Đồ án thiết kế hệ thống truyền động điện cho động cơ xoay chiều ba pha không đồng bộ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC : TỔNG HỢP HỆ THỐNG TĐ ĐIỆN

GVHD: TS. Lê Tiến Dũng

MỞ ĐẦU
Ngày nay cùng với việc công nghiệp và hiện đại hoá xã hội ngày
càng phát triển, việc sử dụng hệ thống tự động hóa ngày càng tăng. Vì
vậy hệ thống truyền động điện điều khiển động cơ xoay chiều ba pha
không đông bộ không thể thiếu trong các hệ thống đó. Chính vì những
yếu tố trên nên sự cần thiết phải trang bị, thiết kế một hệ thống điều
khiển động cơ sao cho không những đảm bảo được tính thẩm mỹ, tiện
dụng và an toàn cho người sử dụng. Động cơ có rất nhiều ứng dụng
trong đời sống. Thử hỏi những hệ thống dây chuyền, băng tải, các máy
móc hàng ngày thi đa số đều sử dụng động cơ. Do vậy các yếu tố kể trên
đòi hỏi sự ra đời và sự có mặt của hệ truyền động và điều khiển động cơ.
Trong những năm gần đây, do sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế,
tốc độ công nghiệp hoá tăng nhanh nên nhu cầu về các máy móc ngày
càng tăng. Để có thể đáp ứng được việc chế tạo và sử dụng máy móc
một cách dễ dàng. Vấn đề đặt ra ở đây là ta cần phải thiết kế, lắp đặt
một hệ thống truyền động điều khiển động cơ đáp ứng được yêu cầu
trên. Một vấn đề nữa đặt ra đối với động cơ đó là phải vận hành êm, an
toàn, chính xác lại luôn được coi trọng. Chính những yêu cầu khắt khe
của khách hàng khi sử dụng và lựa chọn máy móc đòi hỏi những chuyên
gia, các hãng sản xuất ngày càng phải nâng cao, cải tiến công nghệ sao
cho chất lượng được tốt nhất. Vì vậy việc triển khai đề tài: “thiết kế hệ
thống truyền động điện cho động cơ xoay chiều ba pha không đồng bộ”
nhằm giải pháp phần nào những yêu cầu về tính kinh tế, kỹ thuật cũng
như tính công nghệ đang có xu hướng ứng dụng cao đối với quy trình
sản xuất máy móc. Xuất phát từ thực tiễn em muốn được đóng góp
những phần nhỏ tìm tòi, nghiên cứu của mình vào việc nghiên cứu hệ
truyền động điện tự động cho băng tải bằng động cơ không đồng bộ sử

dụng bộ biến tần PWM. Toàn bộ nội dung đề tài được trình bày với các
nội dung sau đây:
SVTH: Phạm Đức Thiện

Page 1


ĐỒ ÁN MÔN HỌC : TỔNG HỢP HỆ THỐNG TĐ ĐIỆN

GVHD: TS. Lê Tiến Dũng

Chương 1 – Giới thiệu công nghệ, xây dưng phương án truyến động
Chương 2 – Mô hình hóa hệ thống truyền động điện
Chương 3 – Tổng hợp hệ thống truyền động điện
Chương 4 – Mô phỏng kiểm nghiệm và đánh giá kết quả
Đề tài này được thực hiện với sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của thầy giáoTS.Lê Tiến
Dũng. Nội dung của đề tài này chắc chắn còn nhiều thiếu sót, em rất mong được
tiếp thu những ý kiến đóng góp bổ sung của các thầy cô giáo để đề tài của em được
hoàn chỉnh hơn.
Xin chân thành cảm ơn!

