thiết kế và thi công mô hình điều khiển công suất tác dụng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP SINH VIÊN

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH
ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TÁC DỤNG
S

K

C

0

0

3

9

5

9

MÃ SỐ: SV2009 - 72

S KC 0 0 2 8 1 6

Tp. Hồ Chí Minh, 2010

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP SINH VIÊN

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN
CÔNG SUẤT TÁC DỤNG
MÃ SỐ: SV2009-72

THUỘC NHÓM NGÀNH:
NGƯỜI CHỦ TRÌ:
NGƯỜI THAM GIA:
ĐƠN VỊ:

KHOA HỌC KỸ THUẬT
ĐÀO ĐÌNH MẠNH
VÕ QUANG CHƯƠNG
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

TP. HỒ CHÍ MINH 2 – 2010


LỜI CẢM ƠN
Em xin đƣợc gởi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo trong khoa điện-điện tử
cùng toàn thể các thầy cô giáo trong nhà trƣờng đã truyền đạt cho em nhƣng
kiến thức và kinh nghiệm quí báu trong thời gian học tập vừa qua.
Em xin đƣợc gởi lời cảm ơn chân thành đến thầy TRƢƠNG VIỆT ANH
đã hƣớng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành đề tài này

Nhóm sinh viên thực hiện
Đào Đình Mạnh 06102051
Võ Quang Chƣơng 06102189


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
……………………………………………………….
……………………………………………………….
……………………………………………………….
……………………………………………………….
……………………………………………………….
……………………………………………………….
……………………………………………………….
……………………………………………………….
……………………………………………………….
……………………………………………………….
……………………………………………………….
……………………………………………………….
……………………………………………………….
……………………………………………………….
……………………………………………………….
……………………………………………………….


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
……………………………………………………….
……………………………………………………….
……………………………………………………….
……………………………………………………….
……………………………………………………….

……………………………………………………….
……………………………………………………….
……………………………………………………….
……………………………………………………….
……………………………………………………….
……………………………………………………….
……………………………………………………….
……………………………………………………….
……………………………………………………….
……………………………………………………….
……………………………………………………….


iv

Mục lục
Trang
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn.................................................................................... i
Nhận xét của giáo viên phản biện .................................................................................... ii
Mục lục ........................................................................................................................... iii
Chương 1...........................................................................................................................1
1.1 Tính cần thiết của việc ổn định công suất tác dụng ...............................................1
1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài ............................................................................1
1.3 Phạm vi nghiên cứu ...............................................................................................1
1.4 Bố cục ....................................................................................................................2
Chương 2...........................................................................................................................3
2.1 Các phương pháp điều khiển .................................................................................3
2.2 Phân tích ưu và nhược điểm phần chọn lựa ...........................................................3
2.3 Bình luận phương pháp ..........................................................................................4
Chương 3...........................................................................................................................6

3.1 Mô hình thí nghiệm................................................................................................6
3.2 Phương pháp điều khiển ........................................................................................6
3.3 Giới thiệu các phần tử trong bộ thí nghiệm .........................................................13
3.4 Thuật toán điều khiển............................................................................................20
3.5

Mô hình thực tế .....................................................................................................21

Chương 4 ............................................................................................................................
4.1 Kết luận .................................................................................................................26
4.2 Hướng phát triển đề tài .........................................................................................26
Tài liệu tham khảo ..........................................................................................................27


1

Điều khiển công suất tác dụng

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1

Tính cần thiết của việc ổn định công suất tác dụng

Hệ thống điện Việt Nam đang trong giai đoạn phát triển do có sự gia tăng về việc xây
dựng các nhà máy và đường dây truyền tải mới. Để đáp ứng nhu cầu tăng cao của phụ
tải, các nhà máy điện không ngừng được xây dựng và đưa vào vận hành trong những
năm tới. Việc nghiên cứu ổn định công suất tác dụng có ý nghĩa lớn đến việc giữ vững
tính ổn định của hệ thống điện Việt Nam.
Do đó, việc tìm hiểu và nghiên cứu nhằm tìm ra phương thức để điều khiển công suất

tác dụng là một vấn đề rất cần thiết.
1.2

Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài

1.2.1 Mục tiêu
- Tìm ra phương pháp ổn định công suất tác dụng tối ưu nhất để từ đó áp dụng
vào điều kiện thực tiễn
- Tìm hiểu sâu hơn về các đại lượng trong cơ cấu máy phát điện
- Tìm hiểu các phương pháp ổn định công suất tác dụng
- Tìm hiểu về biến tần, động cơ, máy phát
- Điều khiển tốc độ động cơ bằng biến tần
1.2.2 Nhiệm vụ
Nghiên cứu lí thuyết và thiết kế mô hình điều khiển công suất tác dụng
1.3

