối hợp theo ứng dụng


4.6.


Các loại tải AC
AC1, AC2, AC3, AC4: đặc tính, các vấn đề khi đóng và cắt

TS. Lê Quang Đức

6 - 10


Khoa Điện – Điện tử Viễn thông
điện

4.7.







Đề cương chi tiết môn học: Điều khiển động cơ

Điều khiển tần số động cơ dị bộ 3 pha: u/f
Mối quan hệ của moment tới hạn với tần số và điện áp, công thức tính gần đúng, tỷ
lệ thuận với bình phương điện áp, tỷ lệ nghịch với tần số, (bỏ qua điện trở ngắn
mạch)
Mối quan hệ của dòng điện từ hóa (dòng không tải), tỷ lệ thuận với U/f
Tỷ lệ U/f=const, bảo đảm moment quá tải không đổi, dòng điện từ hóa không đổi
bảo đảm từ thông không đổi, điểm làm việc tối ưu của động cơ.
Đặc tính cơ động cơ dị bộ khi giảm tần số , U/f=const
Đặc tính 3 điểm: thay đổi tỷ lệ khi f nhỏ
Đặc tính 5 điểm: thay đổi tỷ lệ khi cần tránh giao động

4.8.




Sơ đồ bộ inverter gián tiếp dùng bộ chỉnh lưu có điều khiển
Sơ đồ bộ inverter gián tiếp dùng bộ chỉnh lưu không điều khiển,
Điều khiển U/f = const thông qua điều chế độ rộng xung.
Nguyên lý tạo điện áp xoay chiều tần số và biên độ bất kỳ với kỹ thuật PWM

4.9.

Điều khiển vector động cơ dị bộ 3 pha













Nguyên lý điều khiển moment thông qua Id và Iq: M=c.I d.Iq. ổn định từ thông, điều
khiển thành phần moment
Sơ đồ khối điều khiển vector và ý nghĩa các khối
Nguyên lý điều khiển vector động cơ dị bộ: trong hệ tọa độ xoay gắn liền với từ
thông rotor moment , trong đó thành phần I d tạo ra từ thông rotor sẽ được điều
khiển sao cho hằng số, thành phần Iq tạo ra moment sẽ được điều khiển trực tiếp.
Muốn xác định được Id, Iq thì phải thực hiện phép chuyển đổi dòng điện các pha I a,
Ib, Ic sang hệ trục dq là hệ trục gắn liền với từ thông rotor. Khâu tính tóan chuyển đổi
hệ trục tọa độ từ Ia, Ib, Ic và góc quay về Id, Iq.
Biết đựoc Id, Iq phản hồi, thực hiện bộ điều khiển sao cho bằng giá trị I d, Iq yêu cầu.
Từ Id, Iq yêu cầu chuyển đổi ngược lại hệ trục tọa độ stator để có giá trị I a, Ib, Ic yêu
cầu. giá trị ra của bộ điều khiển điều khiển trực tiếp dòng điện I a, Ib, Ic hoặc điều
khiển thông qua điện áp
Bộ điều khiển được tính tóan có thể là PID, Fuzzy, Adaptive .. như được học tại
môn lý thuyết điều khiển tự động.
Sơ đồ khối hệ thống điều khiển moment: chú ý cấu trúc điều khiển bao gồm phản
hồi dong điện, phản hồi tốc độ và phản hồi vị trí, cần bổ sung khâu tính toán dòng
điện Id, Iq.
Sơ đồ điều khiển tốc độ động cơ: Bộ điều khiển tốc độ là bộ điều khiển cấp trên,
phản hồi tốc độ động cơ, bộ điều khiển tốc độ đặt giá trị cho bộ điều khiển I q là giá
trị tạo ra moment.

Sơ đồ điều khiển vị trí: bộ điều khiển vị trí cấp trên, đặt giá trị cho bộ điều khiển tốc
độ.