SVTH: Phạm Đức Thiện

Page 2


ĐỒ ÁN MÔN HỌC : TỔNG HỢP HỆ THỐNG TĐ ĐIỆN

GVHD: TS. Lê Tiến Dũng

MỤC LỤC
Trang
Mở đầu:……..……………………………………………………………….....1
Chương 1. Giới thiêu công nghệ, xây dựng phương án truyền động…..…..4
1.1.
Giới thiệu công nghệ, bài toán…………………………….4
1.2.
Phân tích yêu cầu công nghệ, đặc tính cơ của tải………….4
1.3.
Chọn phương án truyền động……………………………...6
1.4.
Sơ đồ khối cấu trúc hệ thống truyền động điện………....…8
1.5.
Tính chọn công suất động cơ………………………………9
1.6.
Xác định các tham sô hệ thống…………………………...14
Chương 2. Mô hình hóa hệ thống truyền động điện……………..……….....17
2.1.
2.2.
2.3.

Mô hình toán học đông cơ……………………………….17
Xây dựng mô hình toán học các khâu trong hệ thống…...33
Xây dựng mô hình toán học của cả hệ thống……………38

Chương 3. Tổng hợp hệ thống truyền đông điện…………………………....39
3.1.

Sơ đồ các mạch vòng của hệ thống truyền động điện…..39

Chương 4. Mô phỏng kiểm nghiệm và đánh giá chất lượng……...………..43
4.1.
4.2.
4.3.

SVTH: Phạm Đức Thiện

Mô phỏng hệ thống trên phần mềm matlab-simulink…..43
Phân tích kết quả mô phỏng…………………………….46
Đánh giá chất lượng hệ truyền động……………………47

Page 3


ĐỒ ÁN MÔN HỌC : TỔNG HỢP HỆ THỐNG TĐ ĐIỆN

GVHD: TS. Lê Tiến Dũng

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ, XÂY DỰNG PHƯƠNG
ÁN TRUYỀN ĐỘNG
1.1

Giới thiệu công nghệ
Thiết kế hệ thống truyền động điện cho động cơ xoay chiều ba pha không đồng bộ
có các thông số kỹ thuật sau :
- Nguồn điện xoay chiều 3 pha 220V/380V
- Tải của hệ thống truyền động điện được cho như sơ đồ : r = 0.12m; M= 5 Kg
Sơ đồ công nghệ

Hình 1 : sơ đồ công nghệ

1.2
1.2.1

Phân tích yêu cầu công nghệ, đặc tính cơ của tải
-

Yêu cầu công nghệ
Sử dụng động cơ xoay chiều ba pha không đồng bộ điều khiển tốc độ của tải
theo yêu cầu như hình 2
Nguồn điện sử dụng : 220V/380V
Hệ thông hoạt động ổn định
Sai số năm trong khoảng cho phép
Điều khiển động cơ dễ dàng

Đồ thi mong muốn của tải

SVTH: Phạm Đức Thiện

Page 4


ĐỒ ÁN MÔN HỌC : TỔNG HỢP HỆ THỐNG TĐ ĐIỆN

GVHD: TS. Lê Tiến Dũng

Hình 2 : đồ thi mong muốn của tải
1.2.2

Đặc tính cơ của tải
+ Đặc tính cơ của máy sản xuất là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen cản của

máy sản xuất: Mc = f(ω)
Pt đặc tinh cơ của tải
Trong đó:
Mc - mômen ứng với tốc độ ω.
Mco - mômen ứng với tốc độ ω = 0.
Mđm - mômen ứng với tốc độ định mức ωđm

+ Ta có các trường hợp số mũ q ứng với các tải:
Khi q = -1, mômen tỷ lệ nghịch với tốc độ, tương ứng các cơ cấu máy tiện, doa, máy
cuốn
dây, cuốn giấy,
Đặc điểm của loại máy này là tốc độ làm việc càng thấp thì mômen cản (lực cản) càng
lớn.
Khi q = 0, Mc = Mđm = const, tương ứng các cơ cấu máy nâng hạ, cầu trục, thang máy,
băng tải, cơ cấu ăn dao máy cắt gọt,