Phạm vi nghiên cứu
- Tìm hiểu về lí thuyết
- Xây dựng mô hình và thí nghiệm

1.4

Bố cục


Điều khiển công suất tác dụng

Gồm 3 phần chính:
 Tìm hiểu lý thuyết
 Thi công mô hình

 Thí nghiệm mô hình

2


3

Điều khiển cơng suất tác dụng

Chƣơng 2
TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN
2.1

Các phƣơng pháp điều khiển

Việc điều chỉnh P của nhà máy phát điện thường thơng qua việc điều chỉnh lưu lượng
nước chảy vào tuabin và cánh nhận nước của tuabin tức làm thay đổi tốc độ của tuabin.
Như vậy ở phạm vi đề tài này thì tương ứng với việc điều chỉnh tốc độ động cơ sơ cấp, cụ
thể là động cơ 3 pha KĐB rotor lồng sóc
Đối với động cơ khơng đồng bộ 3 pha việc điều chỉnh tốc độ động cơ có thể thực hiện
được theo một số phương pháp sau:
- Phương pháp 1 : thay đổi điện trở phụ mạch RoTo(loại dây quấn)
- Phương pháp 2 : thay đổi số đơi cực từ.
- Phương pháp 3 : cuộn kháng bão hòa.
- Phương pháp 4 : thay đổi điện áp.
- Phương pháp 5 : thay đổi tần số.
- Phương pháp 6 : nối tầng.
Nhưng việc sử dụng các phương pháp trên đều làm thay đổi đường đặc tuyến của động cơ
làm động cơ giảm đi cơng suất vốn có của nó. Chính vì vậy BIẾN TẦN là một phương
pháp hữu hiệu để thay đổi tốc độ động cơ mà khơng làm thay đổi đường đặc tính của

động cơ. Ngồi ra việc sử dụng biến tần kết hợp PLC sẽ làm cho việc điều khiển tốc độ
động cơ trở nên dễ dàng hơn, đơn giản hơn, và tiện nghi hơn.
Với sự phát triển của cơng nghệ thì chúng ta có thể mơ phỏng cũng như giám sát và điều
chỉnh qua mạng việc thay đổi tốc độ động cơ từ đó có phương pháp tối ưu cho việc điều
khiển.
Để điều chỉnh tốc độ một cách chính xác cần phải thực hiện hồi tiếp tín hiệu về so sánh
với tín hiệu vào và ra sẽ được gởi đến bộ điều khiển hiệu chỉnh đầu ra . Hệ thống
điều khiển hồi tiếp có nhiều ưu điểm nên thường được thấy trong các hệ thống tự
động .

2.2

Phân tích ƣu và nhƣợc điểm phần chọn lựa

Thơng qua các phương pháp điều khiển trên, sau q trình tìm hiểu và nghiên cứu thì
phương pháp điều khiển tối ưu nhất là phương pháp thay đổi tần số của động cơ sơ cấp
bằng biến tần.
Ưu điểm của Biến Tần


Điều khiển công suất tác dụng

4

- Cho phép mở rộng dải điều chỉnh và nâng cao tính chất động học của hệ thống
điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều.
- Hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng biến tần có kết cấu đơn giản, làm việc
được trong nhiều môi trường khác nhau.
- Khả năng điều chỉnh tốc độ động cơ dễ dàng.
- Có khả năng đáp ứng cho nhiều ứng dụng khác nhau.