4.10. Ưu điểm của điều khiển vector:
 Bản chất vật lý là điều khiển vector điều khiển trực tiếp moment, điều khiển tức
thời trong mọi khỏang khắc, đáp ứng nhanh.
Ưu điểm:

TS. Lê Quang Đức

7 - 10


Khoa Điện – Điện tử Viễn thông
điện

Đề cương chi tiết môn học: Điều khiển động cơ

Đáp ứng nhanh: Có thể điều khiển đạt được moment yêu cầu ở mọi tốc độ, Khắc
phục các nhược điểm của điều khiển tần số, động cơ dị bộ điều khiển vector có
tính năng giống như điều khiển động cơ một chiều.
 Khả năng điều khiển ở tốc độ thấp: điều khiển được ngay cả ở các tốc độ chậm và
khi rotor đứng yên, moment khởi động lớn, bằng moment tối đa.
 Khả năng quá tải cao: dòng điện tăng ít so với moment, quả tải 170%
Nhược điểm:
 Do điều khiển phức tạp nên bộ điều khiển đắt, đòi hỏi công nghệ cao, tiết kiệm
động cơ nhưng bộ biến tần lại đắt lên nhiều lần.
 Do giá thành cao nên thích hợp với những ứng dụng đòi hỏi đáp ứng nhanh, các tải
thế năng, các lọai máy yêu cầu moment khởi động lớn. Còn đối với các tải bơm,
quạt thì không kinh tế.



Chương 5: Các bộ biến tần công nghiệp
Tài liệu sử dụng chính: tài liệu hướng dẫn của Siemens, Telemecanique
5.1. Hãm DC injection
còn gọi là hãm động năng dùng điện một chiều. Ôn lại khái niệm hãm động năng dùng
điện áp một chiều vào cuộn dây stator, nguyên lý hoạt động của hãm động năng điện
áp một chiều. Điện áp 1 chiều cấp dòng điẹn 1 chiều đi qua hai pha, tạo ra từ trường
không đổi trong khe khí, động cơ hoạt động như máy phát điện một chiều không cổ
góp, ngắn mạch đầu ra. Rotor quay tao điện áp ngắn mạch trên rotor, cơ năng chuyển
thành nhiệt tản trên rotor. PP chỉ sử dụng để dừng động cơ, moment hãm giảm dần.
Thông thường cần cài đặt giá trị dòng điện một chiều và thời gian hãm.
5.2. Hãm tái sinh dùng nghịch lưu phụ thuộc:
lắp thêm một bộ nghịch lưu phụ thuộc song song với bộ chỉnh lưu , nghịch lưu hoạt
động tương tự ở đcơ 1 chiều, tái sinh điện về lưới. Vẽ sơ đồ đầu nối. Ưu điểm: tiết
kiệm điện khi động cơ thường xuyên hãm, nhược điểm chi phí ban đầu cao, chỉ thích
hợp với các thải thay đổi tốc độ và chiều chuyển động thường xuyên.
5.3. Nối các DC bus của các biến tần khác nhau với nhau: dễ thực hiện, giá rẻ, khi động
cơ này hãm thì năng lượng nuôi động cơ khác, vẽ sơ đồ. Nhược điểm: nếu tất cả các
động cơ đều hãm thì phải bố trí thêm điện trở
5.4. Hãm động năng qua điện trở:
 Vẽ sơ đồ, logic so sánh điện áp DC bus với điện áp chuẩn, đóng transistor, các đầu
ra dùng cho đấu nối, ưu điểm đơn giản, nhược điểm tốn điện, tốn điện trở, thích
hợp với thiết bị hoạt động liên tục, ít hãm, đảo chiều
5.5. Tính toán điện trở hãm cho biến tần.
 Điện trở công suất cần tính tóan theo 2 thông số: điện trở và công suất.
 Trường hợm giảm tốc từ cao suống thấp: tính hiệu số cơ năng chia cho thời gian,
có công suất cần tản ra.
 Trường hợp hãm tải thế năng thì tính hiệu thế năng, chia thời gian hạ tải. Cần biết
điện áp, dòng điện cho phép, suy ra điện trở cần.

5.6.



Harmonic trong biến tần
Khái niệm Harmonics, các bậc, tác hại
Nguyên nhân gây ra harmonics trong biến tần: bộ chỉnh lưu

5.7.


Hạn chế harmonic trong biến tần
Sử dụng like chork, DC chork: nguyên lý, đấu nối

TS. Lê Quang Đức

8 - 10


Khoa Điện – Điện tử Viễn thông
điện



5.8.