SVTH: Phạm Đức Thiện

Page 5


ĐỒ ÁN MÔN HỌC : TỔNG HỢP HỆ THỐNG TĐ ĐIỆN

GVHD: TS. Lê Tiến Dũng

Khi q = 1, mômen tỷ lệ bậc nhất với tốc độ, tương ứng các cơ cấu ma sát, máy bào, máy
phát một chiều tải thuần trở
Khi q = 2, mômen tỷ lệ bậc hai với tốc độ, tương ứng các cơ cấu máy bơm, quạy gió,
máy nén

Ở hệ thống này , momen cản là loại băng tải có q = 0
 MC = Mđm = const
Trong đó MC là momen cản
Ta có
MC = f()

Đồ thị đăc tinh cơ của tải :

hình
3 : đặc
tinh cơ
của tải

1.3

Chọn

phương án truyền động
Phương trình đặc tính cơ của động cơ KĐB

M=
Từ phương trình đặc tính cơ ta thấy có thể điều chỉnh được tốc độ động cơ bằng
các phương pháp sau:
− Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trong mạch Rotor.
− Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào mạch stato.
− Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số của nguồn xoay chiều.
SVTH: Phạm Đức Thiện

Page 6

ĐỒ ÁN MÔN HỌC : TỔNG HỢP HỆ THỐNG TĐ ĐIỆN

GVHD: TS. Lê Tiến Dũng

Trong đề tài này tôi chọn phương pháp thay đổi tần số của nguồn xoay chiều bằng
biến tần gián tiếp để điều chỉnh tốc độ động cơ.

Hình 4. Sơ đồ cấu trúc biến tần gián tiếp

Hình 5. Sơ đồ nguyên lý biến tần gián tiếp 3 pha

Điều chỉnh tôc độ bằng cách thay đổi tần số

1.3.1
-

Tốc độ của động cơ KĐB n = n1(1-s) = (60f/p)(1-s)

-

Khi hệ số trượt thay đổi ít thì tốc độ tỷ lệ thuận với tần số.

-

Mặt khác, từ biểu thức E1=4.44f1W1KdqØ max ta nhận thấy max tỷ lệ thuận với
E1/f1

-

Người ta mong muốn giữ cho Ømax= const

SVTH: Phạm Đức Thiện

Page 7


ĐỒ ÁN MÔN HỌC : TỔNG HỢP HỆ THỐNG TĐ ĐIỆN

1.4
1.4.1

GVHD: TS. Lê Tiến Dũng

-

Muốn vậy phải điều chỉnh đồng thời cả E/f , có nghĩa là phải sử dụng một nguồn
điện đặc biệt , đó là các bộ biến tần công nghiệp.

-

Do sự phát triển mạnh mẽ của kĩ thuật vi điện tử và điện tử công suất, các bộ
biến tần ra đời đã mở ra một triển vọng lớn trong lĩnh vực điều khiển động cơ
xoay chiều bằng phương pháp tần số. Sử dụng biến tần để điều khiển động cơ
theo các quy luật khác nhau ( quy luật U/f, điều khiển véc tơ..) đã tạo ra những
hệ điều khiển tốc độ động cơ có các tính năng vượt trội.

Sơ đồ khối cấu trúc của hệ thống truyền động điện
Sơ đồ khối :

hình 6 : sơ đồ khối cấu trúc hệ thống đo lường

PI

Hình 7. Sơ đồ cấu trúc truyền động
SVTH: Phạm Đức Thiện

Page 8


ĐỒ ÁN MÔN HỌC : TỔNG HỢP HỆ THỐNG TĐ ĐIỆN

1.4.2
-

GVHD: TS. Lê Tiến Dũng

Chức năng
Đông cơ : truyền động cho tải ( biến đổi điện năng thành cơ năng )
Bộ biến đổi ( BBĐ ): nhận năng lượng từ nguồn điện, biến đổi thành dạng thích
hợp cung cấp cho động cơ
Bộ điều khiển : so sanh giá trị đặt và giá trị đo lường, thông qua các hàm chức
năng tạo ra tin hiệu điều khiển để điều khiển các thông số của bộ biến đổi
Đo lường : đo lường các thông số của đông cơ ( tốc độ, điện áp, dòng điện…. )
cung cấp thông tin cho bộ điều khiển