- Các thiết bị cần thay đổi tốc độ nhiều động cơ cùng một lúc (dệt, băng tải ...).
- Các thiết bị đơn lẻ yêu cầu tốc độ làm việc cao (máy li tâm, máy mài...).
- Hiệu suất làm việc của máy cao;
- Quá trình khởi động và dừng động cơ rất êm dịu nên giúp cho tuổi thọ của động
cơ và các cơ cấu cơ khí dài hơn;
- An toàn, tiện lợi và việc bảo dưỡng cũng ít hơn do vậy đã giảm bớt số nhân công
phục vụ và vận hành máy ...
- Tiết kiệm điện năng ở mức tối đa trong quá trình khởi động và vận hành.
Khuyết điểm của Biến tần:
- Tùy theo ứng dụng mà lựa chọn bộ biến tần cho phù hợp
- Bên trong bộ biến tần là các linh kiện điện tử bán dẫn nên rất nhậy cảm với điều
kiện môi trường, mà Việt Nam có khí hậu nóng ẩm nên khi lựa chọn phải chắc
chắn rằng bộ biến tần đã chọn đã được nhiệt đới hoá, phù hợp với môi trường khí
hậu Việt Nam.
- Phải đảm bảo điều kiện môi trường lắp đặt như nhiệt độ, độ ẩm, vị trí.
Điều cần lƣu ý khi sử dụng bị biến tần điều khiển động cơ không đồng bộ:
Như đã nêu ở trên, ở đầu ra của biến tần chỉ có dòng điện là hình sin nhưng điện áp
không phải là hình sin mà có dạng chuỗi xung vuông điều biên nối tiếp nhau. Nếu khoảng
cách nối dây cáp điện giữa động cơ và biến tần đủ lớn sẽ xẩy ra hiện tượng quá điện áp
(do hiện tượng phản xạ sóng điện áp), có thể dẫn đến lão hóa cách điện cuộn dây stato,
giảm tuổi thọ thậm chí làm hỏng động cơ. Vì vậy, khi lắp ráp phải chú ý sao cho dây cáp
càng ngắn càng tốt, đặc biệt đối với động cơ công suất vừa và nhỏ (thường có trở kháng
đáp ứng xung lớn hơn so với trở kháng đáp ứng xung của cáp nối).

2.3

Bình luận phƣơng pháp

Hệ thống truyền động điện cho máy công tác hoặc các dây chuyền sản xuất phục vụ sản
xuất nông nghiệp đã sử dụng phổ biến động cơ điện xoay chiều ba pha không đồng bộ

loại roto lồng sóc hay còn gọi là động cơ cảm ứng. So với các loại động cơ điện khác
(động cơ điện đồng bộ, động cơ điện một chiều) thì động cơ không đồng bộ có nhiều ưu
việt như: kết cấu đơn giản, dễ sử dụng, độ bền cao, giá đầu tư thấp. Nhưng nếu sử dụng


Điều khiển công suất tác dụng

5

thiết bị để điều khiển loại đơn giản thì động cơ không đồng bộ lại tồn tại một số nhược
điểm như:


Dòng điện khởi động rất lớn, gấp 4-6 lần dòng điện định mức của động cơ, thậm
chí còn cao hơn đặc biệt ở những máy luôn có tải thường trực như máy bơm nước,
quạt ly tâm, máy nén khí, băng tải, máy nghiền búa... Điều này đã gây ảnh hưởng
xấu tới những máy khác đang vận hành đồng thời và giảm tuổi thọ động cơ điện.



Tốc độ vòng quay của động cơ điện cảm ứng chỉ được điều khiển theo từng cấp
(hữu cấp); thông thường mỗi động cơ chỉ thay đổi được một trong các dãy tốc độ
đồng bộ như: 3.000 - 1.500vg/ph; 1.500 - 1.000vg/ph và 1.000 - 750 vg/ph, trong
khi có những công nghệ sản xuất yêu cầu hệ thống truyền động cần được điều
khiển tốc độ liên tục (vô cấp) theo mô men và phụ tải thay đổi nên hệ truyền động
điện trên không có khả năng đáp ứng.

Do sự phát triển vượt bậc của kỹ thuật vi điện tử và điện tử công suất nên ngày càng có
nhiều loại thiết bị điều khiển động cơ điện không đồng bộ với các chức năng hoàn hảo
(thuận tiện trong sử dụng, an toàn và có khả năng tiết kiệm điện tối đa) mà “biến tần AC

” là một điển hình. Biến tần là bộ nguồn bán dẫn điều khiển kết hợp với động cơ không
đồng bộ xoay chiều ba pha để thực hiện khởi động/dừng và điều chỉnh chính xác số vòng
quay động cơ theo yêu cầu công nghệ. Có nhiều loại biến tần được thiết kế phù hợp với
dẫy động cơ công suất từ rất nhỏ (vài trăm Woat) đến hàng 100kW.
Với tính năng vượt trội của biến tần, ngoài việc cải thiện khả năng điều khiển của hệ
thống máy còn đem lại hiệu quả tiết kiệm điện năng ở những máy có tải biến đổi theo tốc
độ. Với sự phát triển của ngành điện – tự động hóa trong công nghiệp, hy vọng hệ thống
điều khiển tiên tiến và hiện đại dần dần sẽ được sử dụng ngày càng nhiều trong sản xuất
để góp phần tiết kiệm tài nguyên cho đất nước.