5.9.




Đề cương chi tiết môn học: Điều khiển động cơ

Sử dụng bộ lọc LC
Sử dụng bộ lọc active
EMC trong biến tần và khắc phục
Biến tần có tần số đóng ngắt PWM cao, từ 4 kHz đến 20 kHz, dòng điện đi qua dây
cable như là antena phát, do đó biến tần là nguồn pháp ra sóng điện từ cao, rất
nguy hiểm
Tác hại sóng điện từ gây nên hệ thống động lực: dòng điện xoắn đi trong mạch từ
tỷ lệ bình phương tần số, máy nóng hơn, tiếng ồn va chóng hỏng. Vỏ động cơ, trục
động cơ gây ra vòng kín, dòng điện vòng lớn gây ra phát nóng động cơ, nhiều
trường hợp làm hỏng vòng trượt.
Tác hại đến tín hiệu số: sai lệch mức logic, làm treo các hệ thống điều khiển, tác
hại không ước tính được.
Tác hại đến tín hiệu analog: sai lệch các tín hiệu đo, sai lệch các tín hiệu điện áp
điều khiển
Sử dụng các dây cable động lực lọai 3 pha có vỏ bọc đối với cable dẫn điện 3 pha,
chông phát điện trường ra ngoài. Hai đầu cable nối đất.
Nối đất vỏ động cơ, vỏ các thiết bị và tổ điện, không tạo ra vòng ngắn mạch lớn.
Sử dụng dây twiste, dây có bọc chắn sóng điện từ với các dây tín hiệu số và tín
hiệu logic.
Cấu hình chung của biến tần công nghiệp

Đặc tính công suất khai thác với các tốc độ khác nhau, động cơ tự làm mát, động
cơ làm mát ép buộc
Khả năng quá tải ngắn hạn,
Vùng làm việc P = const, f>fn

5.10. Các loại đầu vào đầu ra phổ thông nhất của biến tần
Điều khiển:
 Logic input, output
 Analog input, output
Động lực
 Nguồn, nối động cơ, nối đất
 Nối điện trở hãm, nối DC bus
5.11.




Tính năng PI
Định nghĩa PI, nguyên lý hoạt động
Cấu hình điều khiển, ý nghĩa các thành phần: phản hồi, reference, PI
Ứng dụng của điều khiển PI trong điều khiển áp suất bơm

5.12.




Các thông số quan trọng chung cần cài đặt cho các loại biến tần,
Y nghĩa của các thông số cơ bản lên hoạt động của động cơ và biến tần,
Thao tác autotuning.

Các giá trị bảo vệ và điều khiển

5.13. Nêu phương pháp tiết kiệm năng lượng điện dùng biến tần cho các loại tải bơm,
điều khiển lưu lượng
 Đặc tính bơm, đặp tính hệ thống ống, đặc tính hiệu suất bơm
TS. Lê Quang Đức

9 - 10


Khoa Điện – Điện tử Viễn thông
điện

Đề cương chi tiết môn học: Điều khiển động cơ

 Nguyên lý điều khiển lưu lượng bằng tiết lưu
 Nguyên lý điều khiển lưu lượng bằng biến tần,
 So sánh tiêu thụ năng lượng, lợi ích khác
5.14. Nêu phương pháp tiết kiệm năng lượng điện dùng biến tần cho các loại tải bơm,
điều khiển ổn định áp suất
 Đặc tính bơm, đặp tính hệ thống ống, đặc tính hiệu suất bơm
 Hoạt động của hệ thống bơm khi không điều khiển áp suất
 Nguyên lý điều khiển ổ định áp suất bằng biến tần,
 So sánh tiêu thụ năng lượng, lợi ích khác
5.15. Sử dụng biến tần của hãng Schnejder Electric, giới thiệu phương pháp sử dụng
Pump Switching Card
5.16. Nguyên lý làm việc hệ thống HVAC và các khả năng tiết kiệm điện năng
 Chiller, hệ thống nước làm mát, hệ thống nén gas, hệ thống chất trao đổi nhiệt, hệ
thống ventillation
 Các khả năng tiết kiệm năng lwongj trong HVAC

TS. Lê Quang Đức

10 - 10