Tính chọn công suất động cơ

1.5

Muốn hệ thống truyền động điện tự động (HT TĐĐTĐ) làm việc đúng các chỉ
tiêu kỹ thuật, kinh tế và an toàn, cần chọn đúng động cơ điện.
Nếu chọn động cơ không phù hợp, công suất động cơ quá lớn, sẽ làm tăng giá
thành, giảm hiệu suất truyền động và giảm hệ số công suất cos.
Ngược lại, nếu chọn động cơ có công suất quá nhỏ so với yêu cầu thì có thể động cơ
không làm việc được hoặc bị quá tải dẫn đến phát nóng quá nhiệt độ cho phép gây
cháy hoặc giảm tuổi thọ động cơ.
Khi chọn động cơ phải căn cứ vào trị số và chế độ làm việc của phụ tải; phải xét đến
sự phát nóng của động cơ lúc bình thường cũng như lúc quá tải.
1.5.1

Tính chọn công suất động cơ

Do chê độ làm việc của động cơ kéo băng tải là liên tục, chế độ dài hạn. Theo đề bai
thì loại phụ tải này không đòi hỏi điều khiển tốc độ ở nhiều cấp khác nhau.
Momen khởi động của động cơ
Mkđ = (1,61,8)Mđm
Bởi vậy nên chọn động cơ truyện động là động cơ có hệ sô trượt lớn, rãnh stator sâu
để momen mở máy lớn
Việc tinh chọn công suất động cơ cho hệ truyền động theo công suất cản tĩnh. Phụ tải
của hệ thống là cố định với khối lượng bằng 5 Kg nên không cần thiết phải kiếm tra
điều kiên phát nóng và quá tải

SVTH: Phạm Đức Thiện

Page 9


ĐỒ ÁN MÔN HỌC : TỔNG HỢP HỆ THỐNG TĐ ĐIỆN

GVHD: TS. Lê Tiến Dũng

A . đồ thị tốc độ động cơ
(rad/s)

t(s)
0
1s

3s

4s

6s

7s

Hình 8. Đồ thị tốc độ mong muốn của tải.

(vòng/p)

t(s)
0
1s

3s

4s

6s

7s

Hình 9. Đồ thị tốc độ mong muốn của tải.
B . tính momen quy đổi về đầu trục động cơ
Ta có lực cản đặt lên vật M chính là 2 lực
F = Fqt + Fms

SVTH: Phạm Đức Thiện

Page 10


ĐỒ ÁN MÔN HỌC : TỔNG HỢP HỆ THỐNG TĐ ĐIỆN

GVHD: TS. Lê Tiến Dũng

Trong đó :
-Fms lực ma sát: Fms = m.g.k = 5. 10 .1= 50 (N) ( với k = 1 là hệ số ma sát)
- Fqt là lực quán tính và bằng | fl | = m|a|
Với a là gia tốc của vật M :
Tính lực quán tính : fl = m.|r |
Giai đoạn 1: 0s  1s động cơ đứng yên
 fl = 0 (N.)
Giai đoạn 2: 1s  3s động cơ chuyển động với tốc độ 25 rad/s.
fl = (N.)
Giai đoạn 3: 3s  4s động cơ đảo chiều và tăng tốc từ tốc độ 0 rad/s đến 25
rad/s.
Phương trình tốc độ động cơ: với t = 1s
fl = = 15 (N)

Giai đoạn 4: 4s  6s động cơ chuyểnđộng với tốc độ 25 rad/s.
 fl = (N.m)
Giai đoạn 5: 6s  7s động cơ giảm tốc từ tốc độ 25 rad/s về 0.
Phương trình tốc độ động cơ: với t = 1s
fl = = - 15 (N)

Vậy

F = Fqt + Fms

Được miêu tả bằng đồ thị :
(N)
65
50
35
0

1s

t(s)

3s
6s

4s

7s

Hình 10. Đồ thị lực cản của tải theo thời gian.