6

Điều khiển công suất tác dụng

Chương 3
THIẾT KẾ MÔ HÌNH
3.1

Sơ đồ khối mô hình thí nghiệm

BỘ LẤY TÍN HIỆU

BIẾN TẦN

ĐC SƠ
CẤP

MÁY
PHÁT

HỆ THỐNG
ĐO P

HT KÍCH TỪ

Hình 3.1 sơ đồ khối mô hình thí nghiệm

3.2

Phương pháp điều khiển

Thông qua các phương pháp điều khiển trên, sau quá trình tìm hiểu và nghiên cứu
thì phương pháp điều khiển tối ưu nhất là phương pháp thay đổi tần số của động
cơ sơ cấp bằng biến tần sử dụng thuật toán điều khiển PID vòng kín.
Được sử dụng hầu hết trong các biến tần hiện nay. Tốc độ của ĐCKĐB tỉ lệ trực
tiếp với tần số nguồn cung cấp. Do đó, nếu thay đổi tần số của nguồn cung cấp cho
động cơ thì cũng sẽ thay đổi được tốc độ đồng bộ, và tương ứng là tốc độ của động
cơ
Tuy nhiên, nếu chỉ thay đổi tần số mà vẫn giữ nguyên biên độ nguồn cung cấp cho
động cơ sẽ làm cho mạch từ của động cơ bị bão hòa. Điều này dẫn đến dòng từ
hóa tăng, méo dạng điện áp vì dòng điện cung cấp cho động cơ gây ra tổn hao lõi
từ, tổn hao đồng trong dây quấn Stator. Ngược lại, nếu từ thông giảm dưới định
mức sẽ làm giảm khả năng mang tải của động cơ.
Vì vậy, khi giảm tần số nguồn cung cấp cho động cơ nhỏ hơn tần số định mức
thường đòi hỏi phải giảm điện áp V cung cấp cho động cơ sao cho từ thông trong
khe hở không khí được giữ không đổi.Khi động cơ làm việc với tần số cung cấp


Điều khiển công suất tác dụng

7

lớn hơn tần số định mức, thường giữ điện áp cung cấp không đổi và bằng định
mức, do giới hạn về cách điện stator hoặc điện áp nguồn .
Phương pháp E/f:
Ta có công thức sau:

Với f - tần số làm việc của động cơ, fđm - tần số định mức của động cơ.
Giả sử động cơ hoạt động dưới tần số định mức (a<1). Từ thông động cơ được giữ
ở giá trị không đổi. Do từ thông của động cơ phụ thuộc vào dòng từ hóa của động
cơ, nên từ thông được giữ không đổi khi dòng từ hóa được giữ không đổi tại mọi
điểm làm việc của động cơ.
Ta có phương trình tính dòng từ hóa tại điểm làm việc định mức như sau:

Với Lm là điện cảm mạch từ hóa.
Tại tần số làm việc f:

Từ 2 phương trình trên suy ra điều kiện để dòng điện từ hóa không đổi:

Như vậy từ thông động cơ được giữ không đổi khi tỉ lệ E/f được giữ không đổi
(E/f = const).
Phương pháp V/f:
Tuy nhiên trong thực tế, việc giữ từ thông không đổi đòi hỏi mạch điều khiển rất
phức tạp. Nếu bỏ qua sụt áp trên điện trở và điện kháng tản mạch stator, ta có thể
xem như U ≈ E.
Khi đó nguyên tắc điều khiển E/f=const được thay bằng phương pháp V/f=const.
Trong phương pháp V/f=const (gọi ngắn là V/f), như đã trình bày ở trên thì tỉ số
V/f được giữ không đổi và bằng giá trị tỉ số này ở định mức.Cần lưu ý là khi
moment tải tăng , dòng động cơ tăng làm gia tăng sụt áp trên điện trở Stator dẩn

đến E giảm, có nghĩa là từ thông động cơ giảm.Do đó động cơ không hoàn toàn
làm việc ở chế độ từ thông không đổi.


Điều khiển công suất tác dụng

Với điều kiện năng lực quá tải không đổi có thể tìm ra được quan hệ giữa điện áp
U1, tần số f1 và momen M. trong công thức về momen cực đại khi bỏ qua điện trở
r1 thì momen cực đại có thể viết thành :

Trong đó C là một hằng số:

Hình 3.2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số nguồn điện
a, sơ đồ khối; b, đặc tính cơ U1/f không đổi

giả thiết U1’ và M’ là điện áp và momen lúc tần số f1’, căn cứ vào điều kiện năng
lực quá tải không đổi ,ta có:

Trong thực tế ứng dụng thường yêu cầu momen không đổi nên ta có:

Trường hợp yêu cầu công suất Pcơ không đổi,nghĩa là momen tỉ lệ nghịch với tần
số nên ta có :

8


Điều khiển cơng suất tác dụng

9

Thế vào trên ta được:

Tóm lại khi thay đổi tần số f1 ta phải đồng thời thay đổi U1 đưa vào động cơ.
Sau đây là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa moment và điện áp theo tần số
trong phương pháp điều khiển V/f=const.

Hình 3.3 quan hệ giữa moment và điện áp

Việc sử dụng Biến tần LS SV-iG5A có tích hợp sẵn bộ điều khiển PID trong đó
để thay đổi tần số đưa vào động cơ sơ cấp theo luật U/f sẽ giải quyết được vấn đề
mà đề tài này đề cập, để điều khiển ổn định P ta chỉ việc xác định các thơng số KP
TI TD rồi nhập vào biến tần hoặc sử dụng chức năng auto turning của biến tần .
Phương pháp Zeigler-Nichols xác định thơng số cho PID:
Phương pháp Zeigler-Nichols là phương pháp thực nghiệm để thiết kế
bộ điều khiển P, PI, hoặc PID bằng cách dựa vào đáp ứng quá độ của đối
tượng điều khiển. Bộ điều khiển PID cần thiết kế có hàm truyền là:
GC ( s)  K P 



KI
1
 K Ds  K P 1 
 TD s 
s
TI s



Zeigler và Nichols đưa ra hai cách chọn thông số bộ điều khiển PID

tùy theo đặc điểm của đối tượng.
Cách 1: Dựa vào đáp ứng quá độ của hệ hở, áp dụng cho các đối


10

Điều khiển cơng suất tác dụng

tượng có đáp ứng đối với tín hiệu vào là hàm nấc có dạng chữ S như hình
3.2.1, ví dụ như nhiệt độ lò nhiệt, tốc độ động cơ, …

Hình 3.4 Đáp ứng nấc của hệ hở có dạng S

Thông số bộ điều khiển P, PI, PID được chọn như sau:
Bộ ĐK

Thông số

KP

TI

TD

P

T2 /(T1.K)



0

PI

0, 9T2 /(T1.K)

T1/ 0.3

0

PID

1, 2T2 /(T1.K)

2T1

0.5T1

Ví dụ 1. Hãy thiết kế bộ điều khiển PID điều khiển nhiệt độ của lò sấy,
biết đặc tính quá độ của lò sấy thu được từ thực nghiệm có dạng như sau:

Giải.

Dựa vào đáp ứng quá độ thực nghiệm ta có:
T1  8 min  480 sec
T2  24 min  1440 sec

Chọn thông số bộ điều khiển PID theo phương pháp Zeigler- Nichols:
K P  1, 2

T2 1440

 1, 2  3  3, 6
T2
480


11

Điều khiển cơng suất tác dụng
TI  2T1  2  480  960 sec
TD  0, 5T1  0, 5  480  240 sec


Do đó: GPID ( s)  K P  1 



1
1


 TD s   3, 6  1 
 240s 
TI s
960s






Cách 2: Dựa vào đáp ứng quá độ của hệ kín, áp dụng cho các đối
tượng có khâu tích phân lý tưởng, ví dụ như mực chất lỏng trong bồn
chứa, vò trí hệ truyền động dùng động cơ,... Đáp ứng quá độ (hệ hở) của
các đối tượng có khâu tích phân lý tưởn g không có dạng như hình 3.2.1
mà tăng đến vô cùng. Đối với các đối tượng thuộc loại này ta chọn thông
số bộ điều khiển PID dựa vào đáp ứng quá độ của hệ kín như hình 3.2.2.
Tăng dần hệ số khuếch đại K của hệ kín ở hình 3.2.2 đến giá trò giới hạn
Kgh, khi đó đáp ứng ra của hệ kín ở trạng thái xác lập là dao động ổn đònh
với chu kỳ Tgh.