SVTH: Phạm Đức Thiện

Page 11


ĐỒ ÁN MÔN HỌC : TỔNG HỢP HỆ THỐNG TĐ ĐIỆN

GVHD: TS. Lê Tiến Dũng

Ta có phương trình momen tải quy đổi về trục động cơ

Với r = 0.12 (m )ta có momen tải theo thời gian được biểu diễn trên đồ thị
(N.m)
7.8
6
4.2
0

t(s)

3s

1s

4s

6s

7s

Hình 11. Đồ thị momen tải theo thời gian.
Ta thấy Tmax = 7.8 N.m
C . lập đồ thị phụ tải
Ta có

:

P = từ đó ta có đồ thị công suất theo thời gian

(w)
195
150
105
0

t(s)
1s

3s

4s

6s

7s

Hình 12. Đồ thị công suất theo thời gian.
SVTH: Phạm Đức Thiện

Page 12

ĐỒ ÁN MÔN HỌC : TỔNG HỢP HỆ THỐNG TĐ ĐIỆN

GVHD: TS. Lê Tiến Dũng

D. tính chọn công suất động cơ
Ta thấy công suất lam việc cực đại của động cơ là Pmax = 195 w
Dự đoán công suất theo công suất đẳng trị :

Với :
-

P1 = 150 w và t1=
P2 = 195 w và t2=
P3 = 150 w và t3=
P4 = 105 w và t4=

2s
1s
2s
1s

Chọn hệ số dự trữ k = 1,2 1,5 => chọn k = 1,4
Ta có :

P = Pđt . k = 152.23 * 1,4 = 213,122 (w)

Từ đó ta chọn được động cơ M2AA 71B 6 của ABB, có các thông số cơ bản như sau :
Tên thông số

Công suất định mức
Điện áp định mức
Tần số định mức
Tốc độ định mức
Dòng điện định mức
Tỉ số dòng khởi động
Momen tự nhiên
Tỉ số
Tỉ số momen tối đa
Hệ số công suất khi 100% tải
Hệ số công suất khi 75% tải
Momen quan tính
Trọng lượng

Giá trị
0.25
380
50
2800
0.65
4.4
0.84
3.3
3
79.5
77.9
0
4.4

** Kiểm nghiệm lại các thông số động cơ :

- n = 2800 vòng/phút => nc = 239 vòng/phút
 cần sử dụng hộp số giảm tốc ( gearbox )
SVTH: Phạm Đức Thiện

Page 13

Đơn vị đo
kw
VY
Hz
Vòng/p
A
Nm
%
%
Kg.
Kg


ĐỒ ÁN MÔN HỌC : TỔNG HỢP HỆ THỐNG TĐ ĐIỆN

GVHD: TS. Lê Tiến Dũng

tỉ lệ n =
 chọn gearbox DS047 có các thông số cơ bản sau :

Thông số
Tỷ số
Momen đâu trục
Momen lớn nhất

Tốc độ đầu vào

Giá trị
10
19
57
5000

Đơn vị
N.m
N.m
Vòng/p

kiểm tra momen đông cơ :
momen đầu trục : T = TN . 10 = 0,8410 = 8,4 N.m
momen lớn nhất của tải Ttải = 7,8 < T =8,4 => thỏa mãn
 vậy động cơ đáp ưng được yêu cầu hệ thống truyền động
-

1.6
1.6.1

Xác định các tham số của hệ thống
xác định thông số động cơ
Công suất P (KW)
Điện áp (V)
Tần số (Hz)
Tốc độ (vg/ph)
Điện trở stato Rs (f)
Điện trở rotor Rr (f)

Điện cảm tản stato LIS (H)
Điện cảm tản rotor LIr (H)
Điện cảm từ hoá Lm (H)
Số đôi cực (p)
Mô men quán tính J (kg-m2)