Hình 3.5 Đáp ứng nấc của hệ kín khi K = K gh
Thông số bộ điều khiển P, PI, PID được chọn như sau:
Bộ ĐK

Thông số

KP

TI

TD

P

0, 5Kgh



0

PI

0, 45Kgh

0, 83Tgh

0

PID

0, 6Kgh

0, 5Tgh

0, 125Tgh

Ví dụ 2. Hãy thiết kế bộ điều khiển PID điều khiển vò trí góc quay của
động cơ DC, biết rằng nếu sử dụng bộ điều khiển tỉ lệ thì bằng thực
nghiệm ta xác đònh được khi K = 20 vò trí góc quay động cơ ở trạng thái
xác lập là dao động với chu kỳ T = 1 sec.
Giải. Theo dữ kiện của bài toán, ta có:

K gh  20 ;

Tgh  1 sec


Điều khiển cơng suất tác dụng

12

Chọn thông số bộ điều khiển PID theo phương pháp Zeigler- Nichols:
K P  0, 6K gh  0, 6  20  12
TI  0, 5Tgh  0, 5  1  0, 5 sec
TD  0,125Tgh  0,125  1  0,125 sec



Do đó: GPID ( s)  K P  1 



1
1


 TD s   12  1 
 0,125s 
TI s
0, 5s




3.3 Giới thiệu các phần tử trong bộ thí nghiệm
Trong bộ thí nghiệm bao gồm các phần tử:
- Động cơ 3 pha khơng đồng bộ rotor lồng sóc
- Máy phát điện 3 pha khơng đồng bộ

- Biến tần
- Máy đo P

3.3.1 Tổng quan về động cơ khơng đồng bộ:
a) Giới thiệu:

Động cơ điện khơng đồng bộ ba pha (AC Induction Motor) được sử dụng rất phổ
biến ngày nay với vai trò cung cấp sức kéo trong hầu hết các hệ thống máy cơng
nghiệp. Cơng suất của các động cơ khơng đồng bộ có thể đạt đến 500 kW (tương
đương 670 hp) và được thiết kế tn theo quy chuẩn cụ thể nên có thể thay đổi dễ
dàng các nhà cung cấp.
b) Cấu tạo:

Hình 3.6 Cấu tạo bên trong động cơ KĐB

* Phần tĩnh: Stato có cấu tạo gồm vỏ máy, lỏi sắt và dây quấn
+ Vỏ máy:


iu khin cụng sut tỏc dng

13

V mỏy cú tỏc dng c nh lừi st v dõy qun, khụng dựng lm mch dn t.
Thng v mỏy c lm bng gang. i vi mỏy cú cụng sut tng i ln (
1000kW ) thng dựng thộp tm hn li lm thnh v mỏy. Tu theo cỏch lm
ngui mỏy m dng v cng khỏc nhau.
+ lừi st:
Lừi st l phn dn t. Vỡ t trng i qua lừi st l t trng quay nờn gim
tn hao: lừi st c lm bng nhng lỏ thộp k thut in ộp li.

+ Dõy qun:
Dõy qun stator c t vo cỏc rónh ca lừi st v c cỏch in tt vi lừi st.
* Phn quay ( roto):
+ Rotor kiu lng súc:
Kt cu loi dõy qun ny rt khỏc vi dõy qun stator. Trong mi rónh ca lừi st
rotor t vo thanh dón bng ng hay nhụm di ra khi lừi st v c ni tt li
hai u bng hai vnh ngn mch bng ng hay nhụm lm thnh mt cỏi lng
m ngi ta quen gi l lng súc
c, iu chnh tc ng c KB
Trổồùc õỏy, nóỳu coù yóu cỏửu õióửu chốnh tọỳc õọỹ cao
thổồỡng duỡng õọỹng cồ õióỷn mọỹt chióửu. Nhổng ngaỡy
nay nhồỡ kyợ thuỏỷt õióỷn tổớ phaùt trióựn nón vióỷc
õióửu chốnh tọỳc õọỹ õọỹng cồ khọng õọửng bọỹ khọng
gỷp khoù khn mỏỳy vồùi yóu cỏửu phaỷm vi õióửu chốnh,
õọỹ bũng phúng khi õióửu chốnh vaỡ nng lổồỹng tióu
thuỷ.
Ta thỏỳy caùc phổồng phaùp õióửu chốnh chuớ yóỳu coù
thóứ thổỷc hióỷn :
+ Trón stato : Thay õọứi õióỷn aùp U õổa vaỡo dỏy quỏỳn
stato, thay õọứi sọỳ õọi cổỷc tổỡ p dỏy quỏỳn stato vaỡ
thay õọứi tỏửn sọỳ f nguọửn õióỷn.
+ Trón rọto : Thay õọứi õióỷn trồớ rọto, nọỳi cỏỳp hoỷc
õổa sõõ phuỷ vaỡo rọto.

3.3.2 Tng quan v mỏy phỏt in khụng ng b:
a) Gii thiu :
Mỏy phỏt in l thit b bin i c nng thnh in nng thụng thng s dng
nguyờn lý cm ng in t. Ngun c nng s cp cú th l cỏc ng c tua bin
hi, tua bin nc, ng c t trong, tua bin giú hoc cỏc ngun c nng khỏc.

14

iu khin cụng sut tỏc dng

Mỏy phỏt in gi mt vai trũ then cht trong cỏc thit b cung cp in. Nú thc
hin ba chc nng: phỏt in, chnh lu, hiu chnh in ỏp.
b) Cu to :
Stator (phỏửn tộnh)
Stator gọửm hai bọỹ phỏỷn chờnh laỡ loợi theùp vaỡ dỏy
quỏỳn, ngoaỡi ra coỡn coù voớ maùy vaỡ nừp maùy.

Hỡnh 3.7 stator mỏy phỏt

Rotor (phỏửn quay)
Rotor laỡ phỏửn quay gọửm loợi theùp, dỏy quỏỳn vaỡ truỷc
maùy

hỡnh 3.8 rotor mỏy phỏt
c) Kớch t mỏy phỏt in

Mỏy phỏt in mun phỏt ra in c, ngoi vic phi cú ng c s cp kộo,
cũn phi cú dũng in kớch t. Dũng in kớch t l mt dũng in mt chiu,
c a vo Rụ to ca mỏy phỏt kớch thớch t trng ca Rụ to mỏy phỏt.
H thng thit b to ra dũng in mt chiu ny gi chung l h thng kớch thớch
mỏy phỏt. Dũng in kớch thớch mỏy phỏt, ch yu l to t trng cho Rotor
nhng nhng tỏc ng ca nú cũn cú th dựng iu chnh in ỏp mỏy phỏt.
Ngoi ra, dũng in ny cũn iu chnh cụng sut vụ cụng ca mỏy phỏt khi mỏy
phỏt ni vo li.
cú th thay i tr s ca dũng in kớch thớch nhm ỏp ng c cỏc yờu cu

trờn, cn phi cú mt b phn iu khin. H thng mch in iu khin dũng
in kớch thớch gi l h thng iu khin in ỏp, hay cũn gi tt l b iu ỏp.
d) iu khin P


iu khin cụng sut tỏc dng

15

Cụng sut kh dng P l cụng sut ti a m mỏy phỏt cú th phỏt c an ton
liờn tc m khụng vi phm cỏc thụng s k thut khỏc. Thụng thng, cụng sut
nh mc c tớnh toỏn cỏc iu kin tiờu chun. Trong thc t, cỏc iu kin
vn hnh ca thit b cú th khụng ỳng vi iu kin tiờu chun. Vỡ th cụng sut
kh dng thng thp hn cụng sut nh mc.
Cỏc iu kin nh hng n cụng sut kh dng ca mỏy l:


Nhit mụi trng



S thay i ch lm mỏt ca mỏy phỏt



S lóo húa ca cht cỏch in, lm cho nhit chu ng ca mỏy phi
gim xung

Nhng gii hn ca ng c s cp kộo nú



Nhng gii hn ca cỏc thit b lp phớa sau nú: mỏy ct, mỏy bin ỏp,
ng dõy...

3.3.3 Tng quan v bin tn SV-iG5A
Bộ biến đổi tần số hay còn gọi là các bộ biến tần là thiết bị
biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này thành dòng điện
xoay chiều có tần số khác mà có thể thay đổi đợc.
Đối với các bộ biến tần dùng cho việc điều chỉnh tốc độ động
cơ xoaychiều thì ngoài việc thay đổi tần số của chúng còn có
thể thay đổi cả điện áp ra khác với điện áp lới cấp vào bộ biến
tần.
Bin tn thay i tn s in ỏp cp ngun cho ng c nhm
iu chnh tc phự hp vi cỏc yờu cu ca h truyn ng. Giỏ tr "tc
tham chiu" ly t b iu khin quỏ trỡnh (lu lng hay ỏp sut). õy l b iu
khin loi PI v cú th tỏch ri hay tớch hp sn trong bin tn. Cỏc tc tham
chiu v chc nng "tng tc/ gim tc" ụi khi cũn c s dng vn hnh
theo cỏc tớn hiu iu khin logic. Ngoi cỏc u im nh khi ng mm, bin
tn cũn cú nhng tớnh nng u vit khỏc:





iu chnh lu lng v ỏp sut mc yờu cu
Hiu sut cao hn trong ch lm vic liờn tc
T ng húa hon ton