250
220/380
50
2800
0.445
0.586
2.124
2.233
2.125
2
0

Xác định các thông số biến tần

1.6.2

Yêu cầu điện áp ra bộ chỉnh lưu :
-

điện áp định mức của động cơ U=380 v khi đấu Y
điện áp yêu cầu đầu ra bộ nghich lưu :

Vpha =
VDC = =

-

ước lượng khả năng đáp ứng của bộ chỉnh lưu :

SVTH: Phạm Đức Thiện

Page 14


ĐỒ ÁN MÔN HỌC : TỔNG HỢP HỆ THỐNG TĐ ĐIỆN

GVHD: TS. Lê Tiến Dũng

VCL= = 514 V
Vậy bộ chỉnh lưu có khả năng đáp ứng yêu cầu
Tình chọn diode :
-

Điện áp ngược lớn nhất : U =

chọn hệ số dự trử điện áp : K= 1,5 U = 1,5 . 538 = 800V
-

Dòng điện trung bình

:

dòng điện định mức của động cơ : Iđm = 0.79 A => I = Iđm/6 = 0,13 A
chọn hệ số dự trử dòng điện là : K = 1,3 => I = 1,3 . 0,13 = 0,17A
Vậy chọn diode 36MT160

Tính chọn IGBT :
Cấu trúc bộ nghịch lưu 3 pha :

Hình 1.6.2 Cấu trúc bộ nghịch lưu 3 pha.
Điện áp ngược đặt lên IGBT là:

Điện áp ngược đặt lên Diode trong bộ nghịch lưu là:
Chọn IGBT : OM6502ST
SVTH: Phạm Đức Thiện

Page 15


ĐỒ ÁN MÔN HỌC : TỔNG HỢP HỆ THỐNG TĐ ĐIỆN

GVHD: TS. Lê Tiến Dũng

CHƯƠNG 2 : MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
2.1

Mô hình toán học của động cơ
Muốn nâng cao chất lượng của hệ thống điều tốc biến tần - động cơ xoay chiều,

cải thiện phương pháp thiết kế, trước tiên phải làm rõ bản chất trạng thái động của
động cơ xoay chiều thông qua mô hình toán học.
2.1.1. Đặc điểm của mô hình toán học trạng thái động của động cơ không
đồng bộ
SVTH: Phạm Đức Thiện

Page 16

ĐỒ ÁN MÔN HỌC : TỔNG HỢP HỆ THỐNG TĐ ĐIỆN

GVHD: TS. Lê Tiến Dũng

Khi nghiên cứu về động cơ điện một chiều ta nhận thấy: Từ thông của động cơ
điện loại này được sinh ra bởi cuộn dây kích từ, có thể được xác lập từ trước mà
không tham gia vào quá trình động của hệ thống (trừ khi điều tốc bằng điều chỉnh
từ thông). Vì vậy mô hình toán học trạng thái động của nó chỉ có một biến vào (đó
là điện áp mạch rotor) và một biến ra (đó là tốc độ quay). Trong đối tượng điều
khiển có chứa hằng số thời gian điện cơ Tm và hằng số thời gian điện từ mạch điện
rotor Te, nếu tính cả thiết bị chỉnh lưu điều khiển tiristor vào đó thì còn có cả hằng
số thời gian trễ f của khối chỉnh lưu. Trong ứng dụng kỹ thuật, ở điều kiện cho
trước một hệ số cho phép có thể biểu diễn hệ thống tuyến tính cấp III thành hệ
thống một biến số (một vào, một ra), và hoàn toàn có thể ứng dụng lý thuyết điều
khiển tuyến tính kinh điển và phương pháp thiết kế kỹ thuật thực dụng và từ đó
phát triển ra để tiến hành phân tích và thiết kế.
Tuy nhiên, lý luận và phương pháp nói trên khi vận dụng vào việc phân tích và
thiết kế hệ thống điều tốc xoay chiều thì gặp khá nhiều khó khăn, phải đưa ra một
số giả thiết mới có thể nhận được sơ đồ cấu trúc trạng thái động gần đúng, bởi vì
so sánh giữa mô hình toán học của động cơ điện xoay chiều và mô hình động cơ
điện một chiều có sự khác nhau khá căn bản:
(1) Lúc điều tốc biến tần động cơ không đồng bộ cần phải tiến hành điều khiển
phối hợp điện áp và tần số, có hai biến số đầu vào độc lập là điện áp và tần số, nếu
khảo sát điện áp 3 pha thì biến số đầu vào thực tế phải tăng lên. Trong biến số đầu
ra, ngoài tốc độ quay, từ thông cũng được tính là một tham số độc lập. Bởi vì động
cơ chỉ có một nguồn điện 3 pha, việc xác lập từ thông và sự thay đổi tốc độ quay là
tiến hành đồng thời, nhưng muốn có chất lượng động tốt, còn muốn điều khiển đối
với từ thông, làm cho nó không thay đổi trong trạng thái động, mới có thể khai