Tit kim in nng ỏng k


Điều khiển công suất tác dụng

16

Biến tần kết hợp động cơ không đồng bộ có thể thay thế giải pháp truyền thống sử
dụng van điều khiển và cho phép tiết kiệm điện năng nhờ khả năng thay đổi tốc
độ. Việc loại bỏ van tiết lưu sẽ đơn giản hóa đáng kể hệ thống đường ống và giảm
thiểu việc tổn hao áp suất.
Nhỏ gọn và kinh tế, dòng biến tần LS - iG5A manh mẽ và tối ưu hiệu suất. Nó đáp
ứng được các nhu cầu của khách hàng trong các ứng dụng: Giao tiếp, PID control,
space vector, PWM,...
IG5 có công suất: 0.37~7.5KW/200~230V 3 pha. 0.75~7.5KW/380~460V 3 pha.
Nhiều chức năng cho các đầu vào số. Đầu vào tương tự: 0~10VDC, 4~20mA. Đầu
ra rơle cảnh báo. Đầu ra tương tự: 0~10VDC. Có sẵn điều khiển PID. Truyền
thông: RS-48.
Đặc tính kỹ thuật:
• Công nghệ điều khiển vector không gian PWM
• Loại 1 pha 200V có công suất: 0,75 ~ 1,5kW
• Loại 3 pha 200/400V có công suất 0,75 ~ 3,7kW
• Phù hợp với các chuẩn: CE, UL, cUL
• Điều khiển vector không gian băng thuật toán algorithm điều chỉnh thăng giáng
mômen quay và low THD
• Mômen 150% tại 0,5Hz
• Tần số đầu ra 0,01 ~ 400Hz
• Tần số sóng mang 1 ~ 10kHz
• 8 cấp điều chỉnh tốc độ
• Đa chức năng, thao tác ổn định

• Cấp bảo vệ IP20
• Tích hợp giao diện truyền thông RS485/MODBUS-RTU
• 3 đầu vào đa năng, 1 đầu ra đa năng
• Ổn định dòng điện nhả tự do
• Có thể chon tăng cường mômen bằng tay/tự động
• Điều khiển remote với cable nối riêng và lắp cố định
• Tích hợp hãm cắt
• Điều khiển PID
• Tự động restart sau khi mất điện tức thời
• Bảo vệ nối sai dây nguồn/tải


Điều khiển công suất tác dụng

• Upload và download thông số từ bộ phím
Sơ đồ kết nối phần cứng:

hình 3.9 sơ đồ kết nối phần cứng biến tần

17


Điều khiển công suất tác dụng

Một số thông số cài đặt cơ bản cho biến tần:
0.00: nhập tần số mong muốn
ACC: thời gian tăng tốc
dEC: thời gian giảm tốc
drv: chọn chiều quay cho động cơ
Frq: chọn phương pháp thiết lập tần số đặt

St1-St3: chế độ chạy nhiều cấp tần số
F30: chọn phương pháp điều khiển U/F(tuyến tính,theo đường cong hay chế độ U/F đa
điểm)
...
Một số thông số cài đặt cho biến tần khi sử dụng chức năng PID:
H49: chọn chế độ PID (1-cho phép;0-không cho phép)
H50: chọn tín hiệu hồi tiếp(0-dòng 0~20mA;1-áp 0~10V)
H51: nhập KP (%)
H52: nhập KI (s)
H53: nhập KD (s)
H54: nhập độ lợi cho tín hiệu hồi tiếp
H55: nhập giới hạn trên tần số ngõ ra
H56: nhập giới hạn dưới tần số ngõ ra
H57: nhập giá trị tham chiếu
H58: chọn đơn vị tính cho PID theo % hay theo Hz
H61: thời gian chờ ngủ đông
H62: tần số ngủ đông
H63: mức khởi động lại(%)
Một số thông số cài đặt cho biến tần khi sử dụng chức năng AutoTurning:
H41: chọn chế độ auto tuning(1-cho phép)
H42: nhập điện trở Stator của động cơ (0~28Ω)
H43: nhập điện dung của động cơ (0~300.00mH)
Khi đó biến tần sẽ tự động tính toán các thông số tối ưu cho bộ điều khiển PID

18


Điều khiển công suất tác dụng

Hình 3.10 sơ đồ điều khiển PID của biến tần SV-iG5A

19