thác được mô men lớn hơn. Vì những nguyên nhân này nên động cơ không đồng
bộ là một hệ thống nhiều biến số (nhiều đầu vào, nhiều đầu ra), mà giữa điện áp
(dòng điện), tần số, từ thông, tốc độ quay lại có ảnh hưởng lẫn nhau, nên nó là hệ
SVTH: Phạm Đức Thiện

Page 17


ĐỒ ÁN MÔN HỌC : TỔNG HỢP HỆ THỐNG TĐ ĐIỆN

GVHD: TS. Lê Tiến Dũng

thống nhiều biến có quan hệ với nhau rất chặt chẽ. Trước khi tìm ra mô hình toán
học rõ ràng, có thể dùng sơ đồ hình 2.1 để biểu diễn.
(2) Trong động cơ không đồng bộ, từ thông kéo theo dòng điện sinh ra mô men
quay, tốc độ quay kéo theo từ thông nhận được sức điện động cảm ứng quay, bởi vì
chúng đồng thời biến đổi, nên trong mô hình toán học có chứa hai biến nhân với
nhau, như vậy, dù không khảo sát nhân tố bão hoà từ, mà mô hình toán học cũng là
phi tuyến

.
Hình 2.1 : sơ đồ cấu trúc điều khiển nhiều biến của động cơ không đồng bộ
(3) Mạch stator động cơ không đồng bộ có 3 nhóm cuộn dây, mỗi một nhóm khi
sản sinh từ thông đều có quán tính điện từ riêng của nó, lại thêm vào quán tính cơ
điện của hệ thống chuyển động, vì thế dù cho không xét tới yếu tố chậm sau trong
thiết bị biến tần, thì mô hình toán học động cơ không đồng bộ ít nhất cũng là hệ
thống bậc 7. Tóm lại, mô hình toán học động cơ không đồng bộ là hệ thống nhiều
biến, bậc cao, phi tuyến, ràng buộc nhau rất chặt, hệ thống điều tốc biến tần lấy nó
làm đối tượng có thể được thể hiện bằng hệ thống nhiều biến như trên hình 2.2.

SVTH: Phạm Đức Thiện

Page 18


ĐỒ ÁN MÔN HỌC : TỔNG HỢP HỆ THỐNG TĐ ĐIỆN

GVHD: TS. Lê Tiến Dũng

Hình 2.2 sơ đồ cấu trúc điều khiển hệ thống điều tốc biến tần của động cơ không
đồng bộ ba pha
2.1.2. Mô hình toán học nhiều biến của động cơ KĐB ba pha
Ba dòng điện pha hình sin phía stator của động cơ xoay chiều 3 pha KÐB không
nối diểm trung tính:

Ba dòng điện này có thể được mô tả dưới dạng vector i(t) quay trong không gian
với tần số stator fs

Ba dòng điện pha sẽ là hình chiếu của vector Is xuống trục của các cuộn dây tương
ứng

SVTH: Phạm Đức Thiện

Page 19


ĐỒ ÁN MÔN HỌC : TỔNG HỢP HỆ THỐNG TĐ ĐIỆN

GVHD: TS. Lê Tiến Dũng

Biểu diễn các đại lượng 3 pha khác như điện áp stator, điện áp rotor, từ thông
stator và từ thông rotor duới dạng vector us, ur,  và
Tất cả các vector đều quay xung quanh gốc tọa độ với tốc độ và
Buớc tiếp theo: hình dung một hệ tọa độ với 2 trục d và q, quay đồng bộ với
vector dòng điện is

.

Nếu trục d (trục thực) của hệ tọa độ mới trùng với trục của vector từ thông rotor :
Thành phần trục q của từ r thông sẽ mất đi.
Mối quan hệ giữa mômen quay, từ thông rotor và các thành phần dòng điện như
sau:

SVTH: Phạm Đức Thiện

Page 20


ĐỒ ÁN MÔN HỌC : TỔNG HỢP HỆ THỐNG TĐ ĐIỆN

GVHD: TS. Lê Tiến Dũng

Nếu hệ tọa độ dq đứng yên tại một vị trí, sao cho trục thực d trùng với trục của
một trong ba cuộn dây pha (ví dụ pha U), và ta đổi tên hệ trục tọa độ đó thành =>
là hệ tọa độ cố định với stator.
=> Hình dung một phép tính chuyển đổi, thay thế hệ thống 3 cuộn dây pha U, V,
W bởi hệ thống 2 cuộn dây và

SVTH: Phạm Đức Thiện

Page 21


ĐỒ ÁN MÔN HỌC : TỔNG HỢP HỆ THỐNG TĐ ĐIỆN

Dòng điện chảy qua hai cuộn dây mới là và
Công thức chuyển đổi Clarke uvw

Công thức chuyển dổi Park: dq
SVTH: Phạm Đức Thiện

Page 22

GVHD: TS. Lê Tiến Dũng


ĐỒ ÁN MÔN HỌC : TỔNG HỢP HỆ THỐNG TĐ ĐIỆN

GVHD: TS. Lê Tiến Dũng

Ðiều kiện để chuyển đổi: Phải biết góc pha của vector từ thông r

.

Vector dòng điện is có thể được viết ở trong hai hệ tọa độ và dq như sau:

Chỉ số viết bên phải trên cao:
SVTH: Phạm Đức Thiện

Page 23

ĐỒ ÁN MÔN HỌC : TỔNG HỢP HỆ THỐNG TĐ ĐIỆN

GVHD: TS. Lê Tiến Dũng

+ s là chỉ hệ tọa độ stator cố định ()
+ f là chỉ hệ tọa độ từ thông (dq)

Quy ước về ký hiệu:
• Chỉ số viết bên phải, trên cao:
f đại lượng mô tả trên hệ tọa độ tựa theo từ thông (hệ tọa độ dq)
s dại lượng mô tả trên hệ tọa độ cố định với stator (hệ tọa độ )
r dại lượng mô tả trên hệ tọa độ cố định với rotor
• Chỉ số viết bên phải, phía duới:
Chữ cái thứ nhất:
s đại lượng mạch stator
r đại lượng mạch rotor
Chữ cái thứ 2:
d,q các thành phần thuộc hệ tọa độ dq
các thành phần thuộc hệ tọa độ
SVTH: Phạm Đức Thiện

Page 24


ĐỒ ÁN MÔN HỌC : TỔNG HỢP HỆ THỐNG TĐ ĐIỆN

GVHD: TS. Lê Tiến Dũng

• Các đại lượng in đậm: Vector, ma trận
• Phương trình điện áp stator viết trên hệ thống cuộn dây stator :

• Phương trình điện áp rotor trên hệ thống cuộn dây rotor ngắn mạch:

• Phương trình từ thông (Như nhau trong các hệ tọa độ):

• Phương trình mômen quay:

• Phương trình chuyển động:

SVTH: Phạm Đức Thiện

Page 25